МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный технический университет» ОСНОВЫ СОСТАВЛЕНИЯ ГЛАВНЫХ СХЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОДСТАНЦИЙ Учебное пособие Омск Издательство ОмГТУ 2019 УДК 621.311.4(075) ББК 31.278я73 О-75 Авторы: М. Ю. Николаев, В. Н. Горюнов, С. Ю. Прусс, Е. В. Петрова, Е. Ю. Шепелева, Е. П. Жиленко Рецензенты: П. А. Катрич, к. т. н., начальник управления энергоинспекции ООО «Омская энергосбытовая компания»; А. А. Бубенчиков, к. т. н., директор ООО «ОмЭнергоАудит» Основы составления главных схем электрических подстанций : О-75 учеб.пособие / [М. Ю. Николаев и др.] ; Минобрнауки России, ОмГТУ. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2019. – 96 с. : ил. ISBN 978-5-8149-2856-6 Рассмотрена задача выбора оборудования электрических подстанций, включая выбор коммутационного оборудования, силовых трансформаторов, кабельных линий. Приведены варианты исходных данных для проектирования и примеры расчета. Учебное пособие предназначено для студентов направлений 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», 13.03.03 «Энергетическое машиностроение», специальности 13.05.01 «Тепло- и электрообеспечение специальных технических систем и объектов» дневной, вечерней и заочной форм обучения. УДК 621.311.4(075) ББК 31.278я73 Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета © ОмГТУ, 2019 ISBN 978-5-8149-2856-6 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................................ 4 1. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ..................................................................................... 7 1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ТЕРМИНОЛОГИЯ ............................................................................................ 7 1.2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.............................................. 13 1.3. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ....................... 16 1.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПОДСТАНЦИЙ ............................................................................. 17 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.......................................................................................................... 31 2.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ ................................................................................................ 31 2.1.1. Коммутационные аппараты ............................................................................. 32 2.1.2. Измерительные трансформаторы тока и напряжения .................... 35 2.1.3. Токоограничивающие аппараты ................................................................... 36 2.2. СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ .............................................................................................. 36 2.3. КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ........................................................................... 39 2.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ .................................................................................................. 40 2.4.1. Машины постоянного тока ............................................................................... 41 2.4.2. Машины переменного тока .............................................................................. 44 3. ВЫБОР ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ........................................... 53 3.1. ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ................................................................................. 53 3.2. ВЫБОР СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ....................... 55 3.3. ВЫБОР КАБЕЛЕЙ ..................................................................................................................... 56 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................................................. 60 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ........................................................................................ 61 ПРИЛОЖЕНИЕ. ЗАДАНИЯ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ .............................. 62 3 ВВЕДЕНИЕ Энергия во всех формах – основа обеспечения рациональных технологических условий жизнедеятельности и развития человечества, высокого уровня его экономического и социального благосостояния. С появлением трехфазного переменного тока началась новая эра человеческой цивилизации – эра повсеместного использования электрической энергиикак универсального энергоносителя, пригодного для практического использования фактически во всех сферах и производственных процессах человеческой деятельности. Благодаря своей абсолютной делимости, мгновенной передаче на большие расстояния и высокой эффективности использования электроэнергия наиболее удобна для удовлетворения производственных, бытовых, коммуникативных, социальных и других потребностей современного и будущего человеческого сообщества. В своем послании Федеральному собранию президент В.В. Путин, говоря о планах развития электроэнергетики, отметил: «Один из безусловных приоритетов ближайших лет – это электроэнергетика. Россия уже столкнулась с нехваткой мощностей для дальнейшего роста. Предстоит крупнейшая за последнее десятилетие структурная реформа. По сути, речь идет о второй масштабной электрификации страны. К 2020 году необходимо увеличить на две трети производство электроэнергии в России. Предстоит построить новые станции, модернизировать действующие, а также расширить сетевую инфраструктуру…». Одной из главных проблем, стоящих на пути развития энергетики и связанных с нею отраслей, является кадровый вопрос, и, чтобы реализовать эту программу, нужны квалифицированные специалисты для проектирования, строительства, модернизации и эксплуатации объектов энергетики. Реализация технологических процессов на любом промышленном предприятии связана с потреблением энергии, преимущественно электроэнергии. Преобразование энергии различных видов в электрическую осуществляется на электростанциях посредством синхронных генераторов. В зависимости от характера преобразуемой первичной энергии электростанции подразделяются на тепловые, гидроэлектростанции, атомные и другие. Для повышениянадежностииэкономичности электроснабжения предприятий и создания резервов мощности большинство электростанций объединяются в энергетические системы. Связь между отдельными электростанциями в энергосистемах, а также с потребителями осуществляется посредством электрических сетей, в состав которых входят электрические линии, трансформаторные подстанции(ТП) и распределительные устройства(РУ). 4 В состав РУ входят коммутационные аппараты (выключатели, отделители, короткозамыкатели), комплекс токоведущих частей (проводов, шин) для приема и распределения энергии, а также устройства защиты, автоматики и измерения. Назначение РУ – прием и распределение электрической энергии. Конструктивно электрические сети подразделяются на воздушные и кабельные, а по уровню напряжения – на сети до 1000 В ивыше 1000 В.Электрические сети, к которым непосредственно подключены приемники электрической энергии, называются распределительными.Передача больших мощностей переменного тока на далекие расстояния требует сооружения линии электропередачи (ЛЭП) переменного напряжения до 1150 кВ. Именно такие уровни напряжения обеспечивают значительное уменьшение потерь электроэнергии при ее передаче. Генераторы электростанций обычно вырабатывают электрическую энергию напряжением 6–20 кВ. Повышение напряжения для требуемого значения при передаче на значительные расстояния и последующее его понижение до величин, необходимых для нормальной работы потребителей, осуществляется соответственно на повышающих и понижающих ТП. Любая система электроснабжения должна обеспечить: соответствие мощности применяемых трансформаторов и генераторов максимальной мощности потребителей, достаточную пропускную способность ЛЭП, бесперебойное электроснабжение при высоком качестве энергии, удобство в эксплуатации, безопасность и экономичность. Добиться полногосоответствия указанным, зачастую противоречивым, требованиям достаточно сложно. Поэтому задача проектирования систем электроснабжения в полном объеме с учетом всех многообразных условий решается соответствующими проектными и научно-исследовательскими институтами. Наиболее распространенными напряжениями потребителей на промышленных предприятиях являются напряжения 380 В, 6 и 10 кВ. Поэтому один из возможных вариантов систем электроснабжения выглядит следующим образом. От электростанций посредством повышающих ТПиЛЭП 500 или 220 кВ электроэнергия подается на районную понижающую ТП, которая обеспечивает снижение напряжения до 35–110 кВ. На главной понижающей подстанции предприятия (ГПП) осуществляется дальнейшее уменьшение напряжения до уровня питания распределительных сетей 6 или 10 кВ, по кабельным линиям которых электроэнергия поступает на цеховые трансформаторные подстанции предприятия (ЦТП).