Проект електричної частини центрального розподільчого пристрою (ЦРП) та цехових трансформаторних підстанцій (КТП)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовий проект

Проект електричної частини центрального розподільчого пристрою (ЦРП) та цехових трансформаторних підстанцій (КТП)

Завдання на курсовий проект

Вихідні дані

Номінальні напруги: U1ном=220 кВ; U2ном=110 кВ; U3ном=35 кВ; U4ном=10 кВ; U5ном=380 В;

Довжини ЛЕП: l1=30 км; l2=10 км;

Тип автотрансформаторів Т1 и Т2: ТДНТ - 40000/220-78 У1 Uквс=12,5%; Uквн=22 %; Uксн=9,5 %;

Тип автотрансформаторів Т3 и Т4: ТДНТ - 63000/110-69 В1 U=110/35/10; Uквс=10,5%; Uквн=17 %; Uксн=6,5 %;

Кількість КТП - 16;

Характеристика режиму роботи навантажень КТП: n=3; t=8 год; Кр=0,98; Тмах=7000 год/рік;

Вартість електроенергії: Кпкв= 5 грн/квар ; Кпкн= 9 грн/квар; 3уе= 0,3 грн/кВт··год

Навантаження низької напруги на одну КТП

1. Вентилятори (Рп=40 кВт; ТВ=1) 4 шт.

2. Насоси (Рп =70 кВт ТВ=1) 4 шт.

3. Компресори (Рп =150 кВт ТВ=1) 4 шт.

4. Повітродувки (Рп =100 кВт; ТВ=1) 4 шт.

5. Транспортери (Рп =100 кВт ТВ=0,8) 4 шт.

6. Крани мостові (Рп =80 кВт ТВ=0,6) 4 шт.

7. Індукційні печі низької частоти (Sт.ном=120 ква; ТВ=0,7) 4 шт.

8. Електричні печі опору періодичного (Sт.ном=100 ква; ТВ=0,6) 4 шт.

9. Трансформатори дугового зварювання (Sт.ном=40 ква ТВ=0,6) 10шт.

10. Освітлення (Руст=150 кВт, Косв= 0,9 .

1. Розрахунок навантажень

Розрахунок середніх навантажень

= , кВт;

=, квар;

1094 + 540 + 121,5 = 1755,5 кВт;

850 + 789 = 1639 квар;

Повне середнє навантаження

= кВА.

Розрахунковий струм за найбільш завантажену зміну

А.

Визначення середньорічних навантажень та річний розрахунок енергії

По довіднику визначаємо

Середньорічні потужності:

= кВт;

= квар.

Розрахунковий середній струм за рік

А;

Річний фонд робочого часу:

Річна витрата електроенергії

Середньорічний коефіцієнт потужності за рік

Середньорічний

2. Розрахунок максимальних навантажень

Ефективне число приймачів:

Груповий коефіцієнт використання

Приймаємо

Максимальна потужність приймачів зі змінним графіком навантаження:

кВт;

квар.

Сумарна потужність навантаження (розрахункова):

;

кВА.

Середньозважене значення коефіцієнта потужності за період розрахункового максимуму завантаження

Розрахунковий півгодинний струм

А;

Потужність трансформатора:

кВА.

Перевіряємо трансформатор на перевантажувальну здатність:

До установки приймаємо трансформатор:

Тип трансформатора	Номінальна потужність, кВА	Номінальна напруга обмоток, кВ	Втрати, кВт	Напруга короткого замкнення %	Струм Холостого ходу %
		ВН	НН	XX (сталі)	КЗ (міді)
ТМ 1600/10	1600	6:0	0,4;,69	3,3	18	5,5	1,3

3. Втрати потужності в трансформаторі КТП

кВА;

кВА

Втрати активної потужності в трансформаторі:

?РТР = ?Рхх + ?Рк кВт.

Втрати реактивної потужності в трансформаторі:

Визначаємо повні втрати потужності в трансформаторі:

Втрати потужності на КТП :

Розрахунок втрат інших КТП робиться аналогічно.

