Электрические станции и подстанции

Расчёт величины теплового импульса для ОРУ 27.5 кВДля проверки аппаратуры и токоведущих частей выполняется расчёт величины теплового импульса для всех РУ по выражению: кА2сгде - начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания;- постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания, .где - время срабатывания релейной защиты рассматриваемой цепи; - полное время отключения выключателя. Результаты расчета оформим в виде таблицы:U, кВа, сtпв, сtрз, сtотк, сIк, кА, кА2свводы27.50,020,081.11.1810.710.72(1.18+0,02)103.8фидеры27.50,020,080,40,489.39.32(0,48+0,02)43.2Выбор сборных шин и токоведущих элементов. Выбор изоляторовШины открытых РУ 110 кВ и 27,5 выполняют сталеалюминевыми гибкими проводами марки АС.Выбор гибких шин РУ –27,5 кВ 1) Сечение проводов выбирается по допустимому току:2)Проверка на термическую стойкость выполняется по формуле:где - минимальное сечение, термическое устойчивое при КЗ, мм2Минимальное сечение, при котором протекание тока КЗ не вызывает нагрев проводника выше допустимой температуры: где - величина теплового импульса;С – константа, значение которой для алюминиевых шин равно 90, .3) Проверка по условию отсутствия коронирования. где: E0 – максимальное значение начальной критической напряженности электрического поля, при котором возникает разряд в виде короны, кВ/см,где m – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для многопроволочных проводов m = 0.82);rпр – радиус провода, см.E – напряжённость электрического поля около поверхности провода, кВ/см,,где U – линейное напряжение, кВ;Dср – среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см.При горизонтальном расположении фаз . Здесь D – расстояние между соседними фазами, см. Для сборных шин приняты расстояния между проводами разных фаз –1.5 и 3.0 м для напряжений 35 и 110 кВ соответственно.Ввод СН тягового понижающего трансформатора, тип шин АС – 600 /4/по допустимому току: =,по условию отсутствия коронирования кВ/см; кВ/см;Ввод НН тягового понижающего трансформатора, тип шин АС – 800 /4/1.по допустимому току: =,2. по условию отсутствия коронирования кВ/см; кВ/см;.3. по термической стойкости: ,800мм2 > 113мм2Фидеры контактной сети 27,5, тип шин АС – 150 /4/по допустимому току: =,по условию отсутствия коронирования кВ/см; кВ/см;.3. по термической стойкости: ,150мм2 > 73мм2Выбор изоляторовШины подвешиваются с помощью полимерных подвесных изоляторов. Выбор коммутационной аппаратуры. ВыключателиВысоковольтные выключатели выбираются по условиям:по номинальному напряжению установки: по номинальному току: по конструктивному исполнениюВыбранные выключатели проверяются:на электродинамическую стойкость:,где - ударный ток короткого замыкания, кА. - предельный сквозной ток, кА на термическую стойкость:,где- величина теплового импульса в цепи выключателя, кА2с;- ток термической стойкости, кА; - время протекания тока термической стойкости, с.3. по номинальному току отключения:,где - периодическая составляющая тока короткого замыкания, кА; - номинальный ток отключения выключателя, кА; 4. по полному току отключения: ,где - номинальное значение относительного содержания апериодической составляющей в отключаемом токе;iк – полный ток КЗ;5. по номинальному току отключения апериодической составляющей тока КЗ:,где - номинальное нормируемое значение апериодическая составляющая тока короткого замыкания, кА; ,,где - время от начала короткого замыкания до расхождения контактов выключателя.