Определение максимальной активной мощности для каждого потребителя, который будет питаться от проектируемой подстанции

Введение

подстанция замыкание токоведущий изолятор

В настоящее время электрическая энергия является наиболее широко используемой формой энергии. Это обусловлено относительной легкостью ее получения, преобразования, передачи на большое расстояние и распределения между приемниками. Передача электроэнергии от электростанции к потребителям - одна из важнейших задач энергетики.

В условиях формирования рыночных отношений в России обострились вопросы потребления больших энергетических мощностей. Большое потребление электроэнергии обязывает вводить в эксплуатацию более мощные генерирующие источники, вести строительство новых линий электропередач большей пропускной способности. Главной задачей при передаче электроэнергии на большие расстояние является уменьшение потерь энергии. Однако потери неизбежны, так как провода обладают омическим сопротивлением и ток, проходя по проводам линии, нагревает их. Чтобы передача электрической энергии была экономически выгодной, необходимо потери на нагревание проводов сделать возможно малыми. Это достигается тем, что передача электроэнергии на большие расстояния ведется высоким напряжением. Дело в том, что при повышении напряжения ту же самую энергию можно передавать при меньшей силе тока, это ведет за собой уменьшение нагревания проводов, а следовательно, и уменьшение потерь энергии. На практике при передаче энергии пользуются напряжением 110, 220, 380, 500, 750 и 1150 кВ. Чем длиннее линия электропередачи, тем более высокое напряжение используется в ней.

Однако генераторы переменного тока на электростанциях дают низкое напряжение, и перестройка генераторов на более высокие напряжения затруднительна - в этих случаях потребовалось бы особо высокое качество изоляции всех частей генератора, находящихся под током.

Итак, передача электроэнергии по линиям электропередач должна осуществляется на повышенном напряжении, но генерация электроэнергии из-за сложности изоляции электрических машин осуществляется на среднем напряжении, а потребление электроэнергии также осуществляется на низком, либо среднем напряжении. Таким образом, необходимо осуществить промежуточную трансформацию - преобразование одного класса напряжения в другой. Такие вопросы решает силовой трансформатор или автотрансформатор, устанавливаемый в промежуточных узлах. Промежуточным узлом между генерирующими источниками электроэнергии и потребителями, а также между крупными энергетическими системами является электрическая подстанция.

Электрическая подстанция представляет собой большую электрическую схему соединения различных электрических аппаратов: трансформаторов, коммутационных аппаратов, компенсирующих устройств (для выравнивания уровня напряжения и повышения пропускной способности линий электропередач), измерительной аппаратуры, средств автоматики и релейной защиты и многое другое. Подстанция включает в себя распределительные устройства, которые в свою очередь подразделяются на открытые и закрытые.

Расположение электрических подстанций определяется её назначением и характером нагрузок. Трансформаторные подстанции со вторичным напряжением 6, 10, 35 и 110 кВ размещают, как правило, в центре территории, на которой находятся потребители электроэнергии, что сокращает потери электроэнергии при её передаче и расход материалов при устройстве электросетей.

Таким образом, огромную роль в системах электроснабжения играют электрические подстанции - электроустановки, предназначенные для преобразования и передачи электрической энергии на большие расстояния с наименьшими потерями.

 

Расчет мощности подстанции

Определение коэффициента разновременности максимумов нагрузок проектируемой подстанции

Формула определения коэффициента разновременности максимумов нагрузок:

 

 

Выбор токоведущих частей

 

К токоведущим частям подстанций относятся сборные шины распределительных устройств, присоединения к ним, ошиновка, соединяющая электрические аппараты друг с другом согласно однолинейной схемы, а также вводы и питающие линии.

Сборные шины распределительных устройств и присоединения к ним напряжением 27,5 кВ и выше выполняются сталеалюминиевыми многопроволочными проводами. В закрытых распределительных устройствах напряжением до 10 кВ включительно ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами прямоугольного сечения.

Выбор шин распределительных устройств осуществляется по максимальным рабочим токам, при которых температура нагрева токоведущих частей не превышала бы 70^оС. Для этого должно выполняться условие:

 

, где

 

 - длительно допустимый ток нагрузки токоведущей части, А;

 - максимальный рабочий ток выбираемого проводника, А.

