Размещено на http://www.allbest.ru/

45

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Институт нефти и газа

Кафедра «Электроэнергетики»

Курсовая работа

По дисциплине: «Электроэнергетика» на тему «Энергоснабжение кустовой насосной станции»

Выполнил:

ст. гр. ЭЭб-06-2

Тюмень 2009

Оглавление

• ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ 3
• РЕФЕРАТ 4
• 1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 5
• 2.РАСЧЕТ НАГРУЗОК 9
• 3. Выбор числа и мощности трансформаторов. 12
• 4. РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 15
• 5. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ 23
• 5.1 Выбор сечений проводов и кабелей. 23
• 5.2 ВЫБОР ЯЧЕЕК КРУ-10 кВ 26
• 5.3 ВЫБОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ 26
• 5.3.1 Выбор выключателей 26
• 5.4 Выбор шин 34
• 5.5 Выбор разъединителей 38
• 5.6 Выбор трансформаторов тока 39
• 5.7 Выбор трансформаторов напряжения 41
• 5.8 Выбор предохранителей 40
• 5.9 Выбор ограничителей перенапряжения. 42
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 44
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 45

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

В приложении приведена схема электроснабжения нефтеперекачивающей станции со следующими параметрами:

- длина линии ВЛ 110 кВ - 30 км;

- трансформаторы Т1 и Т2 - Sном= 10 MBA; U_{ном ВН}=110кВ;

U_{ном НН}=10кВ; Uк = 10,5%; I_кз=0,942%

- синхронные двигатели Ml, М2, МЗ = 4 МВт, cosц=0,95 tgц=0,48

Требуется:

1. Рассчитать электрические нагрузки на стороне высшего напряжения трансформаторной подстанции 110/10 кВ и выбрать мощность и тип силовых трансформаторов. Потребитель I категории.

2. Выбрать необходимое оборудование и типовые ячейки РУ-10 кВ, к которому относятся: высоковольтные выключатели с приводом, разъединители, трансформаторы тока и напряжения, разрядники, сборные шины.

3. Начертить однолинейную схему двухтрансформаторной подстанции при НПС с ОРУ-110 кВ и ЗРУ-10 кВ и указать на ней все необходимое оборудование.

электрическая трансформаторная подстанция ток

РЕФЕРАТ

Курсовая работа включает в себя пояснительную записку, состоящую из 41 страниц машинописного текста, 2-х чертежей формата А3 и 6 таблиц. Цель курсовой работы - научиться рассчитывать и выбирать электрическое оборудование.

В ходе курсовой работы было выполнено: расчет электрических нагрузок, определение мощностей трансформаторов 110/10 кВ и их выбор, выбор силового оборудования и типовых ячеек КРУ - 10 кВ.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ, СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ, ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ, ТЕРМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ, ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ С ПРИВОДОМ, РАЗЪЕДИНИТЕЛИ, ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И НАПРЯ- ЖЕНИЯ, РАЗРЯДНИКИ, СБОРНЫЕ ШИНЫ.

Сокращенные обозначения.

НПС - нефтеперекачивающая станция;

ВЛ - воздушная линия;

СД - синхронный двигатель;

ЗРУ - закрытое распределительное устройство;

ОРУ - открытое распределительное устройство;

КЗ - короткое замыкание;

КРУ - комплектное распределительное устройство;

1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Кустовая насосная станция (КНС)

Кустовая насосная станция (КНС) представляет собой специальное сооружение, выполненное из бетона или кирпича, в котором размещается насосное и энергетическое оборудование, технологическая обвязка, пусковая и регулирующая аппаратура. В последние годы КНС изготовляются на заводах в виде отдельных блоков и доставляются к месту монтажа в собранном виде.

Кустовая насосная станция содержит несколько насосных агрегатов, задвижки на выходе этих агрегатов и гребенку для подключения отходящих водоводов. Гребенка выполнена в виде замкнутого контура, разделенного задвижками на части, содержащие одинаковое число отводов к нагнетательным скважинам. Выходы насосных агрегатов подключены к гребенке в местах, делящих ее на участки, число которых равно числу насосных агрегатов при одинаковом количестве отводов в каждом из них. Использование изобретения позволяет повысить производительность и КПД станции за счет оптимизации ее гидравлической схемы.

Кустовая насосная станция состоит из контейнера и установленных в нем насосных агрегатов, задвижки, фильтра, манометры, взрывозащищенного оборудования в зависимости от назначения станции.

Блочные кустовые насосные станции (БКНС)

Кустовые насосные станции для систем поддержания пластового давления. В процессе нефтедобычи пластовое давление месторождений нефти истощается. Падает КПД скважин, снижается добыча нефти.

Чтобы предотвратить снижение добычи нефти и добиться максимальной отдачи от месторождения используют метод поддержания пластового давления. По желанию заказчика кустовая насосная станция может быть выполнена в блочно-модульном исполнении или в легко-возводимом здании из металлоконструкций и панелей типа «сэндвич».

