Учебная работа. Распределительные устройства РУ-110 кВ концевой и ответвительной подстанции

Учебная работа. Распределительные устройства РУ-110 кВ концевой и ответвительной подстанции

Расположено на

Расположено на

Курсовая работа

По дисциплине: электронные подстанции

Тема: Распределительные устройства РУ- 110 кВ концевой и ответвительной подстанции

От подстанции питаются пользователи со последующими данными:

Руст1= 8500 К с1= 0,21

Руст2=3300 К с2= 0,29

Содержание

Введение

1. Основное электронное оборудование электронных подстанций.

1.1 Вакуумные выключатели.

1.1.1 Сведения о выключателях высочайшего напряжения.

1.1.2 Вакуумная дугогасительная камера КВД -10- 1600- 20.

1.1.3 Выключатель вакуумный ВВ (то есть внутренние войска)-TEL-10-1000.

1.1.4 Выбор автоматических выключателей.

2. Расчет мощности электронных подстанций.

2.1 Выбор трансформаторов, расчет мощностей и наибольших рабочих токов подстанции.

3. Трансформаторные подстанции. Схема электронных соединений подстанции.

3.1 Распределительные устройства РУ-110 кВ концевой и ответвительной подстанции.

3.1.1 Выбор схем электронных подстанций.

3.1.2 Схема РУ-110(220) кВ концевой и ответвительной подстанции.

3.1.3 Расчет релейной защиты цеховых трансформаторов.

4. Куцее замыкание в электроэнергетических системах переменного тока.

4.1 Тепловое действие токов недлинного замыкания.

4.1.1 Виды замыканий в электронных сетях.

4.1.2 Переходные процессы при маленьких замыканиях.

4.1.3 Режим нагрева частей электронных установок токами- тепловое действие токов недлинного замыкания.

5. Свойство электронной энергии в системах электроснабжения.

5.1 Характеристики и нормы свойства электронной энергии: несинусоидальность напряжения.

5.1.1 Несинусоидальность напряжения.

5.1.2 Воздействие несинусоидальности напряжения.

Заключение.

Литература

Введение

Выполнение данной курсовой работы по дисциплине «Электронные подстанции» проводиться с целью:

· классификации и закрепления приобретенных теоритических познаний и практических умений по дисциплине «Электронные подстанции»;

· углубления теоретических познаний по теме курсовой работы;

· формирования умений планировать свою работу;

· формирования умений использовать теоретические познания при решении поставленных вопросцев, употреблять теоретическую, справочную и нормативную информацию;

· развития творческой инициативы, самостоятельности, организованности и ответственности;

Целью курсовой работы является закрепление теоретических познаний по темам, которые были пройдены за весь курс обучения по данной дисциплине, также приобретения практических способностей проведения технических расчетов мощности электронной подстанции и составления схем электронных соединений подстанции.

Тема курсовой работы «Распределительное устройство РУ-110(220)кВ, проходной подстанции».

Распределительное устройство именуют электроустановку, служащую для приёма и распределения электронной энергии 1-го класса напряжения.

Проходная подстанция врубается в рассечку одной либо 2-ух линий с двухсторонним либо однобоким питанием.

Задачей данной курсовой работы является самостоятельное решение всех вопросцев задания комплексно, в их связи со всеми видами инфы.

1. Основное электронное оборудование электронных подстанций

1.1 Вакуумные выключатели

1.1.1 Сведения о выключателях высочайшего напряжения

Выключатель — это коммутационный аппарат, созданный для включения и отключения тока.

Выключатель является главным аппаратом в электронных установках, он служит для отключения и включения в цепи в всех режимах: долгая перегрузка, перегрузка, куцее замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Более тяжеленной и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на имеющееся куцее замыкание.

К выключателям высочайшего напряжения предъявляют последующие требования:

· надежное отключение всех токов (от 10-ов ампер до номинального тока отключения);

· быстрота деяния, т. е. меньшее время отключения;

· пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения, т.е. резвое включение выключателя сходу же опосля отключения;

· возможность пофазного (пополюсного) управления для выключателей 110 кВ и выше;

· легкость ревизии и осмотра контактов;

· взрыво- и пожаробезопасность;

· удобство транспортировки и эксплуатации.

Выключатели высочайшего напряжения должны продолжительно выдерживать номинальный ток Iном и номинальное напряжение UH0M.

Автоматические выключатели (автоматы) предусмотрены для оперативных включений и отключений низковольтных электронных цепей и защиты их от токов КЗ и перегрузок, также от исчезновения либо понижения напряжения сети.

Роль защитных частей, реагирующих на отклонение той либо другой контролируемой величины от собственного обычного значения, делают расцепители. В автоматах могут быть установлены последующие расцепители:

· наибольшего тока, срабатывающие одномоментно при токе КЗ в цепи;

· малого напряжения, срабатывающие в случае снижения либо исчезновенг1я напряжения;

· оборотного тока, которые срабатывают при изменении направления тока в цепи неизменного тока;

· независящие (ни от каких характеристик электронной цепи), которые служат для дистанционного отключения автоматов;

· термо, используемые для защиты от перегрузок (по типу термических реле пускателей);

· комбинированные, включающие электромагнитные и термо расцепители сразу.

Автоматические выключатели снабжаются механизмом вольного расцепления (МСР), который дозволяет обеспечить отключение автомата в процессе включения либо опосля него.

На рис. 1.1. схематично представлена система автоматического выключателя, имеющего дугогасительные 1 и главные 2 контакты. Главные контакты, выполняемые из меди, имеют маленькое переходное сопротивление и могут долгого пропускать большенный ток. Дугогасительные контакты, выполняемые из металлокерамики, врубаются параллельно основным.

