Тяговые подстанции постоянного тока

К токоведущим частям электроустановок относятся сборные шины РУ различного напряжения, с их помощью производится соединение генераторов с силовыми трансформаторами и трансформаторами собственных нужд. Выбор шин ОРУ-110 кВ. Шины ОРУ-110 кВ выполняются гибкими проводами АС, АСУ, АСО сечением не менее 70 мм2.

Сечение сборных шин q выбрано по условию:

, (25)

где - дополнительно допускаемый ток для шины данного сечения и материала, А;

- максимальный длительный ток нагрузки, А.

Максимальный длительный ток нагрузки найден по формуле:

, (26)

где - номинальная мощность понизительного трансформатора;

- коэффициент допустимой перегрузки трансформатора, =1,5;

- номинальное напряжение на вводе подстанции.

Выбраны шины марки АС-70 на допускаемый ток 265 А.

, т. е.

Выбранные шины проверены на термическую устойчивость воздействию тока к.з. Для этого вычислено минимальное термически стойкое сечение:

, (27)

где - тепловой импульс к.з., кА2с;

C - функция, зависящая от перегрева. В данном случае принято C = 60.

Тепловой импульс к.з. определен по формуле:

, (28)

где- постоянная времени отключения цепи; принято =0,05 с.

,

где- собственное время отключения выключателя; =0,02 с;

- время действия релейной защиты; =0,1 с.

Условие термической стойкости:

(29)

где - выбранное сечение, мм2.

Условие термической стойкости в данном случае удовлетворено:

.

Шины РУ-10 кВ

Сечение шин выбирается по условию

где - дополнительно допускаемый ток для шины данного сечения и материала, А;

- максимальный длительный ток нагрузки, А.

Максимальный рабочий ток

(30)

А

Принимаем алюминиевые шины 4х30 мм2,.

Выбранные шины проверяются на термическую устойчивость воздействию тока к.з. Минимальное термически стойкое сечение определяется следующей формулой:

где - тепловой импульс к.з., ;

С - функция, зависящая от перегрева.

Тепловой импульс к.з.

где - постоянная времени отключения цепи, с.

В нашем случае термическая устойчивость обеспечивается, т.к. выполняется условие:

Проверим выбранные шины на динамическую стойкость. Динамическая стойкость обеспечивается, если выполняется условие:

(31)

где - допустимое напряжение в материале шины,

- расчётное механическое напряжение.

Сила, действующая на шину

(32)

Где l = 1 м - длина шины, а = 0.5 м - расстояние между шинами.

Н

Изгибающий момент

(33)

.

Момент сопротивления сечения

(34)

Где b - толщина шины, 0.004 м;

h - высота шины, 0.03 м.

Расчётное механическое напряжение

МПа.

Высоковольтные выключатели переменного тока

Выключатели высокого напряжения предназначены для переключения электрических цепей переменного тока под нагрузкой в нормальных и аварийных режимах.

Выключатели выбираются по роду установки, номинальным напряжению и току:

,

где Uном и Iном - соответственно номинальные напряжения и ток выключателя, кВ и А;

Uраб и Iрабmax - напряжение, кВ и максимальный ток, А цепи, где устанавливается выключатель.

Выполнение этих условий гарантирует работу выключателя в нормальном режиме. Надежная работа выключателя при к.з. обеспечивается проверкой:

на электродинамическую устойчивость

,

где - амплитудное значение предельного сквозного тока выключателя, кА;

- ударный ток к.з., кА.

на термическую устойчивость

, (35)

где и - ток и время термической стойкости, соответственно в кА и с;

- тепловой импульс тока к.з., проходящего через выключатель, .

на отключающую способность, для случая электрически удаленной точки:

,

где - номинальный ток отключения выключателя (действующее значение), кА;

- ток к.з., кА.

на заданный цикл АПВ; (в настоящей работе не осуществляется).

Значения параметров, по которым произведен выбор выключателей, их перечень и соответствующие характеристики, определенные по справочной литературе, приведены в таблице.

Таблица 5 - Выбор выключателей

Разъединители, отделители, короткозамыкатели

Указанные аппараты выбираются и проверяются так же, как и высоковольтные выключатели переменного тока с той разницей, что разъединители не проверяются на отключающую способность, а короткозамыкатели не выбираются по рабочему току. При выборе, кроме того, следует учесть, что отделители и короткозамыкатели устанавливаются только в сетях 35 кВ и выше. Параметры выбора, перечень и характеристики выбранных коммутационных аппаратов приведены в таблице 6.

Таблица 6

Выбор разъединителей, отделителей и короткозамыкателей

Измерительные трансформаторы. Выбираем трансформатор тока ТЛШ10-У3.

