Трансформаторы

Содержание

1.Введение.

2.Краткая характеристика  объекта.

3.Определение расчетных  нагрузок и графики нагрузок.

4.Выбор числа и мощности  силовых трансформаторов.

5. Расчет токов короткого замыкания.

6. Выбор шин, аппаратов и изоляторов.

7. Выбор измерительных трансформаторов.

8. Релейная защита.

9. Грозозащита и заземление.

10. Конструктивное исполнение  проектируемой установки.

11.Охрана труда.

Заключение.

Список используемой литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение.

 

В настоящее время ускорение научно-технического прогресса диктует необходимость совершенствования промышленной электроэнергетики: создания экономичных, надежных систем электроснабжения промышленных предприятий, освещения, автоматизированных систем управления электроприводами и технологическими процессами; внедрения микропроцессорной техники, элегазового и вакуумного электрооборудования, новых комплектных преобразовательных устройств. На проектирование электроснабжения промышленных предприятий занято огромное количество инженерно-технических работников, накопивших значительный опыт. Однако в бурный прогресс в технике и, в частности, в энергетике выдвигают все новые проблемы и вопросы, которые должны учитываться при проектировании и сооружении современных сетевых объектов.

Проектируемая подстанция расположена в районе  поселка Чинарево.

Электроэнергией район обеспечивается от энергосистемы, в данном проекте  рассмотрен  вопрос о питании  проектируемого поселка Чинарево по линиям 35 кВ, а также питание остальных потребителей напряжением 10 кВ.

Непрерывность технологического процесса, тяжелые условия работы электроустановок и электрооборудования  создают особые требования к системе  электроснабжения. Это надежность и  бесперебойность питания.

При выборе главной схемы  неотъемлемой частью ее построения являются обоснование и выбор параметров оборудования и аппаратуры и рациональная их расстановка в схеме, а также  принципиальное решение вопросов защиты, степени автоматизации и эксплуатационного  обслуживания подстанции. Последние  вопросы в свою очередь оказывают  непосредственное влияние на наличие  или отсутствие эксплуатационного  и ремонтного персонала на главной  понизительной подстанции предприятия.

Надежность уже выбранной  главной схемы электрических  соединений определяется надежностью  ее составляющих элементов, в число  которых входят силовые трансформаторы, выключатели, разъединители, сборные  шины, а также линии электропередачи.

В целях обеспечения бесперебойности  питания электроэнергией ответственных  потребителей и повышения устойчивости аппаратуры по отношению к токам  короткого замыкания предусматривается  автоматизация в системах электроснабжения АВР, АПВ, что позволяет обходиться без дежурного персонала на подстанциях.

Экономическая целесообразность главной схемы электрических  соединений предприятия определяется суммарными минимальными расчетными затратами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Краткая характеристика объекта.

 

Объектом проектирования является система электроснабжения поселка Чинарево. Основными потребителями электроэнергии являются асинхронные двигатели, погружные насосы.

      По обеспечению надежности электроснабжения электроприемники разделяют на три категории:

  1. Электроприемники, где перерыв в электроснабжении повлечет за собой опасность для жизни людей, повреждения дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции.
  2. Электроприемники, здесь перерыв приводит к массовому недоотпуску продукции, простоем рабочих мест, механизмов и промышленного процесса.
  3. Электроприемники несерийного производства продукции, вспомогательные цеха, коммунально-хозяйственные потребители, сельскохозяйственные заводы. Перерыв в электроснабжении до 24 часов Подстанция поселка Чинарева обеспечивает потребителей первой, второй и третей категории.

Таблица №1 Категорийность потребителей

Потребители

Проценты

1

25%

2

35%

3

40%


 

Необходимость в бесперебойном  питании электроэнергией технологического цикла производства, служит основной причиной определения категории  надежности каждого цеха и его  потребителей в отдельности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Определение  расчетных нагрузок и графики  нагрузок.

 

Определение расчетных нагрузок.

Для определения расчетных  нагрузок составляем суточный график нагрузок.

 

 

 

 

 

р

Определяем годовой расход электроэнергии потребителей подстанции.

, где:

Тmax– годовое число использования максимума нагрузки, принимаем

равным:

 где:

213-зимние сутки, 152-летние  сутки, 2-средняя продолжительность    максимума нагрузки за сутки.

