Электрооборудование нефтяной промышленности
..pdfРис. 1.5. Кривые для определе ния tn.„
При определении температуры нагрева током КЗ в силу крат ковременности протекания тока принимают, что все выделенное им тепло идет на повышение температуры проводника.
Нагрев проводника за время t протекания тока |
КЗ iK про |
порционален J iK2dt. Нахождение этого интеграла |
затруднено, |
о
так как изменение тока КЗ по времени не может быть выражено простой функцией. Практически ток неустановившегося режима заменяют током с постоянным действующим значением — уста новившимся током КЗ / „о. Но при этом берут не действительное время протекания тока КЗ /, а приведенное время tn. Предпола гается, что в течение приведенного времени установившийся ток КЗ должен выделить такое же количество тепла, какое выделяет
фактически изменяющийся ток КЗ за действительное |
время t, |
т. е. |
|
\ i\d t = PoJn. |
(1.28) |
о |
|
Приведенное время находят как сумму |
|
= ^п.п “1 ^п.а» |
(1.29) |
где tnM и tп.а — соответственно слагающие приведенного време ни, соответствующие периодической и апериодической слагаю щим тока КЗ.
Величина tn.n может быть найдена по кривым рис. 1.5. На оси абсцисс отложены значения р"=/"//оо, и для разных значений действительного времени t построены кривые, по которым для данного р" на оси ординат находят слагающую приведенного времени ?п.п.
32
Величина tn.a определяется из формулы
*п.а = 0,05 2 |
(1.30) |
Наибольшее механическое усилие, возникающее между ши нами (проводами), определяется ударным током КЗ.
Сила F (Н/см) взаимодействия между двумя параллельными проводниками бесконечно большой длины, имеющими малое се чение по сравнению с расстоянием между ними, отнесенная к единице длины, выражается
F = 0,2*W а, |
(1.31) |
где /') и i2— силы токов, протекающих соответственно |
в одном |
и другом проводнике, кА; а — расстояние между осями провод ников, см.
Если поперечные размеры проводников значительны по от ношению к расстоянию между ними, то в выражение (1.31) дол жен быть внесен поправочный коэффициент.
В трехфазной системе при расположении проводов в одной плоскости наибольшая электродинамическая сила действует на
средний провод и на единицу длины (Н/см) |
|
Emax = 0,1732iy2/a, |
(1.32) |
где iy — ударный ток трехфазного короткого замыкания, кА. Ко эффициент а учитывает сдвиг во времени между максимальны ми значениями тока разных фаз.
Контрольные вопросы
1.От каких источников электроэнергии питаются потребители нефтяных промыслов?
2.Назовите категории электроприемников по степени необходимой беспе
ребойности электроснабжения.
3.Какие основные коэффициенты, характеризующие график нагрузки, ис пользуются для определения расчетных нагрузок?
4.Чем отличаются магистральные схемы электрических сетей от радиаль
ных и каковы преимущества и недостатки обоих видов сетей?
5. |
Каковы принципы расчетов |
(экономического, по условиям нагрева и |
||
по потере |
напряжения) |
при выборе |
сечений проводов электрических линий? |
|
6. |
Для |
какой цели |
необходимо |
знать значения тока КЗ, какие виды ко |
ротких замыканий различают в трехфазных системах?
7. Какие значения тока КЗ обычно необходимо знать для выбора аппа
ратуры?
8. Какие меры принимаются для ограничения силы тока КЗ?
3 -234
Глава 2
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1000 В
2.1. Общие сведения
На рис. 2.1 показан упрощенный вариант однолинейной прин ципиальной схемы электрических соединений главных цепей по нижающей потребительской трансформаторной подстанции (ТП ), на которой электрическая энергия из сети переменного тока выс шего напряжения U\ преобразуется в энергию низшего напря жения U2. Трехфазный переменный ток при напряжении Ui по ступает на сборные шины через вводы высшего напряжения от Л ЭЯ № 1 и М 2. Для отключения ЛЭП от сборных шин на вводах установлены разъединители QS1 и QS2. Сборные шины напряжения U\ секционированы разъединителями QS3 и QS4, что позволяет питать трансформаторы 77 и Т2 от любой из, ЛЭП. От сборных шин напряжения Ui отходят линии к трансформа торам 77 и Т2, которые присоединены к этим шинам посред ством отделителей QS5 и QS6 и короткозамыкателей QK1 и QK2.