Посредством ЦТП напряжение уменьшается до напряжения питания приемниковэлектроэнергии0,38 или 0,66 кВ. 5 6 1.СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ТЕРМИНОЛОГИЯ Электроустановки – это электрические машины, аппараты, линии и вспомогательное оборудование (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенные для производства, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии. Электрические станции – это предприятия или установки, предназначенные для производства электроэнергии. Электрические подстанции – это электроустановки, предназначенные для преобразования и распределения электроэнергии. Система собственных нужд – это механизмы и установки, обеспечивающие нормальное функционирование электрической станции (дробилки, дымососы, мельничные вентиляторы и др.) или подстанции (освещение, обогрев и т.п.). Воздушная линия электропередачи – это устройство, предназначенное для передачи и распределения электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам и стойкам на инженерных сооружениях (мостах, путепроводах и т. п.). Кабельная линия – это линия для передачи электроэнергии или отдельных ее импульсов, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями. Токопровод – это устройство, предназначенное для передачи и распределения электроэнергии, состоящее из неизолированных или изолированных проводников и относящихся к ним изоляторов, защитных оболочек, ответвительных устройств, поддерживающих и опорных конструкций. В зависимости от вида проводников токопроводы подразделяются на гибкие и жесткие. Система сборных шин любой электрической установки – это комплекс токоведущих частей, предназначенных для приема и распределения электрической энергии. Распределительное устройство – это электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства, а также устройства релейной защиты, автоматики и измерительные приборы. Электрическая сеть – это совокупность электроустановок для передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распредели7 тельных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории. Приемник электрической энергии – это аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии. Потребитель электрической энергии – это электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории. Энергетическая система (энергосистема) – это совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, передачи, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом. Например, Омская энергосистема (ОАО«Территориальная генерирующая компания №11») включает тепловые электростанции (ТЭЦ-3, ТЭЦ-4, ТЭЦ-5), а также электрические связи (ЛЭП на 500 кВ) с Казахстаном, Новосибирской системой и Уралом. Таким образом, Омская система является частью объединенной энергосистемы России и СНГ с диспетчерским центром управления(ЦДУ), находящимся в Москве. Электроэнергетическая система (рис. 1.1) – это электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электроэнергии, объединенные общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии. В данном случае энергосистему (рис. 1.1) обозначают одним кружком и называют источником питания (ИП). ИП ПС Система питания ППЭ РС ТП Система распределения РП ЭП Рис. 1.1 8 Электроснабжением называется обеспечение потребителей электрической энергией. Система электроснабжения (СЭС) – это совокупность электроустановок для обеспечения потребителей электроэнергией. Это часть электроэнергетической системы, в которую входят устройства передачи и распределения электроэнергии ее приемникам (рис. 1.1):ППЭ – пункт приема электроэнергии от системы; ПС – питающая сеть; РС – распределительная сеть внутри предприятия; РП – распределительные пункты; ТП – цеховые трансформаторные подстанции. Ясно, что в СЭС не входят ИП и электроприемники (ЭП). Систему электроснабжения условно разделяют на две части, подсистемы, но принято их называть также системами: – система питания (внешнее электроснабжение); – система распределения (внутреннее электроснабжение). В систему питания (рис. 1.1) входят питающие сети. Это, как правило, воздушные линии электропередачи (ЛЭП) напряжением 35, 110, 220, 330 и 500 кВ. Например, часть электрических нагрузок Омского нефтезавода питается по кабельным линиям 35 кВ. ППЭ – это понижающая подстанция, на которой установлены трансформаторы с напряжением первичных обмоток, соответствующим напряжению питающей сети, а на вторичных обмотках –6 или 10 кВ, которое и подается в распределительную сеть. ППЭ часто ставят на территории предприятия как можно ближе к ЭП, тогдаэтаподстанция (и вся система питания) носит название подстанции глубокого ввода (ПГВ)(например, так сделано на ООО«Омсктехуглерод»,ПАО«Омскшина» и др.). Трансформаторы таких подстанций в большинстве случаев (за исключением особых) устанавливают открыто на улице, но распределительные устройства 6 или 10 кВ, как правило,– внутри помещений. Распределительные сети (РС) –кабельные линии 6–10 кВ, проложенные на территории объекта либо в земле, либо, что более перспективно, по воздуху на специальных устройствах – эстакадах. Кабельные линии подходят к цеховым подстанциям, где напряжение понижается до 380 В либо 660 В. Для питания ЭП напряжением 6–10 кВ сооружаются закрытые распределительные устройства (ЗРУ), задача которых питать ЭП напряжением 6 либо 10 кВ. Если распределительная сеть 10 кВ, а некоторые приемники имеют номинальное напряжение 6 кВ, то в таких случаях для этих ЭПустанавливают еще свои трансформаторы напряжением 10/6 кВ, т.е. понижающие от 10 до 6 кВ. 9 Электрическая схема электроустановки – это графическое изображение порядка электрических соединений элементов оборудования с помощью условных символов в точном соответствии с действительностью. Масштабирование в электрических схемах обычно не применяется. Главная схема соединений электрических станций и подстанций (далее в тексте – главная схема) – это схема электрических и трансформаторных соединений между основными элементами, связанными с производством, преобразованием и распределением электроэнергии. На чертеже все элементы схемы изображаются условными символами (табл. 1.1). Анализируя главную схему, можно оценить надежность, маневренность, экономичность станции или подстанции. Главные схемы представляются обычно в однолинейном исполнении, т. е. показываются электрические соединения элементов схемы одной фазы (о наличии трех фаз можно обычно судить по схемам силовых трансформаторов Т, трансформаторов тока ТА, некоторых типов трансформаторов напряжения TV). Таблица 1.1 Условные графические обозначения элементов схем электроснабжения Элемент схемы Обозначение графическое буквенное 2 3 1 Генератор трехфазного переменного тока G Трансформатор силовой трехфазный двухобмоточный Т Трансформатор силовой трехфазный с расщепленной обмоткой низкого напряжения (НН) Т Трансформатор силовой трехфазный двухобмоточный с регулированием под нагрузкой (РПН) Т Трансформатор силовой трехфазный с расщепленной обмоткой НН с РПН Т 10 Автотрансформатор силовой с РПН Т Продолжение табл. 1.1 2 3 1 Автотрансформатор силовой с расщепленной обмоткой НН с РПН Т Реактор LR Силовой выключатель стационарный Q Силовой выключатель на выкатной тележке Q Быстродействующий автоматический выключатель QF Автоматический выключатель нагрузки QF Быстродействующий автоматический выключатель на выкатной тележке QF Предохранитель F 11 Разъединитель QS Отделитель QR Окончание табл. 1.1 2 3 1 Короткозамыкатель QN Кабельная линия электропередачи W Разрядник вентильный FV Асинхронный двигатель M Синхронный двигатель MS Измерительный трансформатор напряжения однофазный TV Измерительный трансформатор напряжения трехфазный TV 12 Измерительный трансформатор тока TA Измерительный трансформатор тока TA К элементам главной схемы относятся генераторы (для станций), трансформаторы, шины, провода, ЛЭП, разъединители, выключатели, реакторы, измерительные трансформаторы, а также некоторые электроприемники, соизмеримые по мощности с силовым оборудованием подстанции (например, двигатели, дуговые печи и т. д.). При проектировании СЭС должны быть выполнены три основных требования: – надежность, т.