Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Выбор трансформаторов

АННОТАЦИЯ

– Озерск: ЮУрГУ, Инф.; 2012, 31с, 8 табл., литература – 13 наименований.

В данной курсовой работе рассмотрены следующие задачи: выбор количества и мощности трансформаторов, выбор высоковольтных выключателей, выбор воздушной и кабельной линий, выбор шинной сборки.

Левый лист, не убирается

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………………………...6

1 Выбор трансформаторов…………………………………………………..14

2 Расчет токов короткого замыкания………………………………………..18

3 Выбор шинной сборки……………………………………………………..20

4 Выбор изоляторов……………………………………...…………………..21

5 Выбор выключателей……………………….……………………………...22

6 Выбор воздушной линии……………………….………………………….27

7 Выбор кабельной линии…………………………………………………...28

Заключение…………………………………………………………………..29

Библиографический список…………………………………………………3

ВВЕДЕНИЕ

1 ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ

Цеховые трансформаторы осуществляют трансформацию энергии в системе внутреннего электроснабжения предприятия с напряжения 6-10 кВ на напряжение 0,38-0,66 кВ для питания электроприёмников в цехах. Мощность цеховых трансформаторов может достигать 1000-1600 кВА.

Для силовых трансформаторов с обмоткой высшего напряжения 6кВ и выше предусматривают релейную защиту от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

многофазных замыканий в обмотках и на их выводах;
витковых замыканий в обмотках;
однофазных замыканий на землю;
внешних КЗ и перегрузки (если она возможна);
понижения уровня масла (для масляных трансформаторов).

При выполнении защит трансформатора учитывают особенности его нормальной работы; броски тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение, влияние коэффициента трансформации и схем соединения обмоток трансформатора.

Для защиты от многофазных замыканий в обмотках и на выводах трансформаторов мощностью ниже 6300 кВА, работающих одиночно (для параллельно работающих - мощностью ниже 4000 кВА) со стороны источника питания устанавливается токовая отсечка без выдержки времени, охватывающая часть обмотки трансформатора. Если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности (К_ч<2), максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 с и отсутствует газовая защита, то для защиты от многофазных замыканий в обмотках и на выводах трансформатора предусматривают продольную дифференциальную защиту, действующую на отключение выключателей силового трансформатора без выдержки времени.

Для защиты от внутренних повреждений (витковых замыканий в обмотках, сопровождающихся выделением газа) и понижения уровня масла применяется газовая защита с действием на сигнал при слабых и на отключении при интенсивных газообразованиях. Для внутрицеховых трансформаторов мощностью 630 кВА и выше применение газовой защиты является обязательным независимо от наличия других быстродействующих защит. Но при наличии чувствительной защиты от <3 со стороны источника питания для внутрицеховых трансформаторов допускают действие газовой защиты на сигнал, как при слабом, так и при сильном газообразовании. Газовая защита является единственной защитой трансформатора от "пожара стали" магнитопроводов, возникающего при нарушении изоляции между листами стали. Газовая защита может осуществляться с помощью поплавковых, лопастных и чашечных газовых реле.

Для защиты понижающих трансформаторов от внешних КЗ предусматривают максимальную токовую защиту без пуска или с пуском от реле минимального напряжения. Защита без пуска от реле минимального напряжения вследствие её низкой чувствительности применяется только на трансформаторах мощностью до 1000 кВА.

Цеховые трансформаторы 6 - 10/0,4 кВ могут иметь схемы соединения обмоток звезда- звезда или треугольник- звезда с глухим заземлением нейтрали на стороне 0,4 кВ. Одним из возможных видов внешнего КЗ является однофазное КЗ на выводах или вблизи выводов низкого напряжения трансформатора. Если обмотки высшего напряжения 6-10кВ включены по схеме звезды с незаземлённой нейтралью (Y/Y) ток однофазного КЗ на выводах 0,4 кВ много меньше тока трехфазного КЗ в этой же точке и чувствительность максимальной токовой защиты может оказаться недостаточной (К_ч<1,5). В этом случае на трансформаторе дополнительно устанавливается специальная защита нулевой последовательности. Измерительный орган защиты включается через трансформатор тока в нулевой провод нейтрали обмотки низшего напряжения трансформатора.

При схеме соединения треугольник - звезда с заземлённой нейтралью (Δ/Y) ток однофазного КЗ на выводах 0,4 кВ равен току трёхфазного КЗ в этой же точке и чувствительность максимальной токовой защиты, установленной на стороне ВН будет достаточной.

