Выбор трансформаторов

АННОТАЦИЯ

 

– Озерск: ЮУрГУ, Инф.; 2012, 31с, 8 табл., литература – 13 наименований.

 

В данной курсовой работе рассмотрены следующие задачи: выбор  количества и мощности трансформаторов, выбор высоковольтных выключателей, выбор воздушной и кабельной линий, выбор шинной сборки.

 

Левый лист, не убирается

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение……………………………………………………………………...6

1 Выбор трансформаторов…………………………………………………..14

2 Расчет токов короткого замыкания………………………………………..18

3 Выбор шинной сборки……………………………………………………..20

4 Выбор изоляторов……………………………………...…………………..21

5 Выбор выключателей……………………….……………………………...22

6 Выбор воздушной линии……………………….………………………….27

7 Выбор кабельной линии…………………………………………………...28

          Заключение…………………………………………………………………..29

Библиографический список…………………………………………………3

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

Цеховые трансформаторы осуществляют трансформацию энергии в системе внутреннего электроснабжения предприятия с напряжения 6-10 кВ на напряжение 0,38-0,66 кВ для питания электроприёмников в цехах. Мощность цеховых трансформаторов может достигать 1000-1600 кВА.

Для силовых трансформаторов с обмоткой высшего напряжения 6кВ и выше предусматривают релейную защиту от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

• многофазных замыканий в обмотках и на их выводах;
• витковых замыканий в обмотках;
• однофазных замыканий на землю;
• внешних КЗ и перегрузки (если она возможна);
• понижения уровня масла (для масляных трансформаторов).

При выполнении защит трансформатора учитывают особенности его нормальной работы; броски тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение, влияние коэффициента трансформации и схем соединения обмоток трансформатора.

Для защиты от многофазных замыканий в обмотках и на выводах трансформаторов мощностью ниже 6300 кВА, работающих одиночно (для параллельно работающих - мощностью ниже 4000 кВА) со стороны источника питания устанавливается токовая отсечка без выдержки времени, охватывающая часть обмотки трансформатора. Если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности (К_ч<2), максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 с и отсутствует газовая защита, то для защиты от многофазных замыканий в обмотках и на выводах трансформатора предусматривают продольную дифференциальную защиту, действующую на отключение выключателей силового трансформатора без выдержки времени.

Для защиты от внутренних повреждений (витковых замыканий в обмотках, сопровождающихся выделением газа) и понижения уровня масла применяется газовая защита с действием на сигнал при слабых и на отключении при интенсивных газообразованиях. Для внутрицеховых трансформаторов мощностью 630 кВА и выше применение газовой защиты является обязательным независимо от наличия других быстродействующих защит. Но при наличии чувствительной защиты от <3 со стороны источника питания для внутрицеховых трансформаторов допускают действие газовой защиты на сигнал, как при слабом, так и при сильном газообразовании. Газовая защита является единственной защитой трансформатора от "пожара стали" магнитопроводов, возникающего при нарушении изоляции между листами стали. Газовая защита может осуществляться с помощью поплавковых, лопастных и чашечных газовых реле.

Для защиты понижающих трансформаторов от внешних КЗ предусматривают максимальную токовую защиту без пуска или с пуском от реле минимального напряжения. Защита без пуска от реле минимального напряжения вследствие её низкой чувствительности применяется только на трансформаторах мощностью до 1000 кВА.

Цеховые трансформаторы 6 - 10/0,4 кВ могут иметь схемы соединения обмоток звезда- звезда или треугольник- звезда с глухим заземлением нейтрали на стороне 0,4 кВ. Одним из возможных видов внешнего КЗ является однофазное КЗ на выводах или вблизи выводов низкого напряжения трансформатора. Если обмотки высшего напряжения 6-10кВ включены по схеме звезды с незаземлённой нейтралью (Y/Y) ток однофазного КЗ на выводах 0,4 кВ много меньше тока трехфазного КЗ в этой же точке и чувствительность максимальной токовой защиты может оказаться недостаточной (К_ч<1,5). В этом случае на трансформаторе дополнительно устанавливается специальная защита нулевой последовательности. Измерительный орган защиты включается через трансформатор тока в нулевой провод нейтрали обмотки низшего напряжения трансформатора.

При схеме соединения треугольник - звезда с заземлённой нейтралью (Δ/Y) ток однофазного КЗ на выводах 0,4 кВ равен току трёхфазного КЗ в этой же точке и чувствительность максимальной токовой защиты, установленной на стороне ВН будет достаточной.

Однако в этих трансформаторах так же целесообразно устанавливать специальную высокочувствительную токовую защиту нулевой последовательности в качестве резервной к максимальной токовой защите трансформатора (ближнее резервирование) и к защитным аппаратам элементов сети 0,4 кВ (дальнее резервирование).

Выдержка времени максимальной токовой защиты и специальной защиты нулевой последовательности выбирается из условия обеспечения селективности с защитами элементов, присоединенных к шинам низшего напряжения трансформатора.

Защита от перегрузки обычно применяется при наличии нескольких параллельно работающих трансформаторов мощностью по 400 кВА и более, а так же при наличии АВР у раздельно работающих трансформаторов. Защита выполняется как однофазная максимальная токовая защита, действующая на сигнал. На необслуживаемых подстанциях защита может выполняться с действием на автоматическую разгрузку или отключение трансформатора.

