Artellie.ru

Дизайн интерьеров
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет и выбор высоковольтных аппаратов

Расчет и выбор высоковольтных аппаратов

7. Выбор электрооборудования низкого напряжения распределительного устройства:

7.1. Выключателей вводного, секционного и линейного наиболее загруженной линии…………………………………………………………………16

7.2. Выбор кабеля для наиболее загруженной линии…………………….22

7.3. Выбор трансформатора напряжения…………………………………..23

7.4. Выбор трансформатора тока в цепи силового трансформатора с низкой стороны……………………………………………………………………..24

7.5. Выбор трансформатора тока для наиболее загруженной линии……25

8. Спецификация выбранного оборудования для распределительного устройства высокого и низкого напряжения…………………………………….27

Список использованной литературы……………………………………………..29

Курсовая работа по предмету «Высоковольтные аппараты» является завершающей работой по курсу, основная её задача обобщить все полученные знания.

Цель курсовой работы — научиться рассчитывать и выбирать электрооборудование распределительных устройств выше 1000 В, составлять техническую документацию, закрепить навыки чтения и разработки электрических схем в РУ, подготовиться к выполнению квалификационной работы.

При выполнении курсовой работы необходимо: выполнять чертежи, условные обозначения элементов схем согласно стандартам ЕСКД и ЕСТД.

Вариант задания к курсовой работе

Исходные данные для выбора оборудования

ГПП-35/6 2х4 т.кВА

Напряжение КЗ тр-ров U кз %

Длина питающей ЛЭП РПС-ГПП (км)

Сопротивление системы приведённое к высокому

Допустимый перегруз тр-ра в %

Максимальная нагрузка кабельной линии 6 кВ (мВА)

Длина КЛ 6 кВ с Al жилами

Время использования макс нагрузки для всех вариантов Тmax=4500 ч в год

Мощность ТСН Т3 (Т4) (кВА)

Количество ЛЭП подключенных к 1 секции

Принципиальная схема распределительного устройства.

Рис.1 Однолинейная схема ГПП-35/6 кВ

2. Назначение и характеристика электрооборудования распределительного устройства.

На рис.1 изображены следующие виды электрооборудования:

Q 1- Q 8 , QB 1 – выключатели;

QS 1- QS 6 – разъединители;

FU 1- FU 4 – предохранители;

TA 1 – TA 8 – трансформаторы тока;

TV 1 – TV 4 – трансформаторы напряжения;

FV 1 – FV 6 – разрядники (ограничители напряжения);

T 1 – T 3 – силовые трансформаторы;

Опишем каждый электрический аппарат отдельно.

Выключатель нагрузки — выключатель, имеющий дугогасительное устройство небольшой мощности. Предназначен для отключения номинальных токов нагрузки.

Разрядники служат для защиты установки (КТП) от перенапряжений, возникающих в процессе коммутаций и воздействий атмосферных явлений. При повышении напряжения сверхноминального значения разрядник срабатывает и ограничивает напряжение на фазе установки.

Предохранители — электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и токов перегрузки.

Автоматические выключатели предназначены для автоматической защиты электрических сетей и оборудования от аварийных режимов, а также для оперативной коммутации отдельных цепей в энергосистемах.

Переключатель предназначен для ручного выключения и отключения тока в цепях с напряжением до 220 В постоянного напряжения и 380 В переменного. При больших значениях напряжения этот аппарат коммутирует цепь при отсутствии тока. Рубильники выпускаются в одно-, двух- и трехполюсных исполнениях.

Силовой трансформатор — стационарный прибор, который посредством электромагнитной индукции преобразует систему переменного напряжения и тока в другую систему напряжения и тока, как правило, различных значений при той же частоте в целях передачи электроэнергии.

Трансформа́торы то́ка служат для измерения, преобразования и передачи информации о режиме работы сильноточной цепи высокого напряжения в цепь низкого напряжения, с целью её последующей обработки, при этом ТА служат для изоляции первичной цепи высокого напряжения от вторичной цепи низкого напряжения, имеющей потенциал земли.