Однако в этих трансформаторах так же целесообразно устанавливать специальную высокочувствительную токовую защиту нулевой последовательности в качестве резервной к максимальной токовой защите трансформатора (ближнее резервирование) и к защитным аппаратам элементов сети 0,4 кВ (дальнее резервирование).

Выдержка времени максимальной токовой защиты и специальной защиты нулевой последовательности выбирается из условия обеспечения селективности с защитами элементов, присоединенных к шинам низшего напряжения трансформатора.

Защита от перегрузки обычно применяется при наличии нескольких параллельно работающих трансформаторов мощностью по 400 кВА и более, а так же при наличии АВР у раздельно работающих трансформаторов. Защита выполняется как однофазная максимальная токовая защита, действующая на сигнал. На необслуживаемых подстанциях защита может выполняться с действием на автоматическую разгрузку или отключение трансформатора.

Защита от однофазных замыканий на земле в сети 6-10 кВ (сети с малыми токами замыкания на землю) устанавливается на цеховых трансформаторах в том случае, когда такая защита имеется в сети. Защита выполняется как защита нулевой последовательности с пусковым органом, подключенным к трансформатору тока нулевой последовательности, установленному на вводном кабеле.

Исходя из данных задания выбираем силовые трансформаторы по указанным мощностям:

- силовые трансформаторы Т1=Т2 по стороне 110 кВ

Таблица 5

Тип трансфор-

матора

Ном. мощность, МВА

Сочетание напряжений

Напр. КЗ, %

ВН

НН

ТМН-7500/110

7,5

115

6,3

10,5

- силовые трансформаторы Т3=Т4 по стороне 6 кВ

Таблица 6

Тип трансфор-

матора

Ном. мощность, кВА

Сочетание напряжений, кВ

Напр. КЗ, %

ВН

НН

ТМ-1000/10

1000

0,4

5,5

2 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Короткими замыканиями (КЗ) называют замыкания между фазами (фазными проводниками электроустановки), замыкания фаз на землю (нулевой провод) в сетях с глухо - и эффективно-заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах.

Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение и вследствие этого пробой изоляции, набросы на провода линий электропередачи, обрывы проводов с падением на землю, механические повреждения изоляции кабельных линий при земляных работах, удары молнии в линии электропередачи и др.

Короткие замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения.

Протекание токов КЗ приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев. Нагрев может ускорить старение и разрушение изоляции, вызывать сваривание и выгорание контактов, потерю механической прочности шин и проводов и т.п. проводники и аппараты должны без повреждений переносить в течение заданного расчетного времени нагрев токами КЗ, т. е. должны быть термически стойкими.

Протекание токов КЗ сопровождается также значительными электродинамическими усилиями между проводниками. Для защиты токоведущих частей и их изоляции то разрушения принимаются необходимые меры.

Находим ток короткого замыкания в точке К1:

Находим ток короткого замыкания в точке К2:

Находим ток короткого замыкания в точке К3:

3 ВЫБОР ШИННОЙ СБОРКИ

Исходя из того, что I_ном.т.=687А выбираем шину медную прямоугольного профиля сечением 4х40 мм.

Проверка шин на термическую стойкость

Параметр С для медных шин принимаем равный 170 Ас/мм²

Так как q_min=58,82 мм² < q_max=160 мм² следовательно шины термически стойки.

Проверка шин на механическую прочность

Принимаем l=2 м, а=0,3м

Так как σ_Фmax=20,28 МПа < σ_доп=175 МПа следовательно шины механически прочные.

4 ВЫБОР ИЗОЛЯТОРОВ

Выбираем опорные изоляторы ИО-10-20У3:

F_разр=20 кН

Н_из=134 мм

Проверяем изоляторы на механическую прочность. Находим максимальную силу, действующую на изгиб:

, где l=2 м, а=0,3 м

Получаем, что F_расч < 0,6 F_разр, таким образом выбранные изоляторы подходят по механической прочности.

5 ВЫБОР ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Выключатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока.

Выключатель является основным аппаратом в электрических установках и служит для отключения и включения в цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание. К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования:

1) Надежное отключение любых токов (от десятков ампер до номинального тока отключения);

2) быстрота действия, т. е. наименьшее время отключения;

3) пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения, т.е. быстрое включение выключателя сразу же после отключения;

4) возможность пофазного (пополюсного) управления для выключателей 110 кВ и выше;

5) легкость ревизии и осмотра контактов;

6) взрыво- и пожаробезопасность;

7) удобство транспортировки и эксплуатации.

Выключатели высокого напряжения должны длительно выдерживать номинальный ток -Iном и номинальное напряжение Uном.