е. бесперебойность питания, особенно ЭП, наиболее ответственных в технологическом процессе предприятия, а также обеспечение соблюдения соответствующих стандартов качества электроэнергии, например величины напряжения, частоты переменного тока, формы кривой напряжения, симметрии по фазам трехфазных сетей и т.п. (всего таких показателей качества – 10 основных и три дополнительных); – экономичность, под которой понимают минимум расчетных затрат на сооружение и эксплуатацию СЭС; – безопасность при эксплуатации, т.е. электробезопасность. 1.2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Построение СЭС осуществляется в соответствии с основными принципами: – максимальное приближение ИП к потребителю. Это следует понимать в том смысле, что наиболее высокое напряжение необходимомаксимально близко подводить к так называемому центру электрических нагрузок объекта, т. е. использовать систему глубоких вводов; – раздельная работа сетей и трансформаторов. Поскольку в большинстве случаев линии двухцепные, а подстанции двухтрансформаторные, нагрузка должна разделиться на две части и так работать в нормальном режиме. В случае выхода из строя одной цепи или одного трансформатора вся нагрузка переводится на другой трансформатор. Такой режим называют послеаварийным, поэтому при проектировании выбор линии и трансформаторов делают с учетом возможной (допустимой по стандарту) перегрузки в послеаварийном режиме; 13 – глубокое секционирование всех звеньев системы. Это означает, что число секций (рис. 1.2) может быть больше двух; – выбор правильного режима работы. Здесь имеется в виду регулирование показателей качества электроэнергии на местах, компенсация реактивной мощности, параллельная работа трансформаторов и др. Схема радиального глубокого ввода (рис. 1.2), где W1, W2 – ЛЭП питающей сети с «глухим» подсоединением к трансформаторам ППЭ. Такое присоединение используется для коротких (до 6 км) ЛЭП; 14 W1 110-220 кВ W2 QS1 QS2 T1 Q1 I T2 Q2 QB1 II 6-10 кВ Q3 T3 Q4 Q5 W3 W4 QF1 Q6 Q7 QB2 0,4 кВ QF2 Q8 M1 M2 Рис. 1.2 QS1, QS2 – разъединители – оперативный аппарат для видимого разрыва цепи; Т1, Т2 – трансформаторы ППЭ; Q1–Q8 – выключатели силовые напряжением 6–10 кВ; Т3 – однотрансформаторная цеховая подстанция 6–10 / 0,4 кВ; 15 А1, А2 – автоматические выключатели на напряжение 380 В; М1, М2 – электроприемники (электродвигатели); I – II – обозначение номеров секций шин (две секции). 1.3.ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Известно, что строительство любого объекта начинается на бумаге, т. е. с проектной документации. Системы электроснабжения не исключение, здесь также все начинается с проектирования. Началом проектирования является получение технического задания от заказчика и технических условий (ТУ) электроснабжающей организациина подключение СЭС. В этих ТУ оговорены питающие напряжения, подстанция (или электростанция), к которой будет осуществлено подключение питающей сети, рекомендуемая коммутационная аппаратура на ППЭ, а также необходимые параметры для расчета токов короткого замыкания. В период обучения в вузе студенты проводят учебное проектирование (РГР, курсовые работы и проекты, дипломное проектирование). В целом проект СЭС (как и других объектов) состоит из трех основных частей: – пояснительной записки, в которой приводятся все расчеты, пояснения и инструкции; – графической части (чертежи, схемы); – сметно-финансовой части сметы расходов по отдельным статьям и итоговым данным. В учебном курсовом проектировании студенты делают только две первые части проекта: пояснительную записку и чертежи. Проектирование СЭС начинается с концасхемы (рис. 1.1), т.е. от электроприемников. Сначала определяютрасчетные электрические нагрузки, обсчитывая все ЭП до 1000 В и выше. Затем (по этим данным) выбирают цеховые ТП и РП, далее выбирают линии распределительной сети и все нагрузки сводят к шинам 6–10 кВ ППЭ, т.е. определяют нагрузку по заводу в целом, причем учитывают нагрузки освещения (цехов и территории предприятия), потери в цеховых трансформаторах и сети, компенсацию реактивной мощности. По этой нагрузке выбирают трансформаторы ППЭ, затем – ЛЭП питающей сети. После этого сверху опускаются вниз, выбирая аппаратуру, рассчитывая токи короткого замыкания в нужных точках сети, и проверяют выбранную аппаратуру и другие элементы сети в «ненормальных» режимах. Убедившись в том, что все элементы надежны, регулирование показателей качества электроэнергии предусмотрено, можно сделать заключение, что СЭС удовлетворяет всем основным требованиям. 16 1.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПОДСТАНЦИЙ С развитием науки, технологий и даже политики принципиально меняются постановки и подходы к решению задач в технике. Это касается и схем распределительных устройств станций и подстанций. Если в этой области техникидо1960-х годов была тенденция к усложнению при повышении надежности, то теперь наблюдается упрощение схем при повышении надежности и удешевлении сметной стоимости подстанции. Рассмотрим историю развития наиболее распространенных схем подстанций и область их использования. Самой простой электрической схемой (рис. 1.3) является схема с одной несекционированной системой шин. Каждое присоединение подключается к шине через свой выключатель и разъединители. Работа этой схемы заключается в том, что источники работают на одну сборную шиРис. 1.3 ну, с которой питаются потребители. Достоинства: простота, наглядность, минимальные затраты на сооружение. Недостаток – низкая надежность, которая проявляется при аварийном или ремонтном режимах сборной шины или выключателя присоединения. Для повышения надежности сборную шину секционируют (рис. 1.4), т.е. делят на две части и более. Источники с потребителями распределяются равномерно по секциям. Такая схема широко применяется на распределительных устройствах (РУ) станций и Рис. 1.4 подстанций напряжением до 10 кВ и напряжением до 220 кВ. Однако значительного снижения отключений при аварии или ремонте достигают при таком секционировании, когда число секций равно числу присоединений, что неэкономично. Производной от предыдущей является схема (рис. 1.5) с одной системой сборных шин, секционированной и соединенной в кольцо. Надежность такой схемы несколько выше рассмотренных ранее, и она применяется обычно на генераторном напряжении 6–10 кВ тепловых электростанций. 17 Дальнейшее совершенствование одной системы сборных шин привело к добавлению к рабочей системе (рис. 1.6) дополнительной обходной системы шин. Так как каждое присоединение подключено к обходной системе через свой разъединитель, то при выводе в ремонт выключателя присоединения достаточно включить дополнительный обходной выключатель и обходной разъединитель, выключатель которого должен ремонтироваться, и отключить выводимый выключатель. Достоинство такой системы заключается в том, что ремонт выключателя любого присоединения может производиться без перерыва электроснабжения. Недостатки: необходима установка обходного и секционного выключателей; ремонт основной рабочей системы шин невозможен без отключения питания, короткое замыкание на рабочей системе шин приводит к отключению питания всех потребителей поврежденной секции, повреждение секционного выключателя приводит к потере питания потребителей обеих секций. Такая схема применяется при ограниченном числе присоединений в РУ среднего напряжения 110–220 кВ станций и подстанций. Рис. 1.5 Рис. 1.6 18 Следующей, более совершенной, является схема (рис. 1.7) с двумя рабочими системами шин. Каждое присоединение имеет выключатель и два шинных разъединителя. Причем каждая система шин может быть секционирована, что зависит от количества присоединений. Преимуществом такой схемы является быстрое восстановление питания присоединений при коротком замыкании (КЗ) на шине путем переключения их на неповрежденную систему шин, а при секционировании каждой системы шин появляется оперативная гибкость, т. е. возможность произвольного разделения присоединений между системами шин. Недостаток: неизбежное усложнение схемы, вывод в ремонт выключателя присоединения вызывает кратковременное отключение питания этого присоединения. Схему с двумя системами сборных шин до 1960 г. принято было считать универсальной. В настоящее время она используется на станциях и подстанциях напряжением 110–220 кВ при большом числе присоединений. Рис. 1.7 Последний недостаток схемы, приведенной на рис. 1.7, устраняется при добавлении к двум рабочим системам обходной системы шин (рис. 1.8). Важно отметить, что при высокой надежности на одно присоединение приходится один выключатель. Первая и вторая системы сборных шин постоянно находятся в работе, а питание и нагрузки распределяются между ними. Обе рабочие системы могут быть также секционированы при большом числе присоединений. Обходная система шин (нижняя на схеме) и обходные выключателивводятсявработупривыводевремонтвыключателей безперерывапитаниясоответствующихприсоединений.