4. Розрахунок навантажень на збірних шинах ЦРП

Максимальна потужність електроприймачів НН:

=16 - кількість КТП;

кВт;

квар.

Втрати усіх трансформаторів КТП:

кВт;

квар;

Розраховуємо максимальне повне навантаження на ЦРП:

кВт;

квар;

кВА.

Розрахунковий півгодинний струм на стороні ВН

А;

5. Вибір компенсуючих пристроїв

У якості компенсуючих пристроїв будемо застосовувати конденсаторні установки. Наближення конденсаторів для компенсації реактивної потужності к приймачам розвантажує мережу від реактивного навантаження, що дозволяе зменшити втрати електроенергії.

Потужність пристрою, що компенсує:

квар;

- фактичний максимум активної потужності приймачів;

; ;

ефективний коефіціент потужності:

де - тангенс кута зрушення фаз, що відповідає середньозваженому коефіцієнту потужності за рік;

- тангенс кута зрушення фаз, що відповідає нормативному значенню середньозваженому ;

Різниця у вартості 1 квар конденсатора:

Еквівалентний активний опір трансформаторів, що підживлюють мережу до 1000 В.

Найвигідніша потужність конденсаторів напругою до 1000 В на одну КТП

де

Вибираємо конденсаторну установку:

Тип	Uн, кВ	Qкн, квар	Число і потужність регулеваних ступенів, шт х квар
УК-0,38-450НЛУЗ	0,38	450	3х150

Перераховуємо максимальну потужність на КТП



Розрахунковий півгодинний струм

А;

Потужність трансформатора:

кВА.

Перевіряємо трансформатор на перевантажувальну здатність:

До установки приймаємо трансформатор, котрий був вибраний попередньо.

6. Розрахунок струмів короткого замикання

Базова потужність систем:

; .

Базисна потужність -

Середні напруги:

Знаходимо відносний опір систем:

Знаходимо відносний опір ліній електропередач

X0 = 0,4 ;

Знаходимо відносний опір обмоток автотрансформаторів Т1 і Т2:

Знаходимо відносний опір обмоток автотрансформаторів Т3 і Т4:

Знаходимо відносний опір трансформатора КТП:

Розрахунок струмів к.з. у точці К-1

Вибираємо базисні величіни:

Знаходимо результуючий опір при підживленні крапки к.з. К-1 від системи .

Обчислюємо струми короткого замикання

Початковий сверхперехідний струм к.з.

кА.

Ударний струм к.з.

кА.

Діюче значення ударного струму к.з.

кА.

Сверхперехідна потужність к.з.

МВА.

Розрахунок струмів к.з. у точці К-2

Вибираємо базисні величини:

Знаходимо результуючий опір при підживленні крапки к.з. К-2 від системи .



Обчислюємо струми короткого замикання

Початковий сверхперехідний струм к.з.

кА.

Ударний струм к.з.

кА.

Діюче значення ударного струму к.з.

кА.

Сверхперехідна потужність к.з.

МВА.

Розрахунок струмів к.з. у точці К-3

Вибираємо базисні величіни:

Знаходимо результуючий опір при підживленні крапки к.з. К-3 від системи

Обчислюємо струми короткого замикання

Початковий сверхперехідний струм к.з.

кА.

Ударний струм к.з.

кА.

Діюче значення ударного струму к.з.

кА.

Сверхперехідна потужність к.з.

МВА.

Розрахунок струмів к.з. у точці К-4

Вибираємо базисні величіни:

Знаходимо результуючий опір при підживленні крапки к.з. К-4 від системи ,

Обчислюємо струми короткого замикання

Початковий сверхперехідний струм к.з.

кА.

Ударний струм к.з.

кА.

Діюче значення ударного струму к.з.

кА.

Сверхперехідна потужність к.з.

МВА.

Розрахунок струмів к.з. у точці К-5

Вибираємо базисні величіни:

Знаходимо результуючий опір при підживленні крапки к.з. К-4 від системи ,

Обчислюємо струми короткого замикання

Початковий сверхперехідний струм к.з.

кА.

Ударний струм к.з.

кА.

Діюче значення ударного струму к.з.

кА.

