Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ»

им. первого Президента Б.Н.Ельцина

Кафедра «Теоретической электротехники и технологий электроснабжения»

Оценка проекта:

Члены комиссии:

Проектирование трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Пояснительная записка

140211 000000 006 Пз

Руководитель: Собов М.Л.

Н.контроль: Собов М.Л.

Выполнил: Дерендяева Д.Ю.

Группа: Э-45071

2009

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ	3
РЕФЕРАТ	4
ВВЕДЕНИЕ	5
1 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ТП	11
1.1 Выбор силовых трансформаторов	11
1.2 Выбор трансформаторов тока	11
1.3 Выбор автоматических выключателей	12
1.4 Выбор кабеля для линии 1 и 3	13
1.5 Параметры схемы замещения элементов сети 10 кВ	15
2 ПРОВЕРКА ВЫБРАННОГО СЕЧЕНИЯ КАБЕЛЯ ЛИНИИ 1	17
2.1 Проверка кабеля линии 1 по термической стойкости	16
2.2 Проверка по допустимой потере напряжения в нормальном режиме.	23
2.3 Проверка по допустимой потере напряжения при протекании пусковых токов	23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	24
Библиографический список	25
ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ЗАДАНИЕ

Выбрать оборудование трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ: силовые трансформаторы, коммутационные аппараты, трансформаторы тока. Выбрать и проверить кабель от распределительного устройства (РУ) 0,4 кВ до электроприемника (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема электроснабжения

Исходные данные:

1. Электроприемник (ЭП): циркуляционный насос, P_ном= 75 кВт,cos_ном= 0,89, кратность пускового токаI_п/I_ном= 5,5;

2. Линия 1: выполнена кабелем с алюминиевыми жилами, пластмассовой изоляцией и в пластмассовой оболочке, длина l_л1 = 70 м, прокладка открытая, температура окружающей среды +20⁰С;

3. Исполнение РУ 0,4 кВ: щиты ЩО70-3М

4. Нагрузки по стороне 0,4 кВ (таблица 1):

Таблица 1 – Нагрузки по стороне 0,4 кВ

Фидер	2	3	4
Pрасч i	11	17	63
Qрасч i	10	14	57

5. Линия 2: выполнена кабелем с алюминиевыми жилами, сечением 50 мм², длинаl_л2 = 200 м, прокладка в траншее.

6. Линия 3: выполнена кабелем с алюминиевыми жилами, пластмассовой изоляцией и в пластмассовой оболочке, длина l_л3 = 5 м, прокладка открытая, температура окружающей среды +20⁰С;

7. Мощность короткого замыкания на шинах 10 кВ: S_кз= 200 МВА.

РЕФЕРАТ

В данном курсовом проекте представлен выбор оборудования трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ, а именно силовых трансформаторов 10/0,4 кВ, выключателей нагрузки и предохранителей 10 кВ, трансформаторов тока, автоматических выключателей. Кроме того, осуществляется выбор и проверка кабеля, питающего электроприемник. Расчет производится на основе определения токов нормальных и аварийных режимов.

В первом разделе представлен выбор оборудования, во втором – проверка выбранного сечения кабеля, в третьем – элементы конструктивного исполнения.

Пояснительная записка содержит 25 страниц, 4 рисунка, 3 таблицы, 1 приложение. Библиографический список включает 8 наименований. Графическая часть содержит один лист формата А1 – схема принципиальная однолинейная и план трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ.

ВВЕДЕНИЕ

Электрические сети обеспечивают комплексное централизованное электроснабжение потребителей всех ведомств, расположенных в зоне их действия. Электрические сети подразделяют на распределительные, питающие (районные) и системообразующие. Напряжение распределительных сетей может быть 6-110 кВ и 0,4 кВ; питающих сетей (от источников до крупных распределительных узлов района) – 35-330 кВ; системообразующих (для мощных связей между крупными узлами энергосистемы или энергосистемами) – 500-1150 кВ.