Читайте так же:
Сертификаты автоматические выключатели сименс

Трансформаторы напряжения предназначены, как для измерения напряжения, мощности, энергии, так и для питания цепей автоматики, сигнализации и релейной защиты ЛЭП от замыканий на землю.

Разъединители служат для коммутации обесточенных цепей в целях проведения ремонта или ревизии в высоковольтных аппаратах, а также для выполнения переключений распределительного устройства на резервное питание

Схема замещения для расчёта токов короткого замыкания.

Рис. 2. Схема замещения

Расчёт токов короткого замыкания в точках К-1 и К-2 .

Секционный выключатель QB 1 на шинах 6 кВ ГПП принят нормально отключенным для ограничения токов короткого замыкания и включается автоматически при отключении одного из трансформаторов Т1 , Т2 . Трансформаторы Т1 и Т2 работают раздельно. Составляется схема замещения исходной схеме. Расчёт токов КЗ ведётся в именованных единицах и принимаются индуктивные сопротивления приведённые к ступени напряжения 37,5 кВ. Активными сопротивлениями пренебрегаем.

Определяем сопротивления элементов схемы замещения:

х с = 25 Ом (исходные данные);

где х 0 = 0,4 Ом/км, удельное сопротивление ЛЭП;

Где U н – номинальное линейное сопротивление трансформатора с высшей стороны (35 кВ);

– номинальная мощность трансформатора в мВА, = 4 мВА;

где х 0 = 0,08 Ом/км, удельное сопротивление кабельной линии.

Сопротивление кабельной линии находится на ступени напряжения 6 кВ, это сопротивление необходимо привести к ступени напряжения 37,5 кВ, поэтому приведённое сопротивление кабельной линии будет определено по формуле:

Определяем трёхфазные токи короткого замыкания в точках ( К-1 , К-2 и К-3 ) по формуле:

Где – среднее напряжение ступени равное 37,5 кВ;

— суммарное сопротивление до точки КЗ.

Определяем трёхфазный ток КЗ в точке К-1 :

Определяем ток трёхфазного КЗ в точке К-2 :

Приводим этот ток КЗ к напряжению 6,3 кВ:

Определяем ток трёхфазного КЗ в точке К-3 :

Приводим этот ток КЗ к напряжению 6,3 кВ:

Определяем ударные токи КЗ (амплитудное значение с учётом апериодической составляющей) в точках К-1 , К-2 и К-3 :

Где- ударный коэффициент, зависящий от схемы сети, мощность системы и места КЗ, = 1,8.

Электрооборудование подстанций промышленных предприятий — Выбор оборудования

Технические праметры, характеризующие высоковольтный выключатель
1) номинальное напряжение;
2) номинальный ток;
3) номинальный ток отключения;
4) допустимое (нормированное) относительное содержание апериодической составляющей тока в токе отключения для момента расхождения контактов;
5) номинальный ток включения — это ток который выключатель способен включить без приваривания контактов;
6) ток термической стойкости при заданной длительности протекания этого тока (3-4 с);
7) токи электродинамической стойкости, которые могут быть действующем значением или наибольшим (пиковым) значением;
8) собственное время отключения выключателя — это интервал времени от момента подачи команды на отключение до момента начала расхождения контактов;
9) полное время отключения tоткл — это интервал времени от подачи команды до момента погасания дуги.
Выбор выключателя заключается в обосновании типа выключателя и подборе выключателя с заданными техническими параметрами

Порядок выбора высоковольтного выключателя:
1) выбор начинается с номинального напряжения сети:

2) выбор по длительному току по условию

Читайте так же:
Нормальная температура автоматических выключателей

— максимальный ток нормального режима;
— максимальный ток длительного режима.
Перечисленные 2 тока учитывают аварийные и послеаварийные режимы работы сети. Например, если сеть имеет две параллельные взаиморезервирующие друг друга линии, то максимальный длительный ток в послеаварийном режиме при отключении одной из линий будет равняться двойному расчетному току