Включение автомата осуществляется вручную при повороте ручки 7 по часовой стрелке вокруг оси Оэ либо дистанционно электромагнитным приводом 8. При всем этом рычаги 5 механизма вольного расцепления перемещают на Право контактный рычаг 3, преодолевая усилие отключающей пружины 4. При повороте рычага 3 вокруг оси О, замыкаются дугогасительные контакты 1, сжимая свою амортизационную пружину, потом главные 2. Включенный автомат становится на защелку пр

перемещении шарнирного сс единения 02 вниз. Отключение автомата осуществляется вручную методом п ворота ручки против час: вой стрелки либо автоматом и дистанционно при протек нии тока по обмотке отключавщего электромагнита расцепителя 6. Его сердечник переметет шарнир 02 ввысь и твердая система рычагов 5 «ломается» по шарниру. Отключающая пружина 4 отключает выключатель. Возникающая меж контактами 1 дуга гасится в дугогасительной камере методом деления на ряд дуг металлическими пластинами 9.

Рис. 1.1. Принципная система автоматического выключателя.

Высоковольтные выключатели служат для включения и отключения высоковольтных цепей по всех режимах работы электроустановок (обычном, ненормальном, аварийном).

К выключателям предъявляются последующие требования;

· надежность в работе и сохранность в обслуживании;

· малое время отключения;

· малые габариты и масса;

· удобство и простота монтажа и эксплуатации;

· возможность опосля отключения автоматического повторного включения (АПВ);

— сравнимо низкая стоимость.

Требование надежности является одним из важных, потому что от надежной работы выключателем зависит надежность работы электроустановки и даже всей системы.

Малое время отключения, т.е. быстродействие выключателя очень лучше по последующим суждениям:

· понижается тепловое действие тока КЗ на элементы электроустановки, по которой он протекает;

· понижается опасность распространения трагедии на остальные электроустановки;

· увеличивается устойчивость параллельной работы трансформаторов и линий электропередачи;

· миниатюризируется опасность поражения током от прикосновения к заземленным частям при однофазном КЗ.

По принципу гашения дуги и роду дугогасящей среды выключатели разделяются на масляные, воздушные, электромагнитные, элегазовые и вакуумные. ток электронный подстанция трансформатор

В истинное время более всераспространенными являются масляные включатели, в каких гашение дуги происходит в трансформатором масле. В малообъемных выключателях масло служит лишь для гашения дуги, а в многообъемных оно является к тому же изолирующей средой.

В воздушных выключателях гашение дуги осуществляется струей воздуха под высочайшим давлением. Эти выключатели не получили распространения в жд электроустановках.

В электромагнитных выключателях гашение дуги осуществляется за счет перемещения ее в пространстве магнитным полем, другими словами гашение происходит в воздушной среде.

В элегазовых выключателях гашение дуги происходит в среде шестифтористой серы SF6 (электронном газе —сокращенно элека- зе), которая интенсивно захватывает электроны в столбе дуги.

Вакуумные выключатели производят гашение дуги в вакуумной камере, где газ фактически отсутствует. Эти выключатели по своим качествам более близки к безупречным и потому в истинное время получают все наиболее обширное распространение.

Выключатели классифицируются:

— по числу фаз (одно- и трехфазные);

— по месту установки (внутренней и внешной);

— по времени отключения (до 0,08 с — быстродействующие, до 0,12 с — ускоренного деяния, до 0,25 с — небыстродействующие)

Технические данные выключателей приводятся в паспорте, а главные — на его щитке. Ниже приводятся важные характеристики выключателей.

Номинальное напряжение (Uном, кВ) описывает размеры изолирующих частей, как следует, габаритные размеры и массу выключателя.

Наибольшее рабочее напряжение (Uра6.макс, кВ) — наибольшее напряжение, при котором изготовители гарантируют работу выключателей. Для выключателей до 10 кВ

Uраб.макс.= 1,2 Uном., на 35 кВ и выше — U раб макс= 1,15 U ном.

Номинальный ток (Iном, А)— наибольшее действующее значение тока, которое выключатель способен пропускать при номинальном напряжении долгое время без перегрева контактов и токоведущих частей. Это ток описывает их размеры, но не влияет на габариты выключателя.

Номинальный ток отключения (Iном. откл, кА) — наибольшее действующее

Предельный сквозной ток :

· изначальное действующее значение повторяющейся составляющей (iпрс, кА);

· амплитудное

· Предельный сквозной ток охарактеризовывает электродинамическую стойкость выключателя и приравнивается большему значению ток КЗ, которое выдерживает во включенном положении без повреждений.

Предельный ток тепловой стойкости (, кА) для промежутка времени /т — наибольшее среднеквадратичное значение тока К за просвет времени tT, которое выдерживает выключатель без перегрева токоведущих частей, препятствующих его предстоящей работе.

Собственное время отключения выключателя с приводе

( tсв. с) — просвет времени от момента подачи команды на отключение до момента расхождения дугогасительных контактов

Полное время отключения выключателя с приводом (tотклв) просвет времени от момента подачи команды на отключение до момента погасания дуги во всех полюса

1.1.2 Вакуумная дугогасительная камера КДВ- 10- 1600-20

Электронная крепкость вакуумного промежутка во много раз больше, чем воздушного при атмосферном давлении. Это свойство употребляется в вакуумных дугогасительных камерах КДВ (рис.1.2.). Рабочие контакты 1 имеют вид полных усеченных конусов с круговыми прорезями. Таковая форма контактов при размыкании делает круговое электродинамическое усилие, заставляющее передвигаться дугу через зазоры 3 на дугогасительные контакты 2. Материал контактов подобран так, чтоб уменьшить количество испаряющегося сплава. Вследствие глубочайшего вакуума (10-4—10“6) происходит стремительная диффузия заряженных частиц в окружающее место, и при первом переходе тока через нуль дуга угасает.