Сверхперехідна потужність к.з.

МВА.

Попередньо вибираємо ВВ

Високовольтні вимикачі вибираються по вигляду установки, номінальному струму, номінальній напрузі, струму, що відключається, і потужності короткого замикання.

Номінальний струм і напруга визначаються параметрами електричної мережі:

Потужність відключення ВВ

7. Вибір реактора

Реактор будемо встановлювати на шинах ЦРП

Основний критерій вибору струмообмежуючого реактору:

Величина бажаного результуючого опору кола к.з. до розрахункової крапки повинна бути не менш:

У випадку, коли струми й потужність задані від двох джерел результуючий опір системи визначається по формулі

Відносний базисний опір реактора визначається по формулі

Вибираємо реактор типу - РБ10 -1600-0,14

Паспортні дані:

Перевірка вибраного реактора

Uуст.ном, кВ = Uном, кВ = 10 кВ;

.

Вк- тепловий імпульс;

Tа- постійна часу загасання Tа=0,05 с;

tОТК - час відключення tОТК = tЗ + tв Реактор відповідає за умовами обмеження струмів короткого замикання й , перевірка реактора на термічну й динамічну стійкість виконується, приймаємо даний реактор до установки.

8. Розрахунок струмів к.з. в установках менш 1000 В

Середня напруга дорівнює

кВ;

При відомій потужності, що відключає, високовольтного вимикача опір системи можна визначити по формулі

Активний опір трансформатора у відносних одиницях визначається із втрат к.з.

Повний опір трансформатора у відносних одиницях визначається напругою к.з.

Індуктивний опір у відносних одиницях

Опір трансформатора обмотки нижчої напруги в іменованих одиницях

Вибираємо трьох полосні алюміневі шини прямокутного перетину.

Основні параметри:

;

Токове навантаження: 1470 А.

Активний опір шин

;

Індуктивний опір шин опір шин

де

для кольорових металів

а-а - відстані між фазами

Перехідний опір контактів рубильників або автоматів можна орієнтовно прийняти рівним

Сумарний опір

Струм к. з.

трансформатор навантаження реактор напруга

Ударний струм

9. Вибір струмоведучих частин

Вибір кабелю приєднання КТП

Визначаємо перетин кабелю по економічній щільності струму. Для даного варіанта завдання Tmax має значення 7000 год/рік.

По довідкових матеріалах знаходимо економічну щільність струму для кабелів, з алюмінієвими жилами, що дорівнює .

Максимальний робочий струм Imax дорівнює номінальному струму трансформатора КТП, тому що в нас двухтрансформаторная підстанція формула прийме вид:

Економічний доцільний перетин кабелю:

мм2

Попередньо вибираємо: кабель ЦАБО - 365 з наступними даними: Iдоп=180 А; tдоп=60С , для приєднання КТП;

Для середньої температури навколишнього середовища визначаємо температуру кабелю приєднання трансформатора КТП при нормальному режимі роботи

оС

Для о С визначаємо А2с/мм2.

кА2с

Вк - тепловий імпульс;

Tа - постійна часу загасання Tа=0,05 с;

Tотк - час відключення tотк = tЗ + tв..

Постійна Ак визначиться з вираження:

А2с/мм2

Постійної А2с/мм2 відповідає температурі значно перевищуючої . Відповідно можна зробити висновок, що кабелі приєднання термічно нестійкі. Тому знайдемо мінімальний перетин кабелю



і вибираємо ЦАБО - 3185 з наступними даними: Iдоп.=310 А; tдоп=60С для приєднання трансформатора КТП

оС

Для о С визначаємо А2с/мм2.

Постійна Ак визначиться з вираження:

А2с/мм2

Постійної А2с/мм2 відповідає температурі о С не перевищує .

Попередній вибір збірних шин КТП

Вибираємо трьох полосні алюміневі шини прямокутного перетину.

Основні параметри:

;

Токове навантаження: 1470 А.

Перевірка обраних шин на механічну міцність при к. з.

