Комплектная трансформаторная подстанция

Министерство образования и науки республики Татарстан

Альметьевский государственный нефтяной институт

Кафедра электроэнергетики

Курсовая работа

по дисциплине «Электрические и электронные аппараты»

на тему: «Комплектная трансформаторная подстанция»

Вариант 16

Выполнил: студент

гр.36- 51

Маметов А.М.

Принял:

Артыкаева Э.М.

Альметьевск 2009 г.

.
Содержание:

Введение……………………………………………………………………………………………..3 стр

Исходные данные………………………………………………………………………………......4 стр

1.Определение номинальных токов двигательной нагрузки и нагрузки

уличного освещения………………………………….…………………………………………......5 стр

2 Определение суммарной мощности комплектной трансформаторной подстанции

(КТП)………………………………………………………………………………………………..5-6 стр

3. Выбор КТП по мощности, номинальному току и напряжению……………………………6 стр

4. Описание полной электрической схемы КТП, его устройство и конструкцию……..…6-7 стр

5. Выбор кабеля для отходящих линий КТП (кабель низкого напряжения)……………..…8 стр

6. Определение сопротивлений трансформатора и кабелей……………………….……..8 - 10стр

7. Определение токов короткого замыкания (КЗ)………………………………………..10 – 11 стр

8. Определение ударного тока КЗ………………………………………………………….……11 стр

9. Проверка условия нормального пуска двигателя…………………………………………..11 стр

10. Выбор автоматических выключателей…………………………………………….….11 – 13 стр

11.Провека селективности работы выбранных автоматов…………………………….…….13 стр

12.Проверка термической стойкости выбранных кабелей……………………………….13-14 стр

13.Выбор измерительных трансформаторов тока (ТТ)……………………………….…..14-15 стр

14. Выбор предохранителя высокого напряжения и низкого напряжения для

линии уличного освещения………………………………………………………………...…15-16 стр

15.Выбор разрядников высокого напряжения………………………………………..……16-17 стр

16.Выбор высоковольтного выключателя нагрузки…………………………………..….17-18 стр

17. Выбор разъединителей для включения и отключения обесточенных цепей

высокого напряжения…………………………………………………………………………….18 стр

Приложение 1…………………………………………………………………………………….19 стр

18. Список используемой литературы………………………………………………...………...20 стр

Введение.

Одним из самых распространенных комплектных электротехнических устройств высокого напряжения считаются комплектные трансформаторные подстанции.

Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) представляет собой комплект оборудования, который позволяет снизить рабочее напряжение с 6-10 кВ до относительно низкого напряжения 220-660 В. КТП имеет все элементы, которые позволяют снизить рабочее напряжение, обеспечить защиту оборудования от коротких замыканий (КЗ), коммутировать токи нагрузки и позволяет производить учет электроэнергии. Весь комплекс элементов КТП изготовляется на заводе, собирается в единую установку, и проводятся испытания, которые свидетельствуют о полной готовности КТП к работе.

В настоящее время в КТП для повышения надежности применяются современные коммутационные и защитные аппараты от перенапряжений и от КЗ. Современные КТП используются в металлических кожухах и заполнены элегазом. Это даст возможность продлить срок службы оборудования до 25 лет практически без ухода и обслуживания.

Исходные данные:

Параметры	16
Соотношение сопротивлений питающей системы и силового трансформатора, XC /XT	0,3
Длина кабеля – l0 , м,	60
Длина кабеля – l1 , м,	120
Длина кабеля – l2 , м,	100
Материал кабеля	Cu
Осветительная нагрузка,кВт	17
Номинальное линейное напряжение - Uном.л ,В	380
Номер схемы для первой линии	3
Номера двигателей для схемы первой линии	М1-№1 М2-№1 М3-№1
Кратность пускового тока двигателя – Ki	7,5
Время пуска двигателя – tп , с	5
Номер схемы для второй линии	1
Номера двигателей для схемы второй линии	М1 - № 16
Кратность пускового тока двигателя – Кi	7,5
Время пуска двигателя – tп , с	6

Параметры номер двигателя	Pном ,кВт	nном , об/мин	nx . x . , об/мин		cosjном					J, кг/м2
1	11	1455	1500	87,5	0,86	3	2,2	1,7	7,5	2,75
16	75	2960	3000	91	0,89	2,2	1,2	1	7,5	46

1. Определение номинальных токов двигательной нагрузки и нагрузки уличного освещения.