– минимальное время действия релейной защиты, с;- собственное время отключения выключателя, с.6. по включающей способности:,где - номинальный ток включения выключателя.,РУ-27,5 кВВводаВыключатель: ВВС-35-20/16001 по номинальному напряжению установки: ,=35кВ > =27,5, кВ.2 по номинальному току: ,=1600А >= 1259,6 А.на электродинамическую стойкость:,=23.5кА < =52, кА.на термическую стойкость:,103.8 < 202*3,=103.8 < =1200 кА2*с,5. по номинальному току отключения:,=9.3кА <= 20 кА.6. по номинальному току отключения апериодической составляющей тока КЗ:,,,,,,0,4< 6 кА.7. по полному току отключения: ,,34,2 > 13.5 кА.8. по включающей способности:,=9.3кА <= 20 кА,,=23.5кА < =52 кА.Фидера КСВыключатель: ВВС-27.5-20/6301 по номинальному напряжению установки: ,=27.5кВ ==27,5, кВ.2 по номинальному току: ,=630А >= 450 А.на электродинамическую стойкость:,=23.5кА < =52, кА.на термическую стойкость:,43.2 < 202*3,43.2 < 1200 кА2*с.5. по номинальному току отключения:,=9.3кА <= 20 кА.6. по номинальному току отключения апериодической составляющей тока КЗ:,,,,,,=0,4кА< =6 кА.7. по полному току отключения: ,,34,2 > 13.5 кА.8. по включающей способности:,=9.3кА < =20 кА,,= 23.5кА < =52 кА.РазъединителиРазъединители выбирают по:по номинальному напряжению установки:по номинальному току:,Выбранные разъединители проверяются:на электродинамическую стойкость: ,где - ударный ток короткого замыкания, кА. - предельный сквозной ток, кА на термическую стойкость:,где- величина теплового импульса в цепи выключателя, кА2с;- ток термической стойкости, кА; - время протекания тока термической стойкости, с.РУ-27,5 кВ:Разъединитель РГП-2-35/20001 по номинальному напряжению установки:,=35кВ >=27,5 кВ.2 по номинальному току:,=2000А > =1259.6 А.на электродинамическую стойкость:,=23.5кА < =80 кА.на термическую стойкость:,103.8 < 2976.5 кА2сВыбор измерительных трансформаторов. Выбор объёма измеренийКонтрольно-измерительные приборы устанавливаются для контроля за электрическими параметрами в схеме подстанции и расчётов за электроэнергию, потребляемую и отпускаемую тяговой подстанцией.Измерение тока выполняется на вводах силовых трансформаторов со стороны всех ступеней напряжения: на всех питающих и отходящих линиях, фидерах контактной сети, ТСН (с низкой стороны).Измерение напряжения осуществляется на шинах всех РУ.Учет активной и реактивной энергии с помощью счётчиков выполняется на вводах низшего напряжения понизительных, тяговых трансформаторов; фидерах потребителей, ТСН (счётчик активной энергии – устанавливается с низкой стороны).Выбор трансформаторов токаТрансформаторы тока выбирают:по номинальному напряжению установки:,по номинальному току:,по роду установкипо классу точностиВыбранные трансформаторы тока проверяется: На электродинамическую стойкость:,где - ударный ток короткого замыкания;= предельный сквозной ток короткого замыкания; 2. Проверка на термическую стойкость:,где - тепловой импульс, кА2с;,где ток термической стойкости, кА; - время протекания тока термической стойкости, с.3. Проверка на соответствие классу точности для номинальной нагрузки:,где - вторичная нагрузка наиболее нагруженной фазы ТТ, Ом; - номинальная допустимая нагрузка проверяемой обмотки ТТ в выбранном классе точности, Ом.