Момент опору для прямокутних шин при розташуванні на ребро

Для алюмінію значення допустимих напруг дорівнює

Визначимо відстань між ізоляторами уздовж шин, згинальний момент для ізолятора знаходимо

Замість сили F, визначаємо її питоме значення ,на одиницю довгі

Розрахункова відстань між ізоляторами уздовж фази

Приймаємо .

Найбільша сила, що діє на шину середньої фази при 3-х фазному короткому замиканні

Максимальний згинальний момент, можна визначити по формулі

Напруга матеріалу при вигині від взаємодії між фазами

< <

Перевірка на термічну стійкість

Для середньої температури навколишнього середовища +25 єС знаходимо температуру шини при нормальних умовах роботи

єС; єС

А

Для о С визначаємо А2с/мм2.

Тепловий імпульс

Постійної Ак відповідає температура, порядком 125 єС, що значно менше tдоп=200 єС. Попередньо обрані шини механічно й термічно стійкі й приймаються до установки.

Вибір ізоляторів

До установки приймаємо ізолятори типу ИОР-10-750У-ХЛ2 з номінальними даними:

Наименование параметра	Показатель
Номинальное напряжение, кВ	10
Испытательное напряжение грозового импульса, кВ	80
Минимальная разрушающая сила на изгиб, кН	4,0
Масса, кг.	1,2

Так, як шинні конструкції тверді, вибираємо опорні ізолятори за умовами механічної й електричної міцності

Також вибираємо проходні ізолятори типу ИП-10/ 2000-3000У2

При виборі проходного ізолятора необхідно дотримувати наступної умови:

Ізолятори повністю відповідають умовам вибору.

10. Вибір апаратів високої напруги

Вибір високовольтного вимикача

Перевіримо попередньо обраний високовольтний вимикач ВЭ-10-1600-20УЗ

Параметри високовольтного вимикача наведені в таблиці 9.1

Таблиця 10.1 - Вибір високовольтного вимикача

Розрахункові величини	Параметри вимикача
Умовні позначки	Умовні позначки	Умовні позначки	Числові значення
, кВ	10	, кВ	10
, A	1286,3	, А	1600
, кА	9,24	, кА	20
, кА	23,47	,	50,4
,	55,4	,	260
Sотк , МВА	160	SоткВ, ,МВА	340

Остаточно вибираємо ВВ типу ВЭ-10-1600-20УЗ

Вибір лінійного роз'єднувача

Таблиця 10.2 - Вибір лінійного роз'єднувача

Розрахункові величини	Параметри вимикача
Умовні позначки	Числові значення	Умовні позначки	Числові значення
, кВ	10	, кВ	10
, A	1286,3	, А	4000
, кА	23,47	, кА	125
, кА	13,95	, кА	74,4
,	554	,	5530,6

Лінійного роз'єднувача типу РВР-10/4000 М УЗ з номінальними даними

Вибір запобіжників

Запобіжники вибираються по номінальній напрузі і струму, роду установки, межно вимикаючому струму і потужності та по конструктивному виконанню.

Запобіжник типу - ПК1-10-20/10-20-20У

Вибір трансформатора струму

Вибір трансформатора струму для обліку електроенергії

На уведенні на трансформатор КТП установлюємо 1 лічильник активної енергії, 1 лічильник реактивної енергії

Сумарний опір приладів:

Ом

Опір сполучних проводів:

ОмОпір контактів:

rконт=0,1 Ом

Розрахункове навантаження вторинної обмотки ТТ із класом точності 0,5:

Ом

У ланцюзі виміру й релейного захисту встановлюємо 1 амперметр, 1 ваттметр. Розрахунок потужності споживаної послідовними котушками приладів

Таблиця 10.3 - Дані електровимірювальних приладів

Найменування приладів	Тип	Потужність котушок по фазах
		А	В	С
Амперметр Ваттметр	СА3020 СР3020	3,2 4,7	3,2 -	3,2 5
Разом		8,2	3,2	8,2

Сумарний опір приладів:

Ом

Ом - опір сполучних проводів;

Ом - опір контактів.