а) Номинальные токи двигателей:

где Рном - номинальная мощность двигателя, Вт; Uном.л - номинальное линейное напряжение, В; h - коэффициент полезного действия при номинальном моменте на валу двигателя; cos j - коэффициент мощности.

б) Ток в линии освещения:

где Рном.осв – номинальная мощность осветительной нагрузки, Вт; для осветительной нагрузки cos j=1.

2. Определение суммарной мощности комплектной трансформаторной подстанции (КТП).

Суммарная нагрузка трансформатора:

Где S1
– световая нагрузка:

S2
– суммарная нагрузка от двигателей:

3. Выбор КТП по мощности, номинальному току и напряжению.

Номинальное вторичное напряжение силового трансформатора должно соответствовать номинальному напряжению нагрузки Uном.л
. Мощность силового трансформатора Sт должна быть не менее суммарной мощности нагрузки S. Поскольку имеется световая нагрузка, то используется трехфазная система с глухозаземленной нейтралью.

Тип	S, B*A	Uк, %	Потери, кВт
			Px	Pк
ТМ-160/10	160	4,5	0,565	2,365

4. Описание полной электрической схемы КТП, его устройство и конструкцию

.

Трансформаторная подстанция - это электроустановка, предназначенная для преобразования (повышения или понижения) напряжения в сети переменного тока и распределения электроэнергии и состоящая из силовых трансформаторов, распределительного устройства РУ, устройства автоматического управления и защиты, а так же вспомогательных сооружений.

Трехфазное напряжение (10 кВ) от источника или от другой подстанций поступает в высоковольтный выключатель нагрузки, обеспечивающий включение и отключение электрических цепей в различных режимах работы, включая аварийные, например, короткое замыкание (КЗ).

После чего параллельно к линии питания подключают высоковольтные разрядники. Разрядники служат для защиты установки от перенапряжений, возникающих в процессе коммутации и воздействии атмосферных явлений.

При повышении напряжения сверх номинального значения разрядник срабатывает и ограничивает напряжение на фазе установки. Напряжение пробоя разрядника должно быть ниже испытательного напряжения оборудования, благодаря чему сохраняется изоляция установки.

Также предусмотрены предохранители высокого напряжения, служат для защиты цепей от больших токов перегрузки и токов КЗ.

С помощью трансформатора напряжение понижают до 380 В, удобного для использовании приемника. В нашем случаи применена соединение обмоток "звезда / звезда с нулевым проводом".

Автоматические выключатели служат для защиты кабелей, проводов и конечных потребителей от перегрузки и КЗ, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состояний электрической цепи.

После автоматического выключателя, от общей линии отходят три параллельные линий, которые обеспечивают питание уличного освещения и двигателей.

Трансформаторы тока предназначены для измерения и контроля больших токов с использованием стандартных измерительных приборов и устройств автоматического управления и контроля. Вместе с тем трансформатор тока служит для изоляций различной аппаратуры от потенциала сети, в котором производится измерение. Трансформаторы тока включены непосредственно в линию питания двигателей.

Для линии освещения предусмотрены предохранители низкого напряжения, служащий для защиты цепей от больших токов перегрузки и токов КЗ.

На первой линии имеется нагрузка в виде трех двигателей соединенных параллельно относительно лини, на второй линии имеется нагрузка в виде одного двигателя.