 

Определим среднюю нагрузку:

 

Определим коэффициент максимума  нагрузки:

 

Коэффициент заполнения графика  нагрузки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Выбор числа  и мощности силовых трансформаторов

 

Имеются потребители 1 , 2 и 3 категории , устанавливаем два силовых двух-обмоточных трансформатора

, где

-номинальная мощность трансформатора

n – количество трансформаторов

 – коэффициент  экономичной загпузки ,=0,8

Необходимо проверить  трансформатор на аварийный режим:

 

0,75 – коэффициент для потребителей 1 , 2 и 3 категории

1,4 – аварийный коэффициент 

 

Проверяем на аварийный режим :

 

 

          Определяем количество и мощность  силовых трансформаторов. При   выборе числа трансформаторов   руководствуемся тем, что у  нас есть потребители 1,2 и 3 категорий то выбираем схему  с двумя трансформаторами.

Учитывая все эти факторы, мощность трансформаторов определяем так, чтобы обеспечить питание полной нагрузки при работе трансформаторов  в нормальных условиях с коэффициентом  загрузки 0,7-0,74 %

 

Рассматриваем два варианта:

1 вариант:

1.Определяем процент перегрузки  в часы наибольшей нагрузки:

Рассматриваем два трансформатора мощностью 1600 кВА:

 

1,5 %                                                                     

 

2.Определяем коэффициент  загрузки в часы наименьшей  нагрузки

 

%                                                                                       

 

Трансформатор в часы минимальной  нагрузки и в часы максимальной

Этот вариант нам не подходит.

2 вариант:

нагрузки будет недопустимо  перегружен.

Рассматриваем два трансформатора мощностью 2500 кВА:

1.Определяем процент перегрузки  в часы наибольшей нагрузки:

 

%    

 

Трансформаторы в часы максимальной нагрузки будут перегружены  на

60%

2.Определяем коэффициент  загрузки в часы наименьшей  нагрузки:

 

%    

 

При коэффициенте 0,5-0.75 трансформатор  имеет наибольший коэффициент полезного  действия.

Окончательно принимаем  2 трансформатора  ТМН-2500 /35/10 кВА.

Второй вариант нам  полностью подходит,

 

Паспортные данные трансформатора ТД – 2500 / 35

               

2500кВА

20кВ

10,5кВ

23,5кВт

3,9кВТ

6,5%

1%

11


 

Выбор основной схемы  электрических соединений.

 

Схема электроснабжения должна обеспечивать необходимое качество электрической энергии в соответствии с ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». Снижение качества электрической энергии приводит к дополнительным потерям энергии, уменьшает пропускную способность электрических сетей, приводит к сокращению срока службы электрооборудования.

Качество электрической  энергии может быть достигнуто:

- применением повышенных  напряжений в питающих и распределительных сетях и приближением источников питания к электроприемникам.

- уменьшением реактивного  сопротивления элементов схемы  от источников питания до электроприемников с резкопеременной нагрузкой;

-включением на параллельную  работу вторичных обмоток трансформаторов, питающих резкопеременную нагрузку;

Трансформаторные и распределительные  подстанции следует макcимaльнo приближать к электроустановкам потребителей электроэнергии, сокращая число ступеней трансформации путем внедрения глубоких вводов, повышенных напряжений питающих и распределительных сетей, дальнейшего развития принципа разукрупнения подстанций, внедрения магистральных токопроводов.

Для выбора основной схемы  электрических соединений предусматриваем

основное требование : Надежность работы , гибкость работы, удобство

эксплуатации, экономичность  эксплуатации, безопасность обслуживания,

возможность расширения.

Для подстанции для электроснабжения сельскохозяйственного района предусматриваем  схему с двумя трансформаторами, с высоковольтными выключателями  на ВН ,на стороне высокого напряжения спроектированы сборные шины, секционированные масляным выключателем. В случае отключения трансформатора ,секционный масляный выключатель включается автоматически АВР. На стороне НН предусмотрены одиночные сборные шины, которые тоже секционируются  выключателем. Эта схема первичных соединений отвечает основным требованиям :наглядная ,в то же время надежная. Для усиления надежности электроснабжения линии 10 кВ закольцовываются. Достоинство этой схемы :простота экономичность,быстрое отключение поврежденного участка.

5. Расчет токов  короткого замыкания

 

Составляем схему замещения  и определяем точки короткого замыкания.

,.,.оРо.р.лСхема

Вычисления производим в  именованных единицах по данным ЗКРЭК .