Так как индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, то:,,где - сопротивление токовых обмоток измерительных приборов и реле, Ом; - сопротивление контактов: 0,05 Ом – при двух и трёх приборах и 0,1 – при большом числе приборов; - сопротивление соединительных проводов, Ом.,где -удельное сопротивление материала провода (с медными жилами – 1.7510-8 Омм; с алюминиевыми жилами – 2,8310-8 Омм);qпр - сечение проводов, которое не должно быть меньше 4 10-6 м2 для алюминия и 2,5 10-6 м2 для меди, но не более 10 10-6 м2;- расчётная длина соединительных проводов.Встроенные ТТ на электродинамическую и термическую стойкости не проверяем.Ввод низкого напряжения тягового трансформатора 27,5 кВТип ТТ: ТВ – 35 – 1500/5по номинальному напряжению установки:,35 > 27,5 кВ.по номинальному току:,1500 > 1259.6 А.3. на соответствие классу точности для номинальной нагрузки:,Класс точности: 0,5 .Амперметр Э377: .Счётчик активной энергии СА3У-И670: .Счётчик реактивной энергии СР4-И673: .,,,,,1,2 > 1,0 Ом.Фидеры контактной сети 27,5 кВ.Тип ТТ: ТВ – 35 – 600/5по номинальному напряжению установки:,35кВ > 27,5 кВ.по номинальному току:,600А > 450 А.3. на соответствие классу точности для номинальной нагрузки:,Класс точности: 0,5 .Амперметр Э377: .,,,,,1,0 > 0,91 Ом.Выбор трансформаторов напряженияТрансформаторы напряжения выбираются:1. по номинальному напряжению установки:,2. по конструкции и схеме соединения обмоток;3. по классу точности;4. по нагрузке вторичных цепей:,где S2ном – номинальная мощность ТН в выбранном классе точности, ВА; S2 – суммарная мощность, потребляемая подключенными к ТН приборами, ВА.,где Sприб – мощность потребляемая всеми катушками одного прибора; - коэффициент мощности прибора. Выбор ТНПриборТип прибораNкатNпрSнCos прSin пPпр, ВтQпр, ВАрВольтметрЭ378112102.0-Счётчик активной энергииСА3У-И6702840.380.932459.5Счётчик реактивной энергииСР4-И673387.50.380.9368.4167.3Реле напряженияРН - 54131.0103.0-ИТОГО:97.4226,8.Тип ТН: 3ЗНОГ – 110 82У3,450 > 226.8 ВА,110 = 110 кВ.Выбор ТН ПриборТип прибораNкатNпрSнCos прSin пPпр, ВтQпр, ВАрВольтметрЭ378112102.0-Счётчик активной энергииСА3У-И6722640.380.9318,244,7Счётчик реактивной энергииСР4-И673347,50.380.9334,283,7Электронная защита фидераУЭЗФМ1541020-Определитель места поврежденияОМП121102-Реле напряженияРН - 54131103-ИТОГО:79,4128,4.Тип ТН: 2ЗНОМ – 35,300 > 150.9 ВА,35 > 27,5 кВ.Выбор ТН ПриборТип прибораNкатNпрSнCosпрSinпPпр, ВтQпр, ВАрВольтметрЭ378112102.0-Счётчик активной энергииСА3У2840.380.9324.562.3Счётчик реактивной энергииСР4-И673387.50.380.9368.3167.6Реле напряженияРН - 54131.0103.0-ИТОГО:97.8229.9.Тип ТН: 3 ЗНОМ – 35,450> 249.8 ВА,35 = 35 кВ.Выбор ограничителей перенапряженияДля защиты изоляции токоведущих частей, аппаратуры и оборудования от коммутационных и атмосферных перенапряжений.ОПН выбирают по условию:,ОРУ - 27.5 кВ: ОПН – У/TEL – 27,5-УХЛ 127,5 = 27,5 кВ.Выбор аккумуляторной батареи и зарядно-подзарядного агрегатаВ качестве аккумуляторной батареи используют, как правило, свинцово-кислотные и в отдельных случаях щелочные железо-никелевые АБ.Выбор АБ заключается в определении теплового номера батареи, состоящей из СК – аккумуляторов стационарного типа и расчёте числа последовательно включённых элементов.Число элементов АБ, работающей в режиме постоянного подзаряда, определим по формуле: ,где -напряжение на шинах АБ, равное 258 В.-напряжение подзаряда, равное 2.15 В.,Номер аккумуляторной батареи определим, исходя из расчётной ёмкости и наибольшего тока при разряде:,где - расчётный ток длительного разряда; - ток, потребляемый постоянно включенными потребителями;- ток, потребляемый потребителями, подключенными к АБ в аварийном режиме; - время аварийного режима, равное 2 ч.,,.