Расчет нагрузки трансформаторов СН

 

Наименование нагрузок	Установл. мощн.кВт	cosφ	Расчетная нагрузка на транс­форматор, кВт, квар
Мощн. и кол	Все- го	лето	зима
Кс	Pл= P K c η	Q = Pлtgφ	Kc	Pз= P K c η	Q = Pзtgφ
Освещение ОРУ- 110 кВ Освещение ЗРУ с ОПУ Отопление ЗРУ с ОПУ Подогрев приво­дов отделителей и короткозамы­телей. Подогрев шкафов наружной установки. Охлаждение трансформаторов. Аппаратура свя­зи и телемеха­ника. Постоянно включенные лампы и измерительные приборы.	-   -   -   0,6х4     0,6х4   2,0х2   -   -	11,2   1,5   27,0   2,4     2,4   4,0   1,0   1,0	0,85	0,5   0,7   -   -     -   0,85	5,6   1,0   -   -     -   4,0   1,0   1,0	-   -   -   -     -   2,5   -   -	0,5   0,7           0,85	5,6   1,0   27,0   2,4     2,4   4,0   1,0   1,0	-   -   -   -     -   2,5   -   -

 

Итого: - - - - 12,6 2,5 - 44,4 2,5

 

Мощность трансформаторов при неявном "горячем" резерве равна

S_т = S_расч = 44,5 кВ^.А

Дополнительная мощность определяется следующими нагрузками:

Аварийная вентиляция = 0,18×2 ≈ 0,4 кВ·А

Ремонтная нагрузка S_рем =25,0×1 ≈ 25,0 кВ·А

В ремонтных условиях с учетом допустимой нагрузки на 15% K_пер =1,15.

кВ·А.

Тогда принимаем два трансформатора СН по 40 кВ·А.

В табл. 2.12 и 2.13 приводится выбор трансформаторов СН для дру­гих подстанций.

 

Таблица 2.12

Однотрансформаторная подстанция 110/6-10 кВ с короткозамыкателем

110 кВ (трансформаторы 6300-10000кВ^.А).

 

Наименование потребителей	Общая потребляемая мощность, кВт
Обогрев: масляных выключателей 6-10 кВ; релейных шкафов, освещение ячеек Наружное освещение. Обдув трансформатора. Обогрев привода короткозамыкателя.	1,16х11 = 13,0 (0,16+0,2)х16 = 5,6 0,8 3,0 1,1
Итого	23,5

 

Таблица 2.13

Типовая подстанция 35/6-10 кВ с двумя трансформаторами 3200 кВ^.А

для электроснабжения строительства

 

Наименование потребителей	Общая потребляемая мощность, кВт
Обогрев: выключателей ВВ-35 и их приводов; ячеек с выключателями ВМГ-133; релейных отсеков и освещение ячеек. Наружное освещение.	(2,4 + 0,4)х2 = 5,6 1,62 х 13 = 21,06 (0,16 + 0,2)х17 = 6,12 0,2 х 3 = 0,6
Итого	33,38

 

3. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Графическая часть курсовой работы (проекта) включает в себя два листа чертежей формата А: главную схему электрических соединений подстанции; план подстанции и разрезы по характерным ячейкам.

 

3.1.Главная схема электрических соединений

В главной схеме подстанции должны быть указаны все трансформаторы (автотрансформаторы), включая трансформаторы СН, сборные шины всех напряжений и отходящие от них воздушные и кабельные линии (при большом числе отходящих кабельных линий достаточно показать только часть из них).

На схеме электрических соединений должны быть показаны:

1) коммутационные аппараты, реакторы, трансформаторы напряжения, разрядники, а также заземление нейтралей;

2) трансформаторы тока для измерительных приборов и релейных за­щит, установленные во всех характерных цепях подстанции;

3) схема соединений обмоток силовых трансформаторов (автотранс­форматоров) и трансформаторов напряжения;

4) типы, номинальные мощности, коэффициенты трансформации и пре­делы регулирования трансформаторов, в том числе и трансформаторов СН;

5) число и мощность потребительских линий;

6) напряжения распределительных устройств;

7) типы и параметры выбранных аппаратов и токоведущих частей.