Подвод тока к контактам осуществляется при помощи медных стержней 4 и 5. Подвижный контакт крепится к верхнему фланцу 6 при помощи сильфона 7 из нержавеющей стали. Железные экраны 8тл 9 служат для сглаживания электронного поля и для защиты глиняного корпуса 10 от напыления паров сплава, образующихся при горении дуги. Экран 8 крепится к корпусу камеры при помощи кольца 11. Поступательное движение верхнему контакту обеспечивается корпусом 12. Ход подвижного контакта составляет 12 мм.

Рис. 1.2. Вакуумная дугогасительная камера КВД- 10- 1600- 20.

1- рабочие контакты; 2- дугогасительные контакты; 3- зазоры; 4, 5- токоведущие стержни; 6- верхний фланец; 7- сильфон; 8, 9- экраны; 10- глиняние корпусы; 11- крепежное кольцо; 12- корпус.

На базе рассмотренной выше вакуумной дугогасительной камеры выпускаются выключатели напряжением 6 —110 кВ с номинальным током до 3200 А и током отключения до 40 кА.

Вакуумные выключатели 6—10 кВ обширно используются для подмены маломасляных и электромагнитных выключателей в комплектных распределительных устройствах, для чего же они комплектуются на выкатных телегах 1 (рис. 1.3).

Дугогасительная камера 7 укреплена на токовыводах в изоляционном каркасе б и системой рычагов связана с приводом. При включении поначалу происходит заводка пружинно-моторного привода до положения «Готов». Опосля этого подается сигнал на включение на ИДУУ (индукционно-динамическое устройство управления), которое, разряжаясь, сбивает удерживающую защелку на приводе, пружины поворачивают кулачковый вал 9, который повлияет на рычаг вала выключателя. Вал, делая поворот, через систему рычагов тельные контакты и изоляционные ТЯГИ 3 возде-токоведущие на ПОДВИЖНЫЙ контакт КДВ, выключатель врубается.

Рис. 1.3. Выключатель вакуумный ВБП-С-10-31,5/1600 УЗ:

1 — выкатная телега; 2 — рама; 3 — изоляционные тяги; 4 — узел поджатия; 5— токовыводы; 6 — изоляционный основа; 7 — вакуумная дугогасительная камера (КДВ); 8 — пружинно-моторный привод; 9 — кулачковый вал привода; 10 — клавиша отключения; 11 — блок защелок; 12 — блок сигнализации; 13 — отключающая пружина; 14 — буфер; 15 — вал выключателя; 16 — индукционно-динамическое устройство управления (ИДУУ)

Отключение делается клавишей отключения 10, которая выбивает удерживающую защелку, а отключающая пружина 13 через систему рычагов возвращает подвижный контакт камеры в отключенное состояние. Управление выключателем может осуществляться вручную либо дистанционно. Рассмотренный выключатель может отключать и включать ток КЗ 31,5 кА, полное время отключения 0,04 с, время включения 0,03 с. Коммутационный ресурс: число циклов В — tn— О номинального тока равно 30000, число циклов В и О тока отключения — 50. Срок службы до среднего ремонта составляет 15 лет.

Выключатель ВВП (Валовой внутренний продукт — макроэкономический показатель, отражающий рыночную стоимость всех конечных товаров и услуг, то есть предназначенных для непосредственного употребления, произведённых за год во всех отраслях экономики на территории государства) — быстродействующий, устанавливается в ячейках КРУ секционных и на вводах в совокупы с быстродействующим АВР и служит для подмены маломасляных выключателей, отслуживших собственный срок в ячейках КРУ: К-XII, K-XIII, K-XXVI, К-37, КВЭ, КВС и КСО всех типов.

1.1.3 Выключатель вакуумный ВВ (то есть внутренние войска)—TEL-10-1000

Для этих же целей освоен выпуск выключателей вакуумных ВВ (то есть внутренние войска)-TEL производственным объединением «Таврида-электрик». На рис. 4.46 показан разрез по одному полюсу и вид вакуумного выключателя BB-TEL-10/1000. Выключатель состоит из 3-х полюсов на одном основании (см. рис. 4.46, а). Якори 8 приводных электромагнитов соединены меж собой валом 11.

В разомкнутом положении контакты выключателя удерживаются отключающей пружиной 9 через тяговый изолятор 5. При подаче сигнала «Вкл» подается питание в катушку электромагнита 10; якорь 8, сжимая отключающую пружину, {перемещается} ввысь вкупе стяговым изолятором и подвижным контактом 3, который замыкается. В это время круговой магнит 7 припасает магнитную энергию, нужную для удержания выключателя во включенном положении, а катушка 10 равномерно обесточивается, опосля чего же привод оказывается приготовленным к операции отключения.

Во включенном положении выключатель удерживается силой магнитного притяжения якоря 8 к кольцевому магниту 7 так именуемой «магнитной защелкой», при всем этом энергии из наружной цепи не потребляется.

При подаче сигнала «Откл» блок управления подает импульс обратного направления в катушку 10, размагничивая магнит и снимая привод с магнитной защелки. Под действием пру-

Выключатели данной серии используются для подмены выключателей в ячейках КРУ, также для вновь разрабатываемых камер КСО и КРН.

Вакуумные выключатели напряжением 110 кВ в любом полюсе имеют четыре поочередно соединенные дугогасительные камеры КДВ, установленные на опорных изоляторах. Для равномерного распределения напряжения по разрывам используются емкостные делители напряжения. Электромагнитный привод обеспечивает дистанционное управление выключателем.

Вакуумные выключатели инсталлируются для управления трансформаторами сталеплавильных печей, тяговых подстанций, насосных, на массивных экскаваторах. Отключение массивных синхронных движков вызывает срез тока при резвом разрыве цепи, отключение малых индуктивных токов может привести к перенапряжению, потому вакуумные выключатели снабжаются встроенными ограничителями перенапряжений либо предусматривается установка ОПН (ограничитель перенапряжения).

Для подмены выключателей, выработавших коммутационный ресурс, КомпанияАББ поставляет вакуумный выключатель VM2GT, который может устанавливаться на выкатных телегах КРУ (К-104, КМВ, КРУ2-10, K-XIII).