Областьиспользования этой схемы, как и предыдущей,– РУ станций и подстанций напряжением 110–220 кВ. Схема РУ (рис. 1.9) с двумя системами сборных шин и двумя выключателями на присоединение получила наибольшее распространение в США. В бывшем СССР по этой схеме выполнены несколько крупных станций. Досто19 инство – высокая надежность. Так как основную стоимость РУ составляют выключатели, то исключительно высокая стоимость является основным и существенным недостатком такой схемы. К тому же при коротком замыкании на шинах во время ремонта одной из систем шин произойдет полное отключение всех присоединений. Рис. 1.8 Рис. 1.9 Сейчас распределительные устройства с двумя выключателями на каждое присоединение уступили место подобным устройствам, но с меньшим числом выключателей. 20 Такой является схема РУ с тремя выключателями на два присоединения (рис. 1.10), иногда называемая полуторной схемой. Рис. 1.10 Каждое присоединение подключается через два выключателя. В нормальном рабочем режиме все выключатели включены и обе системы шин находятся под напряжением. Достоинство схемы: при ревизии любого выключателя все присоединения остаются в работе. Вероятность отключения ветвей при ремонте выключателей и внешних замыканиях в этой схеме меньше. Недостатки: отключение поврежденного присоединения двумя выключателями увеличивает общее количество ремонтов выключателей, усложнение цепей релейной защиты и др. В настоящее время такие схемы используются в РУ напряжением 330– 750 кВ на мощных электростанциях. Подобной (здесь не приведенной) является схема РУ с четырьмя выключателями на три присоединения. Она обладает такими же достоинствами, что и полуторная. Схемаприменяется в РУ напряжением 330–500 кВ мощных конденсационных (КЭС) и атомных (АЭС) электрических станций. 21 На рис.1.11 изображена главная электрическая схема понижающей подстанции с одной системой сборных шин. U1=110 кВ (220 кВ) W1 QS1 Q1 QS2 TA1 FV1 TA2 T1 QSG1 FV2 QS3 TA3 Q2 QS4 U2=6 кВ (10 кВ) QS5 QS6 Q3 QS7 Q4 QS8 Q5 QS9 Q6 QS10 QS11 F1 F2 Q7 FV3 TA4 TA5 TA6 QS12 QS13 W2 Т3 TA7 W3 TA8 QS14 W4 T2 QS15 QS16 W5 TV1 Рсн W6 Т4 Т5 QF1 QF2 M1 M2 QF3 U3=0,38 кВ (0,66 кВ) P1 P2 P3 Рис. 1.11 Электрическая энергия напряжением U1 = 110 кВ (или 220 кВ) поступает по линии W1 и через включенные разъединители QS1, QS2, выключатель Q1 подается на обмотку высокого напряжения понижающего силового трансфор22 матора Т1. От его обмотки низкого напряжения с U = 6 кВ (или 10 кВ) электроэнергия подается к потребителям: – через включенный разъединитель QS10 и защитный предохранитель F1 к трансформатору собственных нужд (ТСН) Т2, который обеспечивает потребности подстанции в электроэнергии (для работы приводов механизмов, электрических схем релейных защит и автоматики, освещения, обогрева и т.д.); – через включенные разъединители QS3, QS4 и выключатель Q2 к сборным шинам подстанции напряжением U2 = 6 или 10 кВ, от которой и происходит перераспределение энергии. От сборных шин питаются потребители P1, P2, P3, M1, M2 через соответствующие включенные коммутационные аппараты. Например, потребитель Р1 первого присоединения получает энергию через QS5, Q3, QS12, кабельную линию W2, понижающий силовой трансформатор цеховой подстанции Т3 (с U2 = 6 кВ или 10 кВ до напряжения U3 = 0,38 кВ или 0,66 кВ) и автоматический выключатель QF1. Электроприемниками потребителей P1, P2, P3 могут быть освещение, низковольтные двигатели механизмов, установки электролиза, электрические печи, сварочные аппараты и другие электроустановки промышленного назначения. Высоковольтные двигатели М1 и М2 питаются без понижающего силового трансформатора, непосредственно от шин с U2 = 6 или 10 кВ соответственно через QS7, Q5, QS14, W4 и QS8, Q6, QS15, W5. На всех уровнях напряжений производится измерение расхода электроэнергии, обеспечивается защита от повреждений и автоматическое управление электроустановками. В качестве датчиков используются измерительные трансформаторы тока, обозначенные на схеме символами ТА1–ТА8, и трансформатор напряжения TV1. Для защиты оборудования от перенапряжений устанавливаются разрядники FV1–FV3. Как вы уже, наверное, заметили, каждый из выключателей Q1–Q7 с обеих сторон подключен к разъединителям. Так делается всегда для того, чтобы можно было производить ремонт выключателя с видимым разрывом цепи при включенном смежном оборудовании (например, ремонт Q3, когда на сборных шинах подстанции присутствует напряжение U2, или ремонт Q1, когда линия W1 находится под напряжением U1, ведь от нее могут питаться и другие подстанции). Рассматриваемая подстанция является сложным «организмом», который при «заболевании» должен защищаться. На подстанции такие «заболевания» возможны как внутри (короткие замыкания, перегрузка и др.), так и снаружи (понижение или повышение напряжения, частоты и др.). 23 Как любой организм борется с болезнями, так и всевозможные устройства релейной защиты (РЗ) и автоматики подстанции пытаются выявить и отключить поврежденный элемент, попробовать вновь включить, повысить напряжение на шинах потребителей и т.д. Применение устройств РЗ и автоматики является обязательным средством повышения надежности электроснабжения. Релейной защитой называется комплекс устройств, которые производят отключение поврежденных узлов или участков систем электроснабжения, а также обеспечивают локализацию аварии.К наиболее распространеннымсредствам автоматизации относятся устройства автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического ввода резерва (АВР). Первое предназначено для восстановления питания потребителей по воздушным или кабельным линиям путем автоматического включения отключившихся выключателей. Подавляющая часть коротких замыканий (КЗ) в воздушных электрических сетях происходят из-за атмосферных перенапряжений, набросов, схлестываний проводов и т.п. Участок линии в этом случае отключается, оставаясь, посуществу, работоспособным. Для восстановления питания используется устройство, которое с выдержкой времени 0,5–3 с (определяется условиями защиты) производит АПВ. Если после отключения КЗ исчезло(оно называется неустойчивым), то после действия устройства АПВ (оно называется успешным и случается в 50–85% от общего числа срабатываний) линия остается в работе. Если же КЗ устойчивое, то действие устройства АПВ (в этом случае неуспешное) приводит вновь к действию РЗ, отключению линии и блокировке АПВ. После устранения повреждения и включения линии в работу устройство АПВ через 20 с автоматически вводится в работу. На устранение устойчивого КЗ обслуживающему персоналу требуется время, и для обеспечения бесперебойного питания некоторых ответственных потребителей используется устройство АВР, которое осуществляет переключение таких приемников на резервное питание по исправной линии электропередачи. Рассмотрим случай, когда произошло КЗ на кабельной линии W2. К месту повреждения потечет ток в десятки раз больше номинального, его обычно называют током КЗ, так как он протекает через ТА4, к которому подключены устройства РЗ. Защита сработает и подействует на механизм отключения выключателя Q3. Кабельная линия W2 обесточится. Естественно, потребитель этого присоединения также перестанет получать электроэнергию, но зато значительный ток КЗ не сможет больше воздействовать на здоровые элементы подстанции и энергосистемы, что позволяет сохранить их работоспособность. 