Курсовая работа (т): Распределительные устройства РУ-110 кВ концевой и ответвительной подстанции

I_{раб.макс} = , (2.10)

где U_ном2 - номинальное вторичное напряжение трансформатора, кВ.

I_{раб.макс} =  = 216 А.

Сборные шины РУ-10 кВ:

I_{раб.макс} = , (2.11)

I_{раб.макс} =  = 173 А.

Линии потребителей:

I_{раб.макс} = , (2.12)

где P_макс - максимальная активная мощность потребителя, кВт;  - коэффициент мощности потребителей.

 = 133 А

 = 77 А

3. Трансформаторные подстанции. Схема электрических соединений подстанции

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

.1.1 Выбор схем электрических подстанций

Схемы подстанций выбирают с учетом общей схемы электроснабжения, т.е. вид схемы сетей ( радиальной или магистральной) значительно влияет на вид схем подстанций , входящих в общую систему электроснабжения.

Схемы подстанций все напряжений разрабатываются исходя из следующих основных положений:

применение простейших схем с минимальным числом выключателей;

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

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

применение блочных схем и бесшинных подстанций глубоких 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 последовательно для безопасной работы персонала на отключенной секции, а то также на самом секционном разъединителе при работающей другой секции.

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

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

В современных условиях для обеспечения надежности и экономичности электроснабжения потребителей необходима совместная работа большого числа электростанций, подстанций и связывающих их электрических сетей разных напряжений. Однако при этом электрические схемы станций и подстанций должны обеспечивать соединение их отдельных элементов достаточно просто, надежно и удобно. В условиях эксплуатации подстанций возникает необходимость изменения схемы при выводе оборудования в ремонт, ликвидации аварий. Чтобы можно было производить эти изменения электрических схем, их элементы - трансформаторы, шины распределительных устройств (РУ), воздушные и кабельные линии - соединяют друг с другом посредством коммутационных аппаратов.

Главной схемой электрических соединений или схемой первичной коммутации называется схема электрических соединений основного электрооборудования, к которому относятся трансформаторы силовые и измерительные, реакторы, коммутационные аппараты и соединяющие их проводники. Для главных схем подстанций определяющими факторами являются местоположение подстанции в энергосистеме и ее назначение, мощность, перерабатываемая на подстанции и проходящая через нее транзитом, количество и мощность трансформаторов и отходящих линий, уровни их напряжений, категории потребителей, которые питаются по этим линиям.

По способу начертания главные схемы подстанций подразделяются на многолинейные, на которых показываются все фазы электроустановки и нулевой провод, и однолинейные, на которых изображается только одна фаза, остальные ввиду их аналогичности не показываются. Графическое изображение однолинейных схем значительно проще, повышается наглядность и запоминаемость таких схем. Однолинейные схемы составляют для всей электроустановки, те участки, схемы, где по фазам есть отличия, имеют многолинейное изображение.

Выбранная схема при выполнении электроустановки должна обеспечивать ряд условий:

·        обеспечивать надежность электроснабжения потребителей;

·              осуществлять эксплуатацию с минимальными затратами средств и расходом материалов;

·              обеспечивать безопасность и удобство обслуживания;

·              исключать возможность ошибочных операций персоналом в процессе срочных переключений.

Выполнение последнего условия затрудняется при очень сложной схеме электроустановки, однако значительное упрощение схемы может вызвать трудности для выполнения первого условия в отношении надежности электроснабжения. Железнодорожные потребители в основном относятся к первой и второй категориям, и для их питания используют чаще трансформаторные подстанции с двумя трансформаторами, один из которых может быть резервным. Для электроснабжения потребителей третьей категории применяют схемы однотрансформаторных подстанций.