5. Выбор кабеля для отходящих линий КТП (кабель низкого напряжения)

По номинальному напряжению и току нагрузки, учитывая, что длительно допустимый ток кабеля должен быть на 20 % больше номинального тока линии.

где a0
=1,24; a1
=0,62.

Сечение жил, мм2		rуд	xуд
фазных	нулевой		трехжильный кабель
3*6	-	3,77	0,087
3*10	-	2,25	0,082
3*35	-	6,47	0,061

6. Определение сопротивлений трансформатора и кабелей.

Полное сопротивление трансформатора:

где Uк
– напряжения короткого замыкания трансформатора, % (находит по мощности силового трансформатора см. приложение 2); Iном.т
– номинальный ток трансформатора, А

Активное сопротивление обмоток трансформатора:

где Pк – активные потери в обмотках трансформатора, Вт на 3 фазы .

Реактивное сопротивление обмоток:

Для расчета сопротивлений кабелей по таблице 2 (см. приложение 2) для выбранного сечения кабеля находят удельное активное сопротивление rуд
(мОм/м) и удельное реактивное сопротивление худ
(мОм/м)

Сопротивление кабеля:

Полное сопротивление определяется как:

где Xc – приведенное индуктивное сопротивление энергосистемы (находим из заданного соотношения Хс/Хт), Ом, Rпк – переходное сопротивление контактов в местах соединения (принимаем равным 15мОм). Активным сопротивлением системы пренебрегаем.

7. Определение токов короткого замыкания (КЗ).

В месте установки двигателя ток трехфазного КЗ находится как:

двухфазного -

Ток однофазного КЗ в том же месте:

Активные и индуктивные сопротивления, мОм трансформаторов 6(10)/0,4 кВ

Мощность трансформатора, кВ*А	uк, %	x1T =x2T	x0T	r1T =r2T	r0T	ZT (1)/3
160 < /td>	4,5	0,0417	0,367	0,0166	0,1508	16218,7

r1
и x1
- соответственно активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности трансформатора, Ом, (r1
= r1Т
и x1
= x1Т
); а r0
и x0
находятся как

где r0Т
и x0Т
- соответственно активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности трансформатора, Ом; r0к
и x0к
- активное и индуктивное сопротивления кабелей, Ом (r0к
= rк
и x0к
= xк
); rн.п
и xн.п.
- активное и индуктивное сопротивления нулевого проводника, Ом (находится также как и сопротивление кабеля).

8. Определение ударного тока КЗ:

(kуд 0
=1; kуд 2
=1,15)

9. Проверка условия нормального пуска двигателя:

- в условия легкого пуска двигателя (длительность пуска не превышает 0,5 / 4с)

- в условия тяжелого пуска двигателя (длительность пуска свыше 4 с)

где Iп.дв
- пусковой ток двигателя, рассчитываемый как

10. Выбор автоматических выключателей.

Выбор автоматических выключателей проводится согласно условиям:

а) величина номинального напряжения должна соответствовать величине номинальному напряжения нагрузки;

б) номинальный ток расцепителя выбирается по номинальному току нагрузки. Выбранный автомат должен быть проверен по ПКС (предельной коммутационной способности).

Тип	Ном ток, А	Ном. напря-жение, В	Число полю-сов	Возможность исполне-ния с расцепи-телем	Ток уставки расце-пителя, А	Предельный ток отключ-ения, кА	Время отклю-чения, с	Габарит-ные размеры, мм	Примеча-ние
А3710Ф- А3730Ф	160-630	380	3	Тепловой и электро-магнит-ный	-	25-50	0,03	225400140	Нетоко-ограниче-вающий с элмаг. и тепловым расцепителем

Автоматический выключатель серии А3000

Автоматический выключатель с электромагнитным расцепителям

Тип	Ном. ток,А	Ном. напряжение,В	Чис-ло полюсов	Кол-во автомат. выкл. контакта		Возможность заказа с тепло-вым расцепителем	Ток уставки,А	Пре-дельный ток откл., кА	Время откл.,с	Привод	Габариты
				замыкание	размыкание
АСТ-2	25	380	2	-	-	нет	-	-	0,08	электромагнитный	1207595

Если выполняется условие:

Следовательно автоматы серии А3000 и с электромагнитным расцепителям подходят по предельной коммутационной способности.