3) выбор по симметричному току отключения по условию
,
где -действующее значение периодической составляющей тока КЗ к моменту расхождения контактов;
-действующее значение периодической составляющей тока КЗ от системы;
-действующее значение периодической составляющей тока КЗ от двигателей;
4) определяется нормированное (номинальное) значение апериодической составляющей в токе отключения. Для успешного отключения асимметричного тока КЗ (апериодической составляющей) должно выполняться следующее условие:
,
где — апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов;
5) проверка по включающей способности производится по условиям
,
где — ударный ток КЗ;
— начальное значение периодической составляющей тока КЗ в цепи выключателя;
— номинальный ток включения.
6) проверка на электродинамическую стойкость по сквозным токам КЗ

7) проверка на термическую стойкость производится по тепловому импульсу тока КЗ:

Вк — расчетный тепловой импульс
Расчеты выбора выключателя должны быть занесены в сравнительную таблицу.

Выбор разъединителей

Учитывают место его установки (ЗРУ или ОРУ), предусматривают заземляющие ножи. Выбор производится по напряжению сети, длительному току, электродинамической и термической стойкости. Выбор по отключающей способности не производится, так как разъединители не предусмотрены для отключения токов КЗ.

Методика выбора нелинейных ограничителей перенапряжений

В ОПН используются варисторы на основе оксидно-цинковых материалов. В отличие от вентильных разрядников, имеющих набор последовательно соединенных искровых промежутков и полупроводникового резистора, выполняющего функцию варистора. ОПН не содержит искровых промежутков, а содержит только варистор, представляющий собой поликристаллическую комбинацию оксида цинка с небольшим добавлением оксидов других металлов. Под воздействием импульсных перенапряжений кристаллы ZnO выстраиваются в цепочки, и сопротивление ОПН резко снижается, и он пропускает номинальный разрядный ток, ограничивая перенапряжение на защищаемом оборудовании (ОПН включается параллельно защищаемому оборудованию). Сочетание хорошей проводимости кристаллов ZnO с большим сопротивлением межкристаллических участков определяет высокую нелинейность ВАХ варистора, что обеспечивает практически мгновенный переход ОПН в проводящее состояние и позволяет исключить искровые промежутки.
Для выбора типа ОПН необходимо знать амплитуду ожидаемых импульсов разрядного тока, допустимое внутреннее перенапряжение изоляции электрооборудования и сопротивление заземляющего устройства. ОПН целесообразно подключать на вводах сборных шин, отходящих присоединений и непосредственно у электроприёмника. Схема соединения — с выведенным на землю нулем. ОПН является основным средством защиты электрооборудования станции и сетей от коммутационных и грозовых перенапряжений. Колонка резисторов ОПН опрессовывается в оболочку из атмосферостойкого полимера, который обеспечивает требуемые механические и изоляционные свойства ограничителя. Некоторые ОПН дополнительно покрываются оболочкой из силиконовой резины, что благоприятно сказывается при высоком уровне атмосферных загрязнений.
При выборе ОПН решают следующие задачи:
1) необходимо ограничить коммутационные и грозовые перенапряжения до значений, при которых обеспечивается надежная работа изоляции электроустановки;
2) кратность ограничения перенапряжения имеет значение 1,75 для коммутационных перенапряжений и 2-2,5 для атмосферных перенапряжений.
3) ОПН должен быть взрывобезопасен при протекании токов КЗ в результате внутренних перенапряжений;
4) ОПН должен соответствовать механическим и климатическим условиям эксплуатации.
В сетях 6-35 кВ, работающих с изолированной нейтралью или с компенсацией ёмкостного тока замыкания на землю и допускающих неограниченно длительного протекания однофазного тока КЗ на землю должно выполняться следующее условие выбора ОПН по напряжению:
,
где — наибольшее допустимое рабочее напряжение ОПН;
— наибольшее рабочее напряжение защищаемого оборудования.
Выбор ОПН по номинальному разрядному току производится в случае установки его для защиты от грозовых перенапряжений.
В большинстве случаев номинальный разрядный ток принимают равным 5 кА. Разрядный ток — 10 кА принимают в следующих случаях:
1) в районах с интенсивной грозовой активностью (более 50 грозовых часов в год);
2) схема громозащиты двигателя и генератора, присоединенных к воздушной линии;
3) в районах с высокой степенью промышленных загрязнений;
4) схемы грозозащиты, к которой предъявляются повышенные требования надежности.
Ток срабатывания взрывопредохранительного устройства для сброса давления должен быть не менее чем на 10% больше значения двухфазного или трехфазного наибольшего из них тока КЗ в месте сутановки ограничителя

