Комплектная трансформаторная подстанция. Расчет и выбор компонентов КТП

Таблица 1.

КТП 160 – 10/0,4; где: 160 кВА – номинальная мощность;

10 кВ – входное напряжение;

0,4 кВ – выходное напряжение.

5. Выбор силового трансформатора КТП. Расчёт параметров трансформатора: номинальные токи и токи КЗ первичной и вторичной обмоток, сопротивления

Силовые трансформаторы являются основной составляющей всех понижающих подстанций.

Существует шесть уровней систем электроснабжения, в которых применяются подстанции в зависимости от назначения номиналов напряжений.

Для электроснабжения потребителей напряжением до 1 кВ (220 В, 380 В, 500 В, 600 В) создают трансформаторные подстанции с высшим напряжением на 6,10 кВ.

В большинстве случаев для КТП применяют масляные трансформаторы, т.к. сухие или элегазовые (SF6) в 2 - 2,5 раза дороже масляных. Таким образом, выбираем масляные трансформаторы по следующим критериям:

·                   Мощность трансформатора должна быть больше или равной суммарной мощности нагрузки (как правило, равна мощности КТП).

·                   По номинальному вторичному напряжению, равному номинальному линейному напряжению нагрузки.

·                   Номинальный ток вторичной обмотки трансформатора должен быть больше суммы токов всех трех линий нагрузки.

Из таблицы 2 выбираем:

ТМ-160/10, где: S = 160 кВА;

Uк =4,5 %;

Р х =0,565 кВт;

Р к = 2,365 кВт.

Таблица 2.

Расчет параметров силового трансформатора

Номинальный ток любой обмотки трансформатора определяется по ее номинальной мощности и номинальному напряжению.

где: Sтр – полная мощность трансформатора в кВА.

Полное сопротивление трансформатора вычисляется по формуле:

где: UK - напряжение короткого замыкания (КЗ) трансформатора в процентах (определяется по мощности силового трансформатора, см. табл. 2). Активное сопротивление обмоток трансформатора:

где: Рк - активные потери в обмотках трансформатора на три фазы в Вт (см. табл. 2). Реактивное сопротивление обмоток:

Определим ток трехфазного КЗ на зажимах трансформатора:

6. Рассчитать и выбрать соединительные кабели низкого напряжения отходящих линий КТП. Определить их сопротивления

Назначение и конструкции кабелей.

Существует несколько групп кабельных изделий, которые делятся по назначению:

-неизолированные провода;

-силовые кабели;

-кабели связи;

-контрольные кабели;

-кабели управления;

-монтажные провода;

-установочные провода;

-обмоточные провода;

-радиочастотные кабели.

Силовые кабели предназначены для передачи распределения электрической энергии. Кабели выпускаются, с медными и алюминиевыми токопроводящими жилами с изоляцией из бумажных лент, пропитанных маслом или специальным составом, а также с изоляцией из полихлорвинила хлоридного пластиката, полиэтилена, резины.

Диапазон переменного напряжения силовых кабелей от 660 В до 500 кВ.

При проектировании электротехнических устройств, кабель, прежде всего, выбирается по допустимому напряжению. Кабель напряжением от 1 до 35 кВ состоит из (Рис. 4):

Рис.4

Проводящие жилы кабеля 1 выполняются из нескольких скрученных вместе медных или алюминиевых проволок. Чтобы обеспечить достаточную гибкость кабеля, который наматывается на барабан для транспортировки, каждая токопроводящая жила кабеля обматывается лентами из кабельной бумаги. Это и есть фазная изоляция 2.

Все три фазы с их изоляциями скручиваются вместе. В промежутке между фазами для получения общей круглой формы кабеля помещается междуфазное заполнение 8 из скрученного бумажного жгута. Сверху скрученных фаз наматывается общая бумажная поясная изоляция 3. Затем кабель подвергается вакуумной сушки и пропитки горячим маслоканифольным составом, чтобы улучшить изоляционные свойства бумажной изоляции.

Пропитанный кабель покрывается свинцовой или алюминиевой оболочкой 4 которая надежно защищает изоляцию от увлажнения и окисления воздухом, но не защищает от механических повреждений.

Поэтому кабель покрывается бронёй 6, которая состоит из стальных лент или проволоки. Под бронёй наносится подушка 5 из грубой кабельной пряжи (конопляная пенька) которая создает мягкую прокладку, чтобы броня не врезалась в оболочку 4. Поверх брони 6 наносится второй слой кабельной пряжи, которая пропитывается битумным составом, чтобы защитить стальную броню от коррозии (защитный покров 7).