11.Провека селективности работы выбранных автоматов

Графически подтвердить соблюдение условий селективной работы. Для этого привести на одном графике времятоковые характеристики автоматов и пусковую характеристику двигателя.

См. Приложение 1

12.Проверка термической стойкости выбранных кабелей.

Проверка производится с помощью уравнения:

, если Aqн
=0,5·104
, Aqк
=1,35·104
,то

где q - сечение кабеля, мм , Iкз
- ток КЗ, А; tк
- время КЗ, с; Aqк
- значение интеграла, определяющего нагрев проводника при КЗ, А с/мм ; т Aqн
- значение интеграла при протекании номинального (длительного) тока.

Температура нагрева для номинального режима принимается равной +65 °С. При КЗ допустимая температура принимается равной +150°С для алюминиевого кабеля и +200 °С для медного. Выбрав кабель в соответствии с допустимой температурой (qк и qн), находим значения интегралов Aqк и Aqк с помощью кривых адиабатического нагрева. Воспользовавшись уравнением нагрева определяем время tк
, в течение которого кабель может находиться под током Iкз
.Сравнить время tк
с временем срабатывания выбранных автоматов при КЗ. Если это время меньше tк
, то кабели работают с запасом. Если время срабатывания больше tк, то необходимо либо выбрать автомат с меньшим временем срабатывания, либо увеличить сечение кабеля.

13.Выбор измерительных трансформаторов тока (ТТ).

Выбор ТТ проводится согласно условиям:

а) номинальное напряжение ТТ должно соответствовать номинальному напряжению установки;

б) вторичный ток ТТ соответствует номинальному току измерительных приборов (первичный ток ТТ должен быть больше тока линии);

в) класс точности: для щитовых приборов класс точности 3, для измерительных приборов и счетчиков энергии - 0,5 или 1;

г) термическая и динамическая стойкость ТТ должна соответствовать току КЗ, протекающему по первичной обмотке.

Тип транс-форма-тора	Вариант испол-нения	Ном. первич-ный ток,А	3-секунтная термичес-кая стойкость или кратность	Электро-дин. стойкость или кратность	Ном. втор. нагрузка, ВА		Ном. предельная кратность защитной обмотки	Масса, кг
					Измери-тельная обмотка	Защит-ная обмотка
ТПЛ-10	0,5/10р	200	-	-	10	15	13	10-19

14. Выбор предохранителя высокого напряжения и низкого напряжения для линии уличного освещения.

Выбор предохранителя высокого напряжения для защиты цепей от больших токов перегрузки и токов КЗ производится согласно следующим условиям:

а) номинальное напряжение предохранителя должно быть равно номинальному напряжению установки U
ном. пр
=
U
ном. установки
;

б) номинальный ток предохранителя должен быть равен или больше номинального тока установки I
ном. пр
=
>
I
ном. установки
;

в) номинальный ток отключения должен быть равен или больше наибольшего тока КЗ в цепи I
о.ном.
<
=
I
к.з. наиб
.;

г) предохранитель не должен отключаться от пусковых токов двигателей и силовых трансформаторов. Ток отключения предохранителя при времени воздействия 1 с должен быть в два раза больше пускового тока двигателя. Предохранитель не должен отключаться пусковыми токами силовых трансформаторов. Для выбора предохранителей в цепях силовых трансформаторов согласно рекомендациям по эксплуатации пользуются следующей таблицей, а номинальный ток отключения выбирается по наибольшему из расчетных токов КЗ Iкз1
и Iкз2
соответственно до и после силового трансформатора, определяемых как

где kт
=Uном1
/Uном2
– коэффициент трансформации силового трансформатора, Uном1
и Uном2
. - соответственно первичное и вторичное напряжения силового трансформатора.