Читайте так же:
Что означает тип автоматического выключателя

Выбор защитно-коммутационного аппарата

Выключатели высоковольтные включают и выключают электрические цепи высокого напряжения под нагрузкой при коротком замыкании.

Выбираемый выключатель должен, прежде всего, безотказно работать в наиболее тяжелом по условиям эксплуатации режиме работы сети в течение всего срока службы, на который он рассчитан. Поэтому выбор высоковольтного выключателя рекомендуется проводить в два этапа.

На первом этапе следует выбрать конкретный тип выключателя исходя из условий наиболее тяжелого режима работы сети и эксплуатации выключателя (его отключающей способности, требуемой частоты включений и отключений, коммутационных перенапряжений, необходимости иметь (или не иметь) его полную взрыво- и пожаробезопасность и т.п.). На этом этапе при выборе типа выключателя в первую очередь учитывается следующее:

— при напряжении 6-10 кВ и сравнительно редких коммутациях для малоответственных потребителей целесообразно применять масляные выключатели, а при частых коммутациях — более надежные вакуумные и элегазовые, обладающие большим сроком службы;

— при больших номинальных токах отключения (так же, как и при больших номинальных напряжениях) рекомендуется применять воздушные и элегазовые выключатели, которые хотя и стоят дороже, но ввиду малых расходов на их техническое обслуживание и намного большего срока службы дугогасящих устройств по сравнению с масляными выключателями их применение более оправдано.

На втором этапе следует провести детальное сравнение номинальных параметров выбранного на первом этапе типа выключателя с параметрами электрической сети в месте его установки. При этом обязательно должны выполняться следующие требования: номинальное напряжение выключателя должно быть равно или больше номинального напряжения защищаемой сети; его номинальный длительный ток должен превышать номинальный ток электроустановки; номинальный ток отключения выключателя должен быть больше максимального расчетного тока короткого замыкания к моменту расхождения контактов.

Задание

Выбрать выключатель высокого напряжения.

Проанализировать проделанную работу.

Необходимые данные для расчёта берутся из предыдущих практических работ №1, №2 и №3. Выбор высоковольтного выключателя осуществлять для воздушной линии при коротком замыкании на шинах тяговой подстанции ТП2 в точке К2.

Читайте так же:
Проверка цепей выключателя блокировки стартера переключатель селектора акпп

Порядок выполнения расчёта

Высоковольтные аппараты выбирают из условия длительного режима работы и проверяют по условиям коротких замыканий.

Высоковольтный выключатель выбирают из условий

где Uнв, Uн — номинальные значения напряжения выключателя и сети, кВ;

Iнв, Iн — номинальные значения токов выключатели и сети, А;

Sотк.в, Sкз — мощности отключения выключателя и короткого замыкания, МВА.

Мощность отключения выключателя Sотк.в, МВА, определяется по формуле

где Iн.отк.в — номинальный ток отключения выключателя, кА.

Мощность короткого замыкания Sкз, МВА, определяется по формуле

где Iкз (3) — ток трёхфазного короткого замыкания, кА, по формуле (11).

