2.5 Выбор количества и типа силовых трансформаторов
На первом этапе выбирается мощность трансформатора исходя из полной мощности микрорайона Sполная мр-на=648кВт
Принимаем 2 трансформатора так как микрорайон относиться к второй категории по электроснабжению и питание должно осуществляться от двух независимых источников энергии.
Тип трансформаторов ТМ-630/10/0,4 Мощностью Sном=630кВа каждый, оба в работе.
Коэффициент загрузки в нормальном режиме βн= Sполная мр-на/ 2 Sном
βн= 648/2*630=0,6 это соответствует требованиям ПУЭ β=0,6-0,8
Проверяем на коэффициент загрузки в аварийном режиме (один трансформатор вышел из строя, другой принял на себя всю нагрузку).
βав= Sполная мр-на / Sном
βав=648/630=1,2 что соответствует ГОСТ 14209-85
Таблица-3-Технические характеристики трансформатора
Тип тр-ра |
U1,кВ |
U2,кВ |
Потери кВт |
Uкз % |
βзагр |
|
Рх.х |
Рк.з |
|||||
ТМ630/10/0,4 |
10 |
0,4 |
1,2 |
7,6 |
5,5 |
0,6 |
2.6 Расчёт центра электрических нагрузок и выбор места
Расположения подстанции
Расчет центра электрических нагрузок проводиться с целью нахождения оптимально правильного места расположения подстанции. Если центр найден верно уравновешиваются нагрузки на линии.
Расчёт производиться по следующей формуле .
Выбираем комплектную трансформаторную подстанцию типа БКТП
Трансформаторная подстанция БКТП изготовлена в соответствии с требованиями ГОСТ 14695-80 и ГОСТ 1516.3-96, правилами устройства электроустановок (ПУЭ), ТУ 3412-001-85347596-2008 и имеет сертификат соответствия № РОСС RU. ПТ17.В01312
БКТП предназначена для установки в районах с температурой ( -40,+40 С)
Строительная часть БКТП состоит из трех основных элементов: крыши, корпуса и подземной части. Крыша: (двухскатная) выполняется из металлочерепицы . В стандартном исполнении бетонная, покрыта гидроизоляционной мастикой.
Корпус: выполнен из высококачественного фибробетона с улучшенными характеристиками по сейсмостойкости. Толщина стенки 70 мм. Корпус покрыт декоративной атмосферостойкой минеральной штукатуркой.
Габаритные размеры: - 7000 х3500 х2700
Вентиляция в подстанции с трансформаторами мощностью до 1250 кВА выполняется естественная (на основании СНиП II-58-78п5.32 и ПУЭ изд.7п.4.2.104) с помощью жалюзийных решеток в корпусе подстанции и дверях камеры трансформатора, гарантирующая степень защиты IP43. По заданным техническим условиям, а также для трансформаторов мощностью 1600кВА и выше выполняется принудительная вентиляция с помощью вентиляторов, которые могут быть установлены как в трансформаторных камерах, так и в коридорах обслуживания.
Камера трансформатора предназначена для установки трансформаторов масляных, масляных герметичных, сухих или с литой изоляцией (как российского, так и иностранного производства).
РУВН выполняется в виде ячеек КСО-306 с продольными выключателями нагрузки ВНА или вакуумными выключателями ВВ-Tel (возможна установка коммерческого учета 10 кВ); РУНН выполняется в виде блока НКУ (тип ЩО-70); Соединение между РУВН и трансформаторами выполняются одножильными кабелями с СПЭ изоляцией марки АПвП, а между трансформатором и РУНН при помощи шин или провода ПВ-2 . В подстанции установлено устройство заземления (внутренний контур заземления). Все металлические части подстанции (двери, корпуса щитов ВН и НН, крыша) соединены с контуром заземления при помощи специальных заземляющих проводов и шин. Внешний контур заземления выполняется в соответствии со СНиП 3.05.06-85 и ПУЭ. Преимущества БКТП:
1. Монолитная отливка корпуса из фибробетона предотвращает появление трещин и сколов; 2.Марка бетона М 350 гарантирует качество строительной части в процессе всего срока службы подстанции (сейсмостойкость до 9 баллов); 3. Различные типы РУВН и РУНН; 4. Соединение между трансформаторами и РУНН может выполняться как кабелями, так и шинами. Причем все кабели будут разделаны, а шины разведены для быстрого и удобного монтажа трансформаторов. 7. Отсутствие в трансформаторной подстанции ржавеющих металлоконструкций: все элементы выполнены с полимерной порошковой окраской высокой прочности. 8. Простота и удобство установки и монтажа подстанции на месте. 9.Стоимость трансформаторной подстанции на отечественном оборудовании значительно ниже иностранных аналогов при сохранении всех функциональных и качественных характеристик.