Блочные кустовые насосные станции (БКНС) применяются для поддержания пластового давления в продуктивных пластах нефтяных месторождений методом закачивания подготовленной подтоварной, пластовой или пресной воды в пласт, а также для внутрипромысловой транспортировки жидкостей (загрязнённой воды, нефтяных эмульсий и др.).

Проектирование и изготовление каждой БКНС, включая подбор технологического оборудования и средств измерений, выбор технологической схемы выполняется с учетом параметров перекачиваемой среды, требуемой производительности и напора, условий эксплуатации и индивидуальных требований Заказчика.

Блочные кустовые насосные станции изготавливаются на базе центробежных и плунжерных насосных агрегатов. При комплектации БКНС применяется самое современное оборудование ведущих отечественных и зарубежных производителей: Преобразователи давления и температуры: «Fisher Rosemount», «Jumo», «Endress&Hauser», «Yokogawa», «Aplisens», «Метран», и др.

Манометры показывающие типа МПТИ Турбинные и ультразвуковые расходомеры: «НОРД», «Взлет» Запорно-регулирующая арматура: «Samson», «Фобос», «КВО-арм», «ЛГ автоматика», «Корвет» «ИКАР», «Благовещенский арматурный завод», «Пензатяжпромарматура», задвижки дисковые типа ЗД и др.

Электроприводы: «Auma», «Dremo», «Rotork», «Тулаэлектропривод» и др. Фильтрационное оборудование: «Plenty», «ЛГ автоматика», «БОЗНА» и др. Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) БКНС Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) Блочной кустовой насосной станции разрабатывается на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК) «Siemens-Simatic», «Allen Breadley» и др.

Программное обеспечение верхнего уровня рабочей станции оператора БКНС разрабатывается на базе SCADA систем типа «InTouch» и «Simatic WinCC». Обеспечивается интеграция АСУ ТП БКНС в информационную сеть предприятия. БКНС оснащается системой высоковольтного/низковольтного электроснабжения, включающей в себя:

- понижающие трансформаторы 10/6 кВ и 6/0,4 кВ

- комплектные распределительные устройства (КРУ) 10 кВ и 6 кВ

- низковольтные комплектные устройства (НКУ) 0,4 кВ

- щиты распределения

Комплектно с системой силового электроснабжения и АСУ ТП БКНС поставляется оборудование частотного регулирования, которое обеспечивает плавный пуск и регулирование частоты вращения насосных агрегатов.

Оборудование АСУ ТП БКНС, оборудование электроснабжения, оборудование частного регулирования и плавного пуска насосных агрегатов размещается в отдельном блок-модуле управления. По требованию заказчика возможно оснащение БКНС дизельной электростанцией (ДЭС) в блочно-модульном исполнении, с напряжением питания до 10 кВ. ДЭС изготавливается на базе дизельных энергетических установок производства компаний «Caterpillar», «Cammins», «Wakesha», а также ОАО «Ярославский моторный завод». Применяемое в составе Блочной кустовой насосной станции оборудование широко апробировано на практике, соответствует требованиям нормативных документов Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору РФ и Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии РФ. Все средства измерений внесены в Государственный реестр СИ РФ.

Основными преимуществами блочных кустовых насосных станций являются: высокое качество производственных процессов, подтвержденное сертификатом соответствия требованиям ГОСТ, применение самых современных технологий и комплектующего оборудования ведущих российских и зарубежных производителей, широкий диапазон напорно-расходных характеристик, максимальная степень соответствия индивидуальным требованиям Заказчика и действующим нормативно-техническим документам, высокий уровень надежности и эксплуатационной технологичности, конкурентная стоимость и сроки изготовления.

2.РАСЧЕТ НАГРУЗОК

Расчёт электрических нагрузок ведём методом коэффициента спроса

1.Расчетная активная мощность высоковольтных синхронных двигателей по этому методу определяется следующим образом:

(1.1)

где К_с - коэффициент спроса для данного типа электроприёмника;

n_сд - число электроприёмников (синхронных двигателей);

Р_н(сд) - номинальная активная мощность единичного электроприемника (синхронного двигателя).

МВт

3. Определение реактивной мощности высоковольтных синхронных электродвигателей:

где - коэффициент мощности для данного типа электроприёмника;

4. Определение полной мощности высоковольтных синхронных электродвигателей:



Расчёт электрических нагрузок для электроприемников напряжением менее 1 кВ ведем методом упорядоченных диаграмм.

1. Определяем общую установленную мощность

2. Определяем эффективное число электроприёмиков:

Если m>3, то

3. Находим среднюю активную и реактивную мощность:

Находим по таблицам коэффициенты использования и для двигателей, работающих в продолжительном режиме работы, и исходя из них рассчитываем сдя из них расчитываем ведем методом укомышленных электросетях.

