39

Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

Кафедра ЭПП

Курсовая работа по курсу:

«Электрическая часть станций и подстанций»

Мариуполь, 2004

Содержание

Введение

Реферат

1. Тип и мощность синхронных двигателей

2. Число и мощность цеховых трансформаторов для питания нагрузок 0,4 кВ

3. Расчёт потерь в трансформаторах

4. Электрические нагрузки на шинах РП - 6 (10) кВ насосной станции

5. Питающие кабели от ГПП к РП

6. Токи к.з. на шинах РП и суммарный ток к.з. на шинах 10 кВ ГПП (с учётом подпитки от синхронных двигателей от синхронных двигателей РП)

7. Коммутационные аппараты

8. Токоведущие части и изоляторы

9. Индивидуальное задание

Заключение

Список литературы

Введение

Проектирование РП насосной станции представляет собой задачу выбора целесообразных типа и мощности синхронных двигателей и различного оборудования, такого как цеховые трансформаторы, токоведущие части (к ним относятся сборные шины и кабели), изоляторы и многое другое. В данной работе в процессе расчёта определяем целесообразность установки реактора для ограничения тока короткого замыкания на шинах ГПП до 20 кА. Кроме того, в расчётах необходимо было учитывать, что насосная станция является потребителем первой категории, т.е. необходимо предусмотреть два независимых ввода.

При проектировании учитывались различные нововведения в области энергетики, т.е. выбиралось оборудование с большим быстродействием и более надёжное, чем его более старые аналоги.

Реферат

Данный курсовой проект содержит 31 страницу, 2 таблицы и 11 рисунков.

Целью данного курсового проекта является проектирование РП насосной станции.

В проекте приведён расчёт суммарной нагрузки на стороне 0,4 кВ и на шинах 6 кВ, выбор типа и мощности синхронных двигателей и цеховых трансформаторов. В данной работе был выполнен расчёт токов короткого замыкания для выбора реактора. Произведён выбор различных токоведущих частей. Кроме того, в курсовом проекте приведено описание различных видов разрядников для защиты от коммутационных перенапряжений.

РП НАСОСНОЙ СТАНЦИИ

ЦЕХОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

ТОКОВЕДУЩИЕ ЧАСТИ

РАЗРЯДНИКИ

РЕАКТОР

СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

ТОК КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

КОММУТАЦИОННАЯ АППАРАТУРА

1. Тип и мощность синхронных двигателей

Водопроводные насосные станции являются наиболее ответственными сооружениями в системах водоснабжения, обеспечивающие подачу необходимого количества воды под требуемым напором.

Насосные станции представляют собой достаточно сложный комплекс механического оборудования и энергетических установок (электродвигателей, силовых трансформаторов, распредустройств), трубопроводов, арматуры, контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации.

Для приведения в действие насосов применяют синхронные и асинхронные двигатели.

Насосные станции I и II категории надёжности должны быть обеспечены бесперебойным питанием электроэнергией.

Первая категория - не допускается перерыв в подаче воды, т.к. это может привести к повреждению технологического оборудования или даже к аварии и человеческим жертвам.

Мощность электродвигателя насоса определяется по формуле:

, кВт (1.1)

где К_з - коэффициент запаса мощности электродвигателя (т.к. Q < 100 м³/ч, то К_з = 1,3);

Q - производительность насоса, м³/ч;

Н - полный напор;

г - плотность жидкости, кг/м³ ( плотность воды г = 1000 кг/м³)

з_н - КПД насоса;

з_пер - КПД передачи (для насадки на вал двигателя з_пер = 1,0)

Мощность электродвигателя составит:

кВт

По справочнику Б.Н. Неклепаев «Электрическая часть станций и подстанций» (стр. 214) выбираем синхронный двигатель на U_н = 6 кВ:

СДН - 2 - 17 - 71 - 8УЗ: Р_ном = 2500 кВт; S_ном = 2880 кВА

У всех двигателей серии СДН - 2 cos ц_ном = 0,9

2. Число и мощность цеховых трансформаторов для питания нагрузок 0,4 кВ

Расчётная нагрузка 0,4 кВ, Р_р = 4600 кВт (с учётом крм).

Реактивная мощность на стороне 0,4 кВ составит:

Q_р0,4 = Р_р0,4 tg ц_э = 4600 0,15 = 690 квар

tg ц_э = 0,15 для сети 0,4 кВ.

Полная мощность на стороне 0,4 кВ составит:

(1.2)

Определим минимальное число трансформаторов:

(1.3)

Тогда оптимальное число трансформаторов N_опт будет равно 4.

По справочнику Б.Н. Неклепаев «Электрическая часть станций и подстанций» (стр. 214) выбираем трансформаторы ТМ -1600/10.