Для линии 35 кВ

Определим ток короткого  замыкания трехфазный:

 

Двухфазный ток короткого  замыкания:

 

Ударный ток:

 

Приведем данные расчетов в точке к напряжению в точке

– коэффициент трансформации 

 

Для линии 10 кВ

Определим трехфазный ток короткого замыкания в точке:

 

Двухфазный ток короткого  замыкания:

 

Ударный ток:

 

 

кВ

Трехфазный ток короткого  замыкания

Двухфазный ток короткого  замыкания

Ударный ток

35

  

 

 

10

 

  

 




 

 

6. Выбор шин,  аппаратов и изоляторов

 

Выбор шин на стороне 35 кВ.

Выбор гибких шин производится по следующим параметрам:

  • проверка по экономической плотности тока;
  • проверка по длительно допустимому току;
  • проверка гибких шин на схлестывание;
  • проверка на термическое действие тока короткого замыкания;
  • проверка по условиям коронирования.

Согласно правил устройства электроустановок, проверка шин по экономической плотности тока в пределах распределительного устройства не производится.

Расчет длительно допустимого  тока на стороне 35 кВ производился в  пояснительной записки, и он равенImax = 231,2 А.

Принимается провод марки  АС-70, допустимый ток которого Iдоп= 265 А, расчетный диаметр d= 11,4 мм.

Проверка шин на схлестывание не производится т.к. I″ = 2,9 кА <I″ = 50 кА (по условию Правил устройства электроустановок, п. 1.4).

Согласно правил устройства электроустановок (п. 1.4) проверка шин на термическое действие тока короткого замыкания не производится, т.к. шины выполнены голыми проводами на открытом воздухе.

Проверка шин по условиям коронирования производится по условию:

где Е – рабочая напряженность электрического поля, кВ/см;

Е0 – начальная напряженность электрического поля, кВ/см.

Рабочая напряженность электрического поля определяется по формуле:

 

         

где UЛ – линейное напряжение, кВ;

DСР – среднегеометрическое расстояние между проводами, см, принимается равным 100 см;

r0 – радиус провода, см.

Определение линейного напряжения производится по формуле:

         

где Uф – фазное напряжение, кВ.

Определение радиуса провода производится по формуле:

          

где r0 – радиус провода, см;

d – диаметр провода, см.

Полученные значения подставляются в формулу :

Начальная напряженность  электрического поля определяется по формуле:

        

где m – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода, принимается для многопроволочных проводов равным 0,82.

Полученные результаты Е  и Е0подставляются в неравенство :

Вывод: выбранная марка  провода по условиям короны подходит.

 

Выбор шин  на стороне 10 кВ.

Согласно правил устройства электроустановок, п. 1.3.28 сборные шины и ошиновки в пределах распределительного устройства по экономической плотности тока не проверяются, поэтому выбор производится по допустимому току, рассчитанному в пункте 2.4.1.3 пояснительной записки и равен 809,2 А.

По каталогу принимаются  шины прямоугольного сечения (60×6) мм, допустимый ток (IДОП) которых равен 870 А, сечение 360 мм2.

Минимальное сечение шин  по условию термической стойкости определяется по формуле:

          

где qmin– минимальное сечение шин, мм2;

С – коэффициент для алюминия, равный 91.

что меньше принятого сечения 360 мм2, следовательно шины термически стойки.

Проверка шин на механическую прочность:

Наибольшее удельное усилие при трехфазном коротком замыкании определяется по формуле:

       

где f(3) – наибольшее удельное усилие при трехфазном коротком замыкании, Н/м;

а – наименьшее расстояние между фазами, м, принимается для напряжения 10 кВ равным 0,22 м.

Определение напряжения в  материале при воздействии на него изгибающего момента производится по формуле:

          

где σрасч – напряжение в материале при воздействии на него изгибающего момента, МПА;

М – изгибающий момент, Н×м;

W – момент сопротивления шины, см3.

Определение изгибающего  момента производится по формуле:

       

где ℓ - пролет между изоляторами, м.

Пролет между изоляторами  определяется при условии, что частота  собственных колебаний будет  больше 200 Гц и рассчитывается по формуле:

        

где τ – момент инерции, см4;

S – площадь поперечного сечения шины, см2.

Момент инерции определяется по формуле:

          

где τ – момент инерции, см4;

b – высота шины, мм;

h – ширина шины, мм.