4. Определяем групповой коэффициент использования:

5. Используя полученное эффективное число электроприёмников и коэффициент использования, по справочным таблицам определяем коэффициент максимума

6. Определяем максимальную мощность электроприёмников:

3. Выбор числа и мощности трансформаторов

Число трансформаторов выбирается из соображений надежности в зависимости от категории электроснабжения потребителей.

Электроприемники установок по добыче, подготовке и транспортировке нефти и газа относятся к потребителям I и II категорий надежности.

Для электроснабжения потребителей I и II категорий надежности должны быть предусмотрены два независимых источника электроснабжения, т. е. двухтрансформаторные подстанции.

Учитывая результат расчета электрических нагрузок, выберем трансформаторы. Номинальную мощность каждого из трансформаторов выбираем из условия 100% резервирования электроснабжения. С учетом допустимых нагрузок мощность каждого из трансформаторов может быть принята S_ном=10 МВА. Выберем трехфазные, двухобмоточные масляные трансформаторы, с естественной циркуляцией масла и принудительным обдувом воздуха, с регулированием напряжения под нагрузкой типа ТДН - 10000/110, технические данные которых сведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Параметры трансформаторов ТДН - 10000/110.

Параметры	Единицы измерения	Данные
Номинальная мощность, Sном	кВА	10000
Номинальное напряжение обмотки ВН	кВ	110
Номинальное напряжение обмотки НН	кВ	10
Номинальная частота	Гц	50
Напряжение короткого замыкания, Uк	%	10,5
Ток холостого хода, I0, не более	%	0,942
Потери холостого хода, Р0	кВт	18
Потери короткого замыкания, Рк	кВт	85
Защитное реле РПН	RS-2001
Вид, диапазон и число ступеней РПН	в нейтрали ВН±9х1,78%
Схема и группа соединения обмоток	Ун/Д-11

Проверим, подходят ли выбранные трансформаторы с учетом потерь. Активные потери составляют 2 % от номинальной мощности. Реактивные потери составляют 10 % от номинальной мощности.

ДР = 10000 0.02 = 200 кВт

ДQ = 10000 0.1 = 1000 кВАр

Тогда полная мощность с учетом потерь в трансформаторах составит:

Коэффициент загрузки трансформаторов в номинальном режиме:

В аварийном режиме оставшийся в работе трансформатор должен обеспечивать потребителей, перегружаясь при этом не более чем на 40%

Следовательно, данный тип трансформаторов удовлетворяет нашим требованиям.

Для электроприемников напряжением менее 1 кВ выбираем трансформаторы ТМ-630/10, исходя из условия 100% резервирования электроснабжения (). Их технические данные сведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Параметры трансформаторов ТМ - 630/10.

Параметры	Единицы измерения	Данные
Номинальная мощность, Sном	кВА	630
Номинальное напряжение обмотки ВН	кВ	10
Номинальное напряжение обмотки НН	кВ	0,4
Потери холостого хода, Р0	кВт	1,05
Потери короткого замыкания, Рк	кВт	7,6
Напряжение короткого замыкания, Uк	%	5,5
Ток холостого хода, I0	%	1,6
Схема и группа соединения обмоток	У/ Ун -0

Коэффициент загрузки трансформатора:

В аварийном режиме оставшийся в работе трансформатор должен обеспечивать потребителей, перегружаясь при этом не более чем на 40%

Следовательно, данный тип трансформаторов удовлетворяет нашим требованиям.

4. РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения должно быть устойчивым к токам КЗ и выбираться с учетом этих токов.

На рис.2.2 приведена расчетная схема замещения, а на рис.2.2 схема замещения, построенная в соответствии со схемой.

В нормальном режиме все секционные вакуумные выключатели находятся в отключенном состоянии, силовые трансформаторы работают раздельно на отдельные секции шин. Наиболее тяжелый режим работы может наступить при КЗ в момент перевода нагрузки с одного силового трансформатора на другой, т. е. когда секционные выключатель Q7 выключены (рис 1.1). Этот режим принят за расчетный.

Преобразовывать сложные схемы при помощи именованных единиц неудобно. В этом случае все величины выражают в относительных единицах, сравнивая их с базисными. В качестве базисных величин принимают базисную мощность Sб и базисное напряжение Uб. За базисную мощность принимают суммарную мощность генераторов, мощность трансформатора, а чаще число, кратное 10, например 100 МВА. За базисную мощность принимаем значение100 МВА.

В качестве базисного напряжения принимаем напряжение высокой ступени 115кВ - Uб₁=115кВ и Uб₂=10,5кВ - базисное напряжение на низкой стороне 10,5кВ. Составим расчётную схему и схему замещения цепи короткого замыкания. Ниже приведена расчётная схема:



Рис. 2.2. Расчетная исходная схема замещения.