Плюсы вакуумных выключателей: простота конструкции, высочайшая степень надежности, высочайшая коммутационная износостойкость, малые размеры, пожаро- и взрывобезопасность, отсутствие загрязнения окружающей среды, малые эксплуатационные расходы.

Недочеты вакуумных выключателей: сравнимо маленькие номинальные токи и токи отключения, возможность коммутационных перенапряжений.

1.1.4 Выбор автоматических выключателей

Выбор высоковольтных выключателей делается по конструктивному выполнению и месту установки (внешняя либо внутренняя), по номинальным напряжению и току согласно условиям

Избранный выключатель проверяется по току КЗ на динамическую стойкость:

по предельному повторяющемуся току КЗ

Где I пр.с — действенное

I к — ток трехфазного КЗ

По ударному току

Где i пр.с — амплитудное

i у — ударный ток КЗ, кА; на тепловую стойкость

Где I т — предельный ток тепловой стойкости по каталогу, кА;

tT — время протекания тока тепловой стойкости по каталогу, с (tT = 3; 4; 5; 8 с);

Вк —тепловой импульс тока КЗ, кА2 • с.

Избранный выключатель проверяется также по отключающей возможности:

Где I ном. откл — номинальный ток отключения выключателя по каталогу, кА;

I к — ток трехфазного КЗ, кА;

по полному току отключения

Где ?ном — номинальное относительное

iat — апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов выключателя, кА.

Рис. 1.5. Зависимость относительной апериодической составляющей тока КЗ от времени.

Выбор разъединителей, выключателей перегрузки, отделителей делается по конструктивному выполнению, количеству заземляющих ножей и месту установки (внешняя либо внутренняя), по номинальному напряжению и току согласно условию (1.5).

Короткозамыкатели не имеют номинального тока, потому что нормально они отключены, и выбираются по этим же условиям, что и остальные коммутационные аппараты, исключая выбор относительной номинальному току. Выберем и проверим коммутационные аппараты РУ-1 Ю кВ при наивысшем рабочем токе 800 А. время отключения КЗ принимается 0,7 с.

Выбор и проверка аппаратуры сведены в табл.1.1.

Таблица 1.1. Выбор и проверка аппаратов РУ-110 кВ

Тип аппарата

Соотношение каталожных и расчетных данных

кВ

А

кА

кА

кА

к

МКП-110М

РНДЗ-2-110/1000

ОД-110/1000

КЗ-110

—

—

—

—

—

—

Расчет для:

МКП- 110М

РНДЗ- 2- 110/1000

ОД-110/1000

КЗ- 110

2. Расчет мощности электронной подстанции

2.1 Выбор трансформаторов, расчёт мощности и наибольших рабочих токов подстанции

От подстанции питаются пользователи со последующими данными:

уст1 = 8500 кВт; с1 = 0,21; 1 = 0,93;

уст2 =3300 кВт; с2 = 0,29; 2 = 0,92.

Данное задание исполняем согласно схемы представленной на рис. 2.1.

Рис.2.1. Схема двухтрансформаторной подстанции с первичным напряжением 35 кВ.

порядок расчёта:

1. Расчет наибольших активных мощностей потребителей:

Pмакс = Pуст ? Kс , (2.1)

где Pуст — установленная мощность пользователя, кВт; Kс — коэффициент спроса, учитывающий режим работы пользователя, загрузку и КПД оборудования, одновременность его включения.

макс1 = 8500 ? 0,22 = 1870 кВт;

макс2 = 3300 ? 0,27 = 891 кВт;

макс = 1870 + 891 = 2761 кВт.

2. Расчет наибольших реактивных мощностей потребителей:

макс =макс ? , (2.2)

где определяется по данному

макс1 = 1870 ? 0,394 = 736 квар;

макс2 = 891 ? 0,424 = 377 квар;

макс = 736 + 377 =1113 квар.

3. Наибольшая полная мощность всех потребителей:

макс = Kр.м(1+), (2.3)

где Kр.м — коэффициент разновременности максимумов нагрузок проектируемой подстанции;

Pпост — неизменные утраты, принимаемые 1…2%; Pпер — переменные утраты, принимаемые 5… 8%.

макс = 0,92(1+) = 2833 кВ.

4. Расчет мощности трансформатора:

Sном.т ? , (2.4)

где 1,4 — коэффициент допустимой перегрузки трансформатора; n — количество устанавливаемых трансформаторов.

Sном.т ? = 2024 кВ

По результатам расчёта выбирается трансформатор типа ТМН — 2500/35.

5. Мощность тупиковой подстанции, питающейся транзитом от шин проектируемой:

Sтп = n ? Sном.т, (2.5)

где n — число трансформаторов; Sном.т — номинальная мощность избранных трансформаторов.

Sтп = 2 ? 2500 = 5000 кВ·А.

6. Мощность проектируемой подстанции с учетом транзита:

Sтп = (n ? Sном.т + транз)K”р, (2.6)

где транз — суммарная мощность подстанций, питающихся транзитом через РУ проектируемой; К”р — коэффициент разновременности максимумов нагрузок проектируемой и смежных подстанций, питающихся транзитом через РУ проектируемой, принимаемый 0,6…0,8.

Sтп = (2 ? 2500 + 6000) ? 0,8 = 8800 кВ·А.

7. Наибольшие рабочие токи сборных шин и присоединений подстанции.

Вводы подстанций:

Iраб.макс = , (2.7)

где Kпр — коэффициент перспективы развития подстанций и потребителей, равный 1,3;

Sтп — наибольшая полная мощность трансформаторной подстанции, кВ·А; Uном — номинальное напряжение на вводах, сборных шинах подстанций и потребителей, кВ.

Iраб.макс = = 188 А.