Гибкие токоведущие части должны быть проверены на термическую стойкость и по условиям отсутствия коронирования (для напряжений 35 кВ и выше). Шины распределительных устройств до 10 кВ включительно проверяются на термическую и электродинамическую стойкость. Проверка шин на термическую стойкость заключается в определении минимально необходимого сечения токоведущей части на расчетном участке цепи по режиму короткого замыкания при нагревании его до максимально допустимой температуры. Для этого должно выполняться условие:

, где

 

 - сечение токоведущей части, мм²;

 - минимально допустимое сечение токоведущей части по режиму короткого замыкания, мм².

Проверка токоведущих частей на отсутствие коронирования производится по условию:

 

, где

 

 - максимальное значение начальной критической напряженности электрического поля, при которой возникает коронный разряд, кВ/см;

 - напряженность электрического поля около поверхности провода, кВ/см.

Проверка на электродинамическую стойкость жестких шин, крепящихся на опорных изоляторах, производится сравнением механического напряжения в шине σ_расч, вызванного ударным током короткого замыкания, с допустимым механическим напряжением для выбранного материала шины σ_доп, то есть должно выполняться условие: .

 

Выбор изоляторов

Выбор разъединителей

В одном распределительном устройстве рекомендуется устанавливать однотипные разъединители, что значительно облегчает их эксплуатацию, текущий и капитальный ремонты. Выбор разъединителей производится по конструктивному выполнению, количеству заземляющих ножей и месту установки, по номинальному напряжению и току согласно условиям

 

;

.

 

Выбранный разъединитель проверяют на динамическую стойкость по ударному току короткого замыкания

 

, где

 

 - амплитудное значение предельного сквозного тока короткого замыкания по каталогу, кА;

 - ударный ток короткого замыкания, кА.

Выбранный разъединитель также проверяют на термическую стойкость

 

, где

 

 - предельный ток термической стойкости по каталогу, кА;

 - время протекания тока термической стойкости по каталогу, с;

 - тепловой импульс тока короткого замыкания, .

Выбор и проверка разъединителей сведены в таблицу 3.

Таблица 3. Выбор и проверка разъединителей

Место установки

Тип разъединителя

Соотношение каталожных и расчетных данных

             ,

кВ ,

А ,

кА ,

Ремонтная перемычка	РДЗ-1-110/630
Вводы подстанции	РДЗ-2-110/630
СМВ-110	РДЗ-1-110/630
Первичная обмотка трансформатора	РДЗ-1-110/630
Вторичная обмотка трансформатора	РВЗ-10/400-II
СМВ-10	РВЗ-10/400-II
Потребители	РВЗ-10/400-II РВЗ-10/400-III
ТСН	РВЗ-10/400-II

 

Примечание:

на вводах подстанции устанавливаю разъединители типа РДЗ-2-110/630, которые имеют два заземляющих ножа и моторный привод, то есть управление ими осуществляется дистанционно. Трансформаторы напряжения к шинам 110 кВ подключаю через разъединители типа РДЗ-2-110/630, а к шинам 10 кВ - через разъединители типа РВЗ-10/400-III.

 

Выбор трансформаторов тока

Измерительные трансформаторы тока предназначены для подключения измерительных приборов (амперметров), токовых цепей счетчиков активной и реактивной энергии и устройств релейной защиты. Трансформаторы тока выбираются по месту установки (наружная или внутренняя), конструкции (опорные, проходные, встроенные), назначению (для питания измерительных приборов или реле защит), номинальному напряжению и току первичной цепи согласно условиям

 

;

, где

 

 - максимальный рабочий ток присоединения электроустановки, на котором устанавливается трансформатор тока, А;

 - номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора тока, кв;

 - номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока, А;

 - рабочее напряжение присоединения, к которому подключается трансформатор тока, кВ.

Номинальный ток должен быть как можно ближе к рабочему току установки, так как нагрузка первичной обмотки трансформатора приводит к увеличению погрешности.