Со стороны напряжения U2 каждый трансформатор соеди нен со сборными шинами низшего напряжения через выключа тели ввода QF1 и QF2. Сборные шины напряжения U2 секциони рованы выключателем QF3. От этих шин отходят к потребите лям линии, снабженные выключателями QF4—QF7 и измери тельными трансформаторами тока ТА1—7715. К ним также при соединены через плавкие предохранители FU3 и FU4 измери тельные трансформаторы напряжения TV1 и TV2. Цепи напря жения Я» защищены от перенапряжений разрядниками FV1
иFV2.
Вкачестве источников переменного напряжения до 1000 В, питающих потребителей собственных нужд подстанции (элект роосвещение, вентиляция, защита и сигнализация и другие) ис пользуются трансформаторы собственных нужд ТЗ и 77, первич ные обмотки которых присоединяют к шинам напряжения U2 через разъединители QS7 и QS8 и плавкие предохранители FU1
иFU2. Сторона низшего напряжения (220—380 В) трансфор маторов собственных нужд ТЗ и Т4 присоединена при помощи автоматов SF1 и SF2 к шинам, секционированным автоматом SF3. В ряде случаев для питания потребителей собственных нужд, работающих на постоянном токе, предусматриваются вы прямительные устройства, преобразующие переменный ток в по стоянный, или аккумуляторная батарея с зарядным выпрями
телем.
34
Рис. 2.1. Принципиальная схема понижающей трансформаторной под станции
Разъединители, выключатели, отделители, короткозамыкатели и автоматы предназначены для производства переключений (коммутации) электрических цепей, поэтому они называются коммутационными аппаратами. Плавкие предохранители и раз рядники служат для защиты электрических цепей от перегрузки
иперенапряжений и называются защитными аппаратами. Для питания измерительных приборов (амперметров, вольтметров, ваттметров и пр.) служат измерительные трансформаторы тока
инапряжения.
Комплекс электрического оборудования понижающей под станции может быть разделен на следующие элементы:
3* |
35 |
1) распределительное устройство высшего напряжения для приема на сборные шины энергии от питающих линий и распре деления ее между линиями понижающих трансформаторов и другими линиями напряжением Uu содержащее коммутацион ные, защитные и измерительные аппараты и приборы со связы вающими шинами и кабелями;
2)главные понижающие трансформаторы с их вспомогатель ной аппаратурой;
3)распределительное устройство низшего напряжения для приема на шины энергии от главных трансформаторов и распре
деления ее между линиями напряжения t/2, содержащее комму тационные, защитные и измерительные аппараты и приборы с их шинами и кабелями;
4) устройства питания потребителей собственных нужд под станции— трансформаторы собственных нужд, источники посто янного тока, их коммутационная, защитная и измерительная ап паратура, шины, кабели*
На распределительных пунктах, служащих для распределе ния энергии при напряжении U\ без его трансформации, из схе мы рис* 2*1 исключаются трансформаторы 77 и Т2 и распреде лительное устройство напряжения U*
В настоящей главе рассматриваются устройство н выбор по нижающих трансформаторов, электрооборудования распредели тельных устройств на напряжение выше 1000 В, а также схемы и конструкции таких распределительных устройств и подстанций.
2*2* Силовые трансформаторы и их выбор
На нефтепромысловых подстанциях применяются силовые понижающие трансформаторы 110^35; П0//0; 35//6; 35//0,4— 0—10^0,4—0,09 кВ* Мощности трансформаторов могут быть от нескольких киловольт-ампер до десятков мегавольт-ампер; чис ло типов и конструкций этих трансформаторе© велжко. Наиболь шее распространение в нефтяной промышленности имеют трежфазвые масляные трансформатеры* Сухие трансформаторы с воздушным охлаждением в нефтяной нромшиденности мало рас пространены*
Для силовых трехфазных трансформаторов мощностью ©г m *® -а в настоящее время принята шикала с штатом ЯД тг* е. номинальные мощности в кВ-А составляют:: 10-Ю»; 16-10* 20-10*; 40-10й; 03-10й, где ш изменяется от 0 до 3. Таивши обра зом, шжпий предел поминальной мощности равен 10, а верх ний— 03000 к®-А.