Сборные шины РУ-35кВ:

Iраб.макс = , (2.8)

где Kр.н — коэффициент распределения перегрузки на шинах распре-делительного устройства, равный 0,5 … 0,7.

Iраб.макс = = 113 А.

Первичная обмотка трансформатора:

Iраб.макс = , (2.9)

где Kпер — коэффициент допустимой перегрузки трансформаторов, равный 1,5; Sном.т — номинальная мощность трансформатора, кВ·А; Uном1 — номинальное первичное напряжение трансформатора, кВ.

Iраб.макс = = 62 А.

Вторичная обмотка трансформатора:

Iраб.макс = , (2.10)

где Uном2 — номинальное вторичное напряжение трансформатора, кВ.

Iраб.макс = = 216 А.

Сборные шины РУ-10 кВ:

Iраб.макс = , (2.11)

Iраб.макс = = 173 А.

Полосы потребителей:

Iраб.макс = , (2.12)

где Pмакс — наибольшая активная мощность пользователя, кВт; — коэффициент мощности потребителей.

= 133 А

= 77 А

3. Трансформаторные подстанции. Схема электрических соединений подстанции

3.1 Распределительные устройства РУ-110 кВ концевой и ответвительной подстанции

3.1.1 Выбор схем электронных подстанций

Схемы подстанций выбирают с учетом общей схемы электроснабжения, т.е. вид схемы сетей ( круговой либо магистральной) существенно влияет с виду схем подстанций , входящих в общую систему электроснабжения.

Схемы подстанций все напряжений разрабатываются исходя из последующих главных положений:

применение простых схем с наименьшим числом выключателей;

преимущественного внедрения одной системы сборных шин на ГПП и РП с разделением ее на секции;

применение, как правило, раздельной работы, полосы и раздельной работы трансформаторов;

применение блочных схем и бесшинных подстанций глубочайших вводов напряжением 110…220 кВ.

На вводах напряжение 6…10 кВ распределительных подстанций и на вводах вторичного напряжения ГПП и ПГВ, как правило, следует устанавливать выключатели для автоматического выключения резерва.

При секционировании разъединителями шин на напряжении 6…10 кВ рекомендуется устанавливать два разъединителя поочередно для неопасной работы персонала на отключенной секции, а то также на самом секционном разъединителе при работающей иной секции.

для уменьшения токов КЗ в сетях напряжением 6…10 кВ следует использовать трансформаторы с расщепленными вторичными обмотками. При реактировании более целесообразны схемы с групповыми реакторами в цепях вторичного напряжения трансформаторов либо на вводах питающих линий. Трансформаторы тока и реакторы следует устанавливать опосля выключателя.

3.1.2 Схема РУ-110(220) кВ концевой и ответвительной подстанции

В современных критериях для обеспечения надежности и экономичности электроснабжения потребителей нужна совместная работа огромного числа электростанций, подстанций и связывающих их электронных сетей различных напряжений. Но при всем этом электронные схемы станций и подстанций должны обеспечивать соединение их отдельных частей довольно просто, накрепко и комфортно. В критериях эксплуатации подстанций возникает необходимость конфигурации схемы при выводе оборудования в ремонт, ликвидации аварий. Чтоб можно было создавать эти конфигурации электронных схем, их элементы — трансформаторы, шины распределительных устройств (РУ), воздушные и кабельные полосы — соединяют друг с другом средством коммутационных аппаратов.

Главной схемой электронных соединений либо схемой первичной коммутации именуется схема электронных соединений основного электрооборудования, к которому относятся трансформаторы силовые и измерительные, реакторы, коммутационные аппараты и соединяющие их проводники. Для основных схем подстанций определяющими факторами являются положение подстанции в энергосистеме и ее предназначение, мощность, перерабатываемая на подстанции и проходящая через нее транзитом, количество и мощность трансформаторов и отходящих линий, уровни их напряжений, группы потребителей, которые питаются по сиим линиям.

По способу начертания главные схемы подстанций разделяются на многолинейные, на которых показываются все фазы электроустановки и нулевой провод, и однолинейные, на которых изображается лишь одна фаза, другие ввиду их аналогичности не показываются. Графическое изображение однолинейных схем существенно проще, увеличивается наглядность и запоминаемость таковых схем. Однолинейные схемы составляют для всей электроустановки, те участки, схемы, где по фазам есть отличия, имеют многолинейное изображение.

Избранная схема при выполнении электроустановки обязана обеспечивать ряд критерий:

· обеспечивать надежность электроснабжения потребителей;

· производить эксплуатацию с минимальными затратами средств и расходом материалов;

· обеспечивать сохранность и удобство обслуживания;

· исключать возможность неверных операций персоналом в процессе срочных переключений.

Выполнение крайнего условия затрудняется при весьма сложной схеме электроустановки, но существенное упрощение схемы может вызвать трудности для выполнения первого условия в отношении надежности электроснабжения. Жд пользователи в главном относятся к первой и 2-ой категориям, и для их питания употребляют почаще трансформаторные подстанции с 2-мя трансформаторами, один из которых быть может запасным. Для электроснабжения потребителей третьей группы используют схемы однотрансформаторных подстанций.

Однолинейная схема РУ-110 (220) кВ концевой и ответвительной подстанций представлена на рис. 3.1. Питание на трансформаторы Тх и Тг поступает от полосы электропередачи по вводам Wt и Wv на которых установлены разъединители QSt и QS1 типа РНДЗ-2-110 с дистанционными приводами типа ПДН-1. Меж вводами производится перемычка с 2-мя разъединителями QS3 и QSa, QS3 имеет привод ПДН-1, QS4 с ручным приводом ПР-90. На первичной стороне трансформаторов Т1 и Тг установлены разъединители QSs и QS6 такие же как на вводах, быстродействующие отделители QR1 и QR2, дополненные короткозамыкателями QN1 и QN2 Интегрированные трансформаторы тока TA1 и ТА2 нужны для подключения амперметра и релейных защит. наличие перемычки с разъединителем, имеющим дистанционное управление, дозволяет обеспечить питание хоть какого трансформатора по хоть какому вводу либо 2-ух трансформаторов по одному вводу. 2-ой разъединитель перемычки QS4 с ручным приводом употребляется при ремонте QS3 для сотворения видимого разрыва цепи, трансформатор Т2 остается в работе, получая электроэнергию по вводу W2. Разрядники К, и FV2 типа РВС-110 защищают изоляцию РУ—110 кВ от перенапряжений.