 

3.2.План подстанции и разрезы

 

При выполнении плана и разреза подстанции следует руководство­ваться следующими положениями о компоновке и конструкторской части подстанции.

1. Подстанции 35-220 кВ должны преимущественно проектироваться комплектными, заводского изготовления блочной конструкции (КТП).

2. РУ 35 кВ и выше выполняются, как правило, открытого типа (по указанию преподавателя могут быть заданы и закрытые типа РУВН). РУ 6-10 кВ в основном выполняются в виде комплектных шкафов наружной ус­тановки (КРУН). РУ 6-10 кВ закрытого типа применяют в районах с мини­мальными температурами ниже -40^оС или с загрязненной атмосферой и при числе шкафов КРУ более 25 (такие условия могут быть заданы преподава­телем).

3. Групповые токоограничивающие реакторы 6-10 кВ (в цепях транс­форматоров) следует, как правило, применять в исполнении для наружной установки, особенно при выполнении РУ 6-10 кВ из шкафов КРУН.

4. Следует стремиться использовать типовые проекты подстанций /10, 16/.

 

4. ЗАЗЕМЛЕНИЕ ПОДСТАНЦИИ

 

Территория, на которой размещается электроустановка, оборудуется заземляющим устройством, основной функцией которого является защита обслуживающего персонала от поражения электрическим током. На одной территории могут располагаться распределительные устройства, отличающиеся классом напряжения и режимом работы нейтрали и поэтому предъявляющие разные требования к заземляющим устройствам. Так как заземляющее устройство на данной территории выполняется единым, то оно должно удовлетворять наиболее тяжелым из предъявляемых к нему требований.

 

4.1. Расчет и конструирование заземляющих устройств в электроустановках с незаземленной и резонансно-заземленной нейтралью

 

Сопротивление заземляющего устройства в таких электроустановках

,

где - допустимое напряжение на заземлителе, - расчетный ток замыкания на землю.

В электроустановках напряжением выше 1000 В =125 В. Величина в электроустановках с изолированной нейтралью может быть определена по приближенным формулам:

- для воздушных линий,

- для кабельных линий,

где - суммарная длина электрически связанных линий электропередачи.

В электроустановках с резонансно-заземленной нейтралью возможны два варианта. Если на территории электроустановки расположена дугогасительная катушка, то расчетный ток принимается равным 125% номинального тока катушки. Если катушки на данной подстанции отсутствует, то за расчетный ток принимают нескомпенсированный ток, возникающий при отключении самой мощной катушки на какой-либо подстанции электрически связанной сети. Значение R_з не должно превышать 10 Ом в электроустановках напряжением выше 1000 В при мощности источника до 100 кВ·А. В электроустановках с источником большей мощности и в установках до 1000 В R_з не должно превышать 4 Ом.

Заземляющие устройства выполняют в виде прямоугольников из горизонтальных полос, которые могут быть дополнены вертикальными заземлителями. Площадь прямоугольника несколько превышает площадь электроустановки. При расчете таких устройств грунт принимается однородным по глубине.

Расчет производится в следующем порядке.

1. Определяется R_з (при совмещении распределительных устройств разных напряжений принимается наименьшее R_з). Если R_з >R_e, где R_e - сопротивление естественных заземлителей, то вертикальных заземлителей не требуется, и на территории прокладывается только горизонтальный заземлитель, не менее чем в двух точках связанный с естественными заземлителями. Если R_з >R_e, то искусственный заземлитель из горизонтальных полос может быть дополнен вертикальными заземлителями. Общее сопротивление искусственного заземлителя должно быть:

.