2.7 Расчёт и выбор питающих линий напряжением до 1000В
Рисунок-? Схема для расчёта низковольтной кабельной сети
Необходимо выбрать кабель до объекта
Выбор кабеля производиться по следующим данным [2].
Рассчитываем ток нагрузки по формуле
Iнагр=Р*103/√3*Uном*cosφ
Iнагр=181,7*1000/1,73*380*0,98=282А
При выборе кабеля должно соблюдаться условие Iдл.доп≥Iнагр ,
где Iдл.доп-длительный допустимый ток,
Iнагр-ток нагрузки
Выбираем кабель АВБбШв пятижильный сечением 150мм2 с изолированными алюминиевыми жилами с изоляцией из ПВХ-пластиката [1].
Изолированные жилы имеют цветовую маркировку. Изоляция нулевой жилы ( N) голубого цвета, изоляция жилы заземления (РЕ, РEN) двухцветный зелёно-жёлтой расцветки БбШв-броня из двух стальных оцинкованных лент номинальной толщиной 0,3мм или 0,5мм между витками нижней ленты шланг защитный.
2) Проверка по допустимым потерям напряжения ΔU
SΔU=√3*Iнагр*L* cosφ/γ*Uдоп
L-длина линии (из плана микрорайона)
Uдоп=0,05*Uном
Uдоп=0,05*380=19В
γ-для алюминия этот коэффициент проводимости равен 32
SΔU=√3*181,7*43*0,98/32*19=21 мм2
3) Проверка по механической прочности жил. Для стационарных электроприёмников минимальное сечение токопроводящей жилы должно
Быть ≥ 10 мм2 в данном случае сечение жилы 150 мм2 подходит
4) Проверка по экономической плотности тока
J- экономическая плотность тока зависит о числа часов использования максимальной нагрузки в год в нашем случае это до 3000ч плотность тока равна
Јэк=1,6
Sэк=Iнагр/ Јэк=113 мм2 сечение жилы 150 мм2 >113мм2 условие соблюдается
Окончательно выбираем кабель АВБбШв5*150
5) Проверяем выбранный кабель на величину потерь напряжения.
ΔUрасч=√3*Iнагр*L* cosφ/γ*S
S-сечение выбранного кабеля
ΔUрасч=√3*282*43*0,98/32*150=4,2В
ΔUрасч<ΔUдоп так как 2,75В<19В
Кабель удовлетворяет всем условиям. Кабели для остальных зданий выбираются аналогично, результаты расчётов свожу в таблицу.
Таблица-4-Результаты расчётов питающих линий до 1000В
№ Дома Улица
|
Марка кабеля
|
Ток Нагрузки А |
Потери SΔU, мм2 |
Эконом плотн тока Sэк мм2 |
Велич потерь ΔUрасч |
Длина кабеля м |
Гараж |
АВБбШв5*150 |
282 |
21 |
113 |
4,2 |
43
|
БМЗ |
АВБбШв5*150 |
60,5 |
5,7 |
37,8 |
0,72 |
34 |
МЗУ |
АВБбШв5*240 |
469 |
19,6 |
189,3 |
1,5 |
15 |
ДОЦ |
АВБбШв5*25 |
30,1 |
2,1 |
18,8 |
1,5 |
25 |
АКБ |
АВБбШв5*120 |
164 |
19,4 |
102,5 |
3,4 |
48 |
Выбираем магистральные проводники (шины)
Способ расчёта такой же, как и при выборе питающих кабелей
1) Рассчитываем ток нагрузки Iнагр=282+60,5+469+30,1+164=1005,6А
При выборе шины должно соблюдаться условие Iдл.доп ≥ Iнагр
Выбираем шину алюминиевую окрашенную прямоугольного сечения, сечение одной полосы 800 мм2 [1]
2) Проверяем выбранную шину по допустимым потерям напряжения SΔ
SΔU=√3*Iнагр*L* cosφ/γ*Uдоп
SΔU=√3*1005,6*5*0,98/608=14 мм2
Uдоп=0,05*Uном
Uдоп=0,05*380=19В
3) Проверка по экономической плотности тока
Sэк=Iнагр/ Јэк
Sэк=1005,6/1,6=628,5 А/ мм2
Окончательно выбираем шину алюминиевую окрашенную прямоугольного сечения
Сечением 800 мм2
4) Проверяем шину на величину потерь напряжения
ΔUрасч=√3*Iнагр*L* cosφ/γ*S
Δuрасч=√3*1005,6*5*0,98/32*800=0,3В
0,3В < 19В
2.8 Расчёт токов короткого замыкания в сетях до 1000В
Вычисление токов КЗ производиться для определения условий работы потребителей при аварийных режимах, выбора электрических аппаратов , шин, силовых кабелей, проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики, проектирования защитных заземлений, подбора характеристик разрядников для защиты от перенапряжений.