Оавремештый шнижашщий трехфазный трансформатор мощ ностью 230 к®-А для первичных напряжений 0—10 к® с еюпвпгвеншым масляным охлаждением показан на рис. 22*.
%
Рис. 2.2. Понижающий трехфазный масляный трансформатор мощностью 250 кВ-А для первичного напряжения 6— 10 кВ:
/ — бак; 2 — воздухоосушитель; 3 — маслоуказатель; 4—5 — вводы высшего и низше
го напряжений; |
б — ртутный термометр; |
7 — переключатель; |
8 — предохранитель; |
9 — термосифонный фильтр
Сухие трансформаторы вследствие отсутствия в них масла являются пожаробезопасными и могут устанавливаться в цехах промышленных предприятий, общественных зданиях и т. п.
Силовые трансформаторы характеризуют следующие элект рические величины: номинальная мощность S HOM; перегрузочная способность; высшее и низшее номинальные напряжения Ui ном й U2ноМ; напряжение короткого замыкания ик; потери активной мощности холостого хода Рх.х и короткого замыкания Рк.3, ток холостого хода трансформатора / хх в процентах от номиналь ного.
Номинальная мощность равна нагрузке, которую может дли тельно нести трансформатор при условии, что температура его обмоток достигнет, но не превысит, допустимых пределов.
В масляных трансформаторах о температуре обмоток судят по температуре нагрева масла под крышкой бака, для чего уста навливают ртутные и другие термометры. В частности, при есте ственном масляном охлаждении принимают предельно допусти мую температуру масла 95°С. При эксплуатации трансформато ра его нагрузка меняется в течение суток и в зависимости от времени года. Если выбрать номинальную мощность трансфор матора, равную максимуму суточного графика нагрузки, то трансформатор не будет использован полностью, так как дли
37
тельное время будет недогружен. Поэтому для трансформатора допускаются длительные систематические перегрузки, опреде ляемые в зависимости от графика нагрузки и недогрузки транс форматоров в летнее время.
Так как в летнее время нагрузка трансформаторов меньше, чем зимой, и меньше номинальной, то и износ изоляции летом меньше нормального. Поэтому в зимние месяцы (декабрь—фев раль) можно, не уменьшая срок службы трансформатора, уве личить его нагрузку сверх определенной по диаграмме нагру зочной способности на столько процентов, на сколько летом (июль—август) нагрузка была меньше номинальной. Однако
суммарная перегрузка |
трансформатора не должна превы |
шать 30%. |
одного из параллельно работающих |
При выходе из строя |
трансформаторов и отсутствии резерва допускаются аварийные кратковременные перегрузки, независимо от предшествующей нагрузки, температуры охлаждающей среды и места установки.
В аварийных режимах допускается кратковременная пере грузка масляных трансформаторов сверх номинального тока при всех системах охлаждения независимо от длительности и значе
ния предшествующей нагрузки и |
температуры |
охлаждающей |
|||
среды: |
|
|
|
|
|
Перегрузка по току, % . |
30 |
45 |
60 |
75 |
100 |
Длительность перегрузи!, мин |
120 |
80 |
45 |
20 |
10 |
Допускается перегрузка масляных трансформаторов сверх номинального тока до 40% общей продолжительностью не более 6 ч в сутки в течение 5 сут подряд при условии, что коэффи циент начальной нагрузки не превышает 0,93 (при этом должны быть использованы полностью все устройства охлаждения транс форматора).
В табл. 2.1 приведены основные технические данные неко торых типов трехфазных понижающих трансформаторов.
Предварительно мощность трансформаторов выбирают в со ответствии с расчетной нагрузкой (1.9) и с учетом допустимых длительных перегрузок. Прн окончательном выборе мощности н числа работающих трансформаторов должны быть учтены эко номические факторы: работа пх с наименьшими потерями энер гии, т. е. с наибольшим к. п. д., когда потери холостого хода равны потерям короткого замыкания.
Практически для трансформаторов подстанций в нефтяной промышленности экономическая нагрузка трансформаторов со ставляет (0,6—0,7)5*®».