Рис. 3.1. Схема РУ- 110 кВ концевой и ответвительной подстанций

3.1.4 Расчет релейной защиты цеховых трансформаторов

Избираем типы защит и определяем токи срабатывания защиты и реле цехового трансформатора типа ТМ. Главные данные трансформатора: номинальная мощность Sт.ном = 630 кВ А; отношение номинальных первичного и вторичного напряжений U1т.ном / U2т.ном = 6,3 / 0,4; относительное напряжение недлинного замыкания трансформатора uк = 5,5%; схема соединения обмоток «треугольник» — «звезда» с нулевым выводом; номинальный первичный ток I1т.ном = 55,5 А; номинальный вторичный ток I2т.ном = 910 А.

Разглядим защиту цехового трансформатора при междуфазных маленьких замыканий в обмотках и на выводах высшего напряжения, также при перегрузке.

Для защиты трансформатора при междуфазных маленьких замыканий в обмотках и на выводах высшего напряжения принимаем токовую отсечку без выдержки времени с внедрением реле типа РТ-40. Схема соединения трансформатора тока — не полная «звезда».

Ток срабатывания защиты (отсечки) определяем по формуле

Iс.з = kотс Iк max,

где kотс — коэффициент отстройки (принимаем kотс = 1,4); Iк max — ток, проходящий через трансформатор тока защиты при трехфазном маленьком замыканий на стороне низшего напряжения.

Находим Iк max по формуле

Iк max = I(3) = (3.1)

Iк max = I(3) = = 1009 А,

где I(3) — ток трехфазного недлинного замыкания.

Отсюда Iс.з = 1,4 ? 1009 = 1412,6 А.

ток срабатывания реле:

Iс.з = , (3.2)

Iс.з = = 47 А.

На основании приобретенных значений избираем реле тока РТ — 40/100 и промежуточное реле РТ — 26.

Для защиты цехового трансформатора при перегрузке принимаем наивысшую токовую защиту, устанавливаемую со стороны высшего напряжения трансформатора, выполняемую при помощи 1-го токового реле, включенного на фазный ток, и действующую на сигнал с выдержкой времени. Наивысшую токовую защиту отстраиваем от номинального тока трансформатора.

ток срабатывания защиты:

Iс.з = I1т.ном, (3.3)

Iс.з = 55,5 = 72,8 А.

ток срабатывания реле:

Iс.з = Iс.з, (3.4)

Iс.з = = 2,42.

Выдержку времени наибольшей токовой защиты избираем больше времени защиты трансформатора от маленьких замыканий.

4. Куцее замыкание в электроэнергетических системах переменного тока

4.1 Тепловое действие токов недлинного замыкания

4.1.1 Виды замыканий в электронных сетях

Электронные сети характеризуются обычным, ненормальным и аварийным режимами работы. При обычном режиме по всем элементам сети протекают рабочие токи, не превосходящие допустимых, электроэнергия передается от источников питания к пользователям с нормальными расчетными потерями напряжения и электроэнергии на всех элементах сети. При ненормальном режиме (к примеру, перегрузке) допускается работа электроустановки в течение определенного времени, опосля чего же обязано следовать отключение. Аварийный режим работы характеризуется резким конфигурацией ряда характеристик (увеличение тока, понижение напряжения) и просит незамедлительного отключения электроустановки.

Большая часть аварий в электронных сетях вызывается маленькими замыканиями (КЗ), главный предпосылкой которых является нарушение изоляции токоведущих частей. Механические повреждения изоляции появляются, к примеру, при повреждении изоляции силовых кабелей во время земельных работ, при падении опор воздушных линий либо обрыва проводов. Повреждения изоляции могут иметь пространство при перенапряжениях, к примеру, при прямых ударах молнии в провода воздушных линий либо открытых электроустановок. Недлинные замыкания вероятны также вследствие перекрытия токоведущих частей птицами и звериными либо неверных действий персонала.

При появлении КЗ общее электронное сопротивление электронной системы миниатюризируется, токи и углы меж токами и напряжениями растут, напряжения в отдельных частях системы понижаются. Токи КЗ могут в 10-ки, сотки раз превосходить рабочие токи частей электроустановок и достигать 10-ов тыщ ампер. Пришествие аварийного режима КЗ приводит к значимым электродинамическим (механическим) и тепловым (термическим) действиям на токоведущие части и электрооборудование.

В трехфазных сетях переменного тока различают 5 главных видов маленьких замыканий (рис. 4.1): однофазное двухфазное двухфазное на землю трехфазное и трехфазное на землю . Если все виды КЗ принять за 100%,то относительная частота возникновения замыканий в сети составляет: однофазных — 65%; двухфазных — 10%; двухфазных на землю — 20%; трехфазных и трехфазных на землю — 5%.

Рис. 4.1. Виды КЗ в трехфазной системе с заземленной нейтралью

Однофазные замыкания в системе с заземленной нейтралью появляются при пробое изоляции фазы системы на землю и являются маленькими. Под действием напряжения покоробленной фазы (на рис. 4.1 —) протекает ток, который добивается огромного значения, потому что сопротивление цепи невелико

Где — напряжение фазы С источника питания, В;

— сопротивление цепи однофазного КЗ, Ом.