2. Определяется расчетное удельное сопротивление условно однородного грунта:

,

где K_c – коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта /24/. В средних климатических районах (втором и третьем) для вертикальных электродов длиной 3 – 5 м K_c = 1,5…1,45, для горизонтальных электродов длиной 10 – 15 м K_c = 2…3,5; - удельное сопротивление грунта, измеренное при нормальной влажности /3, с. 569/. Некоторые значения приведены в табл. 4.1.

 

Таблица 4.1

Удельное сопротивление грунтов , Ом·м

Грунт		Грунт
Песок	400 и более	Торф
Супесок	150 – 400	Чернозем	10 – 50
Суглинок	40 – 150	Мергель, известняк	1000 – 2000
Глина	8 – 70	Скалистый грунт	2000 – 4000
Садовая земля

 

3. По плану электроустановки предварительно определяется схема заземляющего устройства (рис. 4.1). Расстояние между вертикальными заземлителями принимаются не менее их длины , которая выбирается равной 3 – 5 м. Предварительно определяется количество вертикальных заземлителей:

,

где П – периметр заземляющего устройства, а – расстояние между вертикальными заземлителями.

 

Рис. 4.1. Схема заземляющего устройства

В качестве вертикальных заземлителей применяют круглые стальные стержни диаметром 12 – 20 мм, в качестве горизонтальных заземлителей – стальные полосы 40×4 мм.

4. Определяется сопротивление одного вертикального заземлителя:

,

где - глубина заложения, равная расстоянию от поверхности земли до середины вертикального заземлителя, d - диаметр стержня.

5. Уточняется количество вертикальных заземлителей

,

где - коэффициент использования вертикальных заземлителей (табл. 4.2)

 

Таблица 4.2

Коэффициент использования вертикальных заземлителей,

размещенных по контуру без учета влияния полосы связи

Отношение расстояния между заземлителями к их длине а/ℓв	Число электродов n в		Отношение расстояния между заземлителями к их длине а/ℓв	Число электродов n в
		0,66 – 0,72 0,58 – 0,65 0,52 –0,58 0,44 – 0,50 0,38 – 0,44 0,36 – 0,42			0,84 – 0,86 0,78 – 0,82 0,74 – 0,78 0,68 – 0,73 0,64 – 0,69 0,62 – 0,67
		0,76 – 0,80 0,71 – 0,76 0,66 – 0,71 0,61 – 0,66 0,55 – 0.61 0,52 – 0,58

 

6. Определяется сопротивление горизонтальных заземлителей:

где в – ширина полосы.

Определяется сопротивление горизонтальных заземлителей с учетом экранирования его вертикальными заземлителями:

,

где - коэффициент использования горизонтальных заземлителей (табл. 4.3).

Таблица 4.3.

Коэффициент использования горизонтальных заземлителей

Отношение расстояния между вертикальными заземлителями к их длине а/ℓв	Число вертикальных заземлителей
	0,45 0,55 0,70	0,40 0,48 0,64	0,36 0,43 0,60	0,34 0,40 0,56	0,27 0,32 0,45	0,24 0,30 0,41	0,21 0,28 0,37

 

7. Определяется необходимое сопротивление вертикальных заземлителей:

.

8. Определяется окончательное количество вертикальных заземлителей:

,

где - уточнение значение коэффициента использования, определяемого по табл. 4.2.

 

4.1.2. Расчет заземляющих устройств в электроустановках 110 кВ и выше с эффективно-заземленной нейтралью

 

Согласно ПУЭ /6/ заземляющие устройства в этих электроустановках должны проектироваться так, чтобы в любое время года на всей территории электростанции или подстанции напряжение прикосновения, под которое может попасть человек, не превышало допустимого напряжения U_пр.доп. Безопасная величина U_пр.доп. зависит от времени его воздействия на человека. Рекомендуемые величины U_пр.доп. /25/ приведены в табл. 2.4. Время воздействия напряжения прикосновения на человека τ _в равно времени существования однофазного короткого замыкания:

τ _в = t_р.з. + t_{о. в.} ,

где t_р.з. – время действия релейной защиты, t_{о. в.} – полное время отключения выключателя.