Т.к. точка КЗ значительно удалена от источника питания и его мощность велика, по сравнению с суммарной мощностью электроприемников, то периодическая составляющая тока КЗ:

;

Определим базисные токи (I_б) для каждой ступени трансформации:



- базисный ток на высокой стороне

- базисный ток на низкой стороне

Найдем сопротивления отдельных элементов сети в относительных единицах и подсчитаем суммарное эквивалентное сопротивление схемы замещения от источника до точки короткого замыкания:

а) для системы при заданной мощности КЗ:

;

б) для ВЛ:

,

где , ,

,

где , ,

в) для двухобмоточных трансформаторов:

;

г) для синхронных двигателей:

;

где S_ном.д - полная мощность СТД, МВА,

- сверхпереходное сопротивление, = 0,2

Суммарное приведенное индуктивное сопротивление от источника питания до точки короткого замыкания К-1:

Х_*б4= Х_*б1+ Х_*б2=0,11+0,09=0,2

Отношение результирующих активного и индуктивного сопротивлений до точки К-1 составляет:



Поэтому активное сопротивление не учитываем поэтому

Определим периодическую составляющую тока К-1:

Определим периодическую составляющую тока К-2:

На рис. 2.3 приведена преобразованная схема замещения, параметры которой определены следующим образом:

,

,

Рис.2.3. Преобразованная схема замещения

Расчет тока КЗ в точке К-2 ведем с учетом подпитки от СТД. Т.к. выполняется условие: , то активным сопротивлением () можно пренебречь.

Периодическая составляющая тока КЗ от источника питания:

·

Периодическая составляющая тока КЗ от СТД:

;

На основании полученных результатов, результирующий ток КЗ в точке К-2:

Для выбора и проверки электрооборудования по условию электродинамической стойкости необходимо знать ударный ток КЗ.

Ударный ток КЗ в точке К-1:

_,

где к_уд=1,8 - принимают в сетях, где активные сопротивления не учитывают из-за их несущественного влияния на полное сопротивление цепи КЗ.

 кА

Мощность КЗ в точке К-1:

Ударный ток КЗ в точке К-2:

;

Ударный ток КЗ от энергосистемы в точке К-2:

кА

Ударный ток КЗ от СД:

кА

Результирующий ударный ток КЗ в точке К-2:

кА

Мощность КЗ в К-2:

,

В качестве минимального тока КЗ, который необходим для проверки чувствительности релейных защит, используют ток двухфазного КЗ в наиболее удаленной точке. Минимальное значение тока КЗ можно определить по формуле: I_k⁽²⁾ = I_k⁽³⁾ , где I_k⁽³⁾ = I_k

I_k1⁽²⁾=

I_k2⁽²⁾=

Результаты расчета токов КЗ сведены в таблицу табл. 2.1:

Таблица 2.1

Результаты расчета токов КЗ

Точка КЗ	Ik(3), кА	iуд, кА	Ik(2), кА
К-1	2,5	6,4	2,17	498
К-2	18,54	47,19	16,06	337,2

5. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

5.1 Выбор сечений проводов и кабелей

Выбор сечения проводов и кабелей осуществляется по техническим и экономическим соображениям.

Для трансформаторов и высоковольтных СД выбор сечения произведем по условию нагрева . Выбор сечения по нагреву производят по расчетному току. За расчетные токи потребителей примем их номинальные значения.

Для трансформаторов:

где - номинальное напряжение двигателя, равное 10 кВ.

Выбираем алюминиевые шины прямоугольного сечения размером 50x5 мм, проложенные на опорных изоляторах.

Проверка на электродинамическую стойкость приведена в пункте 7.2.

Для высоковольтных СД:

где - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

- номинальное напряжение, кВ;

- коэффициент мощности при номинальном режиме.

По условию нагрева выбираем силовой кабель с алюминиевой токопроводящей жилой с изоляцией из сшитого полиэтилена. АПвПг 3х185/25-10.

Выбор экономически целесообразного сечения провода для ВЛ, произведем согласно ПУЭ, по так называемой экономической плотности тока, значение которой зависит от материала гибкого токопровода и числа часов использования максимума нагрузки в году

- нормированное значение экономической плотности тока, А/мм² ;

Так как электроприемники НПС имеют довольно плотный график нагрузки (Т_мах превышает 5000 ч/год), то согласно ПУЭ для неизолированных алюминиевых проводов =1,0 А/мм²

Для параллельно работающих линий, питающих ЗРУ 10 кВ, в качестве расчётного тока принят ток послеаварийного режима, когда одна питающая линия вышла из строя. Расчётный ток для этого случая определим по величине расчётной мощности:

Для линии 10 кВ:

Экономически целесообразное сечение:

Выбираем провод марки АС-3х185.