Номер АБ по условиям длительного режима,где - ёмкость двухчасового разряда аккумулятора СК – 1, равная 22 Ач.,.принимаем Nдл = 6Наибольший ток при кратковременном режиме разряда АБ:,где -ток, потребляемый наиболее мощным приводом при включении выключателя (для ВВС-35, =100 А).,Номер АБ по условиям кратковременного режима:,где 46 А – ток кратковременного разряда для СК – 1.,принимаем Nкр = 4.Окончательно принимаем СК – 6 .Наибольший ток подзарядного агрегата:,где - для СК-6 СК-20.,Мощность подзарядного преобразовательного и зарядного агрегата:,,где - число элементов АБ.,,,,,,Выбираем тип выпрямителя, используемого в подзарядных и зарядных преобразователях:ВАЗП – 380/260 – 40/80,Sн = 20,8 кВт,Sн > Sзар,20,8 > 8.034 кВт,Iн = 80 А,Iн > Iзар,80 > 52.5 А,Список использованных источниковПравила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации. ЦЭ-462. – М.: Транспорт, 1997. – 79 с.Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. – М.: Транспорт, 2000. – 190 с.Правила устройства электроустановок / Главгосэнерго надзор РФ. – 6-е изд., с измен, и доп. – СПб.: Деан, 2000. – 928 с.Правила эксплуатации электроустановок потребителей / Главгосэнергонадзор РФ. – 5-е изд., с измен, и доп. – СПб.: Деан, 2000. – 320 с.Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. ПОТРМ-016-2001 РД153-34.0-03.150-00. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2001. – 181 с.Бей Ю.М., Мамошин P.P., Пупынин В.Н., Шалимов М.Г. Тяговые подстанции: Учеб. для вузов ж.-д. транспорта. – М.: Транспорт, 1986. – 319 с.Почаевец B.C. Электрические подстанции: Учеб. для техникумов и колледжей ж.-д. трансп. – М.: Желдориздат, 2001. – 512 с.Прохорский, А.А. Тяговые и трансформаторные подстанции: Учеб. Длятехникумов ж.-д. транспорта. – М.: Транспорт, 1983. – 496 с.Справочник по электроснабжению железных дорог. Том 2 / Под ред. К.Г. Марквардта. – М.: Транспорт, 1981. – 392 с.Рожкова Л.Д., Козулин B.C. Электрооборудование станций и подстанций: Учеб. для техникумов. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Учеб. Пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.Кузнецова Г.С., Штин А.Н. Выбор оборудования распредустройств тяговых и трансформаторных подстанций. – Екатеринбург: УрГУПС, 2001. - 68 с.Г.С. Кузнецова, Э.В. Тер-Оганов, А.Н. Штин. Проектирование тяговых и трансформаторных подстанций электрифицированных железных дорог. Методическое пособие для курсового и дипломного проектирования по дисциплине «Тяговые и трансформаторные подстанции» – Екатеринбург: УрГУПС, 2003. – 70с.Кузнецова Г.С., Штин А.Н. Расчет трехфазных коротких замыканий в распредустройствах тяговых и трансформаторных подстанций. – Екатеринбург: УрГАПС, 1997. – 37 с.Двенадцатипульсовые полупроводниковые выпрямители тяговых подстанций / B.C. Барковский и др. Под ред. М.Г. Шалимова. – М.: Транспорт, 1990 – 127 с.Неугодников Ю.П., Низов А.С., Штин А.Н. Инвертирование электрической энергии на электрифицированных железных дорогах. Учебное пособие. Часть II. Выпрямительно-инверторные преобразователи тяговых подстанций. – Екатеринбург: УрГУПС, 2002. – 84 с.Силовое оборудование тяговых подстанций железных дорог (сборник справочных материалов) ОАО «РЖД», филиал «Проектно-конструкторское бюро по электрификации ж.д.». – М., ТРАНСИЗДАТ, 2004 .– 384 с.Низов А.С., Пяткова А.Г. Основные требования к содержанию и оформлению дипломных проектов. (Методические указания). – Екатеринбург: УрГУПС, 2000. — 75 с.