 

Таблица 4.4

Допустимое напряжение прикосновения

 

Время воздействия на человека, с	До 0,1	0,2	0,5	0,7		От 1 до 3
Uпр.доп., В

 

Кроме того, напряжение на заземляющем устройстве U₃ должно быть не более 10 кВ, в противном случае возникает опасность пробоя изоляции кабелей низкого напряжения.

Заземляющее устройство для установок 110 кВ и выше выполняется в виде сетки из горизонтальных полос, уложенных на глубине 0,6 - 0,8 метра. Площадь, охватываемая сеткой, несколько превышает площадь электроустановки. Сетка состоит из полос, уложенных вдоль рядов оборудования, и выравнивающих полос, уложенных в поперечном направлении. Расстояние между полосами должно быть не более 30 м. При необходимости по периметру сетки предусматривается установка вертикальных заземлителей.

При проведении расчета многослойный грунт заменяется двухслойным: верхний толщиной h₁ с удельным сопротивлением ρ₁ (слой сезонных изменений), нижний – с удельным сопротивлением ρ₂.

Расчет производится в следующем порядке.

1. Намечается схема заземляющего устройства, причем контур заземления должен перекрывать территорию электроустановки (рис. 4.2).

 

 

 

Рис. 4.2. Схема заземляющего устройства

 

2. Определяется время τ _в, и по табл. 4.4 находится допустимое напряжение прикосновения.

3. Определяется коэффициент напряжения прикосновения по формуле

,

где - параметр, зависящий от ρ₁/ρ₂ (табл. 4.5), L _г – суммарная длина горизонтальных заземлений, S – площадь заземляющего устройства, β – коэффициент, учитывающий сопротивление стекания тока со ступней на землю,

.

Расстояние а в первом приближении может быть принято равным ℓ _в.

 

Таблица 4.5

Величина параметра М ₁

ρ1/ρ2	0,5
М 1	0,36	0,5	0,62	0,69	0,72	0,77	0,79	0,8	0,82	0,83	0,83	0,84

 

4. Определяется напряжение на заземлителе:

.

Если это напряжение более 10 кВ, необходимо принимать меры по защите изоляции кабелей или снижать потенциал заземлителя.

5. Находится допустимое сопротивление заземляющего устройства:

,

где - ток, протекающий через заземляющее устройство при расчетном однофазном к.з. (с некоторым запасом может быть принят равным току трехфазного к.з.).

6. Заземляющее устройство преобразуется в расчетную модель квадратной формы, площадь которой и суммарная длина горизонтальных заземлителей такие же, как в реальной модели (рис. 4.3).

 

 

Рис. 4.3. Расчетная модель заземляющего устройства

Сторона квадратной модели , число ячеек по стороне модели (принимаются ближайшее целое), длина стороны ячейки . Число вертикальных заземлителей по периметру контура при условии равенства расстояния между ними их длине (а =ℓ_в):

.

По табл. 4.6 или 4.7 определяется относительное эквивалентное удельное сопротивление грунта расчетной модели ρ₁/ρ₂.