Кабели с изоляцией, из бумажных лент, пропитанных маслоканифольным составом, изготавливаются по ГОСТ 1840 — 73.

Кабели с пластмассовой изоляцией изготавливаются на напряжение 0,66 — 6 кВ по ГОСТ 16442 — 80.      Конструкция кабеля с пластмассовой изоляцией представлена на рис.5.

1 – токопроводящая жила.

2 – изоляция.

3 – заполнение.

4 – обмотка прорезиненной

лентой.

5 – оболочка.

6 – броня.

7 – защитные покровы.

Рис. 5.

Кабель низкого напряжения выбирается по номинальному напряжению, номинальному току нагрузки и току термической стойкости. Выбор производим по справочнику правил устройства электроустановок.

Выберем кабель для отходящих линий КТП с алюминиевыми жилами с пластмассовой изоляцией и оболочкой по допустимому длительному току.

Определим длительно допустимый ток кабелей, учитывая то, что он должен быть на 20% больше тока номинального:

Iном.доп.осв. = Iном.осв. 1,2 = 44,737  1,2 = 53,684 А;

Iном.доп..дв1 = Iном.дв1 1,2 = 83,049. 1,2 = 99,659 А;

Iном.доп..дв2 = Iном.дв2  1,2 = 59,582.  1,2 = 71,498 А.

Таблица 3.

Из таблицы 3 выбираем сечение токопроводящей жилы, выполненной из Cu: для линии освещения выбираем марку кабеля АВВГ фазное сечение – 10 мм2, нулевое сечение — 6 мм2; для двигательной нагрузки 1 марку кабеля АВВГ: фазное сечение - 35 мм2,нулевое сечение — 16 мм2;для двигательной нагрузки 2 марку кабеля АВВГ: фазное сечение - 16 мм2 , нулевое — 10 мм2 .

Из таблицы 4 выбираем удельные сопротивления для осветительной и двигательной нагрузки.

Таблица 4. Удельное сопротивление прямой последовательности кабелей с алюминиевыми и медными жилами при t=65°C.

Замечание: для кабелей с медными жилами приведенные в табл.6 значения активного сопротивления следует rуд уменьшить в 1,7 раза.

Сопротивление кабеля: Rк=Rуд lк, Xк=Xуд lк,

где: lк - длина соединительного кабеля, м.

Полное сопротивление определяется как:

где: Хс - приведенное индуктивное сопротивление энергосистемы,

Rпк - переходное сопротивление контактов в местах соединения

(принимаем равным 15мОм). Активным сопротивлением

системы пренебрегаем.

Хс / Хт=0,1 ,

тогда;

ХС=ХТ  0,1=0,038  0,1=0,0038 Ом.

Линия освещения:

гуд = 2,26 / 1,7 = 1,33 мОм/м;

худ = 0,088 мОм/м.

Xк.осв= Xуд  lк = 0,088  60 = 5,28 мОм;

Rк.осв = Rуд  lк = 1,33  60 = 80 мОм;

;

Первая линия:

гуд = 0,65 / 1,7 = 0,38 мОм/м;

худ = 0,068 мОм/м.

Хк.дв1 = Худ  lк = 0,068  90 = 6,12 мОм;

Rк.дв1 = Rуд  lк= 0,38  90 = 34,2 мОм;

;

.

Вторая линия:

гуд = 1,41 / 1,7 = 0,83 мОм/м;

худ = 0,084 мОм/м.

Хк.дв2 = Худ  lк = 0,084  80 = 6,72 мОм;

Rк.дв2 = Rуд  lк = 1,41  80 = 66 мОм;

;

7. Определить токи КЗ, ударный ток. Проверить условие нормального пуска двигателя. Определение токов короткого замыкания (КЗ)

В месте установки двигателя ток трехфазного КЗ находится как:

Ток однофазного КЗ в том же месте:

где: r0 и х0 - соответственно активное и индуктивное сопротивления

нулевой последовательности, Ом;

r1 и х1 - соответственно активное и индуктивное сопротивления цепи, Ом. Их значения приведены в таблице 5.

Таблица 5. Активные и индуктивные сопротивления трансформаторов 6(10)/0,4 кВ.

 ;

 ,

где: R0Т , X0Т - активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности трансформатора.

