Электроснабжение и электрообслуживание узловой распределительной подстанции

Определить значение реактивной максимальной мощности.

Qmax = Kmax реак. × ∑ Q ср.

Qmax = 1,1 × 74,14 = 81,55 кВар.

Определяем полную максимальную мощность данного Т-1.

Smax = 

Smax =  = 448,07 кВт·А

Определить значение тока подводимого к данному Т-1.

І max =   І max =  =658,92 А

Аналогично производится расчет для остальных Т-2.

Производится расчет для  всей подстанции, данные заносятся  в таблицу №2

2. Компенсация  реактивной мощности

Реактивная мощность не преобразуется  в другие виды мощности, не совершает  работу и поэтому называется мощностью  условно. Реактивная мощность идет на создание магнитных и электрических  полей. Основными потребителями  реактивной мощности являются асинхронные  двигатели, трансформаторы, сварочные  аппараты. Передача больших потоков  реактивной мощности по элементам сети приводит к большим токовым нагрузкам, и как следствие, к увлечению  затрат на сооружение сети, повышенным потерям активной мощности. Недостаток реактивной мощности в системе влечет за собой снижение напряжения электрических  сетей и у потребителей. Поэтому генерируемая реактивная мощность должна быть равна потребляемой. Для этого применяют компенсирующие устройства. На предприятиях для компенсации реактивной мощности применяют синхронные двигатели, силовые конденсаторы.

Производится расчет реактивной мощности.

Q ку расч. = £ × Рср (tg φ подст. - tg φ норм.)

Где £ - это коэффициент, учитывающий  естественные мероприятия по повышению  cos φ

£ = 0,95

tg φ подст. =   tg φ норм. = 0,33

Так как тангенс фи подстанции, меньше тангенса фи нормированного, компенсация  реактивной мощности не требуется.

3. Выбор мощности  силовых трансформаторов

Для двух трансформаторной подстанции выбираем режим работы трансформаторной подстанции.

Нормальным называется режим работы трансформатора, при котором его параметры отклоняются от номинальных в пределах, допустимых стандартами, техническими условиями и другими нормативными документами.

При нагрузке, не превышающей  номинальную, допускается продолжительная работа трансформатора при повышении напряжения на любом ответвлении любой обмотки на 10% сверх номинального напряжения данного ответвления. При этом напряжение на любой обмотке не должно быть выше наибольшего рабочего напряжения Uраб. max, определяемого надежностью работы изоляции и нормируемого ГОСТ 721-77 в следующих пределах от номинального напряжения электрической сети Uном: 

 

Производится расчет мощности силового трансформатора.

Sрасч. тр. =   Sрасч. тр. =  ·A

·A

Выбираем трансформатор  с ближайшей номинальной мощностью.

Тип ТСЗ 400/10 ВН 10 НН 0,4

Рх. х = 1300 Рк. з = 5400 Uк % - 5,5 Іх. х% = 3

Производится проверка трансформаторов  по коэффициентам загрузки.

Кз. норм. =   Кз. норм. =

Кз. ав. =   ≤ 1,4 Кз. ав. =

Паспортные данные трансформатора записываются.

Тип ТСЗ 400/10 ВН 10 НН 0,4

Рх. х = 1300 Рк. з = 5400 Uк % - 5,5 Іх. х% = 3

Определить потери мощности в трансформаторах.

∆ Sтр. = (∆Рх. х + К²з норм × ∆Рк. з) + ј

∆ Sтр. =  ј 

=  · А

Производим расчет потерь мощности на ТП.

∆Sтп. = 2 × ∆Ртр. + ј 2 × ∆Qтр.

∆Sтп. = 2 × 4,75 + ј 2× 26,08 =   кВт·А

Определяется расчетная  мощность ТП.

Sрасч. тп. = (Р max + ∆Ртп) + ј (Qmax + ∆Qтп)

Sрасч. тп. = ·А

Определить сечение высоковольтной кабельной линии по экономической  плотности тока.

Fсеч. вл. = 

 

Jэк. - экономическая плотность тока. Jэк. = 1,4

Согласно таблице 10.1. стр.548 учебное пособие "Электрическая  часть электростанций и подстанций" Б. И Неклепаев., И. П Крючков.

Fсеч. вл. = 

Согласно таблице 7.35. стр.428 учебное пособие "Электрическая  часть электростанций и подстанций" Б. И Неклепаев., И. П Крючков.

Выбираем кабель марки  АС сечением 50 мм .

 
4. Описание  ТП

Трехфазные сухие защищенные трансформаторы серии ТСЗ предназначены  для понижения напряжения трехфазного  переменного тока у потребителей. Трансформаторы имеют высокую надежность, не требуют затрат на обслуживание, экономичны и просты в эксплуатации. Трансформаторы ТСЗ защищенного  исполнения (степень защиты IP21).