Рассчитываем сопротивление трансформатора:
1) Активное сопротивление трансформатора
Rт=Рк/√3I22т
Rт=8500/3*9102=0,003 Ом
I22т=Sном/√3U2
I22т=630/√3*0,42=910А
U2-напряжение вторичной обмотки трансформатора
Рк- потери в меди трансформатора (из паспортных данных)
I22т- номинальный ток вторичной обмотки трансформатора
2) Индуктивное сопротивление трансформатора
Хт=10*Uк* U2/ Sном
Хт=10*5,5*0,42/630=0,013 Ом
Uк- напряжение короткого замыкания трансформатора в %
Составляем расчётную схему
Рисунок-? Схема для расчёта токов КЗ в сети до 1000В
3) Рассчитываем активное сопротивление линии
rк1=rк1`=L1/γ*S1
rк1=rк1`=5/32*800=0,00019 Ом
4) Рассчитываем индуктивное сопротивление линии
хк1=хк1`=х0*L1
х0-постоянная величина равная 70μОм
L1-длина линии
хк1=хк1`=0,07*0,005=0,00035Ом
5) Рассчитываем суммарное сопротивление до каждой точки КЗ
к1,к1`
6) Рассчитываем суммарное активное сопротивление
R к1,к1`=Rт+rк1
R к1,к1`=0,003*0,00019=0,00319Ом
Х к1,к1`=0,013+0,00035=0,01335 Ом
7) Рассчитываем токи КЗ сначала однофазные потом трёхфазные
I(1)=Uф/√Rрез2+Хрез2
Uф-однофазное напряжение
I(1)=220/√0,003192+0,013352=16028,2А
I(3)= Uном/√Rрез2+Хрез2
I(3)= 400/√0,003192+0,013352=17288,9А
Расчёт токов короткого замыкания для остальных линий производиться аналогично.
Результаты расчётов сведены в таблицу.
Таблица-5 Результаты расчётов токов короткого замыкания в сети до 1000В
Точка КЗ
|
Активное Сопр rк, Ом
|
Индуктивное Сопр хк, Ом
|
Суммарное Активное Сопр Rкз, Ом
|
Суммарное Реактивное Сопрот Хкз, Ом
|
Ток КЗ Одноф. I(1)
|
Ток КЗ Трёхф. I(3)
|
К1=К1` |
0,00019
|
0,00035 |
0,00319
|
0,01335
|
1608
|
1728 |
К2 |
0,063 |
0,00301 |
0,000189
|
0,01601 |
48888 |
88888 |
К3 |
0,018 |
0,00238 |
0,001134 |
0,01538 |
16058 |
29197 |
К4 |
0,024 |
0,00105 |
0,000072 |
0,01405 |
83969 |
15267 |
К5 |
0,37 |
0,00175 |
0,00111 |
0,01475 |
16666 |
30303 |
К6 |
0,077 |
0,00336 |
0,000017 |
0,01636 |
78571 |
14285 |
2.9 Расчёт токов короткого замыкания в сетях свыше 1000В
2.9.1 Составляется расчётная схема и схема замещения
Рисунок 6 - Расчётная схема
Рисунок 7 - Схема замещения
2.9.2.Принимается мощность системы S*с=150кВа,
базисная мощность S*б=100кВа
Х *с=0,25; L1=135м; L2=10м.