Защита от однофазных замыканий на земле в сети 6-10 кВ (сети с малыми токами замыкания на землю) устанавливается на цеховых трансформаторах в том случае, когда такая защита имеется в сети. Защита выполняется как защита нулевой последовательности с пусковым органом, подключенным к трансформатору тока нулевой последовательности, установленному на вводном кабеле.

Исходя из данных задания выбираем силовые трансформаторы по указанным мощностям:

- силовые трансформаторы Т1=Т2 по стороне 110 кВ

Таблица 5

Тип трансфор- матора	Ном. мощность, МВА	Сочетание напряжений		Напр. КЗ, %
		ВН	НН
ТМН-7500/110	7,5	115	6,3	10,5

 

 

- силовые трансформаторы Т3=Т4 по стороне 6 кВ

Таблица 6

Тип трансфор- матора	Ном. мощность, кВА	Сочетание напряжений, кВ		Напр. КЗ, %
		ВН	НН
ТМ-1000/10	1000	6	0,4	5,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

 

Короткими замыканиями (КЗ) называют замыкания между фазами (фазными проводниками электроустановки), замыкания фаз на землю (нулевой провод) в сетях с глухо - и эффективно-заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах.

Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение и вследствие этого пробой изоляции, набросы на провода линий электропередачи, обрывы проводов с падением на землю, механические повреждения изоляции кабельных линий при земляных работах, удары молнии в линии электропередачи и др.

Короткие замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения.

Протекание токов КЗ приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев. Нагрев может ускорить старение и разрушение изоляции, вызывать сваривание и выгорание контактов, потерю механической прочности шин и проводов и т.п. проводники и аппараты должны без повреждений переносить в течение заданного расчетного времени нагрев токами КЗ, т. е. должны быть термически стойкими.

Протекание токов КЗ сопровождается также значительными электродинамическими усилиями между проводниками. Для защиты токоведущих частей и их изоляции то разрушения принимаются необходимые меры.

 

 

Находим ток короткого  замыкания в точке К1:

Находим ток короткого замыкания в точке К2:

Находим ток короткого  замыкания в точке К3:

 

 

 

 

3 ВЫБОР ШИННОЙ СБОРКИ

 

Исходя из того, что I_ном.т.=687А выбираем шину медную прямоугольного профиля сечением 4х40 мм.

Проверка шин на термическую стойкость

Параметр С для медных шин принимаем равный 170 Ас/мм²

Так как q_min=58,82 мм² < q_max=160 мм² следовательно шины термически стойки.

Проверка шин на механическую прочность

Принимаем l=2 м, а=0,3м

Так как σ_Фmax=20,28 МПа < σ_доп=175 МПа следовательно шины механически прочные.

 

 

 

 

4 ВЫБОР ИЗОЛЯТОРОВ

 

Выбираем опорные  изоляторы ИО-10-20У3:

F_разр=20 кН

Н_из=134 мм

Проверяем изоляторы  на механическую прочность. Находим  максимальную силу, действующую на изгиб:

, где l=2 м, а=0,3 м

Получаем, что F_расч < 0,6 F_разр, таким образом выбранные изоляторы подходят по механической прочности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ВЫБОР ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

 

Выключатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока.

Выключатель является основным аппаратом  в электрических установках и  служит  для отключения и включения в цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание. К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования:

1) Надежное отключение любых  токов (от десятков ампер до  номинального тока отключения);

2) быстрота действия, т. е. наименьшее  время отключения;

3) пригодность для быстродействующего  автоматического повторного включения, т.е. быстрое включение выключателя сразу же после отключения;

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

5) легкость ревизии и осмотра  контактов;

6) взрыво- и пожаробезопасность;

7) удобство транспортировки и  эксплуатации.

Выключатели высокого напряжения должны длительно выдерживать номинальный  ток -Iном и номинальное напряжение Uном.

В соответствии с ГОСТ 687—78Е, выключатели  характеризуются следующими параметрами:

1. Номинальный ток отключения Iотк.ном - наибольший ток КЗ (действующее значение), который выключатель способен отключите при напряжении, равном наибольшему рабочему напряжению при заданных условиях восстанавливающегося напряжения и заданном цикле операций. Ток КЗ состоит из периодическое и апериодической составляющих. Номинальный ток отключения определяется действующим значением периодической составляющей в момент расхождения контактов.

2. Допустимое относительное содержание апериодической составляющей тока в токе отключения βном, которое определяется по кривой рис. 4

Нормированное значение βном определяется для момента расхождения  контактов

Если τ > 0,09 с, то принимают βном =0.

3. Цикл операций - выполняемая выключателем последовательность коммутационных операций с заданными интервалами между ними.

В эксплуатации выключатель  может неоднократно включаться на существующее КЗ с последующим отключением, поэтому  ГОСТ 687- 78Е предусматривает для  выключателей определенный цикл операций.

Если выключатели предназначены для автоматического повторного включения (АПВ), то должны быть обеспечены циклы: О – 180 с – ВО – 180 с – ВО

О – tбт – ВО – 180 с – ВО

Выключатели с Uном < 220 кВ должны также выполнять цикл:  О – tбт – ВО – 20 с – ВО

Выключатели без АПВ должны выдерживать цикл: О - 180 с - ВО - 180 с - ВО,

где О — операция отключения;

ВО – операция включения и немедленного отключения;

20с и 180 с — промежутки  времени в секундах;

tбт - гарантируемая для  выключателей минимальная бестоковая  пауза при АПВ (время от погасания дуги  до появления тока при последующем включении).