Резервирование трансформаторов на рассматриваемых под станциях осуществляется вторым трансформатором, если под станции питают потребителей первой или второй категории. Мощ-
Таблица |
2.1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Технические |
данны е м а с л я н ы х |
т р а н с ф о р м ат о р о в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предел напряжения, кВ |
Потери, кВт |
|
|
Напряжение |
|||
Тип |
Мощность, |
|
|
|
холостого |
короткого |
Ток холосто |
короткого |
||
кй-А |
ВН |
н н |
го хода, % |
замыкания, |
||||||
|
|
|
хода |
замыкания |
|
% |
||||
Т М - 160/6— 10 |
160 |
6 , 3 ; 10 |
0 , 4 ; |
0 ,6 9 |
0 , 4 6 — 0 ,5 4 |
2 , 6 5 — |
3 ,1 |
2 , 4 |
4 , 5 — 4 , 7 |
|
ТМ -250/10 |
|
250 |
10 |
0 , 4 ; |
0 ,2 3 |
1,0 5 |
3 , 7 — |
4 , 2 |
2 , 3 — 3 ,6 8 |
4 , 5 — 4 , 7 |
ТМ -400/10 |
|
400 |
10 |
0 , 4 ; |
0 ,6 9 |
0 , 9 2 — 1,0 8 |
5 , 5 — 5 , 9 |
2 , 1 — 3 |
4 , 5 |
|
Т М -630/10 |
|
630 |
10 |
0 , 4 ; |
0 ,6 9 |
1 ,4 2 — 1,68 |
7 , 6 — |
8 , 5 |
2— 3 |
5 , 5 |
Т М - 1000/6 |
|
1000 |
6 , 3 |
0 , 4 ; |
0 ,6 9 |
2 , 3 — 2 ,7 5 |
1 2 ,2 |
1 ,5 |
8 |
|
Т М Н - 1000/35 |
|
1000 |
35 |
0 ,6 9 |
2 , 3 5 — 2 ,7 5 |
12 ,2 |
1 ,5 |
6 , 5 |
||
Т М Н - 1600/10 |
|
1600 |
10 |
0 ,6 9 |
2 , 8 — 3 , 3 |
18 |
|
1 ,3 — 2 , 6 |
5 ,5 |
|
Т М Н - 1600/35 |
|
1600 |
35 |
0 ,6 9 — 11 |
3 , 1 — 3 ,6 5 |
18— 1 6 ,5 |
1 ,4 |
6 , 5 |
||
Т М - 2500/10 |
|
2500 |
10 |
0 , 6 9 ; |
10 ,5 |
3 , 9 — 4 , 6 |
2 5 — |
2 3 ,5 |
1 |
5 , 5 |
Т М - 2500/35 |
|
2500 |
35 |
0 , 6 9 ; |
11 |
4 , 3 5 — 5,1 |
25— |
2 3 ,5 |
1,1 |
6 , 5 |
Т М Н - 2 5 0 0 /1 1 0 |
2500 |
ПО |
6 , 6 ; |
11 |
5— 6 , 5 |
22 |
|
1 ,5 |
1 0 ,5 |
|
Т М Н - 4 0 0 0 /1 0 |
|
4000 |
10 |
6 , 3 |
5 ,4 5 — 6 , 4 |
3 3 ,5 |
0 , 9 |
6 , 5 |
||
Т М Н -4000/35 |
|
4000 |
35 |
6 , 3 ; И |
5 , 7 — 6 , 7 |
3 3 ,5 |
1 |
7 , 5 |
||
Т М -6300/10 |
|
6300 |
10 |
10,5 |
7 ,6 5 — 9 |
4 6 ,5 |
0 , 8 |
6 , 5 |
||
Т М Н -6300/35 |
|
6300 |
35 |
6 , 3 ; |
1 0 ,5 |
8— 9 , 4 |
4 6 ,5 |
0 , 9 |
7 , 5 |
|
Т М Н - 6 3 0 0 /1 1 0 |
6300 |
115 |
6 , 6 ; |
3 8 ,5 |
10— 13 |
50 |
|
1 ,0 |
10 ,5 |
|
Т Д - 10000/35 |
|
10 000 |
3 8 ,5 |
6 , 3 ; |
10,5 |
1 2 ,3 — 14,5 |
65 |
|
0 , 8 |
7 , 5 |
Т М Н - 10000/110 |
10 000 |
115 |
6 , 6 ; |
3 8 ,5 |
14— 18 |
60 |
|
0 , 9 |
10 ,5 |
|
ность каждого из двух трансформаторов выбирают с таким рас четом, чтобы при выходе из строя одного из них второй мог нести нагрузку всех потребителей первой и второй категорий, перегружаясь в допустимых пределах (потребители третьей ка тегории могут быть обесточены).