Полученное значение момента  инерции подставляется в формулу (2.25):

Полученное значение пролета  между изоляторами подставляется  в формулу:

Момент сопротивления  шины определяется по формуле:

          

Значения пролета между  изоляторами и момент инерции  шины подставляются в формулу (23):

Для алюминия марки АДО  допустимое напряжение в материале  σдоп= 40 МПа.

Вывод: т.к. расчетное напряжение в материале меньше допустимого  значит, шины механически прочны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Релейная защита

 

Релейная защита трансформатора.

Для защиты от внутренних повреждений  трансформатора и утечки масла устанавливают  газовую защиту. Для трансформаторов  мощностью 6,3 кВА и выше принимаем  газовое реле типа РГ4-65 с выдержкой  времени t = 0,3 - 0,4 с. При слабом газообразовании реле срабатывает на сигнал, при сильном газообразовании - на отключение. Промежуточное реле типа РП = 311 срабатывает от первого импульса газового реле и становится на самостоятельное питание. Для сигнализации ставится сигнальное реле типа РУ – 21/ 0.01.

 

Расчет дифференциальной токовой защиты.

Газовая защита не действует  при коротких замыканиях на вводах трансформатора, поэтому она дополняется  дифференциальной защитой т.е. для защиты трансформатора от повреждений вводов и обмоток.

Ввиду того, что трансформаторы на 110 кВ выполнены с РПН используем дифференциальное реле с насыщающимися  трансформаторами тока, реле типа РНТ-565, если защита не проходит по чувствительности ( Кч≤2), то используем схему ДЗТ с реле типа ДЗТ-11. Дифференциальная защита на реле типа РНТ-565 имеет Fср=100±5 А  (намагничивающая сила срабатывания реле). Определяем токи на вторичной стороне трансформатора тока:

10А          

35A

Трансформаторы тока ВН соединены  в звезду, а на НН – в треугольник.

 

 

Расчет максимальной токовой  защиты.

В виду того, что подстанция имеет, упрощенную схему первичных  соединений без выключателей на высшем напряжении, максимальная токовая защита выполняется напряжение 10 кВ. Максимальный ток-рабочий  ток трансформатора Iраб = 10А .

Выбираем трансформатор  типа ТФНД-10:

nT=        Iсз=

Кn=1.3 – 1.4; Кв= 0,6 – 0,7.

Проверяем чувствительность защиты:

Кч =

Т.е по чувствительности защита проходит.

Iср

Выбираем реле типа РТ-40/10:

Iср = 5 : 10А, S ном = 0,5 ВА.

РП- 25: Un = 220 В – промежуточное реле ЭВ- 142,1 = 1 – 20 сек.

Проверяем ТПЛ – 10 на 10 промышленность :

 

 

 

-максимальное  значение тока, при котором должна  быть обеспечена работа трансформатора  тока с погрешностью не более  10.

n-коэффициент, учитывающий неточность расчетов и влияние апериодической составляющей тока короткого замыкания на работу трансформаторов тока.

Определим краткость расчетного тока к первичному номинальному току трансформатора тока:

m

По кривой краткости, при  допускаемой 10% погрешности m=(Z) определяем допустимую нагрузку Zдоп  вторичной обмотки трансформатора тока Zдоп=4Ом

Определяем вторичную  нагрузку

Zпр

Где: L=6, сечение S=4

Сопротивление реле РТ- 40/10:

Zрт1

Сопротивление РНТ-565

 

 

 

 

Следовательно, трансформаторов  будет работать с погрешностью меньшей, чем 10 %.

 

Автоматика подстанции.

На проектируемой подстанции предусматривается следующая автоматика .

1 . Автоматика при отключении  трансформатора от любого повреждения . Она заключается а том , после передачи отключающего импульса по ВЧ – связи , подается сигнал на отключение вводных масляных выключателей на шинах 10 кВ , а также на срабатывание короткозамыкателя . При отключении выключателя на ВЛ , а без токовую паузу автоматически включается отделитель .

2 . Автоматическое включение  резервного питания .

На стороне 10 кВ предусмотрено  автоматическое включение секционного  масляного выключателя от блок-контактов  вводных масляных выключателей при  отключении их по любой причине . Устройство АВР должно контролировать наличие напряжения на резервном источнике , отключенное состояние рабочего источника и быть отстроенным от максимальных токовых защит по времени (ускорение защиты) .

3 . Автоматическое повторное  включение (АПВ) на отходящих  линиях .

 

Устройства автоматического  включения резерва (АВР)

Для повышения надежности и бесперебойности электроснабжения потребителей 1 и 2 категории , их питание осуществляется от 2-х независимых источников питания .