Проведём проверку (найдём реальный коэффициент загрузки):

а) в нормальном режиме

(1.4)

б) по послеаварийному режиму

Проверка по послеаварийному режиму ведётся с учётом выхода из строя двух трансформаторов.

Коэффициент загрузки в принимаем равным 0,8, т.к. считаем, что имеется резервирование по стороне 0,4 кВ.

Выбранный трансформатор ТМ - 1600/10 имеет следующие параметры:

U_вн = 6 кВ; U_нн = 0,4 кВ;

P_х = 3,3 кВт; P_к.з. = 16,5 кВт;

U_к = 5,5 %; I_х = 1,3%.

3. Расчёт потерь в трансформаторах

Приведенные потери можно определить по следующим формулам:

P_т = P_тхх + k_з² P_ткз (1.5)

Q_т = Q_тхх + k_з²Q_ткз.

Суммарные потери составят:

ДP_тУ = (1.6)

ДQ_тУ = = 4 (Q_тхх + k_з²Q_ткз) (1.7)

Приведенные потери х.х. трансформатора, учитывающие потери активной мощности в самом трансформаторе, и создаваемые им в элементах всей системы электроснабжения в зависимости от реактивной мощности, потребляемой трансформатором:

P_тхх = P_х + К_ип Q_х (1.8)

Приведенные потери КЗ:

P_ткз = P_к + К_ип Q_к, (1.9)

где К_ип - коэффициент изменения потерь. К_ип = 0,10,15 для трансформаторов напряжением 10 - 6/0,4 кВ, питающихся от районных сетей;

- коэффициент загрузки трансформатора;

Реактивная мощность х.х. трансформатора:

квар (1.10)

Реактивная мощность КЗ, потребляемая трансформатором при номинальной нагрузке:

 квар (1.11)

P_ткз = 16,5 + 0,1 88 = 25,3 кВт

P_тхх = 3,3 + 0,1 20,8 = 5,38 кВт

P_т = 5,38 + 0,72² 25,3 = 18,49 кВт

ДP_тУ = кВт

ДQ_тУ = квар

4. Электрические нагрузки на шинах РП - 6 (10) кВ насосной станции

Нагрузка на стороне 6 кВ без учёта двигателей составит:

Р'_рУ = Р_р.зад. + ДP_тУ = 4600 + 74 = 4674 кВт (1.12)

Q'_рУ = Q_р.зад. + ДQ_тУ = 690 + 265,677 = 955,677 квар

S'_рУ = кВА

Определим суммарную нагрузку на шинах 6 кВ (с учётом синхронных двигателей) с помощью метода коэффициента спроса:

Таблица 1. - Расчётная нагрузка на шинах 6 кВ.

Наименование ЭП	Руст, кВт	Кс	cosц	Рр, кВт	Qр, квар	SрУ, кВА	I, А
СД	2500	0,8	0,9	26000	-12591,29
Силовая нагрузка с учётом коэффициента разновременности максимумов				24700	-11332,161
Суммарная нагрузка на стороне 0,4 кВ				4600	690
Потери в трансформаторах				74	265,677
Суммарная нагрузка на стороне 6 кВ				29374	-10376,484	31152,9	44965,34

5. Выберем питающие кабели от ГПП к РП

Из расчётов получаем, что суммарная мощность РП составит S_рУ = 31152,9 кВА.

Так как на РП 2 системы шин равномерно разделим нагрузку между ними:

Расчётный ток в нормальном режиме работы для одной линии составит:

А (1.13)

Расчётный ток в аварийном режиме:

А. (1.14)

Для выбора кабелей необходимо пользоваться следующим выражением:

(1.15)

n - количество кабелей в траншее.

1,35 0,8 390 2997,69/8

421,2 А 374,71 А

Исходя из полученного значения, по справочнику А.А. Фёдорова «Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования» выбираем сечение кабеля: (8 х 240) мм² с I_{дл. доп.} = 390 А - 8 шт. При этом учитываем, что кабели прокладываются в траншее (число рядом прокладываемых кабелей не превышает 6).

Параметры выбранных кабелей: r_о = 0,553 Ом/км; x_о = 0,107 Ом/км.

6. Токи к.з. на шинах РП и суммарный ток к.з. на шинах 10 кВ ГПП (с учётом подпитки от синхронных двигателей от синхронных двигателей РП)

При расчёте принимаем на ГПП 2 секции шин.

Для расчёта токов короткого замыкания необходимо составить схему замещения, которая должна отображать основные сопротивления элементов системы. Схема замещения для расчёта коротких замыканий:

Е_с = 1

Х_с

РУ НН

ГПП

Z_л

РП

Х_сдУ

Е_сд

Рисунок 2. - Схема замещения для расчёта токов короткого замыкания до установки реактора.