Кабельные линии применяют в городах, населенных пунктах и на промышленных предприятиях в электрических сетях до 1000 В и от 3 до 110 кВ. Для электрических сетей до 1000 В применяют в основном силовые кабели с пластмассовой изоляцией, для электрических сетей напряжением 3-35 кВ – силовые кабели с бумажной пропитанной изоляцией, а также кабели с пластмассовой изоляцией и изоляцией из сшитого полиэтилена, для линий напряжением 110 кВ и выше – маслонаполненные кабели и кабели из сшитого полиэтилена.

Системой электроснабжения города называется совокупность электрических станций, понижающих и преобразовательных подстанций, питающих и распределительных линий и приемников электроэнергии.

Назначением систем электроснабжения городов является обеспечение электроэнергией всех технологических процессов коммунально-бытовых, промышленных, транспортных и других потребителей, располагающихся на территории городов и частично ближайших пригородных зон.

В состав систем электроснабжения городов входят:

1. источники питания жилых и промышленных зон, как правило, это ТЭЦ и понижающие подстанции 110-220 или 330 кВ, а также подстанции «глубокого ввода» высших напряжений на территориях городов;

2. питающие и распределительные сети средних номинальных напряжений 10(6)-20 кВ, включая распределительные пункты (РП) и трансформаторные подстанции (ТП)

3. внешние и внутренние сети напряжением до 1 кВ жилых, общественных и производственных зданий (как правило, 0,38/0,22 кВ)

Характерной особенностью крупнейших городов является концентрация электрической нагрузки потребителей на ограниченной площади, а также решающая роль электроэнергии в обеспечении нормальной жизнедеятельности города.

Эти особенности определяют высокие требования, которые предъявляются к схемам внешнего электроснабжения крупнейших городов.

Учитывая все эти требования, развитие схемы электрических сетей для города Екатеринбурга и других крупных городов происходит на основе следующих основных принципов:

• создание сети 110/220 кВ кольцевой конфигурации, опирающейся на подстанции энергосистемы более высоких напряжений и на электростанции города и прилегающих районов;

• сооружение глубоких вводов 110/220 кВ для питания отдельных (центральных) районов города, при этом питание подстанций глубокого ввода может быть предусмотрено от разных секций одной или разных опорных подстанций, а также ответвлением от кольцевой сети с двухсторонним питанием

• общее количество и пропускная способность линий связи с энергосистемой должны выбираться с учетом обеспечения питания городских потребителей без ограничений в случае одновременного отключения двух цепей (наложение аварии на ремонт);

• построение схемы сети 110 кВ с точки зрения надежности присоединений каждой подстанции 110 кВ должно отвечать требованиям, предъявляемым потребителям первой категории;

• конфигурация сети 110 кВ предусматривается таким образом, чтобы каждая ЛЭП опиралась на две подстанции 220/110 кВ, либо на подстанции с развитым распределительным устройством 110 кВ;

• мощность трансформаторов подстанций в крупнейших городах рекомендуется принимать: при питании по ВЛЭП 110 кВ – не менее 25 МВА, по КЛЭП 110-220 кВ – не менее 40 МВА;

• подстанции глубокого ввода 110-220 кВ с трансформаторами 25 МВА и более при размещении их на селитебной территории должны выполняться закрытыми с применением КРУЭ;

1 – теплоэлектроцентрали;

2 – теплоэлектроцентраль и глубокий ввод высокого напряжения;

3 – опорные подстанции высокого напряжения (110 - 220 кВ);

4 – глубокие вводы высокого напряжения (110 – 220 кВ);

5 – расппредилительные пункты

10(6) – 20 кВ;

6 – однотрансформаторные подстанции;

7 – двухтрансформаторные подстанции 10(6) – 20 кВ;

8 – линии 10(6) -20 кВ, разомкнутые в нормальных режимах

Рисунок 2 – Структурная схема системы электроснабжения крупного города.

На «кольце» или за его пределами располагаются опорные подстанции высокого напряжения (110-220 кВ), на которые приходят линии 110-220 кВ от ТЭЦ или крупных подстанций (например, подстанций 500/110 или 500/220). Сети 110-220 кВ выполняются воздушными линиями при открытых или закрытых РУ понижающих ПС. Крупнейшие города могут иметь замкнутые по конфигурации электрические сети внешнего электроснабжения двух номинальных напряжений (например, 110, 220 – 500кВ), располагающиеся на разных расстояниях от границы города.