24 Если на рассматриваемом элементе установлено устройство АПВ, то через 0,5–3 с оно включит выключатель Q3. При условии исчезновения причины КЗ через это время, что вполне вероятно, питание потребителей восстановится. В противном случае РЗ опять даст сигнал Q3 на отключение, и, пока эксплуатационный персонал не устранит повреждение, нельзя включать Q3. Схема другой подстанции (рис. 1.12) с потребителями P1–P4, M1 имеет следующие отличия. Выключатели Q1–Q6 конструктивно выполнены на выкатных тележках и при массе каждого около полутонны могут свободно транспортироваться одним человеком на расстояния в пределах распределительного устройства (РУ). Поэтому для вывода в ремонт выключатель отключается и выкатывается из ячейки РУ. Так как видимый разрыв обеспечен (выключатель одновременно выполняет роль разъединителей, в связи с чем специальная их установка не требуется), можно производить необходимые работы. Вторая особенность: отсутствует выключатель на стороне высокого напряжения U1 подстанции, но появились другие коммутационные аппараты. Это короткозамыкатель QN1 и отделитель QR1. А работает эта система при возникновении КЗ в силовом трансформаторе Т1 следующим образом. При таком повреждении РЗ (на схеме не показана) питающей линии W1, установленная в «голове» линии, может не почувствовать такой ток КЗ, а РЗ трансформатора, подключенная к ТА2 и ТА4, должна обязательно сработать. Последняя подействует на QN1, который замкнется и сделает искусственное КЗ, сопровождающееся большим током, значительно превышающим ток при КЗ в трансформаторе. Релейная защита линии W1 такой ток КЗ почувствует и подаст сигнал на отключение своего выключателя (на схеме не показан). После его срабатывания в бестоковую паузу отключится QR1, а АПВ линии W1 вновь включит головной выключатель, и у других потребителей восстановится питание. Схема подстанции (рис. 1.13) отличается от предыдущих тем, что потребители P1–P4, M1, M2 питаются от силового трансформатора, выполненного с расщепленными обмотками низкого напряжения (т.е. имеются две обмотки низкого напряжения, обычно одинаковые по мощности). Это делается для того, чтобы при больших мощностях силовых трансформаторов ограничить ток КЗ. В противном случае трудно будет найти выключатель Q1, который будет способен отключить ток КЗ без физического разрушения своей конструкции. При проектировании систем электроснабжения необходимо учитывать категории потребителей электроэнергии. По степени надежности все потребители делятся на три категории. 25 U1=110 кВ (220 кВ) W1 QS1 QR1 QN1 FV1 TA1 TA2 TA3 T1 QSG1 FV2 F1 F2 FV3 TA4 T2 Q1 Q2 Q3 Q4 TV1 Q5 Рсн U2=6 кВ (10 кВ) Q6 F3 FV4 TA5 TA6 TA7 TA8 TA9 TV2 W2 Т3 W3 W4 Т4 W5 W6 Т6 Т5 QF1 QF2 M1 QF4 QF3 U3=0,38 кВ (0,66 кВ) P1 P2 P3 Рис. 1.12 26 P4 U1=110 кВ (220 кВ) W1 QS1 Q1 QS2 TA1 FV1 TA2 T1 QSG1 FV2 F1 TA3 F2 FV3 TA4 T2 Q2 Q4 Q5 Q3 Q6 Q7 TV1 Q8 Рсн U2=6 кВ (10 кВ) Q9 F3 F4 TA5 TA6 TA7 TA8 TA9 TA10 TV2 TV3 W2 Т3 W3 W4 W5 Т4 QF1 W6 Т5 QF2 QF3 M1 M2 W7 Т6 QF4 QF5 QF6 U3=0,38кВ (0,66 кВ) U3=0,38 кВ (0,66 кВ) P1 P2 P3 P4 Рис. 1.13 Потребители первой категории – потребители, нарушение электроснабжения которых может повлечь опасность для жизни людей, повреждение оборудования, привести к значительному экономическому ущербу, массовому браку продукции, расстройству сложного технического оборудования. К таким потребителям относятся, например, химические производства, ряд металлургических производств, площадки для зрелищных мероприятий, на которых присутствует большое количество людей, и т.д. 27 Электроснабжение потребителей первой категории в любых случаях должно быть надежно обеспечено и при его нарушении автоматически восстановлено. В связи с чем электроприемники первой категории должны иметь два (или более) независимых источника питания, каждый из которых мог бы полностью обеспечить их электроснабжение в нужных количествах. Перерыв электроснабжения может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Потребители второй категории– потребители, нарушение электроснабжения которых может повлечь простой рабочих, механизмов, нарушение технологического процесса, нарушение нормальной жизни значительного числа городских и сельских жителей. Потребители второй категории могут иметь резервный источник электроснабжения, подключение которого осуществляется через некоторое время после отказа основного источника.При нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания силами дежурного персонала. Потребители третьей категории – это неответственные потребители, которые не подходят под определения первой и второй категории. Например, вспомогательные цеха, небольшие поселки, небольшие односменные кустарные предприятия и т.д. Возможность использования резервного источника определяется из сопоставления материальных затрат на создание системы резервирования и ущерба от перерыва электроснабжения. Установление резерва целесообразно, если ущерб от перерыва электроснабжения превышает затраты на построение системы электроснабжения с резервированием. Приемники третьей категории резервным источником питания не обеспечиваются. Перерывы электроснабжения электроприемников третьей категории, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не должны превышать одних суток. Cхемы электроснабжения (рис. 1.11–1.13) предназначены для приемников третьей категории. На рис.1.14 изображена подстанция с двумя питающими вводами, силовыми трансформаторами и секциями сборных шин. Такая конструкция подстанций отличается от предыдущих повышенной надежностью и может использоваться для электроснабжения потребителей первой и второй категорий. 28 W1 W2 QS1 QS2 Q1 Q2 QS3 U1=110 кВ (220 кВ) QS4 TA1 TA2 FV1 FV2 TA3 TA4 T1 T2 QSG1 FV3 F1 Q3 QSG2 FV4 F2 F3 Q4 FV5 T3 T4 TA6 TA5 TV1 Q5 Q6 F4 FV6 Q7 Q8 Q9 TV2 Рсн Q10 QB Q11 Q12 Q13 Рсн U2=6 кВ (10 кВ) Q14 F5 F6 FV7 TA7 TA8 TA9 TA10 TA12 TA11 TA13 W7 TA14 TA15 TA16 FV8 TA17 W10 TV3 TV4 W8 W9 W3 W4 W5 W6 Т6 Т5 M1 Т7 P1 P2 F8 F9 QW1 QW2 QW3 QW4 Т9 Т10 Т11 QF3 Т8 QF2 QF1 W11 F7 P3 QF4 QF5 W12 W13 W14 F10 QF6 QF7 QF8 P4 P5 Рис. 1.14 29 Т12 Т13 Т14 QF10 QF9 QF11 QF12 M2 U3=0,38 кВ (0,66 кВ) P6 P7 P8 В нормальном режиме питание потребителей P1–P3, М1 первой секции производится от шины, получающей питание от W1, через Т1 и включенные Q1, Q3, а потребителей Р6–Р8, М2 второй секции – от W2 через Т2 и включенные Q2, Q4. При этом секционный выключатель QB обычно отключен (также для ограничения токов КЗ). При возникновении КЗ, например, в Т1 релейная защита отключает Q1 и Q3, потребители первой секции теряют питание. На выключателе QB обычно устанавливается устройство АВР. Оно срабатывает при отключении Q1, Q3 и исчезновении напряжения U2 на сборных шинах первой секции. В результате АВР обеспечивает электрическую связь между первой (обесточенной) и второй (под напряжением) секциями благодаря включению QB. Питание потребителей восстанавливается от исправного трансформатора Т2. Потребители Р4 и Р5 имеют АВР по напряжению U3 = 0,38 кВ (0,66 кВ), и поэтому, независимо от положения выключателя QB, они могут питаться как от первой системы шин, так и от второй. 30 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 2.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ Электрический аппарат– это электротехническое устройство, которое используется для включения и отключения электрических цепей, контроля, измерения, защиты установок, предназначенных для передачи, преобразования, распределения и потребления электрической энергии. Под электрическим аппаратом понимается широкий круг всевозможных устройств, применяемых в быту, промышленности и энергетике. Таким образом, учитывая многофункциональное назначение электрических аппаратов, объективно можно определить, что электрические аппараты – это средства для управления потоком электрической энергии. По номинальному напряжению электрические аппараты подразделяются на аппараты низкого напряжения(до 1000 В)и высокого напряжения (более 1000 В). В системах электроснабжения наибольшее распространение получили высоковольтные аппараты, которые по функциональному признаку можно разделить на следующие виды: – коммутационные аппараты (выключатели, выключатели нагрузки, разъединители, короткозамыкатели, отделители, предохранители); –измерительные аппараты (трансформаторы тока и напряжения, делители напряжения); –ограничивающие аппараты (реакторы, разрядники, нелинейные ограничители перенапряжений); –компенсирующие аппараты (управляемые и неуправляемые шунтирующие реакторы). Отдельную группу составляют контролирующие аппараты (реле, датчики), которые используются для контроля заданных электрических или неэлектрических параметров. У реле плавное изменение входной (контролируемой величины) вызывает при определенных значениях скачкообразное изменение выходной величины. Датчики преобразуютнепрерывно изменяющийся электрический или неэлектрический сигнал в изменение какой-либо электрической величины, являющейся выходной. Компенсирующие аппараты предназначены для компенсации избыточной зарядной мощности в режиме малых нагрузок, когда по линии электропередачи передается мощность меньше номинальной. Для достиженияэтой цели компенсирующие аппараты включаются между землей и токоведущими элементами. 31 Значительно более обширный класс промышленных устройств охватывают электрические аппараты первых трех групп приведенной классификации. В связи с широким распространением в системах электроснабжения этих электрических аппаратов целесообразно охарактеризовать их подробнее. 