В соответствии с ГОСТ 687—78Е, выключатели характеризуются следующими параметрами:

1. Номинальный ток отключения Iотк.ном - наибольший ток КЗ (действующее значение), который выключатель способен отключите при напряжении, равном наибольшему рабочему напряжению при заданных условиях восстанавливающегося напряжения и заданном цикле операций. Ток КЗ состоит из периодическое и апериодической составляющих. Номинальный ток отключения определяется действующим значением периодической составляющей в момент расхождения контактов.

2. Допустимое относительное содержание апериодической составляющей тока в токе отключения βном, которое определяется по кривой рис. 4

Нормированное значение βном определяется для момента расхождения контактов

Если τ > 0,09 с, то принимают βном =0.

3. Цикл операций - выполняемая выключателем последовательность коммутационных операций с заданными интервалами между ними.

В эксплуатации выключатель может неоднократно включаться на существующее КЗ с последующим отключением, поэтому ГОСТ 687- 78Е предусматривает для выключателей определенный цикл операций.

Если выключатели предназначены для автоматического повторного включения (АПВ), то должны быть обеспечены циклы: О – 180 с – ВО – 180 с – ВО

О – tбт – ВО – 180 с – ВО

Выключатели с Uном < 220 кВ должны также выполнять цикл: О – tбт – ВО – 20 с – ВО

Выключатели без АПВ должны выдерживать цикл: О - 180 с - ВО - 180 с - ВО,

где О — операция отключения;

ВО – операция включения и немедленного отключения;

20с и 180 с — промежутки времени в секундах;

tбт - гарантируемая для выключателей минимальная бестоковая пауза при АПВ (время от погасания дуги до появления тока при последующем включении).

Для выключателей с АПВ tбт должно быть в пределах 0,3—1,2 с, для выключателей с БАПВ — 0,3 с.

Рис. 4. Нормированное содержание апериодической составляющей

4. Стойкость при сквозных токах, характеризующаяся токами термической стойкости Iтер и электродинамической стойкости Iдин (действующее значение), iдин - наибольший пик (амплитудное значение); эти токи выключатель выдерживает во включенном положении без повреждений, препятствующих дальнейшей работе.

Завод-изготовитель должен обеспечить для электрооборудования соотношение

iдин = 2,55*Iотк.ном, А

5. Номинальный ток включения - ток КЗ, который выключатель с соответствующим приводом способен включить без приваривания контактов и других повреждений, при Uном и заданном цикле. В каталогах приводится действующее значение этого тока Iвкл..ном и его амплитудное значение i вкл,ном.

Выключатели конструируются таким образом, что соблюдаются условия:

6. Собственное время отключения tс.в - интервал времени от момента подачи команды на отключение до момента прекращения соприкосновения дугогасительных контактов.

Время отключения tотк.в — интервал времени от подачи команды на отключение до момента погасания дуги во всех полюсах.

Время включения tвкл.в — интервал времени от момента подачи команды на включение до возникновения тока в цепи.

7. Параметры восстанавливающегося напряжения - в соответствии с нормированными характеристиками собственного переходного восстанавливающегося напряжения (ПВН).

8. Выключатели, не предназначенные для АПВ, должны допускать не менее пяти операций ВО при токах КЗ (0,6 – 1,0)*Iотк.ном без осмотра дугогасительного устройства. Выключатели, предназначенные для АПВ, должны допускать в тех же условиях от 6 до 10 операций ВО в зависимости от Iотк.ном , (ГОСТ 687 - 78Е, табл. 4). В этом же ГОСТ-е приведены также другие требования к конструкции включателей и методы их испытаний.

Основными конструктивными частями выключателей являются: контактная система с дугогасительным устройством, токоведущие части, корпус, изоляционная конструкция и приводной механизм.

По конструктивным особенностям и способу гашения дуги различают следующие типы выключателей: масляные баковые (масляные многообъемные), маломасляные (масляные малообъемные), воздушные, элегазовые, электромагнитные, автогазовые, вакуумные выключатели. К особой группе относятся выключатели нагрузки для внутренней, наружной установки и для комплектных распределительных устройств.

Выбираем выключатели В1 и В2 по стороне 110 кВ и заносим данные в таблицу 7.

Выбираем выключатели вакуумные типа ВВЭ-110Б-16/1600 У1

Таблица 7

Расчетные данные	Каталожные данные
Расчетные данные	ВВЭ-110Б-16/1600 У1
U_уст.= 110 кВ	U_ном.= 110 кВ
I_max = 37,6 А	I_ном = 1600 А
I_nτ = 3,8 кА	I_{откл.ном} = 67 кА
I_П0 = 2 кА	I_дин = 67 кА
i_уд = 5,1 кА	I_дин = 16 кА
В_к = 96,04 кА²с	В_к = 13467 кА²с

Выбираем выключатели В3, В4 и В5 по стороне 6 кВ и заносим данные в таблицу 8.