Розрахункове навантаження трансформатора струму:

Ом

Максимально можливий струм через ТТ

Розрахункові величини й параметри обираного трансформатора токи наведені в таблиці 8.2- Вибір трансформатора струму

Таблиця 10.4 - Вибір трансформатора струму для обліку електроенергії

Розрахункові величини	Параметри ТТ
Uуст=10 кВ	Uном=10 кВ
Imax=71,5 А	Iном=100 А
Z2=r2=0,4 Ом	Z2ном=0,6 Ом
iу=23,47ка	кА
Вк=554 кА2с	(КтIном)2tн=1071,63 кА2с

До установки приймаємо 3 трансформатори струму типу ТПЛК-10 - 100/5-0,2.

Вибір трансформатора напруги

Трансформатори напруги застосовуються в установках змінного струму напругою 380 У и вище для харчування паралельних котушок вимірювальних приладів і реле захисту. Первинну обмотку трансформатора напруги підключають паралельно до мережі, а до вторинної обмотки приєднують паралельні котушки приладів і реле.

Таблиця 10.5- Дані електровимірювальних приладів

Найменування приладів	Тип	Спожив. потужн. ВА	cos	Число прилад.	Сумарна споживана потужність
					Р, Вт	Q, Вт
Вольтметр Ватметр Лічильник активної енергії Лічильник реактивної енергії Частотомір	Э-762 Д772 САЗУ СРЗУ Д-762	8 10 1,75 1,75 8	- 1 0,38 0,38 -	1 1 1 1 1	8 10 0,665 0,665 8	0 0 1,62 1,62 0
Разом					27,33	3,24

Повна потужність всіх приладів дорівнює

ВА

До установки приймаємо трансформатор напруги типу НОЛ-10, Uтн=10 кВ, Uнн=100 В, S=50 ВА при класі точності 0,2 і запобіжники типу ПКН 001-10 У1.

11. Релейний захист трансформатора КТП

Максимальний струмовий захист (МСЗ) з витримкою часу

Струм спрацьовування захисту:

А

де Imax=71,5 А -струм, споживаний обмоткою ВН трансформатора КТП у режимі максимального навантаження;

Кн=1,2 - коефіцієнт надійності для реле РТ-80;

Ксх=1 - коефіцієнт схеми для схеми повна зірка.

Кз=2 - коефіцієнт, що враховує збільшення струму навантаження при самозапуску електродвигунів.

Кв=0,8 - коефіцієнт повернення.

Струм спрацьовування реле:

А

де Ктт=100/5=20 - коефіцієнт трансформації трансформатора струму.

З каталогу вибираємо реле типу РТ-80/10 зі струмом спрацьовування від 5 до 10 А. При послідовній сполуці котушок Приймаємо уставку спрацьовування реле Iср.р=8 А > Iср.р'=7,932 А.

Струм спрацьовування захисту (перелічений):

А

Коефіцієнт чутливості захисту:

кА

Струмове відсічення

Струм спрацьовування захисту:

кА

де Кн=1,3 - коефіцієнт надійності для реле РТ-80

Iк.max=1,15 Iк.min=1,15 = 0,809 кА

Струм спрацьовування реле:

А

З каталогу беремо реле типу РТ-80/100 зі струмом від 25 до 100 А.

Приймаємо уставку реле Iср.р'=50 А

Струм спрацьовування захисту (перелічений):

 А

Коефіцієнт чутливості:

де Iк(2)=0,87Iк(3)=0,87·=18,38 кА - струм двофазного короткого замкнення на стороні ВН трансформатора КТП.

Захист нульової послідовності

Струм спрацьовування захисту:

А

Струм спрацьовування реле:

А.

З каталогу беремо реле типу РТ-80/6 при послідовній сполуці котушок зі струмом спрацьовування від 1,5 до 3 А.

Опис роботи схеми керування, захисту й сигналізації

Як апарат керування для операцій включення й відключення вимикача Q використовується найпростіший ключ керування SA2 із самоповерненням. При подачі сигналу на включення ключем SA2, спрацьовує реле команди KL2 і своїм контактом подає сигнал на КМ. Відключення виробляється тим же ключем SA2 і реле KL3 аналогічно включенню. При цьому одержує харчування електромагніт відключення YA1, убудований у привод вимикача й робить відключення.