2.1.1. Коммутационные аппараты Выключатели предназначены для включения и отключения токоведущих элементовэлектроэнергетических систем в нормальных (отключение рабочего тока) и аварийных (отключение тока короткого замыкания) режимах и тем самым для предотвращения аварий в электроэнергетических системах. Выключатели характеризуются следующими электрическими параметрами: Uном– номинальным напряжением; Iном– номинальным током; Iоткл. ном– номинальным током отключения; Sоткл.ном– номинальной мощностью отключения;Iвкл. ном– номинальным током включения; iпр. скв– предельным сквозным током; Iт– током термической стойкости; tс. в– собственным временем отключения; tо. в– временем отключения. По конструктивным особенностям и способу гашения дуги различают следующие виды выключателей: – масляные (многообъемные и малообъемные) для распределительных устройств (РУ) напряжением до 220 кВ включительно; – воздушные для РУ напряжением 110 кВ и выше (до 1150 кВ); – вакуумные на напряжение до 35 кВ включительно; – элегазовые для герметичных распределительных устройствидля наружной установки; – электромагнитные на напряжение 6 и 10 кВ; – тиристорные и другие. Обозначение выключателей: В – выключатель; В (вторая) – воздушный или вакуумный; ОА – для АЭС; Б – баковый; У – усиленный по скорости восстановления напряжения; М – масляный или маломасляный; М (вторая) – маломасляный (ВММ); Н – наружной установки; Г – генераторный или с горшковым исполнением полюсов (МГГ); П – подвесное исполнение полюсов, с пружинным приводом (ВПМП,ВМПП) или вариант исполнения(ВВТП); Э – электромагнитный или вариант исполнения (ВВТЭ); Э (второе) – с электромагнитным приводом; С – сейсмостойкий; К – колонковый (ВК,ВКЭ) или для КРУ; Т – трехполюсный (ВВТЭ,ВВТП); первое число – номинальное напряжение, киловольт (кВ); второе число – номинальный ток, ампер (А); третье число – номинальный ток отключения, килоампер (кА). 32 Условноеобозначение,например,выключателя ВМПЭ–10–630– 20расшифровываетсяследующимобразом:выключательмаломасляныйсподвесн ымисполнением полюсов; Э – вариант исполнения, Uном=10 кВ, Iном=630 А, Iоткл. ном=20 кА. Выключатели нагрузки предназначены для отключения токов до 800 А. Кроме того, выключатели нагрузки применяются на тупиковых подстанциях небольшой мощности, в кольцевых линиях, когда применение выключателей оказывается неэкономичным. Существенно меньшие токи, отключаемые выключателями нагрузки, определяют значительное упрощение их конструкции и снижение массогабаритных показателей по сравнению с выключателями. Обозначение выключателей нагрузки: В – выключатель; Н – нагрузки; Р – с ручным приводом; П – с пружинным приводом; п – со встроенным предохранителем; у – с усиленной контактной системой; К – устройство комплектное; АГ – конструктивное исполнение; в числителе – номинальное напряжение, киловольт (кВ); в знаменателе – номинальный ток, ампер (А); третье число – номинальное значение периодической составляющей сквозного тока короткого замыкания, килоампер (кА); з – с заземляющими ножами, п – заземляющие ножи расположены за предохранителем. Условное обозначение, например, выключателя ВНРп–10/400–10з расшифровывается следующим образом: выключатель нагрузки с ручным приводом со встроенным предохранителем, Uном=10 кВ, Iном=400 А, Iскв=10 кА, c заземляющими ножами. Разъединители применяются для коммутации обесточенных с помощью выключателей участков токоведущих систем, для переключения присоединений распределительных устройств с одной ветви на другую без перерыва тока и для коммутации очень малых токов ненагруженных силовых трансформаторов и коротких линий. По конструктивному исполнению различают разъединители: –внутренней установки (РВ); –наружной установки (РН); –однополюсные (РВО); –двухколонковые, поворотного типа (РНД); –с заземляющим ножом (РНДЗ). Обозначение разъединителей:Р – разъединитель (рубящего типа, если Р стоит не вначале); В – или внутренней установки, или вертикально-поворотный (серия РНВ); Н – наружной установки; Л – линейный; О – однополюсный; Д – двухколонковый; К – коробчатого профиля; Ф – фигурное исполнение; 33 З – с заземляющими ножами; У – усиленный; П – с поступательным движением главных ножей (серия РВП) или подвесной (серия РП, РПД); Т – телескопический (серия РТЗ); цифры 1 и 2, стоящие после точки или после первого дефиса, обозначают число заземляющих ножей; числа перед дробной чертой и за дробной чертой– соответственно номинальное напряжение, киловольт (кВ), и номинальный ток, ампер (А). Условное обозначение, например, разъединителя РЛНД.1-10/400 расшифровывается следующим образом: разъединитель линейный для наружной установки, с одним заземляющим ножом и двумя опорными изоляторами, Uном=10 кВ, Iном=400 А.Разъединитель РНДЗ-110/3200У1: разъединитель наружной установки двухколонковый с заземляющими ножами, напряжением 110 кВ и с номинальным током 3200 А, для умеренного климата, первая категория размещения. Отделители служат для отключения обесточенной цепи высокого напряжения за малое время (не более 0,1 с). Они похожи на разъединители, но снабжены быстродействующим приводом. Обозначение отделителя: О – отделитель; Д – двухколонковый; З – заземляющие ножи; цифры 1 и 2 после дефиса – число заземляющих ножей; Б – категория изоляции; в числителе – номинальное напряжение, киловольт (кВ), в знаменателе – номинальный ток, ампер (А). Условное обозначение, например, отделителя ОДЗ-1-110/1000 расшифровывается следующим образом: отделитель двухколонковый, с одним заземляющим ножом,Uном=110 кВ, Iном=1000 А. Короткозамыкательслужит для создания короткого замыкания в цепи высокого напряжения. По конструкции он сходен с заземляющим устройством разъединителя, но снабжен быстродействующим приводом. Обозначение короткозамыкателей: К или КЗ – короткозамыкатель; О – однополюсный;Р – рубящего типа;Н – наружной установки;М – модернизированный; У или Б – усиленная изоляция; число после дефиса – номинальное напряжение, киловольт (кВ). Условное обозначение, например, короткозамыкателя КРН-35 расшифровывается следующим образом: короткозамыкатель рубящего типа, наружной установки, Uном=35 кВ. Предохранитель предназначен для отключения защищаемой цепи посредством расплавления и испарения специально предусмотренных для этого токоведущих элементов под действием тока, превышающего определенные значения, с последующим гашением возникшей электрической дуги. 34 Плавкие предохранители высокого напряжения предназначены для защиты силовых трансформаторов, воздушных и кабельных линий, конденсаторов, электродвигателей и трансформаторов напряжения. Токоограничивающие предохранителис мелкозернистым наполнителем применяются на напряжение 3–35 кВ с номинальным током 2–1000 А и током отключения от 2,5 до 63 кА. Выхлопные предохранители переменного тока применяются на напряжение 6–220 кВ с номинальным током 2–200 А и током отключенияот 1,6 до20 кА. Обозначение предохранителей: П – предохранитель; К – кварцевый; В – выхлопной; Т – для защиты силовых трансформаторов и линий; Н – для трансформаторов напряжения; цифры после букв обозначают конструктивные особенности предохранителей, после первого дефиса – номинальное напряжение (кВ) или наибольшее рабочее напряжение (для предохранителей климатического исполнения Т), номинальный ток предохранителя, номинальный ток отключения. Условное обозначение, например, предохранителя ПКТ101-24-2-12.5 расшифровывается следующим образом: предохранитель кварцевый для защиты силовых трансформаторов и линий с параметрамиUнаиб.раб=24 кВ, Iном=2А,Iоткл=12,5кА, Uном=20 кВ. 2.1.2. Измерительные трансформаторы тока и напряжения Измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН) используются для преобразования и передачи электрических сигналов из первичной (силовой) во вторичную (слаботочную) цепь. В результате цепи первичной коммутации (главного тока) изолируются от слаботочных цепей измерительных приборов, а измеряемые величины приобретают стандартные значения, удобные для измерения и безопасные для обслуживающего персонала. Так как слаботочная цепь используется для управления оборудованием силовой цепи, то выходные сигналы измерительных аппаратов подаются обычно на обмотки реле и измерительные приборы. Применяются ТТ и ТН при высоких напряжениях и больших токах, когда непосредственное включение в первичные цепи контрольно-измерительных приборов, реле и приборов автоматики невозможно технически или недопустимо по условиям безопасности обслуживающего персонала. Основное требование к измерительным трансформаторам – передача информации с минимально возможными искажениями.