Для расчёта токов короткого замыкания будем использовать приближённый метод в относительных единицах. В качестве базисных принимаем следующие величины:

S_б = 100 МВА

U_б = 6,3 кВ

I_б = кА

Определим сопротивления каждого из элементов схемы в относительных единицах:

Сопротивление системы:

Х_с (1.16)

где S_к.з. = МВА - мощность к.з. системы.

Сопротивления кабельной линии:

 (1.17)

Сопротивление синхронного двигателя:

(1.18)

Необходимо рассчитать ток короткого замыкания в максимальном и минимальном режиме. В максимальном режиме количество СД равно 13, в минимальном - 6.

Э.д.с. СД в относительных единицах определим следующим образом:

(1.19)

Расчёт тока к.з. на шинах РП в максимальном режиме:

(1.20)

 кА

Теперь определим в суммарном токе к.з. на шинах долю подпитки от СД РП.

%

В именованных единицах это составит I_СД = 33,36 0,5687 = 18,97 кА.

Определим суммарный ток к.з. на шинах РУ НН ГПП в максимальном режиме:

(1.21)

%

В именованных единицах это составит I_СД = 32,94 0,5024 = 16,55 кА.

I_к.з.(с) = 32,94 - 16,55 = 16,39 А

Определим суммарный ток к.з. на шинах РУ НН ГПП в минимальном режиме:

(1.22)

 %

В именованных единицах это составит I_СД = 24,71 0,3367 = 8,32 кА.

В условии сказано, что величина тока к.з. на шинах РУ НН ГПП не должна превышать 20 кА. Значит, для ограничения величины тока короткого замыкания необходимо выбрать токоограничивающие реакторы.

Ток от СД не должен превышать значения:

I_треб = 20 - 16,4 = 3,6 кА

1) Сопротивление короткой сети на шинах ГПП:

Ом (1.23)

2) Требуемое сопротивление для ограничения токов к.з. до требуемой величины

Ом (1.24)

3) Требуемое сопротивление реактора:

Ом (1.25)

По справочнику выбираем тип реактора: РБ - 10 - 630 - 0,7У3.

Параметры реактора:

U_н = 10 кВ; I_дл.доп. = 630 А;

I_уд. = 24 кА; r_р = 0,7 Ом.;

I_t = 9,45 кА; t = 8 с.

Окончательное значение сопротивления короткой сети будет следующим:

х_к.з. = х_к.з.ГПП + х_р = 0,22 + 0,7 = 0,92 Ом

Теперь определим сопротивление реактора в относительных единицах:

(1.26)

Если мы установим реактор, то у нас изменится схема замещения (появится сопротивление реактора). Т.о. схема замещения примет следующий вид:

Е_с

Х_с

РУ

НН

ГПП

R_л

Х_р

РП

Х_сдУ

Е_сд

Рисунок 3. - Схема замещения для расчёта токов короткого замыкания после установки реактора

Расчёт тока к.з. на шинах РП в максимальном режиме:

кА

Теперь определим в суммарном токе к.з. на шинах долю подпитки от СД РП.

%

В именованных единицах это составит I_СД = 22,8 0,8313 = 18,95 кА.

Расчёт тока к.з. на шинах РП в минимальном режиме:

кА

Теперь определим в суммарном токе к.з. долю подпитки от СД РП.

%

В именованных единицах это составит I_СД = 12,61 0,6928 = 8,74 кА.

Определим суммарный ток к.з. на шинах РУ НН ГПП в максимальном режиме:

%

В именованных единицах это составит I_СД = 19,96 0,2159 = 4,3 кА.

Определим суммарный ток к.з. на шинах РУ НН ГПП в минимальном режиме:

%

В именованных единицах это составит I_СД = 18,94 0,179 = 3,39 кА.

Проверим выбранную КЛ на термическую стойкость.

Температура нагрева проводника токами нагрузки:

, (1.27)

где I_р.мах - максимальный рабочий ток I_р.мах = 374,71 А

И₀ - температура окружающей среды И₀ = 20⁰ С;

И_доп - допустимая температура нагрева проводника токами нагрузки И_доп = 70⁰ С (для алюминиевых жил)

I_дл.доп. - длительно допустимый ток, который может протекать по проводнику I_дл.доп. = 390 А.

С

По кривым найдём зависимость А = f (И). А_н = 0,51*10⁴

Для кабеля до 10 кВ с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами значение коэффициента С = 90 (Ю.Б. Гук «Проектирование электрической части станций и подстанций» стр. 136). При этом И_к.доп. = 200⁰ С.