Таблица 4.6

Относительное эквивалентное удельное сопротивление для сеток

с вертикальными заземлителями ρ₁/ρ₂

ρ1/ρ2	а/ℓв	Относительная толщина слоя (h1 – tг) / ℓв
0,025	0,05	0,1	0,2	0,4	0,8	-,95
0,125 0,25 0,5	1-4 0,5-4 0,5-4 0,5	1,02 1,03 1,05 1,05 1,22 1,23 1,1 1,3 1,52 0,95 0,97 0,99	1,03 1,6 1,17 1,1 1,26 1,41 1,2 1,4 1,7 0,9 0,93 0,96	1,5 1,1 1,13 1,15 1,35 1,5 1,28 1,5 1,88 0,8 0,85 0,92	1,1 1,13 1,15 1,22 1,43 1,65 1,38 1,6 2,08 0,7 0,78 0,88	1,13 1,15 1,2 1,35 1,54 1,83 1,62 1,8 2,33 0,62 0,71 0,83	1,3 1,32 1,38 1,86 2,12 2,6 2,5 2,75 3,52 0,54 0,65 0,79	1,4 1,5 1,6 2,4 2,7 3,5 3,7 5,5 6,0 0,52 0,64 0,77

 

7. По расчетной модели определяется сопротивление реального заземляющего устройства, для чего рассчитывается относительная глубина заложения заземлителя:

,

где - глубина заложения заземлителя, и параметр А ₁:

при ;

 

при .

 

Таблица 4.7

Относительное эквивалентное удельное сопротивление для сеток без вертикальных заземлителей ρ_э/ρ₂

ρ1/ρ2	а/ℓв	(при ρ1 < ρ2) или (h1 – tг)/ (при ρ1 > ρ2)
0,125     0,25     0,5		0,25 0,26 0,27 0,39 0,41 0,42 0,63 0,64 0,65 1,65 1,6 1,6 2,9 2,8 2,7 4,7 4,5	0,18 0,20 0,22 0,33 0,35 0,37 0,58 0,60 0,62 1,75 1,7 1,7 3,3 3,2 3,1 5,8 5,4 5,2	0,15 0,17 0,20 0,30 0,32 0,34 0,55 0,57 0,59 1,85 1,8 1,77 3,6 3,4 3,3 6,8 6,2 5,8	0,13 0,15 0,17 0,26 0,28 0,30 0,52 0,54 0,59 1,95 1,9 1,85 3,85 3,65 3,50 7,7 7,3 6,9	0,13 0,14 0,15 0,25 0,27 0,28 0,51 0,53 0,54 2,0 2,0 1,9 3,9 3,8 3,7 7,9 7,6 7,4	0,125 0,13 0,135 0,25 0,25 0,26 0,5 0,51 0,52 2,0 2,0 2,0 3,9 7,9 7,8	0,125 0,125 0,125 0,25 0,25 0,25 0,5 0,5 0,5 2,0 2,0 2,0

 

Затем находится

.

Находится сопротивление заземляющего устройстве с учетом естественных заземлителей

.

Если полученное значение меньше , то на этом расчет заканчивается. Если сопротивление заземлителя превышает допустимое, то для обеспечения безопасности прикосновения к заземленным предметам необходимо использовать одно из следующих средств:

1. увеличение числа и длины вертикальных проводников, что наиболее эффективно при малом удельном сопротивлении нижнего слоя грунта;

2. увеличение количества горизонтальных полос;

3. искусственное увеличение сопротивления верхнего слоя земли путем подсыпки гравием. Это приводит только к увеличению сопротивления растеканию тока со ступней человека, т.е. коэффициента β, а значит и коэффициента K_п

,

где - удельное сопротивление верхнего слоя грунта с учетом подсыпки. Все остальные параметры заземления останутся без изменения, т.к. конструкция заземления и характеристики земли не изменяются.

Недостатком приведенной методики расчета является то, что проектант произвольно задается количеством и длиной вертикальных и горизонтальных заземлителей и затем проверяет выбранное заземляющее устройство по величине допустимого напряжения прикосновения. В результате длина и количество вертикальных и горизонтальных заземлителей, а следовательно и стоимость заземляющего устройства, могут оказаться завышенными. Для проектирования заземляющего устройства, требующего минимума капитальных затрат и в то же время обеспечивающего необходимый уровень напряжения прикосновения, расчеты по данной методике, как правило, приходится повторять несколько раз. Проведение этих однообразных расчетов целесообразно почить ЭВМ.