Для линии 110 кВ:

Экономически целесообразное сечение:

Выбираем провод марки АС-3х50.

5.2 ВЫБОР ЯЧЕЕК КРУ-10 кВ

В качестве распределительного устройства 10 кВ применим закрытое распределительное устройство (ЗРУ) заводского изготовления. ЗРУ состоит из отдельных ячеек различного назначения.

Для комплектования ЗРУ-10кВ выберем малогабаритные ячейки К-59, изготавливаемые самарским заводом «Электрощит». Данные ячейки отвечают современным требованиям эксплуатации, имеют двухсторонний коридор обслуживания, выкатные тележки с вакуумными выключателями, безопасный доступ к любому элементу КРУ. Ячейки К-104 имеют комплектные устройства релейной защиты и автоматики.

В состав КРУ серии К-104 входят вакуумные выключатели типа ВК-10 с пружинным приводом, трансформаторы тока типа ТЛ-10, трансформаторы напряжения НТМИ-10, ограничители перенапряжения типа ОПН-10, предохранители, заземляющие ножи, шкафы релейной защиты, панели с блоками питания, сборные и соединительные шины, опорные и проходные изоляторы.

5.3 ВЫБОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

5.3.1 Выбор выключателей

Выбор высоковольтных выключателей произведен на основе сравнения каталожных данных с соответствующими расчетными данными, для чего составим таблицу. Значения номинальных данных по каталогу должны быть больше или равны соответствующих параметров электрической сети:



Выбор высоковольтных выключателей произведен на основе сравнения каталожных данных с соответствующими расчетными данными, для чего составим таблицу 3.1.

В расчетах учтено, что через выключатель Q7 протекает ток КЗ от энергосистемы и от двигателей.

Таблица 3.1.

Выбор высоковольтных выключателей.

Место установки выключателя	Тип выключателя	Условия выбора	Расчетные данные сети	Каталожные данные выключателя
Q1 - Q2	ВМК-110	Uc ? Uном Iрасч ? Iном Iк ? Iоткл iуд ? iдин Bк ? I?2tп	110 кВ 52,4 А 2,5 кА 6,4 кА 7,3125 кА2с	110 кВ 100 А 15 кА 20 кА 1200 кА2с
Q3 Q4 Q9	ВПМ-10-20	Uc ? Uном Iрасч ? Iном Iк ? Iоткл iуд ? iдин Bк ? I?2tп	10 кВ 577,4 А 18,54 кА 47,19 кА 402,2,4 кА2с	10 кВ 1000 А 20 кА 52 кА 6683,52кА2с
Q5 - Q8	HL 4-7 BLR-2M	Uc ? Uном Iрасч ? Iном Iк ? Iоткл iуд ? iдин Bк ? I?2tп	10 кВ 243 А 4,62 кА 11,76 кА 24,97 кА2с	10 кВ 630 А 16 кА 24 кА 1728 кА2с

Выбор высоковольтных выключателей Q1-Q2, установленных со стороны высокого напряжения силовых питающих трансформаторов (рис.1.1). Параметры сети U_ном=110 кВ, I_расч= 52,4 А, =2,5 кА, i_уд=6,4 кА.

Выбираем маломасляный выключатель типа ВМК-110. Параметры выключателя: U_ном=110 кВ, I_ном=100 А, I_откл=15 кА, i_дин=20 кА, ток термической стойкости 20 кА при времени действия 3 с, время отключения 0,12 с.

Расчет интеграла Джоуля при коротком замыкании (теплового импульса тока) В_к можно выполнить следующим образом:

где B_к,п, В_к,а - соответственно периодическая и апериодическая составляющие импульса тока;

I_? - действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания;

t_откл - время от начала короткого замыкания до его отключения,

t_откл = t_з + t_вык

t_з - время действия релейной защиты, для МТЗ t_з=0,5-1,0 с, примем t_з=1,0 с;

t_вык - полное время отключения выключателя, t_вык = 0,12 с.

Т_а - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания

где x_У, r_У - суммарные индуктивные и активное сопротивление цепи КЗ.

В сетях, где активное сопротивление не учитывают из-за их несущественного влияния на полное сопротивление цепи КЗ, можно принять T_а = 0,05.

При тепловой импульс тока можно найти по упрощённой формуле

.

Для выключателей Q1 - Q2: t_откл = t_з + t_вык = 1+0,12 = 1,12 с.

Отношение , Т_а - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания до точки К2 равна Т_а = 0,05, т.к. активное сопротивление в расчётах не учитывалось. Отсюда тепловой импульс тока при КЗ для выключателей Q1-Q2,по формуле (4.10):

Интеграл Джоуля при коротком замыкании для выключателей Q1-Q2:

Для выключателя ВМК-110: I_?=15 кА; t_п=3с, тогда интеграл Джоуля

= 20² ·3 = 1200 кА²с

то есть В_к<<

Выбор высоковольтных выключателей выключателей Q3,Q4,Q9 установленных в цепи ЗРУ-10 кВ (рис.1.1). Параметры сети U_ном=10 кВ, I_расч= 577,4 А, =18,54 кА, i_уд=47,19 кА.