R0К , X0К - активное и индуктивное сопротивление кабелей.

RНП , XНП - активное и индуктивное сопротивление нулевого проводника, которые находятся также как и сопротивления кабелей:

 , где

 , где

где: qф , qип - сечения фазного и нулевого проводников соответственно.

Линия освещения:

Первая линия:

.

Вторая линия:

Определение ударного тока КЗ

Ударный коэффициент Kуд. зависит от отношения (Хт + Xk)/(Rt + Rk) и определяется кривым изменения ударного коэффициента.

Линия освещения: Kуд =1;

Первая линия: Kуд =1;

Вторая линия: Kуд =1;

Проверка условий нормального пуска двигателя

У двигателей - легкий пуск, следовательно, должно выполняться

условие:

В условиях тяжёлого пуска:

где: Iп.дв - пусковой ток двигателя, рассчитываемый как:

где: Ki - кратность пускового тока двигателя.

Первый двигатель: Kуд =7

,

удовлетворяет условию легкого пуска.

Второй двигатель: Kуд =7,5

,

пуск двигателя тяжелый

8. Проверка термической стойкости выбранных кабелей

Проверка производится с помощью уравнения:

 ,

тогда :

где: q - сечение кабеля, мм2,

Iкз(3) - ток КЗ, A; tк - время КЗ, с;

АΘк -значение интеграла, определяющего нагрев проводника при КЗ, А с/мм ;

АΘн - значение интеграла при протекании номинального (длительного) тока.

Температура нагрева для номинального режима принимается равной +65°С. При КЗ допустимая температура принимается равной + 250°С для медного кабеля. С помощью кривых адиабатического нагрева находим значение интегралов АΘк и АΘн по рисунку 6.

;

Рис.6.

Линия освещения:

Первая линия:

Вторая линия:

Для выбора термически устойчивого сечения жил кабеля необходимо иметь значение установившегося тока короткого замыкания из соответствующего расчета и возможное время прохождения этого тока через кабель. Время определяется уставкой защиты, которая имеет наибольшее значение выдержки времени (если есть несколько видов защиты).

Определение сечения по термической устойчивости производится по формуле:

где: a — расчетный коэффициент, определяемый ограничением допустимой

температуры нагрева жил кабеля.

Значение расчетного коэффициента а и допустимые предельные температуры нагрева кабелей при прохождении по ним тока к.з. приведены в таблице.

Таблица 6.

Примечание: при составлений этой таблицы было принято условие, что кабель до возникновения к.з. не имел температуры выше номинальной. Практически кабели работают всегда с некоторой недогрузкой (кроме аварийных режимов), и поэтому при выборе сечения кабеля по термической устойчивости следует выбирать ближайшее меньшее, а не большее стандартное сечение кабеля.

Линия освещения:

Первая линия:

Вторая линия:

В данном случае, учитывая близость значений к выбранным сечениям по длительно допустимому току, следует выбрать, как термически устойчивое, ближайшее стандартное сечение:

для линий освещения: ;

для линии первого двигателя: ;

для линии второго двигателя: .

Кабели, защищенные плавкими, токоограничивающими предохранителями, на термическую устойчивость к токам к.з. не проверяются, поскольку время срабатывания предохранителя мало (0,008 с) и выделившееся тепло не в состоянии нагреть кабель до опасной температуры.

9. Выбор автоматических выключателей (QF1, QF2, QF3) для защиты двигателей и силового трансформатора от КЗ

Автоматические выключатели являются самыми распространенными аппаратами защиты цепей и потребителей от аварийных режимов. Они также предназначены для нечастых включений и отключений токов нагрузки (номинальных токов).

Автоматические выключатели рекомендуется выбирать по следующим основным техническим параметрам: назначению, области применения и исполнению; роду тока и числу главных контактов; типу расцепителя, встроенного в выключатель; номинальному току расщепителя; кратности уставки тока отсечки к номинальному току расцепителя (для максимально-токовых расцепителеи); номинальной уставке на ток срабатывания теплового расцепителя (для тепловых расцепителеи); времени срабатывания теплового расцепителя в режиме перегрузки; предельной коммутационной способности выключателя; типу присоединения подводящих проводников; виду привода выключателя; способу установки выключателя в низковольтное комплектное устройство; климатическому исполнению, категории размещения и степени защиты; числу общих циклов коммутации и числу коммутаций под нагрузкой.

Страницы: 1, 2, 3