Определим А_к.доп. - величину, характеризующую допустимое тепловое состояние проводника в конце КЗ при температуре И_к.доп. = 200⁰ С.

По кривым определяем значение И_к = 192⁰ С.

Таким образом, выполняется условие И_к = 192⁰ С < И_к.доп. = 200⁰ С.

Теперь определим минимальное значение сечения кабельной линии, которое удовлетворяет условию термической стойкости токам к.з. :

, (1.28)

где В_к - тепловой импульс квадратичного тока.

, (1.29)

где I_п0 - ток к.з.. протекающий через КЛ. I_п0 = 19,96 кА

Время действия релейной защиты: t_откл = t_з + t_в = 0,5 + 0,05 = 0,55 с

t_з - время релейной защиты;

t_в - полное время отключения выключателя.

Т_а = (1.30)

Тогда

Т.к. выбранная нами КЛ имеет сечение S_КЛ = 240 мм² > S_min = 169,77 мм², то КЛ удовлетворяет условию термической стойкости.

Проверим выбранный реактор.

а) на динамическое действие токов к.з.

(1.31)

где k_уд - ударный коэффициент.

(1.32)

I_п0 = 4,3 кА.



Т.к. i_уд. = 24 кА > i_{уд.расч.} = 9,94 кА, то выбранный нами реактор удовлетворяет условию динамического действия токов к.з.

б) на термическое действие токов к.з.

Ранее рассчитанное значение теплового импульса:

I_t² t = 9,45² 8 = 714,42 > ,

следовательно выбранный нами реактор удовлетворяет условию термического действия токов к.з.

в) по потере напряжения

(1.33)

где tgц = Q_рУ /P_рУ = 10376,484 / 29374 = 0,353

sinц_н.т. = 0,33

По ГОСТу допустимое падение напряжения составляет , т.е. реактор проходит и по этому условию.

г) по остаточному напряжению.

Остаточное напряжение при к.з. на шинах ГПП U_ост.% на шинах РП не должно меньше (65 - 70)% от U_н.

(1.34)

7. Выберем коммутационные аппараты

Таблица 2. - Выбор выключателей.

Выбираем выключатель Q4
Условия выбора	Расчётное значение	Паспортные данные
1. Uн Uн.уст.	6 кВ	10 кВ
2. Iн Iр.норм.		Iн = 630 А
3. 1,25 Iн Iр.мах		1,25 Iн = 850,5 А
4. Iн.откл Iп(0,2)		Iн.откл = 20 кА
5. iоткл iуд	iуд =	iоткл = 52 кА
6. It2 t Вк		202 4 =1600 кА2с
Выбираем выключатель типа ВМП - 10 - 20/630У3
Выбираем выключатель Q1 и Q2
1. Uн Uн.уст.	6 кВ	10 кВ
2. Iн Iр.норм.		Iн = 2500 А
3. 1,25 Iн Iр.мах	Iр.мах = 2997,68 А	1,25 Iн = 3125 А
4. Iн.откл Iп(0,2)		Iн.откл = 31,5 кА
5. iоткл iуд	iуд =	80 кА
6. It2 t Вк		31,52 4 = 3969 кА2с
		31,52 4 = 3969 кА2с
Выбираем выключатель типа ВМПЭ - 11 - 2500 - 31,5ТЗ
Выбираем выключатель Q3
1. Uн Uн.уст.	6 кВ	10 кВ
2. Iн Iр.норм.		Iн = 1600 А
3. Iн Iр.мах	Iр.мах = 1498,84 А	Iн = 1600 А
4. Iн.откл Iп(0,2)		20 кА
5. iоткл iуд		52 кА
6. It2 t Вк		202 8 = 3200 кА2с
Выбираем выключатель типа ВМПЭ - 10 - 1600 - 20УЗ

Для определения периодической составляющей тока короткого замыкания в момент времени 0,2 с воспользуемся следующими формулами:

(1.35)

где - коэффициент, определяемый по типовым кривым в зависимости от времени и величины , характеризующей удаленность точки к.з. от синхронной машины.

- номинальный ток СД, кА.

8. Выберем токоведущие части и изоляторы

Выбор сборных шин.

Шины выбираются из условия:

 (1.36)

По справочнику Б.Н. Неклепаев «Электрическая часть электростанций и подстанций» выбираем алюминиевые шины коробчатого сечения: высота - 100 мм; ширина - 45 мм; толщина - 6 мм. Для данных шин длительно допустимый ток составит 3500 А. b

Проверим выбранные шины на термическую и динамическую стойкость к действию токов к.з.

Проверка на динамическую стойкость.