Выбираем маломасляный выключатель типа ВМП-10-20. Параметры выключателя: U_ном=10 кВ, I_ном=1000 А, I_откл=20 кА, i_дин=52 кА, ток термической стойкости 52 кА при времени действия 3 с, время отключения 0,12 с.

Расчет интеграла Джоуля при коротком замыкании (теплового импульса тока) В_к можно выполнить следующим образом:

где B_к,п, В_к,а - соответственно периодическая и апериодическая составляющие импульса тока;

I_? - действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания;

t_откл - время от начала короткого замыкания до его отключения,

t_откл = t_з + t_вык

t_з - время действия релейной защиты, для МТЗ t_з=0,5-1,0 с, примем t_з=1,0 с;

t_вык - полное время отключения выключателя, t_вык = 0,12 с.

Т_а - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания

где x_У, r_У - суммарные индуктивные и активное сопротивление цепи КЗ.

В сетях, где активное сопротивление не учитывают из-за их несущественного влияния на полное сопротивление цепи КЗ, можно принять T_а = 0,05.

При тепловой импульс тока можно найти по упрощённой формуле

.

Для выключателей Q3,Q4,Q9: t_откл = t_з + t_вык = 1+0,12 = 1,12 с.

Отношение , Т_а - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания до точки К2 равна Т_а = 0,05, т.к. активное сопротивление в расчётах не учитывалось. Отсюда тепловой импульс тока при КЗ для выключателей Q3,Q4,Q9,по формуле (4.10):

Интеграл Джоуля при коротком замыкании для выключателей Q3,Q4,Q9:

Для выключателя HL4-8 BLR-2M: I_?=59 кА; t_п=3с, тогда интеграл Джоуля

= 47,2² ·3 = 6683,52 кА²с

то есть В_к<<

Выбор высоковольтных выключателей выключателей Q5-Q8, установленных в цепи ЗРУ-10 кВ (рис.1.1). Параметры сети U_ном=10 кВ, I_расч=243 А, =4,62 кА, i_уд=11,76 кА.

Выбираем маломасляный выключатель типа HL 4-7 BLR-2M. Параметры выключателя: U_ном=10 кВ, I_ном=630 А, I_откл=16 кА, i_дин=10 кА, ток термической стойкости 52 кА при времени действия 3 с, время отключения 0,12 с.

Расчет интеграла Джоуля при коротком замыкании (теплового импульса тока) В_к можно выполнить следующим образом:

где B_к,п, В_к,а - соответственно периодическая и апериодическая составляющие импульса тока;

I_? - действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания;

t_откл - время от начала короткого замыкания до его отключения,

t_откл = t_з + t_вык

t_з - время действия релейной защиты, для МТЗ t_з=0,5-1,0 с, примем t_з=1,0 с;

t_вык - полное время отключения выключателя, t_вык = 0,12 с.

Т_а - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания

где x_У, r_У - суммарные индуктивные и активное сопротивление цепи КЗ.

В сетях, где активное сопротивление не учитывают из-за их несущественного влияния на полное сопротивление цепи КЗ, можно принять T_а = 0,05.

При тепловой импульс тока можно найти по упрощённой формуле

.

Для выключателей Q5-Q8: t_откл = t_з + t_вык = 1+0,12 = 1,12 с.

Отношение , Т_а - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания до точки К2 равна Т_а = 0,05, т.к. активное сопротивление в расчётах не учитывалось. Отсюда тепловой импульс тока при КЗ для выключателей Q5-Q8,по формуле (4.10):

Интеграл Джоуля при коротком замыкании для выключателей Q5-Q8:



Для выключателя HL4-7 BLR-2M: I_?=10 кА; t_п=3с, тогда интеграл Джоуля

= 24² ·3 = 1728 кА²с

то есть В_к<<

Результаты сравнения параметров сети и номинальных параметров выбранного выключателя представлены в табл. 3.1.

5.4 Выбор шин

В качестве сборных шин выбираем алюминиевые шины прямоугольного сечения АД31Т размером 50x5 мм, проложенные на опорных изоляторах.

Длительно допустимый ток при одной полосе на фазу составляет

I_доп =665 А. Условие выбора:

Проверим шины на электродинамическую стойкость к токам КЗ.

Шину, закрепленную на изоляторах можно рассматривать как многопролетную балку.

Наибольшее напряжение в металле при изгибе:

где М - изгибающий момент, создаваемый ударным током КЗ, Нм;

W - момент сопротивления, м³.