Выбранные трансформаторы тока проверяют по току короткого замыкания на динамическую и термическую стойкость:

 

;

, где

 и  - коэффициенты динамической и термической стойкости по каталогу;

 - ударный ток короткого замыкания в месте установки трансформаторы тока, кА;

 - тепловой импульс тока короткого замыкания в месте установки трансформаторы тока, ;

 - время термической стойкости по каталогу, с;

 - предельный ток термической стойкости по каталогу, кА;

 - номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока, А.

Для РУ-110 кВ выбираю трансформатор тока типа ТФЗМ-110А, а для

РУ-10 кВ - трансформаторы тока типа ТПЛ-10 и ТПЛ-10К.

Выбор и проверка трансформаторов тока сведены в таблицу 6.

 

Таблица 6 Выбор и проверка трансформаторов тока

Место установки

Тип трансформатора тока

Соотношение каталожных и расчетных данных

             ,

кВ , А ,

кА
Ремонтная перемычка		ТФЗМ-110А
СМВ-110		ТФЗМ-110А
Первичная обмотка трансформатора		ТФЗМ-110А
Вторичная обмотка трансформатора		ТПЛ-10
СМВ-10		ТПЛ-10
ТСН		ТПЛ-10К
Потребители	1	ТПЛ-10
	2	ТПЛ-10
	3	ТПЛ-10
	4	ТПЛ-10К
	5	ТПЛ-10К

 

Выбор защит

Общие сведения

 

Релейную защиту присоединений трансформаторных подстанций выполняю по схемам, предусматривающих применение постоянного оперативного тока. Для защит использую вторичные косвенного действия реле тока РТ-40, реле напряжения РН-50, реле мощности РБМ-170 или РБМ-270, дифференциальные реле РНТ-565 и ДЗТ-11, реле защиты от однофазных замыканий ЗЗП-1.

 

Защита вводов подстанции

 

Для защиты от многофазных коротких замыканий применяю трехфазную трех- и двухступенчатую дистанционную защиту с блокировкой от качаний, дополненной токовой отсечкой. Эти защиты устанавливают в рабочей перемычке и на первичной стороне главного понижающего трансформатора.

 

Защита вводов РУ-10 кВ

 

На вводах РУ-10 кВ устанавливаю максимальную токовую защиту с выдержкой времени. Защита выполняется в двухфазном двухрелейном исполнении с пуском по напряжению.

 

Защита сборных шин 10 кВ

 

Для защиты от многофазных коротких замыканий на секционном выключателе применяю токовую отсечку с выдержкой времени.

 

Защита ТСН

 

Токовая отсечка без выдержки времени является основной защитой от коротких замыканий в обмотках трансформатора и на его выводах. Максимальная токовая защита с выдержкой времени действует при коротких замыканиях на шинах собственных нужд и трансформаторе. Защиту от перегрузки, выполняемую в однофазном однорелейном исполнении с выдержкой времени с действием на сигнал, устанавливаю на вторичной стороне трансформатора.

 

Защита от перенапряжений

 

Здания и РУ подстанций защищаются от прямых ударов молнии и от волн перенапряжений, набегающих с линии, а также от коммутационных перенапряжений. Для защиты оборудования подстанции от прямых ударов молнии применяю молниеотводы, два из которых устанавливаю на вводы подстанции, еще два будут отдельностоящими. Для защиты от волн перенапряжений, набегающих по воздушным линиям, также применяю тросовые молниеотводы. Тросовые молниеотводы выполняются в виде стальных проводов, подвешенных над ЛЭП. Для защиты изоляции оборудования от коммутационных и индуктированных грозовых перенапряжений применяю ограничителями перенапряжений: ОПН-110 - для защиты изоляции оборудования РУ-110 кВ; ОПН-50 - для защиты нейтрали трансформатора; ОПН-10 - для защиты изоляции оборудования РУ-10 кВ.

 

Список используемой литературы

 

1. - Почаевец В.С. Электрические подстанции: Учеб. для техникумов и колледжей ж.-д трансп. - М.: Желдориздат, 2001. - 512 с.