Однолинейная схема РУ-110 (220) кВ концевой и ответвительной подстанций представлена на рис. 3.1. Питание на трансформаторы Т_х и Т_г поступает от линии электропередачи по вводам W_t и W_v на которых установлены разъединители QS_t и QS₁ типа РНДЗ-2-110 с дистанционными приводами типа ПДН-1. Между вводами выполняется перемычка с двумя разъединителями QS₃ и QS_a, QS₃ имеет привод ПДН-1, QS₄ с ручным приводом ПР-90. На первичной стороне трансформаторов Т1 и Т_г установлены разъединители QS_s и QS₆ такие же как на вводах, быстродействующие отделители QR1 и QR₂, дополненные короткозамыкателями QN1 и QN₂ Встроенные трансформаторы тока TA₁ и ТА₂ необходимы для подключения амперметра и релейных защит. Наличие перемычки с разъединителем, имеющим дистанционное управление, позволяет обеспечить питание любого трансформатора по любому вводу или двух трансформаторов по одному вводу. Второй разъединитель перемычки QS₄ с ручным приводом используется при ремонте QS3 для создания 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

Выбираем типы защит и определяем токи срабатывания защиты и реле цехового трансформатора типа ТМ. Основные данные трансформатора: номинальная мощность S_т.ном = 630 кВ  А; отношение номинальных первичного и вторичного напряжений U_1т.ном / U_2т.ном = 6,3 / 0,4; относительное напряжение короткого замыкания трансформатора u_к = 5,5%; схема соединения обмоток «треугольник» - «звезда» с нулевым выводом; номинальный первичный ток I_1т.ном = 55,5 А; номинальный вторичный ток I_2т.ном = 910 А.

Рассмотрим защиту цехового трансформатора при междуфазных коротких замыканий в обмотках и на выводах высшего напряжения, а также при перегрузке.

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

Ток срабатывания защиты (отсечки) определяем по формуле

I_с.з = k_отс I_{к max},

где k_отс - коэффициент отстройки (принимаем k_отс = 1,4); I_{к max} - ток, проходящий через трансформатор тока защиты при трехфазном коротком замыканий на стороне низшего напряжения.

Находим I_{к max} по формуле

I_{к max} = I⁽³⁾ =  (3.1)

I_{к max} = I⁽³⁾ =  = 1009 А,

где I⁽³⁾ - ток трехфазного короткого замыкания.

Отсюда I_с.з = 1,4 × 1009 = 1412,6 А.

Ток срабатывания реле:

I_с.з =  , (3.2)

I_с.з =  = 47 А.

На основании полученных значений выбираем реле тока РТ - 40/100 и промежуточное реле РТ - 26.

Для защиты цехового трансформатора при перегрузке принимаем максимальную токовую защиту, устанавливаемую со стороны высшего напряжения трансформатора, выполняемую с помощью одного токового реле, включенного на фазный ток, и действующую на сигнал с выдержкой времени. Максимальную токовую защиту отстраиваем от номинального тока трансформатора.

Ток срабатывания защиты:

I_с.з =  I_1т.ном, (3.3)

I_с.з =  55,5 = 72,8 А.

Ток срабатывания реле:

I_с.з =  I_с.з, (3.4)

I_с.з =  = 2,42.

Выдержку времени максимальной токовой защиты выбираем больше времени защиты трансформатора от коротких замыканий.

4. Короткое замыкание в электроэнергетических системах переменного тока

.1 Термическое действие токов короткого замыкания

.1.1 Виды замыканий в электрических сетях

Электрические сети характеризуются нормальным, ненормальным и аварийным режимами работы. При нормальном режиме по всем элементам сети протекают рабочие токи, не превышающие допустимых, электроэнергия передается от источников питания к потребителям с нормальными расчетными потерями напряжения и электроэнергии на всех элементах сети. При ненормальном режиме (например, перегрузке) допускается работа электроустановки в течение определенного времени, после чего должно следовать отключение. Аварийный режим работы характеризуется резким изменением ряда параметров (повышение тока, снижение напряжения) и требует немедленного отключения электроустановки.