Трансформатор ТЛШ-10 предназначен для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам, устройствам защиты и управления, а также для изолирования цепей вторичных соединений от высокого напряжения в электрических установках переменного тока частоты 50 или 60 Гц на класс напряжений до 10 кВ включительно. Трансформаторы для дифференциальной защиты поставляются по специальному заказу. Трансформаторы предназначены для встраивания в распределительные устройства и токопроводы. Трансформаторы изготовлены в климатическом исполнении "У" или "Т" категории размещения 3 по ГОСТ 15150

Выбранный трансформатор проверяем по мощности

(36)

гдеS2ном - номинальная мощность вторичной обмотки, 20;

S2 - мощность, потребляемая измерительными приборами и устройствами защиты.

(37)

Где Sприб - мощность, потребляемая приборами, 12 ;

I2 - ток вторичной цепи, 5 А;

rпр - сопротивление проводов 0.0467 Ом;

Проверим на динамическую и термическую стойкость при к.з.

,

.

Таблица 7 - РУ-110 кВ

Выбор ТН производим по следующим условиям:

тяговой подстанция замыкание трансформатор

Для обмоток напряжений счётчиков и других приборов принимаем трансформатор напряжения НТМИ-10 с в классе 0.5.

Трехфазные трансформаторы напряжения серии НТМИ изготавливаются для нужд народного хозяйства и предназначены для применения в электрических цепях переменного токачастотой50Гц. Трансформаторы являются масштабными преобразователями и предназначены для выработки сигнала измерительной информации для электрических измерительных приборов и цепей защиты и сигнализации в сетях с изолированной нейтралью.

(38)

где - сумма активных мощностей приборов и реле, ;

а - сумма реактивных мощностей приборов и реле, .

Определение суммарной активной и реактивной мощностей приборов сведено в табл. 8.

Таблица 8 - Приборы подключенные к обмотке ТН

Условия выбора удовлетворяются, т.к.

ПОДБОР АППАРАТУРЫ И СХЕМ ПИТАНИЯ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ

На тяговой подстанции установлено два трансформатора собственных нужд (ТСН) с вторичным напряжением 380/220 В и мощностью 250 кВА. Распределение энергии собственных нужд показано на рис. 9, где обозначено: 1 - шкаф автоматики подогрева приводов выключателей; 2 - шкаф собственных нужд переменного тока в здании подстанции; 3 - шкаф отопления и вентиляции аккумуляторной; 4 - дизель генератор (резервное питание); 5 - зарядно-подзарядный агрегат типа ВАЗП; 6 - шкаф собственных нужд постоянного тока; 7 - аккумуляторная батарея; 8 - шкаф рабочего освещения подстанции; 9 - шкаф аварийного освещения подстанции.

Рис. 9 - Структурная схема питания шкафов собственных нужд

Аккумуляторная батарея

Определим ток длительного разряда

(39)

где - ток постоянной длительной нагрузки, 20.6 А;

- ток аварийной нагрузки, 11.4 А.

Расчётный ток кратковременного разряда

(40)

где - ток, потребляемый наиболее мощным приводом при включении одного выключателя, 244 А;

Расчётная ёмкость батареи

(41)

где - длительность аварийного разряда, 2 ч.

Выбираем батарею ОРzS 200LA. Номер батарей

(42)

гдеа - емкость аккумуляторной батарей первого номера, .

Принимаем ближайшее целое значение

Номер батареи по току кратковременного разряда

(43)

Окончательно принимаем номер батарей 6.

Число последовательно включенных элементов батареи, питающих шины включения напряжением в режиме подзаряда

(44)

Число элементов, питающих шины управления в режиме постоянного подзаряда

(45)

ЗАРЯДНО-ПОДЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО

Мощность зарядно-подзарядного устройства определяется следующей формулой:

(46)

где - зарядное напряжение, В;

- зарядный ток, А.

Для ЗПУ типа ВАЗП номинальный ток удовлетворяет условию

(47)

РАСЧЁТ КОНТУРА ЗАЗЕМЛЕНИЯ ПОДСТАНЦИИ

Расчёт контура заземления тяговой подстанции должен исходить из условий безопасности напряжения прикосновения. Опасность зависит от тока, протекающего через тело человека и длительности его протекания.

Допустимое напряжение прикосновения

(48)

где - допустимый ток, протекающий через человека, 0.1 А;

- сопротивление тела человека, 1000 Ом;

- удельное сопротивление грунта, 260 Ом/м.

В

Определим напряжение на заземление

(49)

где- коэффициент напряжения прикосновения.

(50)

гдеM - параметр, зависящий от соотношений удельных сопротивления верхнего и нижнего слоев грунта;

- коэффициент, зависящий от сопротивлений человека и сопротивления растекания тока;

- длина вертикального и горизонтального заземлителей, м;

а - расстояние между вертикальными заземлителями, м;

П - площадь заземляющего устройства.

(51)

Сопротивление заземляющего устройства

(52)

Число ячеек по стороне квадрата

(53)

(54)

Число вертикальных заземлителей по периметру контура заземления

(55)

Общая длина вертикальных заземлителей

(56)

Относительная глубина тогда

(57)

Определим сопротивление сложного заземлителя по формуле

(58)

Полученное сопротивление . Найдем напряжение прикосновения

(59)

Полученное напряжение прикосновения меньше допустимого .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