Наиболее распространенными являются электромагнитные ТТ и ТН, содержащие магнитопровод, первичную обмотку, включаемую непосредственно в цепь высокого напряжения последовательно ТТ либо 35 параллельно ТН, и одну или несколько вторичных обмоток. Номинальный ток вторичных обмоток ТТ составляет обычно 5 А или 1 А, номинальное напряжение вторичных обмоток ТН обычно 100 В. 2.1.3.Токоограничивающие аппараты Токоограничивающие аппараты используются для ограничения токов короткого замыкания (реакторы) и перенапряжений (разрядники). Режимы короткого замыкания (значительное возрастание тока) и перенапряжения являются аварийными, поэтому указанные аппараты редко подвергаются наибольшим нагрузкам. Токоограничивающие реакторы представляют собой катушку индуктивности без сердечника, включаемую последовательно в токоведущую цепь. Реактор выбирается из условия ограничения тока КЗ в цепях 6–10 кВ до уровня, при котором обеспечивается динамическая и термическая стойкость коммутационных аппаратов (когда их параметры недостаточны для работы без реакторов), а также термическая стойкость защищаемых кабелей. При малых токах (вплоть до номинального) падение напряжения на реакторе обычно не превышает 3–10 % номинального напряжения. При КЗ на линии, защищаемой реактором, напряжение на соседней линии не должно быть меньше, чем на 25 %,по сравнению с доаварийным режимом. Разрядники служат для ограничения атмосферных и внутренних перенапряжений. Основным элементом разрядников является искровой промежуток, отделяющий токоведущий элемент установки от заземляющего контура. При перенапряжении происходит пробой искрового промежутка и срез волны перенапряжения. В функцию разрядника входит также гашение дуги сопровождающего тока, протекающего через искровой промежуток вслед за импульсным пробоем. В схеме защиты от перенапряжений применяют два вида разрядников: вентильные и трубчатые. Вентильные разрядникипредназначены для защиты от перенапряжений изоляции трансформаторов и аппаратуры напряжением выше 1 кВ подстанций. Трубчатые разрядникипредназначены для защиты линейной изоляции и являются вспомогательными в схемах защиты подстанций. 2.2. СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, имеющее две (или более) индуктивно связанные обмотки, предназначенные для преобразования одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. 36 Автотрансформатором называется трансформатор, в котором между обмотками высокого и среднего напряжений помимо индуктивной (магнитной) связи существует электрическая связь, а в обмотке низкого напряжения существует только индуктивная связь. По сравнению с трансформаторами автотрансформатор имеет следующие преимущества:более высокий КПД, меньшие размеры, расход активных материалов и более низкую стоимость. К недостаткам можно отнести необходимость одинаковой системы заземления нейтрали на высоком и среднем напряжении. Вторичные системы переменного тока в общем случае могут отличаться от первичной значениями напряжения и тока, числом фаз, частотой и т. д. В электротехнике наибольшее применение получили силовые трансформаторы, которые преобразовывают переменный ток с одной ступени напряжения на другую. При этом число фаз и частота остаются неизменными. В зависимости от назначения силовые трансформаторы подразделяются на силовые трансформаторы общего назначения и трансформаторы специального назначения. Первая группа силовых трансформаторов широко применяется в системах электроснабжения при передаче и распределении электроэнергии. Силовые трансформаторы (автотрансформаторы) характеризуются номинальной мощностью, номинальным напряжением, числом фаз, числом обмоток, схемой соединения обмоток и способом охлаждения.Всетрансформаторы выпускаются согласно стандартной шкале напряжений и стандартной шкале мощностей. По числу фаз трансформаторы разделяются на однофазные и трехфазные. По числу обмоток трансформаторы разделяются на двухобмоточные и трехобмоточные. Кроме того, обмотка низшего напряжения может состоять из двух параллельных ветвей, изолированных друг от друга. Такие трансформаторы называются трансформаторами с расщепленной обмоткой и предназначены для ограничения токов КЗ. Обмотки высшего, среднего и низшего напряжения трехобмоточных трансформаторов принято обозначать соответственно ВН,СН,НН. Схема соединения обмоток трансформаторов может иметь несколько вариантов. Для однофазных двухобмоточных трансформаторов схема соединения обмоток обозначается 1/1 и имеет группу соединения 0 (группа соединения – это угол рассогласования между векторами линейных ЭДС первичной и вторичной обмоток). Обмотки трехфазных трансформаторов соединяются по схемам:звезды (Y), звезды с выведенной нулевой точкой (Yо ), треугольника () – и имеют группу соединения либо 0, либо 11. По способу охлаждения трансформаторы делятся на сухие и масляные. В сухих трансформаторах основной изоляцией является твердый диэлектрик, 37 а охлаждающей средой воздух. В масляных трансформаторах основной изолирующей и теплоотводящей средой является трансформаторное масло. Обозначение трансформаторов: 1. Вид трансформатора: А – автотрансформатор; без обозначения – трансформатор. 2. Число фаз: О – однофазный; Т – трехфазный. 3. При наличии расщепленной обмотки низшего напряжения: Р – с расщепленной обмоткой. 4. Вид охлаждения: С – естественное воздушное; М – естественное масляное;Д – масляное с дутьем и с естественной циркуляцией масла; ДЦ – масляное с дутьем и с принудительной циркуляцией масла; МВ – масляно-водное с естественной циркуляцией масла; Ц– масляно-водяное с принудительной циркуляцией масла. 5. Число обмоток: Т – трехобмоточный; без обозначения – двухобмоточный. 6. Вид переключения ответвлений: Н – при выполнении одной из обмоток с устройством регулирования под напряжением (РПН); без обозначения – переключение без возбуждения (ПБВ). 7. Особенность исполнения: Г – грозоупорное; З – защищенное; У – усовершенствованное; Л – с литой изоляцией. 8. Область применения: Ж – для электрификации железных дорог; С–для собственных нужд электростанций; без обозначения – общепромышленного назначения. 9. Номинальная мощность, киловольт-ампер (кВ·А). 10. Класс напряжения, киловольт (кВ): обмотки ВН – для двухобмоточных трансформаторов; обмотки ВН и СН – для трехобмоточных трансформаторов. 11. Климатическое исполнение согласно стандарту. Обозначение автотрансформатора АТДЦТН-250000/220/110-У1 [4], приведенное в качестве примера, расшифровывается следующим образом: автотрансформатор трехфазный, с дутьем, с принудительной циркуляцией масла и воздуха, трехобмоточный, с устройством РПН, мощность – 250 000 кВА,напряжение обмотки: ВН – 220 кВ; СН – 110 кВ, для умеренного климата, первая категория размещения.ТРДНС-25000/35 – трехфазный, с расщепленной обмоткой, с дутьем и с естественной циркуляцией масла, двухобмоточный, с устройством РПН, для собственных нужд электростанций,мощность 25 000 кВА,напряжение обмотки:ВН – 35 кВ. 38 2.3. КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Для передачи электрической энергии используют воздушные или кабельные линии. Основным элементом воздушных линий являются провода, которые в большинстве случаев выполняются многопроволочными алюминиевыми, стальными и сталеалюминиевыми. Провода подвешивают (закрепляют) на фарфоровых или стеклянных изоляторах (для предотвращения короткого замыкания или пробоя между проводами), которые, в свою очередь, укрепляются на металлических, железобетонных (линии с напряжением свыше тысячи вольт) или деревянных (линии с напряжением до тысячи вольт) опорах. Воздушные линии относительно дешевы и прокладываются вдали от зданий и сооружений. В больших городах на территории промышленных предприятий преимущественно используют кабельные линии, так как они значительно безопасней воздушных и менее подвержены возможности повреждения. Кабельные линии дороже воздушных, но их применяют там, где по ряду обстоятельств воздушные линии использовать затруднительно (внутри зданий, на улицах городов, на территории промышленных предприятий и т.д.). Кабельной линией называется линия для передачи энергии или отдельных ее импульсов, состоящая из одного или нескольких параллельных кабелей. Кабелем называется многопроволочный провод или несколько скрученных вместе взаимоизолированных проводов (жил), помещенных в общую герметическую оболочку. Поверх оболочки могут быть наложены защитные покровы. Основные конструктивные элементы кабеля: 1) токопроводящие жилы; 2) изоляция; 3) защитные оболочки; 4) броня и защитные покровы. Токопроводящие жилыпредназначены для направления потоков электрической энергии в кабеле. Для большей гибкости при необходимости жилы изготавливаются не из одного проводника, а из нескольких, скрученных вместе. Материалом токоведущих жил является медь или алюминий. По числу жил различают кабели одно-, двух-, трех- и четырехжильные. Изоляция отделяет токопроводящие жилы друг от друга и от наружной металлической оболочки (если она имеется). В качестве изолирующего материала применяются: бумага, пропитанная компаундом; резина; пластмасса.