Большая часть аварий в электрических сетях вызывается короткими замыканиями (КЗ), основной причиной которых является нарушение изоляции токоведущих частей. Механические повреждения изоляции возникают, например, при повреждении изоляции силовых кабелей во время земляных работ, при падении опор воздушных линий или обрыва проводов. Повреждения изоляции могут иметь место при перенапряжениях, например, при прямых ударах молнии в провода воздушных линий или открытых электроустановок. Короткие замыкания возможны также вследствие перекрытия токоведущих частей птицами и животными или ошибочных действий персонала.

При возникновении КЗ общее электрическое сопротивление электрической системы уменьшается, токи и углы между токами и напряжениями увеличиваются, напряжения в отдельных частях системы снижаются. Токи КЗ могут в десятки, сотни раз превышать рабочие токи элементов электроустановок и достигать десятков тысяч ампер. Наступление аварийного режима КЗ приводит к значительным электродинамическим (механическим) и термическим (тепловым) воздействиям на токоведущие части и электрооборудование.

В трехфазных сетях переменного тока различают пять основных видов коротких замыканий (рис. 4.1): однофазное двухфазное двухфазное на землю трехфазное  и трехфазное на землю . Если все виды КЗ принять за 100%,то относительная частота появления 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 возникают при пробое изоляции фазы системы на землю и являются короткими. Под действием напряжения поврежденной фазы (на рис. 4.1 -) протекает ток, который достигает большого значения, так как 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 превышает ток двухфазного КЗ и в 2,5 раза - трехфазного КЗ. Однако его можно существенно снизить за счет включения в заземление нейтрале N большого активного или индуктивного сопротивления. В результате этого наибольший возможный ток однофазного КЗ не превышает тока трехфазного КЗ. Однофазные замыкания в системе с изолированной нейтралью не являются короткими, а значит и аварийными. На рис. 4.2, а показана схема системы с изолированной нейтралью. Каждая фаза системы обладает относительно земли некоторой емкостью, равномерно распределенной по длине линии. Для упрощения на схеме заменяем распределенную емкость фазы, емкостью, сосредоточенной посредине линии. При повреждении изоляции одной из фаз, например С_с, и замыкании ее на землю, через место соединения с землей будет проходить ток , который вернется в сеть через емкости СВ и С_А. Емкостные сопротивления между фазами и землей достаточно велики, поэтому ток /, как правило, не превышает нескольких десятков ампер и носит емкостный характер ( ). Величина  зависит от напряжения и протяженности сети, конструктивного выполнения линий (кабельное или воздушное).

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

Приближенно ток I_с можно определить 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 повышается относительно земли на величину фазного напряжения, а напряжения двух других фаз относительно земли становятся равными линейным U'_А = U_AC, U'_B = U_BC , то есть возрастают в  раз (U'_A =  U'_A ;)- Изоляция фаз сети относительно земли должна быть выполнена на линейное напряжение.

Длительная работа сети с замкнутой на землю фазой недопустима, так как в случае повреждения изоляции какой-либо другой фазы относительно земли возникает двухфазное КЗ через землю, сопровождающееся протеканием большого тока, который может вызвать значительное разрушение электрооборудования. Поэтому в сетях с изолированной нейтралью обязательно предусматривают защиту, извещающую персонал о возникновении такого ненормального режима работы. В сетях генераторного напряжения, а также в сетях, к которым подключены электродвигатели напряжением выше 1000 В, при появлении однофазного замыкания в обмотке статора машина должна автоматически отключаться от сети, если ток замыкания на землю превышает 5 А. При токе замыкания, не превышающем 5 А, допускается работа не более 2 ч, по истечении которых машина должна быть отключена. Если установлено, что место замыкания на землю находится не в обмотке статора, по усмотрению ответственного.за электрохозяйство, допускается работа вращающейся машины с замыканием в сети на землю продолжительностью 6 ч. В электрических 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 немедленно устранить повреждение в кратчайший срок.