Выбираем выключатели вакуумные типа ВВЭ-10-20/630 У3

Таблица 8

Расчетные данные	Каталожные данные
Расчетные данные	ВВЭ-10-20/630 У3
U_уст.= 6 кВ	U_ном.= 10 кВ
I_max = 91,65 А	I_ном = 630 А
I_nτ = 5 кА	I_{откл.ном} = 20 кА
I_П0 = 5 кА	I_дин = 20 кА
i_уд = 12,7 кА	I_дин = 20 кА
В_к = 96,04 кА²с	В_к = 1200 кА²с

6 ВЫБОР ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ

Принимаем S_ном=7,5 МВА

Рабочий ток протекающий по линии определяем по формуле

Экономически целесообразное сечение кабеля определяем по формуле

Принимаем j_Э=1,4 А/мм²

Для воздушных линий рекомендовано применение сталеалюминевых проводов. Так как толщина стенки гололеда для электрифицируемого района составляет 15 мм, то рекомендованное соотношение для сталеалюминевых проводов следующее:

А/С=6,00-6,25 – при сечении до 185 мм²;

А/С=7,71 и более – при сечении 240 мм² и более.

Полученное сечение F_Э=26,857 мм² округляем до ближайшего стандартного значения.

Для воздушной линии напряжением 110 кВ выбираем провод типа АС-50/8.

7 ВЫБОР КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ

Расчет кабельной линии ведется аналогично расчетам для воздушной линии.

На стороне 6 кВ принимаем кабельную линию.

Принимаем S_ном=1000 кВА.

Рабочий ток протекающий по кабельной линии рассчитываем по формуле

Экономически целесообразное сечение кабеля определяем по формуле

Принимаем j_Э=1,4 А/мм²

Полученное сечение F_Э=69,82 мм² округляем до ближайшего стандартного значения.

Для кабельной линии напряжением 6 кВ выбираем кабель типа ААШВ 3х70.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в ходе лабораторной работы были выбраны:

- силовые трансформаторы:

по стороне 110 кВ ТМН-7500/110 Y/Yн-0;

по стороне 6 кВ ТМ-1000/10 ∆/Yн-0;

- высоковольтные вакуумные выключатели:

по стороне 110 кВ ВВЭ-110Б-16/1600 У1;

по стороне 6 кВ ВВЭ-10-20/630 У3;

- опорные изоляторы типа ИО-10-20У3;

- провод для воздушной линии 110 кВ типа АС-50/8;

- кабель для кабельной линии 6 кВ типа ААШВ 3х70.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Адоньев Н.М., Афанасьев В.В., Бортник И.М. Справосник по электротехническим аппаратам высоого напряжения. – Л.: Энергоатомиздат, 1987. – 544 с.

2. Беляева Е.Н. Как рассчитать ток короткого замыкания. – М.: Энергоиздат, 1983. – 136 с.

3. Васильев А.А., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 562 с.

4. Околович М.Н. Проектирование электрических станций. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 400 с.

5. Рокотян С.С., Самойлов Я.С. Справочник по проектированию подстанций 35-500 кВ. – М.: Энергоатомиздат, 1982.- 352 с.

6. Рожкова Л.Д., Корнеева Л.К., Чиркова Т.В. Электрооборудование электрических станций и подстанций. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 448 с.

7. Руцкий А.И. Электрические станции и подстанции. Ч. 1. – Киев: Высшая шк., 1974. – 438 с.

8. Семчинов А.М. Токопроводы промышленных предприятий. – 3-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоиздат, 1981. – 208 с.

9. Чунихин А.А. Электрические аппараты высокого напряжения. Выключатели. Т. 1 – 3: Справочник. – М.: Информэлектро, 1996, 1997. – 122 с., 211 с., 140 с.

10. ГОСТ 27514-87. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ. – М.: Изд-во стандартов, 1988. – 40 с.

11. ГОСТ 50254-92. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета электродинамического и термического действия токов короткого замыкания. – М.: Изд-во стандартов, 1993. – 57 с.

12. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. РД 153-34.0-20.527-98. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2001. – 151 с.

13. Электрический справочник/ Под ред. проф. МЭИ. Т. 1-3.-7-е изд., испр. – М.: Энергоатомиздат, 1985-1988.

Выбор трансформаторов 📙 Курсовая → 🆔 58577