Расчет токов короткого замыкания и выбор оборудования подстанции

 

 

ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра электропривода

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по электрическим аппаратам выше 1000 В

 

 

 «Расчет  токов короткого замыкания и  выбор оборудования подстанции»

 

 

Студент	_______________	Морозов Д. А.
Группа ЭП-10
Преподаватель
д.т.н., проф.   ст. преподаватель	_______________   _______________	Мещеряков В. Н   Зотов В. А.

 

 

Липецк 2014

Аннотация

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

1 Исходные  данные                                                                                   4

2 Расчет  токов короткого замыкания                                                        7

2.1 Определение  параметров схемы замещения                                      7

2.2 Определение  тока короткого замыкания в  точке К-1                      9

2.3 Определение  тока короткого замыкания в  точках К-2, К-3, К-4  10                          

3 Выбор  трансформатора собственных нужд                                        12

4 Выбор  измерительного трансформатора                                            13

5 Выбор  кабелей отходящих линий                                                     14

6 Выбор  разъединителей                                                                       16

7 Выбор  ограничителей перенапряжения                                              17

8 Выбор  шин                                                                                           18

9 Выбор  вакуумных выключателей

 

 

 

 

 

 

 

1 Исходные  данные

 

В качестве исходных данных используем однолинейные схемы ЦРП-75 и ГПП-1 ОАО «НЛМК», представленные на рисунках 1 и 2.

 

Рисунок 1. Однолинейная схема ЦРП-75 

 

 

Рисунок 2. Однолинейная схема ГПП-1 

2 Расчет  токов короткого замыкания                                                        

 

2.1 Определение  параметров схемы замещения

 

Расчет токов короткого замыкания производится на основании схемы замещения, в которой все элементы схемы (генераторы, трансформаторы, реакторы, кабельные и воздушные линии, двигатели и т. д.) заменяются соответствующими индуктивными сопротивлениями. Схема замещения для заданных электрических однолинейных схем ГПП-1 и ЦРП-75 показана на рисунке 3.

Определим сопротивления элементов в именованных единицах.

Сопротивление кабеля АСО-500, длиной :

 

где – удельное сопротивление алюминиевого кабеля.

Сопротивление кабеля АСКС-500, длиной :

 

Сопротивление первичной обмотки трансформатора 1Т:

 

Сопротивление вторичной обмотки трансформатора 1Т:

 

 

Рисунок 3. Схема замещения

 

Сопротивление реактора РБ-КРУ-ТВ-11,5-1000-В примем равным

Сопротивление кабеля АСГТ-3(3*120), длиной :

 

Сопротивление кабеля АСГТ-3(3*120), длиной :

 

Сопротивление кабеля ААШВу-2(3*120), длиной :

 

 

2.2 Определение  тока короткого замыкания в точке К-1

 

Принимаем базовое значение мощности .

Базовое напряжение:

 

Базовый ток:

 

Сопротивления линий l1 и l2, выраженные в относительных единицах:

 

 

Результирующее сопротивление цепи до точки К-1:

 

Ток короткого замыкания в относительных единицах:

 

Ток короткого замыкания в именованных единицах:

 

 

2.3 Определение  тока короткого замыкания в точках К-2, К-3, К-4

 

Принимаем базовое значение мощности .

Базовое напряжение:

 

Базовый ток:

 

Сопротивления линий l1, l2, , , , выраженные в относительных единицах:

 

 

 

 

 

Сопротивление обмоток трансформатора 1Т, в относительных единицах:

 

 

Сопротивление реактора в относительных единицах:

 

Результирующее сопротивление цепи до точки К-2:

 

 

Ток короткого замыкания в точке К-2, в относительных единицах:

 

Ток короткого замыкания в точке К-2, в именованных единицах:

 

Результирующее сопротивление цепи до точки К-3:

 

 

Ток короткого замыкания в точке К-3, в относительных единицах:

 

Ток короткого замыкания в точке К-3, в именованных единицах:

 

Результирующее сопротивление цепи до точки К-4:

 

 

Ток короткого замыкания в точке К-4, в относительных единицах:

 

Ток короткого замыкания в точке К-4, в именованных единицах:

 

 

3 Выбор  трансформатора собственных нужд

 

Трансформатор собственных нужд (ТСН) это силовой понижающий трансформатор для питания электроприемников собственных нужд подстанции. На ЦРП-75 предусматривается два ТСН, по одному на каждую секцию. Мощность ТСН принимается в пределах 5…8% от мощности распределительной подстанции.

Принимаем два трансформатора собственных нужд ТСКС-40/10. Параметры трансформатора приведены в таблице 1.