Величина однофазного тока при КЗ на шинах генератора в 1,5 раза превосходит ток двухфазного КЗ и в 2,5 раза — трехфазного КЗ. Но его можно значительно понизить за счет включения в заземление нейтрале N огромного активного либо индуктивного сопротивления. В итоге этого больший вероятный ток однофазного КЗ не превосходит тока трехфазного КЗ. Однофазные замыкания в системе с изолированной нейтралью не являются маленькими, а означает и аварийными. На рис. 4.2, а показана схема системы с изолированной нейтралью. Любая фаза системы владеет относительно земли некой емкостью, умеренно распределенной по длине полосы. Для упрощения на схеме заменяем распределенную емкость фазы, емкостью, сосредоточенной посредине полосы. При повреждении изоляции одной из фаз, к примеру Сс, и замыкании ее на землю, через пространство соединения с землей будет проходить ток , который возвратится в сеть через емкости СВ и СА. Емкостные сопротивления меж фазами и землей довольно значительны, потому ток /, обычно, не превосходит нескольких 10-ов ампер и носит емкостный нрав ( ). Величина зависит от напряжения и протяженности сети, конструктивного выполнения линий (кабельное либо воздушное).

Рис. 4.2: а — схема системы с изолированной нейтралью; б — векторная диаграмма напряжений системы при однофазном замыкании на землю

Приближенно ток Iс можно найти по формулам: для сетей с воздушными линиями

,А

для сетей с кабельными линиями

Где U — линейное напряжение сети, кВ;

l— длина электрически связанных линий сети данного напряжения, км.

Из векторной диаграммы (рис. 4.2, б) видно, что при замыкании на землю одной фазы напряжение нейтрали увеличивается относительно земли на величину фазного напряжения, а напряжения 2-ух остальных фаз относительно земли стают равными линейным U‘А = UAC, U‘B = UBC , другими словами растут в раз (U‘A = U‘A ;)- изоляция фаз сети относительно земли обязана быть выполнена на линейное напряжение.

Долгая работа сети с замкнутой на землю фазой недопустима, потому что в случае повреждения изоляции какой-нибудь иной фазы относительно земли возникает двухфазное КЗ через землю, сопровождающееся протеканием огромного тока, который может вызвать существенное разрушение электрооборудования. Потому в сетях с изолированной нейтралью непременно предугадывают защиту, извещающую персонал о появлении такового ненормального режима работы. В сетях генераторного напряжения, также в сетях, к которым подключены электродвигатели напряжением выше 1000 В, при возникновении однофазного замыкания в обмотке статора машинка обязана автоматом отключаться от сети, если ток замыкания на землю превосходит 5 А. При токе замыкания, не превосходящем 5 А, допускается работа не наиболее 2 ч, по истечении которых машинка обязана быть отключена. Если установлено, что пространство замыкания на землю находится не в обмотке статора, по усмотрению ответственного.за электрохозяйство, допускается работа вращающейся машинки с замыканием в сети на землю длительностью 6 ч. В электронных сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью работа воздушных и кабельных линий электропередачи с замкнутой на землю фазой допускается, но персонал должен приступить к отысканию места повреждения и немедля убрать повреждение в кратчайший срок.

Наиболее небезопасно однофазное замыкание на землю через электронную дугу, потому что крайняя может разрушить электрооборудование. При определенных критериях в месте замыкания на землю может появиться так именуемая перемежающаяся дуга, которая временами угасает и загорается вновь. Потому что сеть владеет индуктивностью, то в моменты гашения и зажигания дуги в индуктивных элементах наводится Э.Д.С., величина которой пропорциональна скорости конфигурации тока

Скорость конфигурации тока в момент появления и гашения перемежающейся дуги велика, и возникающая э.д.с. может превосходить напряжение сети в несколько раз. Эти перенапряжения распространяются на всю электрически связанную сеть, в итоге чего же вероятны пробои изоляции и образование маленьких замыканий в частях электроустановки с ослабленной изоляцией.

В электросетях напряжением 6-10 кВ перенапряжения, вызванные перемежающейся электронной дугой, безопасны для изоляции электрооборудования. В противоположность этому в электросетях напряжением 35 кВ и выше перенапряжения, возникающие при образовании перемежающейся дуги, небезопасны для изоляции. В таковых сетях ток замыкания на землю не должен превосходить 10 А ( 10 А), потому что при большем токе в месте замыкания на землю, обычно, возникает перемежающаяся электронная дуга. Сети напряжением 110 кВ с незаземленными нейтралями, как правило, не работают, потому что при их значимой протяженности и высочайшем напряжении, ток в этих сетях постоянно превосходит 10 А.

Заземление нейтрали приводит к повышению числа аварийных ситуаций, т. к. замыкания на землю, составляющие 65% от всех видов замыканий, стают маленькими и требуют незамедлительного отключения покоробленного элемента сети, что является значимым недочетом таковой сети. Практика эксплуатации электроустановок напряжением выше 1000 В указывает, что большая часть однофазных замыканий в воздушных электросетях носит краткосрочный нрав, изоляция в месте замыкания на землю стремительно восстанавливается опосля отключения покоробленного участка, и линия электропередачи быть может немедля включена в работу при помощи устройств автоматического повторного включения (АПВ). Если замыкание на землю носило временный нрав (схлестывание проводов ЛЭП (Линия электропередачи — один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачи электроэнергии посредством электрического тока) при сильном ветре, перекрытие изоляции птицами и т. д.), то линия врубается и питание потребителей восстанавливается в течение нескольких секунд. В неприятном случае линия отключается вторично.

Достоинством сетей с заземленными нейтралями будет то, что при однофазных замыканиях на землю напряжение неповрежденных фаз по отношению к земле не увеличивается, остается равным фазному. Благодаря этому, за счет облегчения изоляции фаз по

отношению к земле значительно уменьшаются расходы на сооружение таковых сетей. Достигаемая экономия тем больше, чем выше напряжение сети.