ПС глубокого ввода 110-220 кВ находятся на территории города и получают питание от теплоэлектроцентралей, а также от опорных ПС. Специфическими и принципиальными требованиями к выполнению схем глубоких вводов высших напряжений являются минимальные размеры отчуждаемой территории и обеспечение высокой надежности питания потребителей. В связи с этим, питание ПГВ осуществляется обычно по радиальным схемам двухцепными, преимущественно кабельными линиями.

В электрических сетях 6—10 кВ широко применяются распределительные пункты (РП), представляющие собой распределительные устройства указанных напряжений, приближенные к определенным группам ПЭ. На промышленных предприятиях это цеха с крупными двигателями 6—10 кВ, в городских сетях это трансформаторные подстанции (ТП)

6—10/0,38 кВ, удаленные от основных источников питания. Обоснованиями применения РП являются: сокращение количества ячеек выключателей 6—10 кВ на ТП; уменьшение протяженности кабельных линий; упрощение оперативной эксплуатации распределительных сетей.

Назначение трансформаторных подстанций.

Трансформаторные подстанции предназначены для электроснабжения потребителей, отвечают условиям безопасности и удобного обслуживания электрооборудования. Трансформаторная подстанция состоит из отдельных помещений для распределительных устройств 0,4 кВ и силовых трансформаторов. Трансформаторная подстанция 10-0,4 кВ выполняется двумя понижающими трансформаторами, проходного типа с кабельными вводами. В ТП находится навесное оборудование 10 кВ (выключатели нагрузки, разъединители и т.д.), смонтированные непосредственно на стенах ТП. Для защиты линии используют предохранители на напряжение 10 кВ в комплекте с выключателями нагрузки. Выключатель нагрузки представляет собой трехполюсный коммутационный аппарат переменного тока для напряжения свыше 1 кВ, рассчитанный на отключение рабочего тока, порядка номинального, и снабженный приводом для неавтоматического или автоматического управления. Выключатели нагрузки не предназначены для отключения тока КЗ, но включающая их способность соответствует электродинамической стойкости при КЗ. Выключатели нагрузки применяют в присоединениях силовых трансформаторах на стороне высшего напряжения. Поскольку они не рассчитаны на отключение тока КЗ, функции автоматического отключения трансформаторов в случае их повреждения возлагают на плавкие предохранители.

К трансформаторным камерам примыкает распределительное устройство напряжением 0,4 кВ. Обслуживание РУ должно быть удобным и безопасным. Размещение оборудования в РУ должно обеспечивать удобство ремонтных работ, полную безопасность при ремонтах и осмотрах.

Распределительное устройство 0.4 кВ.

Распределительное устройство – электроустановка, предназначенная для приема электрической энергии от трансформаторов или линий электропередач и её распределение между потребителями.

Распределительные устройства состоят из коммутационных аппаратов, устройств защиты, автоматики, электроизмерительных приборов, и др.

В распределительном устройстве до 1000 В провода, шины, аппараты, приборы и конструкции выбирают как по нормальным условиям работы (напряжению, току, классу точности), так и по термическим и динамическим воздействиям токов короткого замыкания или предельно допустимой отключаемой мощности.

К электрическим аппаратам до 1000 В относят автоматические выключатели, магнитные пускатели, контакторы, рубильники. Их функции аналогичны функциям выключателей, выключателей нагрузки, предохранителей, разъединителей.

Учет электроэнергии.

Класс точности трансформаторов тока и напряжения для присоединения расчетных счетчиков электроэнергии должен быть не более 0,5. Допускается использование трансформаторов напряжения класса точности 1,0 для включения расчетных счетчиков класса точности 2,0.

Для присоединения счетчиков технического учета допускается использование трансформаторов тока класса точности 1,0, а также встроенных трансформаторов тока класса точности ниже 1,0, если для получения класса точности 1,0 требуется установка дополнительных комплектов трансформаторов тока. Счетчики должны размещаться в легко доступных для обслуживания сухих помещениях, в достаточно свободном и не стесненном для работы месте с температурой в зимнее время не ниже 0°С.