2.9.3 Рассчитываем базисные напряжения
U*б1=1,05*Uном
U*б1=1,05*10=10,5кВ
2.9.4 Рассчитываем базисный ток
Iб1= S*б/√3* U*б1
Iб1=100/1,73*10,5=5,5кА
5) Рассчитываем базисные сопротивления
5.1) базисные сопротивления системы
Х *бс= Х *с* S*б/ S*с
Х *бс=0,25*100/150=0,166 Ом
5.2) базисные сопротивления кабельных линий
Х *бкл1=Х0*L1* S*б/U2б1
Х *бкл1=0,08*0,135*100/10,52=0,0097Ом
Х *бкл2=Х0*L2* S*б/U2б1
Х *бкл2=0,08*0,01*100/10,520,00072 Ом
6) Находим результирующее сопротивление от источника до каждой точки (К1,К1`)
Х *рез1= Х *бс+ Х *бкл1+ Х *бкл2
Х *рез1=0,166*0,0097*0,00072=0,176 Ом
7) Находим расчётное сопротивление
Х *расч1= Х *брез1*S *с/ S*б
Х *расч1=0,176*150/100=0,264
8) Находим токи КЗ для каждой точки при этом учитывается Храсч
Так как Храсч<3 то находим коэффициент до точки (К1,К1`)
Кt=0=3,8; Кt=∞=2,6; Кt=0,2=3,2
I0= Кt=0*Iб=3,8*5,5=20,9 кА
I∞= Кt=∞* Iб=2,6*5,5=14,3 кА
I 0,2= Кt=0,2* Iб=3,2*5,5=17,6 кА
Iу=Ку*√2*I0=1,3*20,9*√2=38,3 кА
9) Рассчитываем мощности короткого замыкания до точки (К1,К1`)
I0= Кt=0*Sб=3,8*100=380мВа
I∞= Кt=∞* Sб=2,6*100=260мВа
I 0,2= Кt=0,2*Sб=3,2*100=320мВа
2.10 Выбор питающих линий напряжением выше 1000В
Выбор сечения жил кабелей при напряжении выше 1000В определяют следующие технические факторы:
-Нагрев от длительного выделения теплоты при токах нормального и послеаварийного режимов
-Нагрев от кратковременного выделения теплоты при токах КЗ
-Механическая прочность
-Коронирование
Для расчёта нам понадобятся следующие данные:
Uраб=10кВ, I∞= 14300А, tф=0,2с, Тмакс=2900 в год
L-длина линии от до , м L=135м
Uраб-напряжение вторичной обмотки трансформатора, В
I∞- установившийся ток короткого замыкания
tф- приведённое время действия защиты
Тмакс- число часов использования максимальной нагрузки в год.
Способ прокладки кабеля в земле в кабельном канале.
Проверяем по длительно допустимому току нагрузки с учётом коэффициента загрузки кабеля Кз=1,1; I ном2=15А ток первичной обмотки трансформатора
1) Рассчитываем рабочий ток линии
Iраб=Кз*2 I ном2
Iраб=1,1*2*15=33А
3) Проверка по механической прочности жил. Для стационарных электроприёмников минимальное сечение токопроводящей жилы должно
быть ≥ 10 мм2
4) Проверяем по допустимым потерям напряжения
Согласно если длина линии менее одного километра, то проверку по допустимым потерям напряжения можно не проводить
5) Проверка по экономической плотности тока
Sэк=Iнагр/ Јэк
Sэк=33/1,6=20,6Амм2
6) Проверка на термическую стойкость в режиме КЗ
Sтерм= I∞*√tф/С
Sтерм=14300*√0,2/90=69,9 мм2
Принимаем ближайшее стандартное значение 70мм2
7) Окончательно выбираем сечение кабеля , удовлетворяющее всем условиям 70мм2
Принимаем кабель пятижильный бронированный для прокладки в земле на напряжение 10кВ марки АСРБ-10-5*70
2.11 Выбор аппаратов управления и защиты
Автоматические выключатели предназначены для коммутации электрических цепей при прохождении по ним рабочих токов в нормальных режимах и для их защиты путём отключения при перегрузках и коротких замыканиях.
Выбираем автоматический выключатель для Гаража
Iнагр=282 А
Выбираем автомат типа ВА51-37 на номинальный ток Iном=400А (400>282) номинальный ток расцепителя принимаем Iном.расц=400А (400>282) кратность тока отсечки при переменном токе 10
Iотс=Iном*10
Iотс=400*10=4000А
Кч=Iкз/Iотс
Кч=88888/4000=22 Кч- коэффициент чувствительности
По условию выбора автоматических выключателей - коэффициент чувствительности должен быть не менее 1,5В в этом случае автомат подходит следующие автоматы выбираются аналогично результаты заношу в таблицу.
Таблица 6 - Расчётные данные автоматических выключателей
Название объекта
|
Ток на- грузки Iнагр, А |
Ток К.З. Iкз, А |
Тип авто-мата |
Ток номи- нальный автомата Iном, А |
Ток номи- нальный расцепит Iном.р, А |
Коэф. Чувст. Кч |
Гараж |
282 |
88888 |
ВА51-37 |
400 |
400 |
22 |
БМЗ |
60,5 |
29197 |
ВА51-31-1 |
100 |
100 |
97 |
МЗУ |
469 |
15267 |
ВА51-39 |
630 |
630 |
2,4 |
ДОЦ |
30,1 |
30303 |
ВА51-31-1 |
100 |
100 |
43,2 |
АКБ |
164 |
14285 |
ВА51-35 |
250
|
250 |
4,7 |