Изгибающий момент для равномерно нагруженной многопролетной балки равен:

где F - сила взаимодействия между проводниками при протекании

по ним ударного тока КЗ, Н;

- расстояние между опорными изоляторами,

Момент сопротивления при расположении шин плашмя:

где b, h - соответственно узкая и широкая стороны шины, м.

м³

Наибольшее электродинамическое усилие:

где - расстояние между токоведущими шинами, = 0,35 м;

- коэффициент формы, =1,1.



Тогда изгибающий момент для равномерно нагруженной многопролетной балки определим по формуле (2.45):

Н·м

Тогда наибольшее напряжение в металле при изгибе:

МПа

Допустимое напряжение при изгибе для алюминиевых шин 70 МПа.

у = 64,6 МПа ? у_доп = 70 МПа

Следовательно, выбранные шины удовлетворяют условиям электродинамической стойкости.

Для проверки возможности возникновения механического резонанса в шинах определим частоту свободных колебаний шин:

где - пролет шины, =1,4 м;

- модуль упругости материала шин,

для алюминия =7,210¹⁰ Н/м²;

- масса единицы длины шины, = 0,802 кг/м;

- момент инерции сечения шин относительно оси изгиба.

Гц

Т. к. > 200 Гц, то явление резонанса не учитываем.

Таким образом, выбранные шинопроводы и сборные шины удовлетворяют условиям электродинамической стойкости.

Проверим шины на термическую стойкость к токам КЗ.

Минимально допустимое сечение алюминиевых шин:

где - периодическая составляющая тока КЗ в точке КЗ;

- приведенное время КЗ.

где - время действия апериодической составляющей времени КЗ;

- время действия периодической составляющей времени КЗ.

Для времени отключения КЗ и в” = 1:



Отсюда термически стойкое сечение шин:

мм²

Выбранные шины удовлетворяют условиям термической стойкости, т.к. F_ш F_т , или 505 = 250 мм² 189 мм².

5.5 Выбор разъединителей

Разъединители предназначены для коммутации под напряжением участков электрической цепи при отсутствии нагрузочного тока и для изменения схемы соединения, для обеспечения безопасного производства работ на отключенном участке, для включения и отключения зарядных токов воздушных и кабельных линий, холостого тока трансформаторов и токов небольших нагрузок.

Выбор разъединителей производим на основе сравнения расчетных и каталожных данных, для чего составим таблицу:

Таблица 4.1.

Выбор разъединителей.

Место установки	Тип разъединителя	Условия выбора	Расчетные данные сети	Каталожные данные разъединителя
Питающая линия 10 кВ	РВ-10/1000 УХЛ2	Uc ? Uном Iрасч ? Iном iуд ? iдин Bк ? I?2t	10 кВ 438,8 А 18,54 кА 139 кА2·с	10 кВ 1000 А 51 кА 2000 кА2·с

В_к=I_?t_пр

где - действующее значение периодической составляющей тока КЗ;

- приведенное время КЗ, = 0,805 с.

B_к = 18,54²·0,8=275 кА²·с

5.6 Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока имеют следующее назначение:

1) в установках напряжением до 1000 В снизить измеряемый ток до величины, допускающей подключение последовательных катушек измерительных приборов или аппаратов защиты;

2) в установках напряжением более 1000 В отделить цепи измерительной и защитной аппаратуры, обеспечивая безопасность их обслуживания, и выполняют те же функции, что и в установках до 1000 В.

В соответствии с ПУЭ трансформаторы тока, предназначенные для включения электроизмерительных приборов, должны иметь класс точности не ниже 3. Трансформаторы тока для присоединения счётчиков, по которым ведутся денежные расчёты, должны иметь класс точности 0,5, для технического учёта допускается применение ТА класса точности 1.

Трансформаторы тока выбирают по номинальному напряжению U_ном, номинальному первичному току I_1ном, номинальному вторичному току I_2ном, классу точности. Проверяют трансформаторы тока на электродинамическую и термическую стойкость при коротких замыканиях.

Условия выбора:

.

Для трансформатора тока составим таблицу (табл.5.1.)

Таблица5.1.

Выбор трансформаторов тока.

Место установки	Тип разъединителя	Условия выбора	Расчётные данные сети	Каталожные данные
Внутри помещения	ТЛ-10-II/ 1500 УЗ	Uc ? Uном Iрасч ? I1ном iуд?кдин I1ном I?/I1ном ? кt	10 кВ 438,8 А 33,56 кА 13,2	10 кВ 1500 А 130 кА 27

Проверим трансформаторы тока, устанавливаемые внутри помещения на электродинамическую стойкость при КЗ:

где k_дин - кратность электродинамической устойчивости, приводится в каталогах, k_дин = 61

I_ном - номинальный первичный ток трансформатора тока, I_ном = 1500 А:

Проверим трансформаторы тока, устанавливаемые внутри помещения на термическую стойкость при КЗ:



где k_t - кратность термической устойчивости, приводится в каталогах, k_t = 25;

t_пр - приведённое время КЗ, t_пр = 0,805;

I_? - действующее значение периодической составляющей тока КЗ, I_? = 34 кА.