 

Таблица 1. Параметра ТСН ТСКС-40/10

Мощность, кВА	Напряжение, кВ		∆Рхх, Вт	∆Ркз, Вт	uкз, %	iхх, %
	ВН	НН
38	10	0,4	500	500	1,5	12

 

Трансформатор собственных нужд защищается плавким предохранителем, который выбирается из условия:

 

Принимаем плавкий предохранитель ПКТ-103 с

 

4 Выбор  измерительного трансформатора

 

В каждой секции ЦРП-75 устанавливается трансформатор напряжения, предназначенный для преобразования электрического напряжения переменного тока с целью дальнейшего измерения и подачи на приборы защиты и сигнализации в цепях автоматики изолированной нейтралью, а также для учета и питания защитных устройств в электроустановках переменного тока. Трансформатор выбирается по напряжению секции, равному 10 кВ. Принимаем  трансформатор 2×НТМИ-10 с классом точности 1,0. Параметры трансформатора приведены в таблице 2.

Таблица 2. Параметры трансформатора НТМИ-10

Напряжение ВН, кВ	Напряжение НН, кВ	Класс точности	Мощность, ВА
10	0,1	1,0	300

 

Трансформатор напряжения защищается плавким предохранителем, который выбирается из условия:

 

Принимаем плавкий предохранитель ПКТ-103 с

 

5 Выбор  кабелей отходящих линий              

 

Кабели линий отходящих от секций ЦРП-75 выбираются по условию:

 

где – максимально допустимый ток кабеля;

 – номинальный  ток отходящей линии.

Сечение кабеля определяется по экономической плотности тока:

 

где – экономическая плотность тока.

Линия 2:

 

 

Принимаем кабель АПвП 3×150 с

 

 

Линия 3,6, 13, 18, 20, 25:

 

 

Принимаем кабель АПвП 3×70 мм2 с

Линия 12, 19:

 

 

Принимаем кабель АПвП 3×50 мм2 с

 

6 Выбор  разъединителей

 

Выбор разъединителей значительно проще, чем выбор выключателей, так как разъединители не предназначены для отключения ни нормальных, ни тем более аварийных токов. В связи с этим при выборе их ограничиваются определением необходимых рабочих параметров: номинального напряжения Uн и длительного номинального Iдл, а также проверкой на термическую и динамическую стойкость при сквозных токах короткого замыкания. Разъединителями комплектуются все вакуумные выключатели, для создания видимых разрывов цепи.

Принимаем разъединитель РВЗ-2-10/1000М УХЛ2 со следующими параметрами:

Номинальное напряжение

Номинальный ток

Ток термостойкости:

Предельный сквозной ток:

Масса:

Таким образов выбранный разъединитель удовлетворяет условиям термической и динамической стойкости при воздействии рассчитанных токов короткого замыкания.

 

7 Выбор  ограничителей перенапряжений

 

Одним из основных мероприятий по защите энергосистем является принудительное ограничение перенапряжений, возникающих при аварийных и нормальных режимах работы электроэнергетического оборудования и линий. В настоящее время оптимальным средством для осуществления этого процесса являются нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН) на основе варисторов из оксида цинка (ZnO). Такие ОПН стали основным средством защиты изоляции в современных схемах. Благодаря хорошей управляемости характеристик таких металлооксидных (МО) резисторов, ОПН на основе ZnO обеспечивают по сравнению с прежними технологиями гораздо более надежную защиту.

Для защиты ЦРП-75 выбираем ограничители перенапряжений фирмы «Таврида Электрик» ОПН-РВ-10, со следующими параметрами:

Номинальное длительное напряжение:

Номинальный разрядный ток:

Пропускная способность, не менее:

Ток взрывобезопасности:

Масса:

Срок эксплуатации:

 

8 Выбор  шин

 

В закрытых РУ 10 кВ сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами. Медные шины из-за высокой их стоимости не применяются даже при больших токовых нагрузках. Сборные шины и ответвления от них к электрическим аппаратам (ошиновка) 10 кВ из проводников прямоугольного или коробчатого профиля крепятся на опорных фарфоровых изоляторах. Для лучшей теплоотдачи и удобства эксплуатации шины окрашивают при переменном токе фаза А в желтый, фаза В - зеленый и фаза С - красный цвет; при постоянном токе положительная шина в красный, отрицательная — синий цвет. Согласно ПУЭ сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений по экономической плотности тока не проверяются. Выбор сечения шин производится по нагреву (по допустимому току):

 

где – допустимый ток шины выбранного сечения.

 – максимальный  ток, текущий через шину, определяется  нагрузкой.

Ток через шину будет определяться как сумма токов отдельных линий. Будем считать, что каждый трансформатор на отходящих линиях работает с нагрузкой в 25% от Sн.

Ток шины первой секции:

 

Ток шины второй секции:

 

 

 

 

 

9 Выбор вакуумных выключателей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

 

1 Правила устройства электроустановок (ПУЭ) [Текст]. Министерство энергетики РФ – М: Энергоатомиздат, 2002, – 302с.

2 Шеховцов В. П. Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования. – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 214 с.