Технические характеристики высоковольтных выключателей представлены в таблице 11.

Таблица 11 – Технические характеристики высоковольтных выключателей

Марка высоковольтного выключателяНоминальное напряжение, кВНоминальный ток, АНоминальный ток отключения, кАПредельный сквозной ток, кАПредельный ток термической стойкости/ время действия, кА/сВремя отключения, сТип привода
амплитудное значениедействующее значение
Масляные выключатели
ВМП-10-630-2020/80,12ПЭ-11
ВМП-10-1000-20
ВМП-10-1250-20
ВМПЭ-10-630-31,531,531,531,5/40,12ПЭВ-11А
ВМПЭ-10-1000-31,5
ВМПЭ-10-1600-31,5
ВМПЭ-10-3200-31,5
Вакуумные выключатели
ВВ-6-8/8008/30,025
ВВ-10-20/63020/30,07ПП
ВВ-10-20/1000
ВВ-10-20/1250
ВВ-10-20/1600
Электромагнитные выключатели
ВЭС-6-40/160040/40,075ПП
ВЭС-6-40/2000
ВЭС-6-40/3200
ВЭ-10-20/125020/40,075ППВ
ВЭ-10-20/1600
ВЭ-10-20/2500
ВЭ-10-20/3600
Элегазовые выключатели
ВГБЭ-10-630-12,512,512,50,04

Пример выполнения расчёта

Необходимые данные для расчёта берутся из предыдущих практических работ №1, №2 и №3.

Выбор высоковольтного выключателя осуществлять для воздушной линии при коротком замыкании на шинах тяговой подстанции ТП2 в точке К2.

Технические характеристики высоковольтных выключателей представлены в таблице 11.

Предварительно согласно первым двум условиям (13) и (14) выбираем масляный высоковольтный выключатель ВМП-10-630-20 с электромагнитным приводом ПЭ-11, со следующими техническими характеристиками:

— номинальное напряжение выключателя

— номинальный ток выключателя

— номинальный ток отключения выключателя

— номинальное амплитудное значение тока выключателя

— номинальный ток термической стойкости выключателя

— время действия номинального тока термической стойкости выключателя

— время отключения выключателя

Мощность отключения выключателя

Для воздушной линии выбран провод АС-35, Iдоп = 175 А, R = 0,85 Ом/км, Х = 0,403 Ом/км.

Полное сопротивление линии

Трёхфазный ток короткого замыкания

Мощность короткого замыкания

Выключатель выполняет требования по отключающей способности.

По результатам расчёта практической работы выбираем для воздушной кабельной линии выключатель высокого напряжения ВМП-10-630-20 с электромагнитным приводом ПЭ-11.

Контрольные вопросы

1.Какое назначение высоковольтного выключателя в электрических сетях?

2.Каким требованиям должен удовлетворять высоковольтный выключатель?

Выбор силового выключателя 6 кВ

Элегазовый силовой выключатель 6(10) кВ типа LF1

Рассмотрим пример выбора выключателя в сети 6(10) кВ. В нашем случае, нужно выбрать элегазовый выключатель 6 кВ, типа LF (фирмы Schneider Electric), который будет установлен в ячейку КРУ-6 кВ типа Mcset (фирмы Schneider Electric) для питания силового трансформатора типа Minera (фирмы Schneider Electric) мощностью 2500 кВА.

Выбирать выключатель, мы должны из условий: — номинальное напряжение Uуст ≤ Uном;

1. Рассматривая каталожные данные на элегазовые выключатели серии LF и предварительно выбираем выключатель типа LF1 на напряжение 6 кВ, Uуст=6 кВ ≤ Uном=6кВ (условие выполняется);

Читайте так же:
Пуэ проверка действия расцепителей автоматических выключателей

Электрические характеристики выключателя типа LF

  • номинальный ток Iрасч < Iном;

2. Рассчитываем расчетный ток:

Расчетный ток трансформатора

Выбранный выключатель соответсвуют: Iном.=630 А > Iрасч =240,8 А;

3. Проверяем выключатель по отключающей способности.