.   - Е.Б. Петров Методическое пособие по дипломному и курсовому проектированию. М.: «Маршрут», 2004.

3. - Гринберг-Басин М.М. Тяговые подстанции: Пособие по дипломному проектированию; Учебное пособие для техникумов ж.-д трансп. - М.: Транспорт, 1986. - 168 с.

.   - Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Учеб. пособие для электроэнергетических специальностей вузов/ Крючков И.П., Кувшинский Н.Н., Неклепаев Б.Н.; Под ред. Б.Н. Неклепаева - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1978. - 456 с., ил.

Введение

подстанция замыкание токоведущий изолятор

В настоящее время электрическая энергия является наиболее широко используемой формой энергии. Это обусловлено относительной легкостью ее получения, преобразования, передачи на большое расстояние и распределения между приемниками. Передача электроэнергии от электростанции к потребителям - одна из важнейших задач энергетики.

В условиях формирования рыночных отношений в России обострились вопросы потребления больших энергетических мощностей. Большое потребление электроэнергии обязывает вводить в эксплуатацию более мощные генерирующие источники, вести строительство новых линий электропередач большей пропускной способности. Главной задачей при передаче электроэнергии на большие расстояние является уменьшение потерь энергии. Однако потери неизбежны, так как провода обладают омическим сопротивлением и ток, проходя по проводам линии, нагревает их. Чтобы передача электрической энергии была экономически выгодной, необходимо потери на нагревание проводов сделать возможно малыми. Это достигается тем, что передача электроэнергии на большие расстояния ведется высоким напряжением. Дело в том, что при повышении напряжения ту же самую энергию можно передавать при меньшей силе тока, это ведет за собой уменьшение нагревания проводов, а следовательно, и уменьшение потерь энергии. На практике при передаче энергии пользуются напряжением 110, 220, 380, 500, 750 и 1150 кВ. Чем длиннее линия электропередачи, тем более высокое напряжение используется в ней.

Однако генераторы переменного тока на электростанциях дают низкое напряжение, и перестройка генераторов на более высокие напряжения затруднительна - в этих случаях потребовалось бы особо высокое качество изоляции всех частей генератора, находящихся под током.

Итак, передача электроэнергии по линиям электропередач должна осуществляется на повышенном напряжении, но генерация электроэнергии из-за сложности изоляции электрических машин осуществляется на среднем напряжении, а потребление электроэнергии также осуществляется на низком, либо среднем напряжении. Таким образом, необходимо осуществить промежуточную трансформацию - преобразование одного класса напряжения в другой. Такие вопросы решает силовой трансформатор или автотрансформатор, устанавливаемый в промежуточных узлах. Промежуточным узлом между генерирующими источниками электроэнергии и потребителями, а также между крупными энергетическими системами является электрическая подстанция.

Электрическая подстанция представляет собой большую электрическую схему соединения различных электрических аппаратов: трансформаторов, коммутационных аппаратов, компенсирующих устройств (для выравнивания уровня напряжения и повышения пропускной способности линий электропередач), измерительной аппаратуры, средств автоматики и релейной защиты и многое другое. Подстанция включает в себя распределительные устройства, которые в свою очередь подразделяются на открытые и закрытые.

Расположение электрических подстанций определяется её назначением и характером нагрузок. Трансформаторные подстанции со вторичным напряжением 6, 10, 35 и 110 кВ размещают, как правило, в центре территории, на которой находятся потребители электроэнергии, что сокращает потери электроэнергии при её передаче и расход материалов при устройстве электросетей.

Таким образом, огромную роль в системах электроснабжения играют электрические подстанции - электроустановки, предназначенные для преобразования и передачи электрической энергии на большие расстояния с наименьшими потерями.

 

Расчет мощности подстанции

Определение максимальной активной мощности для каждого потребителя, который будет питаться от проектируемой подстанции

 

Формула определения максимальной активной мощности потребителя:

 

, где

 

 - установленная мощность потребителя, кВт;

 - коэффициент спроса, учитывающий режим работы потребителя, загрузку и КПД оборудования, одновременности его включения.