Електромагніт включення YA2 має індивідуальний ланцюг (шинки ШП), що одержує харчування від спеціального випрямного пристрою.

Реле положення “відключене” KL4 перебуває в спрацьованому положенні при замкнутому розмикальний блок-контакті привода вимикача Q, тобто при відключеному вимикачі. Його ланцюг замикається через котушку контактора включення вимикача КМ. Струм, що проходить по котушках KL4 і КМ, обмежується резистором R1, тому контактор КМ не може спрацювати, якщо не замкнуть контакт KL2 у його ланцюзі.

Аналогічно реле положення “включене” KL5 спрацьовує при замкнутомуконтакті, що замикається блок-, Q і його ланцюг проходить через обмотку електромагніта відключення YA1. Спрацьовування електромагніта YA1 можливо тільки при замкнутих контактах реле KL3 або KL1. Включення й відключення вимикача можна здійснювати від автоматичних пристроїв або дистанційно.

У цьому випадку ланцюга автоматично повинні шунтировать короткочасно відповідні контакти реле KL2 або KL3.

Вимикач відключається автоматично при дії наступних захистів:

струмове відсічення (контакти КА1, КА2 і проміжне реле KL1);

МСЗ із витримкою часу (контакти КА3, КА4, реле часу КТ, реле KL1);

Захист від замикань на землю в ланцюзі вторинної напруги силового трансформатора (контакти KL5, реле KL1);

Газовий захист (контакт SL2, реле KL1

При спрацьовуванні кожної із захистів одержує харчування вихідне проміжне реле KL1 і замикає ланцюг електричного магніту відключення YA1.

KL6 спрацьовує від реле команди KL2 або KL3, контакти яких замикають ланцюг тої або іншої обмотки реле KL6 залежно від того, яка команда подана. Сигналізація положення вимикача здійснюється сигнальними лампами EL1 і EL2 через контакти реле положення KL4 і KL5.

У випадку відключення вимикача від релейного захисту, реле KL6 не змінює свого положення, створюючи ланцюг невідповідності для харчування від “+” ШМ лампи EL2. Зняття харчування й переклад сигнальної лампи в нормальне світіння виробляється шляхом переорієнтації двопозиційного реле KL6 за допомогою центральної кнопки SB, що є загальної для декількох вимикачів. При замиканні кнопки харчування SB міняють свою орієнтацію реле KL6 приєднань, що перебувають у положенні “відповідності”, своєї орієнтації не змінюють, тому що ланцюг, що зв'язує їх зі ШСМ розімкнута контактом KL5 і KL4. У ланцюзі зняття сигналу передбачений розмикальний контакт реле KL2 або KL4. У ланцюзі зняття сигналу передбачений розмикальний контакт реле KL2 або KL3, що виключає помилкове спрацьовування сигналізації при подачі команд.

Дія захисту супроводжується звуковим і світловим сигналами аварійного відключення й випаданням прапорця вказівного реле відповідного захисту. Тому що підйом блинкера виробляється вручну, у схемі передбачений сигнал “блинкер не піднятий”, що нагадує черговому про необхідність підняти його, тому що в противному випадку при повторному відключенні можлива неправильна орієнтація персоналу в дії захисту EL4. У схемі передбачений індивідуальний світловий і звуковий сигнал від дії газового реле (верхній контакт) і й термосигнализация HA і EL3. Перемикання зі звукового сигналу на світловий здійснюється вручну. У ланцюгах сигналізації (контакти SL1 і SН) для передачі сигналу призначені проміжні реле KL7 і KL8.

Список літератури

1. Справочник по проектированию электроснабжения/Под ред. В.И. Круповича, Ю.Г.Барыбина, М.Л. Самовера.- 3-е изд., перераб. И допю - М.:Энергия, 1980.- 456 с., ил.- (Электроустановки промышленных предприятий)

2. С.Я. Свирен , Пособие по курсовому и дипломному проектированию - Электрические станции подстанции и сети. - Государственное Издательсятво Технической Литературы УССР, Киев-1962.

Размещено на Allbest.ru