При прохождении тока к.з. каждая полоса шин изгибается под действием двух сил:

1) межфазных сил взаимодействия;

2) сил взаимодействия между соседними полосами пакета фазы.

Рассчитываем напряжение в материале шин:

(1.37)

где у_м.ф. - напряжение, возникающее под действием силы межфазного взаимодействия.

у_м.п. - напряжение, возникающее под действием силы межполосного взаимодействия.

Напряжение в материале шин определяется следующим образом:

, (1.38)

где М - момент изгиба шины;

W - момент сопротивления шины.

, (1.39)

где F - сила, создающая момент, Н/м;

l - длина шины, м.

W = 27 10^-6 м³ - по справочным данным.

, (1.40)

где К_ф - коэффициент формы (К_ф = 1 для шин коробчатого сечения).

i_у - ударный ток.

(1.41)

l - длина шины, м.

(1.42)

а - ширина между фазами (принимаем а = 0,5 м).

Момент изгиба шины:

Напряжение, возникающее в шине под действием силы межфазного воздействия:

Сила межполосного взаимодействия:

(1.43)

Момент изгиба шины:

(1.44)

Напряжение, возникающее в материале шине под действием силы межполосного воздействия:

Суммарное напряжение в материале шин:

Проверка на термическую стойкость.

Проверка на термическую стойкость шин сводиться к поверке выполнения двух условий:

а) И_к И_доп.

где И_к - температура, до которой нагревается проводник токами к.з.

И_доп - допустимая температура нагрева (И_доп = 200 ⁰С для алюминиевых шин).

б) S_min S_выбр.

где S_выбр. - сечение выбранной шины (S_выбр. = 510 мм²).

S_min - минимальное сечение шины, исходя из термической стойкости.

где B_к - тепловой импульс шины, создаваемый токами короткого замыкания;

С_т - справочный коэффициент

.

Температура нагрева проводника токами нагрузки:

По кривым найдём зависимость А = f (И). А_н = 0,4 10⁴

По кривым определяем значение И_к = 170⁰ С.

Таким образом, выполняется условие И_к = 170⁰ С < И_к.доп. = 200⁰ С.

Теперь определим минимальное значение сечения шин, которое удовлетворяет условию термической стойкости токам к.з. :

Сечение выбранной шины S_min = 169,77 мм² S_выбр. = 510 мм², т.е. условие б) также выполняется.

Выбор изоляторов.

Для крепления шинных конструкций применяют опорные изоляторы, а при прохождении шин через стены ЗРУ - 6(10) кВ - проходные изоляторы. Изоляторы выбираются по напряжению, а также по допустимой механической нагрузке при протекании по шинам тока короткого замыкания; проходные изоляторы выбираются также по номинальному току.

1) Выбор опорных изоляторов.

а) U_ном.ап. U_{ном.сети}

U_ном.ап. = 10 кВ;

U_{ном.сети} = 6 кВ.

б) По допустимой расчётной нагрузке:

F_доп. F_расч.

где К_п - поправочный коэффициент при расположении шины на ребро.



Можем выбрать опорный изолятор типа И4 - 80 УХЛ 3 с номинальными параметрами:

U_ном = 10 кВ; Н = 130 мм; F_доп. = 4 кН

2) Выбор проходных изоляторов.

а) U_ном.ап. U_уст.

U_ном.ап. = 10 кВ;

U_уст. = 6 кВ.

б) F_расч. F_доп.

в) I_ном.ап. I_{расч. макс}

I_{расч.макс} = 2997,68 А

Можем выбрать проходной изолятор внутренней установки типа ИП - 10/3150 - 3000 У, ХЛ, Т2 с номинальными параметрами: I_ном = 3150 А; F_доп = 3000 даН и изоляторы наружно-внутренней установки типа ИП - 10/5000 - 4250УХЛ1: I_ном = 5000 А; F_доп = 4250 даН.

9. Индивидуальное задание

Разработать защиту от коммутационных перенапряжений на РП (обосновать применяемый тип разрядников, принцип действия, конструктивное исполнение разрядника).

Перенапряжением называется повышение напряжения до величины, опасной для изоляции электроустановки, рассчитанной на рабочее напряжение.

Коммутационные перенапряжения возникают в электроустановках при изменении режима их работы, например при отключении короткого замыкания, включении или отключении нагрузки, внезапном значительном изменении нагрузки. При этом выделяется запасённая в установке энергия.

Эта энергия определяет кратность перенапряжения, представляющую собой отношение величин амплитуд перенапряжения и номинального напряжения.

Коммутационные перенапряжения вызываются разрывом цепи переменного тока, содержащей индуктивности и ёмкости, например, при отключении токов холостого хода трансформаторов, асинхронных двигателей, линий электропередач и др.