 

Л И Т Е Р А Т У Р А

 

1. Нормы технологического проектирования понижающих подстанций с выс­шим напряжением 35-750 кВ. 3-е изд. - М.:Энергия, 1979.-40 с.

2. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть станций и подстанций - М.: Энер­гоатомиздат, 1986. - 640 с.

3. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстан­ций. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 648 с.

4. Козлов В.А. и др. Справочник по проектированию электроснабжения го­родов. - Л.: Энергоатомиздат, 1986.- 256 с.

5. Неклепаев Б.Н., Крючков и.п. Электрическая часть станций и подстан­ций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: - 4-е изд.- М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.

6. ПУЭ. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 640 с.

7. Электрическая часть станций и подстанций: Учеб. для вузов /А.А.Ва­сильев и др. - 2-е изд.- М.: Энергоатомиздат, 1990.- 576 с.

8. Дорошев В.И. Эксплуатация комплектных распределительных устройств 6-220 кВ. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 336 с.

9. Белецкий О.В. и др. Обслуживание электрических подстанций -М.: Энер­гоатомиздат, 1985. - 416 с.

10. Шапиро И.М. Принципы унификации элементов электрической сети 110-330 кВ. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 176 с.

11. Гук Ю.Б. и др. Проектирование электрической части станций и подс­танций. - Л.: Энергоатомиздат, 1985.-312 с.

12. Электротехнический справочник в 3-х том./Под ред. В.Г. Герасимова и др. -М.:Энергия, 1980.-520 с.

13. Электрическая часть подстанций: Методические указания к курсовому проекту / Сост. Е.А. Тунгусова, В.И. Ветров. - Новосиб. электрот. ин-т. - Новосибирск: НЭТИ, 1989. - 32 с.

14. Жуков В.В. и др. Современные КРУ на 6 и 10 кВ с вакуумными и электромагнитными выключателями. - М.: Высш.шк. 1988.-103 с.

15. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнерге­тических специальностей вузов /Под ред. В.Н. Блок. - М.: Высш.шк. 1990. -383 с.

16. Двоскин Л.И. Схемы и конструкции распределительных устройств.- 3-е изд.-М.: Энергоатомиздат, 1985. - 220 с.

17. Румянцев Д.Е. Современное вакуумное коммутационное электричекое оборудование электрических сетей и подстанций. Учебно-методическое пособие. 2-е изд. - М.: ИПК госслужбы. 2002. - 72 с.

18. Балаков Ю.Н., Неклепаев Б.Н., Шунтов А.В. О достигнутых параметрах выключателей. // Электрические станции, 1996, №10, с. 56-60.

19. справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения. Под ред В.В. Афанасьева. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. – 544 с.

20. Техническая и информационная документация НПП «Таврида-Электрик», г. Москва, 1998 – 2000 г.г.

21. WWW. Ipkgos. ru; http: // ppws. susu. ac. ru.

22. http: // WWW. enas. ru.

23. Проектирование подстанций: Учебн. пособие./М.Н. Гервиц и др. Свердловск: УПИ, 1988. - 83 с.

24. Найфельд М.С. Заземление и защитные меры безопасности. – М.: Энергия, 1971. – 351 с.

25. Воронина А.А., Шибенко Н.Ф. Охрана труда в энергосистемах. – М.: Энергия, 1973. – 211 с.

 

 

 

Приложение 1

а б в

	10кВ	110 кВ
110 кВ	110 кВ 10кВ	110 кВ

Рис. П1. Схемы типовых унифицированных подстанций 110 кВ: 1, 2, 3 – типовые схемы на стороне ВН соответственно 110-4; 110-5; 110-10; а – трансформаторы 110/10 кВ мощностью до 16 МВ·А; б – трансформаторы 110/10 кВ 25 - 40 МВ·А; в – трансформаторы 110/35/10 кВ 6,3 – 40 МВ·А.