Преимущества трансформаторов ТСЗ простота и высокий уровень безопасности при монтаже. Обладают компактными размерами. Пригодны для районов с резко континентальным климатом. Трансформаторы с обмотками класса изоляции F могут работать в сетях, подверженных грозовым и коммутационным перенапряжениям. Пригодны для условий повышенной влажности и загрязненности. Имеют пониженный уровень шума и высокую стойкость к механическим воздействиям, возникающим в режиме короткого замыкания. Выдерживают длительные тепловые нагрузки. Экологически безопасны для окружающей среды, обладают исключительными противопожарными свойствами, что позволяет устанавливать в местах с повышенными требованиями к охране окружающей среды и безопасности (жилые и общественные здания, спортивные сооружения, метро, шахты, промышленные предприятия), высокая динамическая стойкость обмоток к токам КЗ, низкий уровень частичных разрядов, малошумность, малые габариты.

 
5. Распределение  электроэнергии внутри объекта

Наметка вариантов схем внутреннего  электроснабжения.

Радиальная схема.

Достоинства и Недостатки.

Достоинством радиальной схемы является их высокая надежность, так как авария на одной линии  не влияет на работу ЭП, подключенных к  другой линии.

Недостатками радиальных схем являются, малая экономичность, связанных с использованием большого количества проводникового материала, труб, распределительных шкафов. Большое  число защитной и коммутационной аппаратуры. Ограниченная гибкость сети при перемещении ЭП, вызванных изменением технологического процесса. Невысокая степень индустриализации монтажа.

Электрические расчеты для  радиальной схемы.

Сечение линии выбираем по допустимому току нагрева. Расчет производится на примере Т-1.

Согласно таблице 7.10 стр.401 учебное пособие "Электрическая  часть электростанций и подстанций" Б.И. Неклепаев., И.П. Крючков.

Берем два кабеля сечением 120 мм , четырехжильный, медь.

Fсеч. = 120×2 мм  

Аналогично рассчитываем Т-2.

Производится расчет потерь мощности в данной линии Т-1.

∆ Р = 3 × I max × R × 10  кВт.

где, R - сопротивление линии.

∆ Р = (3 × 329

Рассчитать сопротивление  в линии Т-1.

R = R ℓ, Ом.,  , Ом.

где, γ - удельная проводимость жилы для меди γ = 50 ÷ 55 См. F - сечение  кабеля.

 Ом.

R = 0,16 × 0,04 = 0,006 Ом. - для одного кабеля.

Определить потери напряжения в линии.

 - для одного кабеля.

Аналогично производится расчет для Т-2, данные заносятся  в таблицу №3.

названиелинии	Iнагр. А	тип и сечение линии	Iдоп. А	ℓ	R Ом/км	R Ом/км	∆Р кВт	∆U %	C тыс. руб.	С тыс. руб
Т-1	658,92	120×4 2кабеля	355	2×50	0,16	0,006	3,8	0,70%	160000	16000
Т-2	659,76	120×4 2кабеля	355	2×50	0,16	0,006	3,8	0,70%	160000	16000
итого				200	0,16	0,006	7,6	0,70%		32000

6. Технико-экономическое  сравнение вариантов

Стоимость кабельных линий  для выбранных сечений определить по прайс-листу.

Величина С_{0 -} стоимость кабельной линии (тыс. руб. за 1км.). С  = 160 000 руб. за 1км. Определить стоимость линий от ТСН - 1 до Т-1.

С = С × ℓ × 2 = 160 × 50 × 2 = 16 000 руб.

Аналогично рассчитываем стоимость линии от ТСН - 2 до Т-2.

7. Расчет токов короткого замыкания  на примере ТСН-1

Рассчитать токи (КЗ) это значить:

по расчетной схеме  составить схему замещения, и  выбрать точки КЗ.

рассчитать сопротивления.

определить в каждой выбранной  точке 3 - фазные, 2 - фазные, 1 - фазные точки  КЗ, заполнить " Сводную ведомость токов КЗ".

Схема замещения представляет собой вариант расчетной схемы, в которой все элементы заменены сопротивлениями, а магнитные связи  электрическими. Точки КЗ выбираются на ступенях распределения и конечном источнике. Точки КЗ нумеруются сверху вниз, и начиная от источника.

Рассчитать сопротивления.

Кабельная линия КЛ - 1.

R = 0,625 мОм/м X 0,085мОм/м

Rкл. - 1 = R × ℓ Rкл. - 1 = 0,625 × 55 = 34,37 мОм

Xкл. - 1 = X × ℓ Xкл. - 1 = 0,085× 55 = 4,67 мОм

где, ℓ - длина линии

Для трансформаторов по таблице 1.9.1 В.П. Шеховцов стр.61.