Одним из видов коммутационных перенапряжений являются дуговые перенапряжения, которые могут возникнуть в установках выше 1000 В, при однофазных замыканиях на землю; их величина превышает в 4 - 4,5 раза номинальное напряжение.

Разрядником называется аппарат, предназначенный для защиты изоляции электроустановки от перенапряжения. Разрядник разряжает волну перенапряжения на землю с последующим немедленным восстановлением нормальной изоляции сети по отношению к земле.

Грозовые и внутренние перенапряжения ограничиваются по амплитуде вентильными разрядниками (РВ), которые являются основным аппаратом защиты подстанционной изоляции.

Применение РВ для защиты от коммутационных перенапряжений.

При коммутационных перенапряжениях амплитуда и ток через РВ после пробоя его искрового промежутка обычно не превышает 1.5-2 кА, однако в силу значительной длительности перенапряжения энергия, рассеиваемая в нелинейном сопротивлении, на несколько порядков превосходит энергию грозового импульса. Условия гашения дуги в разрядниках при коммутационных перенапряжениях получаются более тяжёлыми, чем при грозовых. На рисунке 5.2.1 представлены кривые напряжения в точке подключения разрядника и тока через разрядник.

Рис.5. Работа РВ при коммутационных перенапряжениях

кривая напряжения при переходном процессе.

ток через разрядник.

Когда мгновенное значение напряжения на разряднике достигает пробивного напряжения искрового промежутка, происходит подключение его нелинейного сопротивления к фазному проводу (точка а). При прохождении напряжения и тока разрядника через нуль искровой промежуток обрывает ток. В следующий полупериод разрядник может сработать вновь (точка б), если напряжение на нем растит быстрее, чем восстанавливающаяся прочность его искрового промежутка; при этом напряжение второго и всех последующих пробоев меньше, чем в первый полупериод.

При обрыве дуги в разряднике происходит повышение напряжения, допустимое установившееся напряжение должно быть на 10-15% меньше U_гаш, что обеспечивает надёжное гашение дуги искровым промежутком.

Установка РВ для защиты от коммутационных перенапряжений производится по концам ЛЭП, так как наибольшие перенапряжения возникают на разомкнутом конце. Пробивное напряжение искровых промежутков разрядника должно быть ниже уровня допустимых перенапряжений для установленного по концам ЛЭП оборудования и линейной изоляции с достаточной для практики степенью надёжности. При этом надо учитывать разброс характеристик разрядника и изоляции и число объектов, подвергающихся перенапряжениям, а также учитывать волновые процессы, приводящие к некоторому повышению максимального перенапряжения на линии по сравнению с напряжением на разряднике.

Рис. 6. Ограничение перенапряжений с помощью РВ

а) схема линии;

б) кривые напряжения в точке А;

в) кривые напряжения в конце линия (1- переходный процесс без РВ; 2- при срабатывании РВ; 3- падающая волна; 4- отраженная волна).

Вентильные разрядники

Принцип действия и основные характеристики.

Основными элементами вентильного разрядника являются многократный искровой промежуток и соединенный последовательно с ним резистор с нелинейной вольтамперной характеристикой.

Рис.7. Вольт - амперные характеристики вентильного разрядника и пути уменьшения остающегося напряжения .

1 и 2 - разные степени нелинейности;

3 - разные токи гашения.

При воздействии на разрядник импульса грозового перенапряжения пробивается искровой промежуток и через разрядник проходит импульсный ток, создающий падение напряжения на сопротивлении разрядника. Благодаря нелинейной вольтамперной характеристике материала, из которого выполнено сопротивление, это напряжение мало меняется при существенном изменении импульсного тока и незначительно отличается от импульсного пробитого напряжения искрового промежутка разрядника U_пр.и. Одной из основных характеристик разрядника является остающееся напряжете разрядника U_ocm, т. е. напряжение при определенном токе (5-14 кА для разных U_ном) , который называется током координации. Импульсное пробивное напряжение искрового промежутка разрядника и близкое к нему напряжение U_ост должны быть на 20 - 25% ниже разрядного напряжения изоляции (координационный интервал).