Согласно ГОСТа 687-78E отключающая способность выключателя представлена тремя показателями:

  • номинальным током отключения Iоткл.;
  • допустимым относительным содержанием апериодической составляющей тока βном;
  • нормированные параметры восстанавливающего напряжения.

3.1 Определяем номинальный ток отключения Iоткл. и βном отнесенные к времени τ — времени отключения выключателя, равно:

τ = tзmin + tc.в = 0,01 + 0,048 = 0,058 (сек)

  • tзmin=0,01 сек. – минимальное время действия релейной защиты (в данном случае, быстродействующей защитой является токовая отсечка (ТО));
  • tc.в – собственное время отключения выключателя (согласно каталожных данных на выключатель LF1 равно 48 мс или 0,048 сек)

3.2 Номинальный ток отключения Iоткл., находим по каталогу: Iоткл.=25 кА.

3.3 Рассчитываем апериодическую состовляющую тока короткого замыкания:

Апериодическая состовляющяя тока короткого замыкания

где: Iп.о=7,625 кА – расчетный ток короткого замыкания на шинах 6 кВ.
Постоянную времени Та выбираем из таблицы 1, согласно таблицы для распределительных сетей напряжением 6-10 кВ Та=0,01.

Таблица 1 — Значение постоянной времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания и ударного коэффициента

Значение постоянной времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания и ударного коэффициента

3.4 Определяем апериодическую составляющую в отключении тока при времени τ=0,058 сек.

Апериодическая составляющая в отключении тока при времени

где: βном- допустимое относительное содержание апериодической состовляющей, опеределяем по кривой βном=f(τ) приведенном в ГОСТе 687-78E либо можно найти по каталогам.

Допустимое относительное содержание апериодической составляющей

Рис.1 — Допустимое относительное содержание апериодической составляющей

Если βном ≤ 0,2, то следует принимать равный нулю.

3.5 Определяем тепловой импульс, который выделяется при токе короткого замыкания:

тепловой импульс

  • tоткл.= tр.з.+ tо.в=0,01+0,07=0,08 сек.
  • tр.з. – время действия основной защиты (токовая отсечка) трансформатора, равное 0,01 сек.
  • tо.в – полное время отключения выключателя LF1 выбирается из каталога, равное 0,07 сек.

3.6 Проверяем на электродинамическую стойкость по условию:

iу=20,553 кА ≤ iпр.с=64 кА (условие выполняется) где:
iу=20,553 кА – расчетный ударный ток КЗ;
iпр.с= 64 кА – ток динамической стойкости, выбирается из каталога.

3.7 Определим предельный термический ток термической стойкости, исходя из каталога: При этом должно выполнятся условие:

тепловой импульс

  • Iтер. = 25 кА — предельный ток термической стойкости, выбранный по каталогу;
  • tтер= 3 сек. — длительность протекания тока термической стойкости, согласно каталога.

Все расчетные и каталожные данные, сводим в таблицу 2

№ п/пРасчетные данныеКаталожные данныеУсловие выбораПримечание
Выключатель LF1
1Uуст=6 кВUном=6 кВUуст ≤ Uномусловие выполняется
2Iрасч=240,8 АIном=630 АIрасч< Iномусловие выполняется
3Iп.о=7,625 кАIоткл=25 кАIп.о ≤ Iотклусловие выполняется
4условие выполняется
5iу=20,553 кАiпр.с= 64 кАiу ≤ iпр.сусловие выполняется
6условие выполняется

1. ГОСТ 687-78E — Выключатели переменного тока на напряжение свыше 1000 кВ
2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.
3. Рожкова Л.Д. и Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. − 3-е изд., перераб. и доп. − М., Энергоатомиздат, 1987.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector