15

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ___________________________________________ Казанский государственный энергетический университет А.И. ФЕДОТОВ, Ю.А. РЫЛОВ «ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ» Методические указания к выполнению курсового проекта Для студентов заочного отделения Казань 2007

УДК

621.311

ББК 31.211

О 75

Утверждено учебным управлением КГЭУ в качестве методического пособия

Подготовлено на кафедре электроэнергетических систем и сетей

Рецензенты:

Федотов А.И., Рылов Ю.А.

Основы проектирования электроэнергетических систем и сетей: Метод. указания к курсовому проекту для студентов заочного отделения. Сост.: А.И. Федотов, Ю.А. Рылов. – Казань: Издательство КГЭУ, 2007. – 54 с.

Методические указания содержат материалы, необходимые для проектирования подстанции. Включен численный пример по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования и измерительных приборов.

 Казанский государственный энергетический университет, 2007

Введение

Электрическая энергия является наиболее универсальным видом энергии. Она просто и экономично может быть преобразована в другие виды энергии – тепловую, механическую, световую и т.д. Электрическая энергия находит значительное применение в устройствах автоматики, электроники и т.п., без которых немыслимы современные аппараты и технические сооружения. Поэтому в настоящее время электрическая энергия весьма широко используется во всех отраслях народного хозяйства страны.

Электрификация страны предусматривает сооружение электростанций, электрических сетей и установок для потребления электроэнергии – электроприемников. Электрические сети служат для передачи электроэнергии от электростанций и распределения ее между потребителями. Практически вся вырабатываемая электроэнергия поступает к ее приемникам через электрические сети. Основными элементами электрической сети являются линии и трансформаторы. Трансформаторы служат для изменения параметров передаваемой электроэнергии – токов и напряжений. Трансформаторы устанавливаются на подстанциях вместе с коммутационной аппаратурой – выключателями, разъединителями и т. п., с помощью которых производится включение и отключение элементов сети.

Коммутационные аппараты на электрических станциях и подстанциях объединяются между собой по определенным правилам, устанавливаемым нормативными документами, в так называемые распределительные устройства. Эти правила учитывают многолетний опыт эксплуатации распределительных устройств и предлагают набор типовых схем, удовлетворяющих требованиям надежности электроснабжения потребителей и минимизирующих стоимость распределительных устройств. Компоновочные решения открытых и закрытых распределительных устройств влияют на отвод земли, что связано с денежными затратами в современных условиях рынка.

Цель выполнения курсового проекта состоит в ознакомлении со схемами, устройством, электрооборудованием электрических сетей и подстанций, являющихся основными элементами электроснабжения, принятием технически грамотных решений по проектированию.

1. Выбор электрических аппаратов

1.1. Выключатели высокого напряжения

Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он 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:

- надежное отключение любых токов (от десятков ампер до номинального тока отключения);

- быстрота действия, т.е. наименьшее время отключения;

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

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

- легкость ревизии и осмотра контактов;

- взрыво- и пожаробезопасность;

- удобство транспортировки и эксплуатации.

Выбор выключателей производят по следующим параметрам:

напряжению U_ном > U_{сет. ном} ;

длительному току I_ном > I_{норм. расч} ;

Проверку выключателей следует производить на симметричный ток отключения I_{откл. ном} > I_п.τ , I_п.τ – периодическая составляющая тока.

Затем проверяется возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ

i_а.ном = β_норм∙I_{откл.ном} / 100 ≥ i_а.τ ,

где i_а.ном – номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени τ; β_норм – нормированное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе, %; i_а.τ – апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов; τ – наименьшее время от начала КЗ до момента расхождения дугогасительных контактов

τ = t_{з мин} + t_с.в ,

где t_{з мин} = 0,01 с – минимальное время действия релейной защиты; t_с.в – собственное время отключения выключателя.

Если условие I_{откл. ном} > I_п.τ соблюдается, а i_а.τ > i_а.ном, то проверка по отключающей способности производится по полному току КЗ:

I_{откл.ном} (1+β_норм / 100) ≥ I_п.τ + i_а.τ.

По включающей способности проверка производится по условию

i_вкл ≥ i_уд ; I_вкл ≥ I_п0 ,

где i_вкл – наибольший пик тока включения; i_уд – ударный ток КЗ в цепи выключателя; I_вкл – номинальный ток включения (действующее значение периодической составляющей); I_п0 – начальное значение периодической составляющей тока КЗ в цепи выключателя. Заводами-изготовителями соблюдается условие i_вкл = 1,8 I_вкл , где k_уд = 1,8 – ударный коэффициент, нормированный для выключателей. Проверка по двум условиям необходима потому, что для конкретной системы k_уд может быть более 1,8.

На электродинамическую стойкость выключатель проверяется по предельным сквозным токам КЗ:

i_пр.скв ≥ i_уд ; I_пр.скв ≥ I_п0 ,

где i_пр.скв – наибольший пик (ток электродинамической стойкости) по каталогу; I_пр.скв – действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока КЗ (по каталогу).

На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу тока КЗ:

,

где I_тер – ток термической стойкости по каталогу; – длительность протекания тока термической стойкости по каталогу, с; – тепловой импульс тока КЗ по расчету. Если t_откл ≤ t_тер, то условие проверки:

.

В курсовом проекте следует отдавать предпочтение вакуумным выключателям для напряжений до 35 кВ, а для напряжений 110 кВ и выше – элегазовым выключателям