После окончания процесса ограничения перенапряжения через разрядник продолжает проходить ток, определяемый рабочим напряжением промышленной частоты. Этот ток (так же, как и у трубчатых разрядников) называется сопровождающим током. Сопротивление нелинейного резистора разрядника резко возрастает при малых по сравнению с перенапряжениями рабочих напряжений, сопровождающих ток существенно ограничивается, и при переходе тока через нулевое значение дуга в искровом промежутке гаснет. Наибольшее напряжение промышленной частоты на вентильном разряднике, при котором надежно обрывается проходящий через него сопровождающий ток, называется напряжением гашения U_гаш, а соответствующий ток - током гашения I_гаш. Гашение дуги сопровождающего тока должно осуществляться в условиях однофазного замыкания на землю, так как во время одной и той же грозы могут произойти перекрытие изоляции на одной фазе и срабатывание разрядника в двух других фазах. Таким образом. напряжение гашения должно быть равным напряжению на неповрежденных фазах при однофазном замыкании на землю:

U_гаш = k_з Ч U_ном, 5.9.1

где k_з - коэффициент, зависящий от способа заземления нейтрали (ниже будет показано, что k_з - 0.8; 1.1 соответственно для установок с заземленной и изолированной нейтралью):

U_hom -- номинальное линейное напряжение.

эффективность действия разрядника характеризуется, так называемыми защитными отношениями:

k = U_пр~ / U_гаш 5.9.2

k_защ = U_ост / 1.41ЧU_гаш 5.9.3

где U_пр~ -- пробивное напряжение искрового промежутка разрядника при 50 Гц.

Основное значение для грозозащитных разрядников имеет снижение k_защ, которое может быть достигнуто двумя путями.

Первый путь -- получение более пологой вольт -амперной характеристики (рис. 18 кривая 2) -- уже в достаточной мере использован и в настоящее время не открывает реальных перспектив. Второй путь -- увеличение тока гашения за счет улучшения дугогасящих свойств промежутка -- позволяет снизить вольт - амперную характеристику во всем диапазоне токов (кривая 3).

Вентильные разрядники облазают определенной пропускной способностью, т. е. предельной величиной тока, который они могут многократно пропускать без изменения своих электрических характеристик. Пропускная способность разрядника зависит от теплостойкости его нелинейного резистора.

До недавнего времени вследствие недостаточной пропускной способности вентильные разрядники отстраивались от внутренних перенапряжений, т.е. имели пробивное напряжение выше возможной величины внутренних перенапряжений и предназначались только для ограничения кратковременных перенапряжений грозового происхождения.

Разработка нелинейных резисторов с более высокой пропускной способностью и применение новых принципов гашения дуги сопровождающего тока позволяют в настоящее время возложить на разрядники также и функцию ограничения более длительных внутренних перенапряжений.

Это обстоятельство открывает перспективу дальнейшего снижения уровней изоляции электрооборудования и повышения его экономической эффективности.

Конструктивные особенности вентильных разрядников разных серий.

Требования к характеристикам грозозащитных вентильных разрядников устанавливает ГOCT 16357-70, по которому разрядники всех классов напряжений разделены на четыре группы. Наилучшими защитными свойствами обладают разрядники 1 группы, имеющие наименьшие значения остающегося напряжения. Далее идут разрядники II, III и IV групп. Выпускаемые в настоящее время серии разрядников следующим образом распределены по этим группам: I группа -- серии РВТ и РВРД; II группа -- серии РВМ, III группа -- серии РВС, IV группа -- серии РВП.

Разрядники серии РВП и РВС. На напряжения 3, 6 и 10 кВ применяются разрядники серии РВП. В серии РВС разрядники на высшие классы напряжения комплектуются из стандартных элементов на более низкие напряжения: 15, 20 и 35 кВ. Для удобства комплектовки введен также элемент, соответствующий напряжению 33 кВ. Каждый элемент разрядников содержит искровые промежутки и диски нелинейного резистора. Четыре последовательных единичных промежутка размещаются в фарфоровом цилиндре и образуют стандартный комплект промежутков, который шунтируется калиброванным карборундовым резистором, обеспечивающим равномерное распределение напряжения промышленной частоты.

Нелинейные резисторы разрядников этих серий собираются из вилитовых дисков диаметром 100 мм и высотой 60 и 20 мм, которые также соединяются в блоки с помощью керамической обмазки. Контакт между дисками и блоками осуществляется посредством металлизации поверхностей дисков. Комплекты искровых промежутков и вилитовых дисков помещаются в герметизированных фарфоровых чехлах. Герметизация необходима для предохранения вилита от действия влаги и для обеспечения стабильности разрядных характеристик искровых промежутков.



Рис. 9. Вентильные разрядники РВС на напряжение 35 - 220 кВ

Разрядник РВС-110 представляет собой свободно стоящую конструкцию из трех элементов на 33 кВ. Разрядник РВС-220 состоят из двух последовательно соединенных колонок, каждая из которых содержит по три элемента на 33 кВ. Разрядники на напряжения 110 кВ и выше снабжены экранирующими кольцами для выравнивания распределения напряжения по промежуткам.