"Расчет и проектирование  схем электроснабжения".

Rтр. = 5,5 мОм Xтр. = 17,1 мОм. Z

Для автоматов по таблице 1.9.3 В.П. Шеховцов стр.61.

"Расчет и проектирование  схем электроснабжения".

R ав.1= 11,2 мОм. X ав.1 = 0,13 мОм.

R ав.2= 0,15 мОм. X ав.2 = 0,17 мОм.

Для кабельных линий по таблице 1.9.5 В.П. Шеховцов стр.62.

"Расчет и проектирование  схем электроснабжения".

КЛ - 2:

R = 0,154 мОм X 0,08 мОм.

Так как в схеме два  параллельных кабеля, то

R = 

Rкл. - 2 = R × ℓ Rкл. - 2 = 0,077 × 50 = 3,85 мОм

Xкл. - 2 = X × ℓ Xкл. - 2 = 0,08 × 50 = 4 мОм.

КЛ - 2:

Выберем кабель для подключения  электронагревателей для выключателей и приводов типа У - 220, У - 110. Кабель выбирается по допустимому току нагрева.

I нагр. ≤ I доп.

I нагр. =   где, n - количество кабелей.

I нагр. = 

Согласно таблице 7.10 стр.401 учебное пособие "Электрическая  часть электростанций и подстанций" Б. И Неклепаев., И. П Крючков.

Выбираем кабель сечением:

F = 120мм  I доп. = 350 А. 

где, Kt - поправочный коэффициент на токи для кабелей в зависимости от температуры земли и воздуха.

Кn - поправочный коэффициент на количество работающих кабелей, лежащих рядом в земле.

Согласно таблице 21.2 стр.482 учебное пособие "Электрическая  часть электростанций и подстанций" Б. И Неклепаев., И. П Крючков.

Kt =1,04

Согласно таблице 21.12 стр.486 учебное пособие "Электрическая  часть электростанций и подстанций" Б. И Неклепаев., И. П Крючков.

Кn = 1

Вводим поправочные коэффициенты.

.

Данный кабель удовлетворяет  нашим условиям.

По таблице 1.9.5 В. П Шеховцов стр.62.

"Расчет и проектирование  схем электроснабжения".

R = 0,154 мОм X 0,08 мОм.

Rкл. - 3 = R × ℓ Rкл. - 3 = 0,154 × 40 = 6,16 мОм

Xкл. - 3 = X × ℓ Xкл. - 3 = 0,08 ×40 = 3,2 мОм.

Вычисляются сопротивления  до каждой точки КЗ.

Rрез. к-1 = Rкл-1 + Rтр. + Rкл2 + Rав1 = 34,37 + 5,5 + 3,85 + 11,2 =

= 54,92 мОм

Xрез. к-1 = Xкл-1 + Xтр. + Xкл2+ Xав1 = 4,67 + 17,1 + 4 + 0,13 =

= 25,9 мОм

Rрез. к-2 = Rкл-1 + Rтр. + Rкл-2 + Rав1 + Rкл-3 + Rав2 = 34,37 + 5,5 + 3,85 + +11,2 + 6,16 + 0,15 = 61,23 мОм.

Xрез. к-2 = Xкл-1 + Xтр. + Xкл-2 + Xав1 + Xкл-3 + Xав2 = 4,67 + 17,1 + 4+

+ 0,13 + 3,2 + 0,17 = 29,27 мОм.

Z = 

Z к-1= 

Z к-2= 

Рассчитаем 3-х фазный ток  КЗ.

где, Uк - линейное напряжение в точке КЗ, кВ

Zк - полное сопротивление до точки КЗ, Ом

Рассчитаем 2-х фазный ток  КЗ.

8. Проверка  элементов цеховой сети на  устойчивость к токам КЗ

Проверим на устойчивость к токам КЗ кабель отходящий от ТСН - 1 и ТСН - 2 до Т - 1, Т - 2, шину РУНН Т - 1 и Т - 2, кабель отходящий от РУНН до электронагревателей для выключателей и приводов типа У - 220,У - 110.

Проверим на устойчивость к токам КЗ кабель отходящий от ТСН - 1 и ТСН - 2 до Т - 1 и Т - 2, на примере Т - 1.

На термическую стойкость  согласно условию

Sкл. ≥ Sкл. тс.

Сечение кабеля F = 120мм²

Sтс. = α ×I

где,  Sтс. - термически стойкое сечение кабельной линии.

α - термический коэффициент; для меди α = 6

I ∞ - ток КЗ.

t пр. - Значение приведенного  времени действия тока КЗ.