В данном случае мы имеем  схему одностороннего питания , при наличие двух источников питания на подстанции с использованного резерва т.е. от источника постоянно включены , но работают на выделенную нагрузку , причем один источник должен выдерживать обе нагрузки . Включение резервного источника производится устройством АВР .

АВР должно удовлетворять  следующим требованиям :

1 . Действовать во всех  случаях исчезновения напряжения  на линии со стороны основного  питания .

2 . Для предотвращения  включения на поврежденный участок , последний должен быть отключен до включения резервного источника питания .

3 Резервный источник питания должен включаться немедленно после отключения рабочего источника .

4 . Включение резервного  источника должно быть однократным .

5 . Резервный источник  должен включаться лишь в том  случае , если сам этот источник готов принять на себя эту нагрузку .

Схема АВР приводится для  одной из секций 10 кВ . Для другой секции 10 кВ схема аналогична .

Если выключатель В2 включен , РП находится под током и держит свои контакты в замкнутом положении . При отключении отделителя ОД и В2 схема обеспечивает включение секционного масляного выключателя (СМВ) , без выдержки времени достаточной для надежного включения СМВ . РП обеспечивает однократное действие АВР т.к. не позволяет дважды включать СМВ на устойчивое короткое замыкание .

В случае исчезновения напряжения U на первой ступени СШ (секции шин) срабатывают РН 1 и РН 2 , при наличии на секции напряжения запускается РВ .

Контроль наличия напряжения осуществляется реле напряжения .

 

Регулирование напряжения на подстанции.

Отклонения напряжения от номинального являются одним из основных показателей качества электроэнергии . От значения напряжения зависит :

А) Производительность труда  на промышленном предприятии .

Б) Срок службы изоляции оборудования .

В) Расход электроэнергии .

Поэтому допустимые отклонения напряжения в среднем составляют ±5%

На проектируемой подстанции установлены трансформаторы с регулировкой напряжения под нагрузкой на стороне 35 кВ . В устройство автоматического управления входит электронный регулятор напряжения БАУРПН – 2 , который предназначен для автоматического управления приводом переключателя РПН с целью поддержания напряжения на заданном уровне .

Переключающее устройство реакторного  типа РНТ-13 состоит из трех сдвоенных  переключателей , трех пар контактов , трехфазного реактора и приводного механизма ПДП-4У .

Из инструкции ОБВ , 463.229-67 по пользованию переключающим устройством  РНТ-13: Переключатель помещается в  общем баке трансформатора под магнитопроводом  и приводится в действие электроприводом  от ТСН .

Управление местное от двигателя и ручное дистанционное  автоматическое с помощью блока  регулирования АРКТ . Питание электродвигателя осуществляется переменным током , на напряжение 220/380 В . Цепи управления на переменном токе , напряжением 220 В . Время переключения на одно положение равно 1,5 сек .

9. Грозозащита  и заземление

 

Грозозащита системы электроснабжения  зависит от рабочего напряжения линии  передачи, мощности подстанции, её схемы, наличия пересечений линии передачи с линиями передачи других рабочих  напряжений, с железными дорогами, шоссе, а также с линиями связи  и радиотрансляции. Существенную роль в грозозащите играет удельное сопротивление  грунта в районе сооружения системы  электроснабжения, материал опор линии  передачи и подстанции (дерево, железобетон, сталь). При выборе грозозащитных аппаратов (вентильных и трубчатых разрядников, искровых промежутков) важными параметрами являются максимальные (при трёхфазных или однофазных) и минимальные значения сопровождающих токов КЗ, возникающих при перекрытие изоляции волнами грозовых перенапряжений.

На подстанциях 35/10 кВ со стороны напряжения 35 кВ вблизи трансформаторов  устанавливают комплекты вентильных разрядников (при двух трансформаторах  два комплекта) типа РВС-35 или при  малых значениях сопровождающих токов промышленной частоты (менее 300 А) типа РВО-35.

Пересечение линии передачи с линиями передачи других напряжений, железными дорогами, шоссе, линиями  связи или линиями радиотрансляции  защищаются на опорах пролёта пересечения  трубчатыми разрядниками или защитными  искровыми промежутками (при малых  сопровождающих токах), выполняемыми так  же, как РТ или искровые промежутки, устанавливаемые на подходах, но не у подстанции. Открытая подстанция защищается от прямых ударов молнии стержневыми  молниеотводами.