Счетчики должны устанавливаться в шкафах, камерах комплектных распределительных устройствах (КРУ, КРУП), на панелях, щитах, в нишах, на стенах, имеющих жесткую конструкцию.

Допускается крепление счетчиков на деревянных, пластмассовых или металлических щитках.

Высота от пола до коробки зажимов счетчиков должна быть в пределах 0,8-1,7 м. Допускается высота менее 0,8 м, но не менее 0,4 м.

В местах, где имеется опасность механических повреждений счетчиков или их загрязнения, или в местах, доступных для посторонних лиц (проходы, лестничные клетки и т. п.), для счетчиков должен предусматриваться запирающийся шкаф с окошком на уровне циферблата. Аналогичные шкафы должны устанавливаться также для совместного размещения счетчиков и трансформаторов тока при выполнении учета на стороне низшего напряжения (на вводе у потребителей).

Конструкции и размеры шкафов, ниш, щитков и т. п. должны обеспечивать удобный доступ к зажимам счетчиков и трансформаторов тока. Кроме того, должна быть обеспечена возможность удобной замены счетчика и установки его с уклоном не более 1°. Конструкция его крепления должна обеспечивать возможность установки и съема счетчика с лицевой стороны.

Характеристики насоса.

Напор (Н) - это удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости, а проще - повышение насосом давления. Как правило, напор выражают в метрах (м), иногда в миллиметрах водяного столба (мм в.cт.), в Паскалях (Па) и пр.

Подача (Q) - это расход перекачиваемой жидкости. Выражается в кубометрах в час (м/ч), иногда в литрах в секунду (л/с).

При этом напор, создаваемый насосом, и расход перекачиваемой жидкости зависят друг от друга, что отображается графически в виде характеристики насоса: Н - вертикальная ось, Q - горизонтальная. Ее форма показывает, как энергия электропривода (с учетом общего КПД) преобразуется в давление и скорость жидкости.

Если насос работает при закрытом клапане, он создает максимальное давление. В этом случае говорят о напоре насоса при нулевой подаче. Когда клапан начинает медленно открываться, перекачиваемая среда приходит в движение. За счет этого часть энергии привода преобразуется в кинетическую энергию жидкости. Поддержание первоначального давления становится невозможным. Характеристика насоса приобретает форму "падающей" кривой. При этом ее крутизна влияет на изменение подачи и напора: пологая кривая - большее изменение подачи при незначительном изменении напора; крутая кривая - большее изменение подачи при значительном изменении напора.

Рабочая точка

Характеристики насоса и системы пересекаются в рабочей точке. В ней полезная мощность насоса равна мощности, потребляемой трубопроводной сетью, а напор - сопротивлению системы.

Рабочая точка также определяет подачу, которую может обеспечить насос. При этом следует иметь в виду, что подача не должна быть ниже определенного минимума - это вызывает перегрев и повреждение прибора. Рабочая точка за пределами характеристики насоса также может привести к повреждению мотора.

Выбирая циркуляционный насос для системы отопления, руководствуются максимальным потреблением тепла зданием. Однако часто ситуация осложняется тем, что гидравлическое сопротивление системы неизвестно наверняка. Найти оптимальную расчетную рабочую точку - задача проектировщика.

Определившись с рабочей точкой, подбирают "циркуляционник" с близкой характеристикой. Поскольку найти насос точно под конкретную систему практически невозможно, модель выбирают "с запасом". В процессе работы системы отопления по мере изменения подачи и гидравлического сопротивления рабочая точка смещается влево от расчетной. Это вызывает увеличение напора насоса, в результате возникает шум в клапанах. Регулировать напор и подачу в соответствии с потребностью можно, применяя насосы с частотным преобразователем. При уменьшении скорости снижается шум и энергопотребление, увеличивается срок службы, а в результате сокращаются эксплуатационные расходы.

При выборе насоса также следует учитывать вязкость и рабочую температуру теплоносителя, объем системы отопления и расширительного бака, рабочее давление и давление срабатывания предохранительного клапана. Кроме того, необходимо выполнять требования региональных стандартов и нормативов, определяющие выбор той или иной модификации (например, взрывозащита).

Рисунок 3 – Положения рабочей точки