Сети напряжением выше 1000 В с заземленными нейтралями и токами замыкания на землю наиболее 500 А относятся к сетям с большенными токами замыкания на землю. Сети с незаземленными нейтралями либо с нейтралями, заземленными через токоограничивающие устройства с большенными сопротивлениями, напряжением до 35 кВ и токами замыкания на землю до 500 А относятся к сетям с малыми токами замыкания на землю.

4.1.2 Переходные процессы при маленьких замыканиях

Величина и нрав конфигурации тока КЗ в электронной сети зависит от целого ряда причин: характеристик сети (мощности активного и реактивного сопротивлений до точки КЗ, напряжения в точке КЗ); вида КЗ (однофазное, двухфазное, трехфазное); фазы напряжения; времени с момента появления КЗ; режима работы сети до КЗ (холостой ход, перегрузка).

Разглядим более обычной и нередко встречающийся вариант КЗ в системе неограниченной мощности, за какую условно принимают весьма сильную систему, напряжение на шинах которой () и частоту можно считать постоянными при всех конфигурациях тока (даже при КЗ) в присоединенной к ней маломощной цепи. Мощность таковой системы считается нескончаемо большенный (,а сопротивления равны нулю (), при всем этом падение напряжения в системе также равно нулю.

Рис. 4.3. Схема для определения тока трехфазного КЗ.

На рис. 4.3 представлена схема для определения тока трехфазного КЗ на полосы. Действующее

Где действующее

— среднее напряжение фазы на шинах питающей системы, кВ;

R и X — суммарное активное и индуктивное сопротивления цепи КЗ, Ом.

Беря во внимание, что в электросетях напряжением выше 1000 В обычно , и, упростив обозначение тока трехфазного КЗ

(действующее значение трехфазного тока КЗ можио найти по формуле

Разглядим процесс перехода от обычного режима работы сети к установившемуся4>ежиму КЗ. На рис. 2.4 изображена векторная диаграмма напряжений и тока фазы В в момент появления КЗ (t — 0). Напряжение фазы В в этот момент равно 0, а ток /в отстает от напряжения на угол ср. При КЗ ‘ток должен резко возрасти до 1ш и отстать от напряжения UB на угол фк = 90°, потому что

Рис. 4.4. Векторная и временная диаграммы конфигурации тока трехфазного КЗ

цепь КЗ фактически чисто индуктивная. Во всех индуктивных элементах цепи КЗ наводится э.д.с., которая делает в цепи ток

Где — апериодическая составляющая тока в момент времени /=0;

— амплитудное значение повторяющейся составляющей тока КЗ;

— ток обычного режима работы в момент времени t = 0.

Апериодическая составляющая тока КЗ в исходный момент (отрезок ОВ) препятствует броску тока в цепи до амплитудного значения (отрезок АБ), и он остается равным . Переход от к (векторная диаграмма) длится в течение 1012 периодов вращения векторной диаграммы с угловой скоростью ?.

ток , появившийся в итоге перехода части энергии магнитного поля в электронную, с течением времени миниатюризируется, потому что электронная энергия перебегает в термическую на активных сопротивлениях цепи R?

Затухание тока происходит по экспоненциальному закону

Где — апериодический ток в момент времени t;

— апериодический ток в момент времени 0;

е = 2,72 — основание натурального логарифма;

t — время, прошедшее с момента появления КЗ до момента, где определяется ;

Та — неизменная времени затухания апериодического тока.

Неизменная времени цепи КЗ Та определяется по формуле

Где — суммарная индуктивность короткозамкнутой цепи;

— угловая частота.

При f = 50 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ) со = 314 о/с.

Таковым образом, в цепи КЗ действуют две составляющие тока: повторяющийся, протекающий под действием синусоидального напряжения сети, и апериодический (непериодический), затухающий по экспоненте. По сути в цепи протекает один ток iKi, равный алгебраической сумме 2-ух его составляющих токов в момент времени t

Рассматривая кривую тока ikt, лицезреем, что через полпериода (0,01 с) ток добивается наибольшего значения, которое именуется ударным током недлинного замыкания

Согласно выражению имеет наибольшее iao. По выражению это будет иметь пространство при iно = 0, другими словами до недлинного замыкания ток в цепи отсутствовал. Таковым образом, расчетными являются условия, при которых секундные значения напряжения и тока рассматриваемой фазы приравнивались нулю конкретно перед появлением КЗ. При этих критериях можно записать

В цепях напряжения выше 1000 В с относительно малым активным сопротивлением 0,05 с. Подставив в формулу заместо его выражение через действующее тока

Ударный коэффициент ТС тока недлинного замыкания учитывает долю роли апериодической составляющей тока КЗ в образовании ударного тока:

Беря во внимание, что в установившемся режиме КЗ действует лишь повторяющаяся составляющая тока КЗ, то можно обозначить определяется по формуле.

совсем получаем

Определим вероятные пределы конфигурации ударного коэффициента. В цепях, владеющих лишь индуктивным сопротивлением ( = 0),

В цепях, владеющих лишь активным сопротивлением (Х? = 0),

Таковым образом, 2 > >1.

При = 0,05 с = 1,8, при всем этом получим

Наибольшее действующее

Где — действующее времени 0,01 с, которое можно принять равным ,

Из выражения можно найти секундное

Опосля затухания апериодической составляющей тока КЗ завершается переходный процесс и наступает установившийся режим КЗ, в каком ток меняется синусоидально и его действующее значение до отключения не изменяется.

4.1.3 Режим нагрева частей электронных установок токами- тепловое действие токов недлинного замыкания

Различают два главных режима нагрева частей электроустановок токами: долгий обычный режим работы и краткосрочный режим недлинного замыкания.

Температура нагрева проводника в обычном режиме зависит от величины протекающего по нему рабочего тока /раб и определяется по формуле

Где — исходная температура проводника в момент появления режима КЗ (рис. 4.5);

— температура окружающей среды;

— допустимая температура нагрева проводника наибольшим рабочим током ;

]]>