Предохранители быстрого действия.

Тип	Ном. ток, А	Ном. напряжение, В	Интегральный квадрата тока, А2 с	Предельный ток отключения, кА	Относительное перенапряжение
ПП 61	40-160	380	160	100	1,5

Предохранители типа ПВТ-104

Тип предохранителя	Ном. ток, А	Пред. ток отключения, кА	Габариты, мм
ПР-2-1000	1000	20	586155154

15.Выбор разрядников высокого напряжения.

Разрядники служат для защиты установки от перенапряжений, возникающих в процессе коммутации и воздействии атмосферных явлений.

При повышении напряжения сверх номинального значения разрядник срабатывает и ограничивает напряжение на фазе установки.

Разрядник серии РТВ

Тип исполнения	Наибольшее дополнительное напряжение, кВ (действующее)	Ном. напряжение, В	Ток отключения, кА		Размеры искровых промежутков, мм		Масса, кг
			Нижний предел	Верхний предел	Внеш-него S1	Внутрен-него, S2
РТ-10-2/10У1	12	10000	2	10	15	60	2,32

16.Выбор высоковольтного выключателя нагрузки.

Первичная обмотка силового трансформатора подключается к сети высокого напряжения через выключатель нагрузки, предназначенный для включения-отключения номинального тока нагрузки.

Номинальные параметры выключателя :

- номинальное напряжение, Uном
, кВ;

- номинальный длительный ток, Iном
, А, при cos
j
= 0,8;

- ток термической стойкости, IТ
, кА, при времени термической стойкости tк
;

- ток динамической стойкости, iдин
, кА.

Условия выбора выключателя:

Uном
= Uном установки
;

Iном
=> Iном установки
;

IТ
=> Iкз
;

Iдин
=> Iуд
в месте установки
.

Выключатель (маломасляный)

Тип	Пред. сквозной ток, кА		Ток термической стойкости, кА, для времени, с	Собств. время вкл. с приво-дом, с	Время вкл., с	Собств. время откл. с приво-дом, с	Макс. Бестоко-вая пауза при АВП, с	Масса, кг
	Действ	Амплитуд						Выкл-ля с мас-лом	Мас-ла
ВМ-10-400/630/10	10	25	10(3)	0,2	0,105	0,085	0,5	103	3,5

17. Выбор разъединителей для включения и отключения обесточенных цепей высокого напряжения.

В виде исключения разрешается коммутировать разъединителем небольшие токи нагрузки и емкостные токи линий небольшой длины.

а) номинальное напряжение разъединителя должно быть равно номинальному напряжению установки Uном раз
= Uном установки
;

б) номинальный ток разъединителя должен быть не менее номинального тока установки Iном раз
= Iном установки
;

в) токи термической и динамической стойкости разъединителя должны соответствовать наибольшим токам КЗ цепи iдин раз
=> iуд кз
, IТ раз
=> Iкз
при времени протекания тока КЗ tк
.

Разъединитель внутренней установки

Тип	Ном. напряже-ние, кВ	Наибольшее рабочее напряжение, кВ	Ном. ток, А	Амплиту-да предель-ного сквозного тока КЗ, кА	Ток термической стойкости, кА/ доп. Время протекания, с	Масса, кг	Тип привода
РЛВОМ-10/10001/УХЛ2	10	12	1000	81	31,5/3	12,7	ПР-10

18. Список используемой литературы:

1. Герасимов В.Г. «Электротехнический справочник»,М, 2003 г.

2. Чунихин А.А., «Электрические аппараты»,М,1988 г.

3. Нестерин В.А., Артыкаева Э.М., «Электрические и электронные аппараты» мет.указ.,А,2008г.