Разрядники серий РВМ и РВМГ. Магнитно-вентильные разрядники на напряжения 3 - 35 кВ составляют серию РВМ, а на напряжения 110 - 500 кВ - серию РВМГ. В разрядниках этих серий применены искровые промежутки с магнитным гашением. Блоки единичных: искровых промежутков шунтируются нелинейными резисторами полукольцевой формы. Применение велитовых дисков диаметром 150 мм позволило вдвое увеличить пропускную способность по сравнению с разрядниками типа РВС.

Рис. 10. Вентильный разрядник РВМГ-330

Разрядники серии РВТ - (разрядник вентильный токоограничивающий). В новой серии магнитно-вентильных разрядников РВТ применены токоограничивающие искровые промежутки с узкой щелью. Нелинейные резисторы разрядников РВТ на напряжения 3 - 10 кВ комплектуются из тервитовых дисков диаметром 70 мм, а разрядников 110 - 500 кВ - из тервитовых дисков диаметром 100 мм. Защитное отношение разрядников серии РВТ на 20% ниже, чем у разрядников серии РВМ. При этом у разрядников на 3 - 10 кВ, предназначенных для защиты вращающихся машин, остающееся напряжение при токе 3 кА и импульсное пробивное напряжение не превышают испытательных напряжений изоляции машин.

Высокая пропускная способность тервита обуславливает возможности ограничения внутренних перенапряжений с помощью разрядников этой серии.

Рис. 11. Разрядник РВМК-500П

Разрядники серии РВРД - (разрядник вентильный с растягивающейся дугой. Эти разрядники, как и разрядники серии РВТ, имеют токоограничивающие искровые промежутки, но несколько иной конструкции. По своим импульсным характеристикам они практически не отличаются от разрядников РВТ. Однако за счет улучшенных условий гашения дуги у разрядников РВРД примерно на 25% выше, чем у разрядников РВТ, напряжете гашения, что существенно повышает эффективность действия этого разрядника. Разрядники РВРД выпускаются на номинальные напряжения 110 кВ и выше.

Разрядники серии РВМК-П - (paзpядник вентильный магнитный комбинированный, с повышенным напряжением гашения при коммутационных перенапряжениях). Разрядники этой серии предназначены для ограничения как грозовых, так и внутренних перенапряжений. В разрядниках применены искровые промежутки с магнитным гашением дуги. Нелинейные резисторы собраны из тервитовых дисков диаметром 70 мм. Тервит имеет высокую пропускную способность, однако у вето хуже, чем у вилита, коэффициент нелинейности. Это создает трудности при конструировании таких разрядников. Если тервитовый нелинейный резистор обеспечивает защиту от внутренних перенапряжении при проходящих через разрядник токах до 1,5 кА, то при грозовых перенапряжениях, когда токи достигают 10 кА, вследствие высокого коэффициента нелинейности оно не может обеспечить защиту изоляции. На рис. 5 показаны схема расположения элементов и эскиз комбинированного разрядника РВМК-500П.

Заключение

В результате выполнение курсового проекта было выбрано следующее оборудование:

- синхронный двигатель на U_н = 6 кВ:

СДН - 2 - 17 - 71 - 8УЗ: Р_ном = 2500 кВт; S_ном = 2880 кВА;

– трансформаторы ТМ -1600/10;

- сечение кабеля: (8 х 240) мм² с I_{дл. доп.} = 390 А - 8 шт. Параметры выбранных кабелей: r_о = 0,553 Ом/км;

x_о = 0,107 Ом/км.

- тип реактора: РБ - 10 - 630 - 0,7У3;

- выключатель типа ВМП - 10 - 20/630У3, выключатель типа ВМПЭ - 11 - 2500 - 31,5ТЗ, выключатель типа ВМПЭ - 10 - 1600 - 20УЗ;

- алюминиевые шины коробчатого сечения: высота - 100 мм; ширина - 45 мм; толщина - 6 мм;

- опорный изолятор типа И4 - 80 УХЛ 3;

– проходной изолятор внутренней установки типа ИП - 10/3150 - 3000 У, ХЛ, Т2.

Графическая часть представлена двумя листами А1. Один из них - однолинейная схема РП 6 кВ, второй лист - защита отходящего присоединения.

Список используемой литературы

Федоров А.А., Старкова В.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. Пособие по курсовому и дипломному проектированию. М., 1991.

Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций: Справочное пособие для курсового и дипломного проектирования. - 4-е изд., - М.: Энергоатомиздат, 1989.

Проектирование электрической части станций и подстанций / Под ред. Гук Ю.Б. и др. - Л.: Энергоатомиздат, 1985.

Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования/Под ред. Б.Н. Неклепаева.-М.: Изд-во НЦ ЭНАС.-152 с.