Курсовая работа: 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:

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 U_ном.л . Мощность силового трансформатора Sт должна быть не менее суммарной мощности нагрузки S. Поскольку имеется световая нагрузка, то используется трехфазная система с глухозаземленной нейтралью.

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.

6. Определение сопротивлений трансформатора и кабелей.

Полное сопротивление трансформатора:

где U_к – напряжения короткого замыкания трансформатора, % (находит по мощности силового трансформатора см. приложение 2); I_ном.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 r_уд (мОм/м) и удельное реактивное сопротивление х_уд (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

r₁ и x₁ - соответственно активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности трансформатора, Ом, (r₁ = r_1Т и x₁ = x_1Т ); а r₀ и x₀ находятся как

где r_0Т и x_0Т - соответственно активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности трансформатора, Ом; r_0к и x_0к - активное и индуктивное сопротивления кабелей, Ом (r_0к = r_к и x_0к = x_к ); r_н.п и x_н.п. - активное и индуктивное сопротивления нулевого проводника, Ом (находится также как и сопротивление кабеля).

8. Определение ударного тока КЗ:

(k_{уд 0} =1; k_{уд 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 I_п.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).

Автоматический выключатель серии А3000

Автоматический выключатель с электромагнитным расцепителям

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 Aq_н =0,5·10⁴ , Aq_к =1,35·10⁴ ,то

где q - сечение кабеля, мм , I_кз - ток КЗ, А; t_к - время КЗ, с; Aq_к - значение интеграла, определяющего нагрев проводника при КЗ, А с/мм ; т Aq_н - 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 t_к , в течение которого кабель может находиться под током I_кз .Сравнить время t_к с временем срабатывания выбранных автоматов при КЗ. Если это время меньше t_к , 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.

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 I_кз1 и I_кз2 соответственно до и после силового трансформатора, определяемых как

где k_т =U_ном1 /U_ном2 – коэффициент трансформации силового трансформатора, U_ном1 и U_ном2 . - соответственно первичное и вторичное напряжения силового трансформатора.

Предохранители быстрого действия.

Предохранители типа ПВТ-104

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

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, U_ном , кВ;

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

- ток термической стойкости, I_Т , кА, при времени термической стойкости t_к ;

- ток динамической стойкости, i_дин , кА.

Условия выбора выключателя:

U_ном = U_{ном установки} ;

I_ном => I_{ном установки} ;

I_Т => I_кз ;

I_дин => I_{уд в месте установки} .

Выключатель (маломасляный)

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 U_{ном раз} = U_{ном установки} ;

б) номинальный ток разъединителя должен быть не менее номинального тока установки I_{ном раз} = I_{ном установки} ;

в) токи термической и динамической стойкости разъединителя должны соответствовать наибольшим токам КЗ цепи i_{дин раз} => i_{уд кз} , I_{Т раз} => I_кз при времени протекания тока КЗ t_к .

Разъединитель внутренней установки

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.