Из расчёта следует, что выбранные трансформаторы тока удовлетворяют условиям выбора.

5.7 Выбор трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения для питания измерительных приборов и реле выбирают по номинальному напряжению первичной обмотки, классу точности, схеме соединения обмоток и конструктивному исполнению.

Условие выбора:

Выбор трансформаторов напряжения

Место установки	Тип трансформатора	Условия выбора	Расчётные данные сети	Каталожные данные
Внутри помещения	НТМИ - 10 - 66 У3	Uc ? Uном	10 кВ	10 кВ 1000 ВА

5.8 Выбор предохранителей

Плавкие предохранители - это коммутационные аппараты, предназначенные только для отключения токов короткого замыкания и перегрузки (сверхтоков). Плавкий предохранитель любой конструкции должен иметь плавкую вставку, которая перегорает быстрее, чем повредиться какой-либо другой элемент защищаемой ею цепи, и в нём должно быть устройство для гашения дуги.

В установках напряжением выше 1 кВ плавкие предохранители могут применяться для защиты силовых трансформаторов, тупиковых линий, электродвигателей, батарей конденсаторов, трансформаторов напряжения в тех случаях, когда они обеспечивают селективность и необходимую чувствительность. Высоковольтные предохранители применяются также в комплекте с выключателями нагрузки.

Плавкие предохранители напряжением выше 1 кВ выбирают по конструктивному исполнении., номинальному напряжению U_ном, номинальному току I_ном, и номинальному току отключения.

Назначение	Тип трансформатора	Условия выбора	Расчётные данные сети	Каталожные данные
Защита ТМ-630	ПКТ103-6-100-31,5 У3	Uc ? Uном Iрасч ? I1ном Iном откл	10 кВ 36,4 А 18,54	10 кВ 100 А 31,5 кА
Защита НАЛИ-СЭЩ-10	ПКН 001-10	Uc ? Uном	10 кВ	10 кВ
		Ток срабатывания в предохранителях ПКН не нормируется, предохранители выбираются по напряжению.

5.9 Выбор ограничителей перенапряжения

Ограничители перенапряжения (ОПН) предназначены для защиты электрооборудования распределительных устройств и аппаратов от атмосферных перенапряжений в воздушных сетях напряжения 10 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью. Эффективно применение данного типа ОПН для защиты ослабленных мест ВЛ, таких как: пересечение линий электропередач между собой, с линиями связи, трамвайными линиями и линиями электрифицированных железных дорог, защита высоких опор переходных пролетов, ответвления к подстанциям на отпайках, секционирующих разъединителей на линиях.

Выбираем ОПН по Uном с учетом климатических условий.

Uном?Uc

Таблица 6.1.

Выбор ограничителей перенапряжения

ТИП	Класс напряжения сети, кВ	Наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение, U нр, кВ	Пропускная способность на прямоугольном импульсе тока 2000 мкс, А	Остающееся напряжение, кВ не более
				При токе коммутационных перенапряжений на волне 30/60 мкс с амплитудой	При токе грозовых перенапряжений на волне 8/20 мкс с амплитудой
				0,25 кА	0,5 кА	1 кА	5 кА	10 кА	20 кА
ОПН-PT/TEL-10/10,5 УХЛ2	10	10,5	550	23,2	24,5	25,2	30,0	32,7	36,6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В ходе работы было выполнено: расчет нагрузок напряжения трансформаторной подстанции 110/10, выбор трансформаторов, необходимого оборудования и типовых ячеек КРУ.

Выбор оборудования схемы электроснабжения сопровожден необходимыми расчетами с пояснениями.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Князевский Б.А. , Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий.- М.:1979.-431с.

Червяков Д. М. , Ведерников В. А. Пособие к курсовому и дипломному проектированию по электроснабжению предприятий нефтяной и газовой промышленности: Учеб. пособ. - Тюмень, ТюмГНГУ, 1996. - 119 с.

Положение по проектированию схем электроснабжения объектов нефтяных месторождений и переработки попутного газа в Западной Сибири. - М.: 1986. - 13 с.

Неклепаев Б. Н. , Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд. , перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.

Электротехнический справочник: В 3-х т. Т. 3. Кн. 1. Производство, передача и распределение электрической энергии /Под общ. ред. профессоров МЭИ В. Г. Герасимова, П. Г. Грудинского, Л. А. Жукова и др. - 6-е изд. испр. и доп. - М.: Энергоиздат, 1982. - 656 с.

Справочник по электрическим сетям 0,4-35кВ и 110-1150кВ / Под общ. ред. Е.Ф Макарова.

Размещено на Allbest.ru