Для электроприемников II и III категорий часто применяют ся однотрансформаторные подстанции с общим складским ре зервом трансформаторов. Однотрансформатор'ные подстанции, в частности, применяются на промыслах для питания глубиннонасосных установок с резервированием путем устройства пере мычек между магистралями, питающимися от разных подстан ций, При однотрансформаторных подстанциях с магистральной схемой распределения энергии мощность каждого из трансфор маторов двух соседних подстанций можно выбирать так, как было указано для двухтрансформаторных подстанций. В этом случае обеспечивается резервирование питания всех присоеди ненных потребителей.
Для включения трехфазных трансформаторов на параллель ную работу должны быть выполнены следующие условия, обес печивающие распределение нагрузки между трансформаторами прямо пропорционально их номинальным мощностям:
1)трансформаторы должны иметь одинаковые коэффициен ты трансформации, т. е. соответственно равные первичные и вто ричные номинальные напряжения;
2)трансформаторы должны иметь одинаковые схемы и груп пы соединений обмоток;
3)должны быть равны напряжения КЗ.
Не рекомендуется включать на параллельную работу транс форматоры, у которых отношение номинальных мощностей пре вышает 3 :1 .
2.3, Аппараты на напряжение выше 1000 В
2,3J . Выключатели высокого напряжения
Для замыкания и размыкания цепей переменного тока напря жением выше 1000 В при наличии в этих цепях тока нормально го режима или аварийных токов применяются выключатели вы сокого напряжения. По роду дугогасящей среды эти выключате ли можно классифицировать как жидкостные и газовые.
Из жидкостных выключателей наиболее распространены мас ляные. В них дуга, возникающая между расходящимися кон тактами, гасится в трансформаторном масле.
Из газовых выключателей следует отметить воздушные, где в качестве дугогасящей среды используется сжатый воздух, и автогазовые, в которых гашение дуги осуществляется дутьем
газов, образующихся в дугогасительном устройстве под воздей ствием высокой температуры дуги на специальные вкладыши из газогенерирующих материалов (органическое стекло, фибра).
Выключатель выбирают по следующим номинальным элект рическим величинам, его характеризующим:
напряжению UH0м— линейному напряжению для работы, при котором выключатель изготовлен. Максимальное рабочее напря жение в установке может превышать номинальное напряжение выключателя на 10— 15%;
току Iном — длительно допустимому для выключателя току,, при котором нагрев его токоведущих частей не превышает до пустимый;
току отключения /н. отк— наибольшему току (току короткого замыкания), который выключатель способен надежно отключить
при |
восстанавливающемся |
|
напряжении |
между фазами, |
рав |
ном |
Uном, |
|
|
|
|
кроме /н. отк, в каталогах указывается номинальная мощность |
|||||
отключения |
|
|
|
|
|
|
S H .OTK |
— |
узином*/н.отк |
|
(2.1) |
(величина 5„. отк условна |
и |
не отражает |
действительной |
мощ |
|
ности, выделяемой в выключателе при отключении цепи, так как напряжение на зажимах аппарата при этом равно напряжению на дуге, составляющему лишь несколько процентов от UHом);
току электродинамической стойкости /пах— наибольшему току сквозного короткого замыкания (КЗ за выключателем), вы держиваемому выключателем без повреждений во включенном положении;
току термической стойкости It — наибольшему действую щему значению переменного тока, которое выключатель в со стоянии выдержать в течение t с без перегрева токоведущих частей сверх допускаемых пределов, без повреждения изоляции и токоведущих частей. Часто /< задается для / равного 5 (/5) или 10 с (/ю) -
Время отключения выключателя, равное интервалу времени от подачи команды на отключение до момента окончательного погасания дуги на всех полюсах t0, складывается из собственно го времени отключения привода и выключателя tc.в и времени
длительности горения дуги tA |
|
to = /с.в + tA. |
(2.2)’ |
В небыстродействующих выключателях t0 не должно превы шать 0,25, в выключателях ускоренного действия — 0,12, в быст родействующих— 0,08 с.
41