Поверх изоляции кабель опрессовывается бесшовной оболочкой из алюминия или свинца, чтобы в изоляцию не попала 39 влага. Для защиты от механических повреждений кабель покрывают броней из стальной ленты. Марка кабеля состоит из заглавных и строчных букв, после которых обычно указывается число и сечение жил в квадратных миллиметрах (мм2). У всех кабелей, кроме маслонаполненных, на первом месте стоит обозначение материала жилы: А – алюминий; отсутствие обозначения – медь. Второе место – обозначение изоляции: В – поливинилхлоридная; Псш – изоляция из сшитого полиэтилена; Пп – полипропиленовая; отсутствие обозначения – бумажная пропитанная изоляция (если бумага пропитана нестекающим составом, то марка кабеля начинается с буквы Ц, а если пропитка обедненная, то на последнем месте через дефис ставится буква В). Третье место – обозначение оболочки: А – алюминиевая; С – свинцовая; В – поливинилхлоридная; Н – негорючая резиновая; П – полиэтиленовая.Если кабель имеет отдельные для каждой жилы свинцовые оболочки, то перед обозначением материала оболочки стоит буква О. На следующем месте стоит обозначение брони и защитных покровов. Например, Б – броня из стальных лент, П – броня из плоских проволок, К – броня из круглых проволок; Г – отсутствие защитных покровов; Шв и Шп – оболочка кабеля заключена соответственно в поливинилхлоридный или в полиэтиленовый шланг; У – усовершенствованный. Марки маслонаполненных кабелей низкого давления начинаются с букв МН, а кабелей высокого давления – с МВД. Примеры маркировки: СБ 3×95 – кабель с медными жилами в бумажной пропитанной изоляции со свинцовой оболочкой и броней из стальных лент, трехжильный, общее сечение жил – 95мм2. ААШв 3×120 – кабель с алюминиевыми жилами,с бумажной пропитанной изоляцией, с алюминиевой оболочкой и в поливинилхлоридном шланге, трехжильный, общее сечение жил – 120 мм2. АВВГ 1×35– кабель с алюминиевой жилой, с поливинилхлоридной изоляцией, в оболочке из поливинилхлорида, без наружного покрова, одножильный, сечение жилы – 35 мм2. 2.4.ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ Промышленные предприятия потребляют более 70 % вырабатываемой в стране электроэнергии. В зависимости от вида потребляемого тока все потребители электрической энергии могут быть трехфазного переменного тока напряжением до тысячи вольт, частотой 50 Гц; трехфазного переменного тока 40 напряжением свыше тысячи вольт, частотой 50 Гц; однофазного переменного тока напряжением до тысячи вольт, частотой 50 Гц; однофазногопеременного тока напряжением свыше тысячи вольт, частотой 50 Гц.Все приемники электрической энергии условно можно разделить на следующие основные группы: – электрические двигатели; – электротехнологические установки; – электротермическое оборудование; – электрический транспорт; – электрическая сварка; – электрическое освещение. Рассмотрим одну из наиболее важных и распространенных групп – электрические машины. Электрические машины– это электромеханические преобразователи, вкоторых механическая энергия превращается в электрическую или,наоборот, электрическая – вмеханическую. Те электрические машины, в которых происходит преобразование механической энергии в электрическую, называются электрическими генераторами, а машины, в которых совершается обратное преобразование, называются электрическими двигателями. Электрические машины классифицируются по родутокаипринципудействия.По роду тока они подразделяются на машины постоянного тока и машины переменного тока. Особенностью большинства машинпостоянноготокаявляетсяналичиеунихспециальногомеханическогопереключающегоустройства – коллектора.Машиныпеременноготокаподразделяютсянасинхронныеи асинхронные.Втехидругихмашинахвозникаетвращающееся магнитноеполе.Электрическиемашиныприменяютсядляпреобразованияродатока,частоты, числафазпеременноготокаит.д. Электрическиемашинывыпускаютсянаразличныемощности отдолейваттадонесколькихдесятковисотентысячкиловатт. Ихобычноподразделяютнамикромашины, машинымалоймощности, машинысреднеймощностиимашиныбольшоймощности. Внастоящеевремянетстрогихграницразделенияэлектрических машинпомощности. Условно можнопринять:микромашины– до500 Вт;машинымалоймощности – от 0,5 до 10 кВт;машинысреднеймощности – от 10 до 200 кВт; машиныбольшоймощности– от200 кВтивыше. 2.4.1.Машины постоянного тока Машиныпостоянноготокаподключаютсяксетипостоянноготока.Вавтономныхсистемахмашинапостоянноготокаявляется источникомпосто41 янноготокавгенераторномрежиме, аврежимедвигателяпотребляетэнергию отисточникапостоянноготока.Вмашинахпостоянноготокапреобразованиепостоянноготока вмногофазныйпеременныйтокосуществляетсямеханическим преобразователемчастоты – коллектором. Собственно, кмашинам постоянноготокаиотносятсяколлекторныемашиныпостоянного тока. Двигателипостоянноготокаобеспечиваютбольшиепределырегулированиячастотывращенияпривысокихэнергетических показателяхимеханическиххарактеристиках, удовлетворяющих требованиямбольшинствамеханизмов.Двигателипостоянноготокаиспользуютсянатранспорте (электровозы, тепловозы, трамваи, троллейбусы, станки, прокатные станы, краныит.д.).Двигателипостоянноготокаширокоприменяютсятакжевавиации,автомо билях, космическойтехнике. Онимогутполучатьпитаниеотаккумуляторныхбатарейисолнечныхэлементов. Многиеавтономныеэнергетическиесистемы – системыпостоянноготока. Генераторыпостоянноготокаприменяютсядляпитанияэлектролизных игальваническихустановокипитанияобмотоквозбуждениясинхронныхмашин.Вомногихавтономныхустановках генераторыпостоянноготокавырабатываютбольшуючастьмощности,необходимуюдляобеспеченияэлектродвижениясудов, тепловозовидругихпередвижныхустановок. В настоящее время электрические машины общего назначения выпускаютсясериями, охватывающимиопределенныйдиапазонмощностей, частотвращенийинапряжений. Для широко регулируемых электроприводов с диапазономрегулированиячастоты вращения до 1 : 2000 выпускаются двигатели серии ПБС (без встроенного тахогенератора) и ПБСТ (с тахогенератором). Двигатели предназначены для станкостроения. Они выпускаются в закрытом исполнении (IP44) с естественным охлаждением. Электродвигатели серии ПГ (без тахогенератора) и ПТГ (стахогенератором) предназначеныдля работы в быстродействующихследящих и широкорегулируемых электроприводах металлорежущихстанковидругихрабочихмашин. Режим работы – продолжительный, возбуждение – независимое. Номинальные мощности – от 1 до 9 кВт. Частота вращения – 3000 об/мин. Двигатели серий ПВ, ДК1, ДП, ДПУ, ПЯ-250Ф с возбуждением от постоянных магнитов предназначены для работы в широкорегулируемых приводах подач металообратывающих станков.Двигатели допускают большие перегрузки по моменту. 42 Машины серийПВиДК1выполняютсяспазовымякорем, машинысерии ДП – сполымякорем,машинысерийДПУиПЯ-250Ф– сдисковымякорем. Существуют также сериидвигателей дляэлектрическоготранспорта,крановыхдвигателей,мощныхдвигателейдляпрокатныхстанов,длясудовидр. Внастоящеевремя осваиваетсяноваясериямашинпостоянноготока 4П,онаимеет улучшенныемассогабаритныепоказатели. Увсехмашинсерии4П имеетсяраспределеннаякомпенсационнаяобмотка,амагнитопроводыстатора иякоряунихвыполняютсяшихтованными. Основной серией машин постоянного тока общего назначения, которые выпускает в настоящее время отечественная промышленность, является серия 2П (диапазон мощностей от 0,37 до 200 кВт) с независимым, параллельным и смешанным возбуждением. Электродвигатели с независимым возбуждениемнашли наибольшее применение, так как у них наиболее просто регулируется частота вращения, а высокая жесткость механической характеристики обеспечивает устойчивую работу при колебаниях момента нагрузки. Шкала номинальных частот вращения серии двигателей базируется на синхронных частотах вращения двигателей переменного тока причастоте сети 50 Гц – 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 об/мин. Кроме того, введена частота вращения 2200 об/мин для уменьшения разрыва между частотами 3000 и 1500об/мин. Частота вращения электродвигателей может регулироваться какизменением напряжения якорной цепи, так и уменьшением тока возбуждения. По степени защиты от воздействия окружающей среды двигатели серии 2П имеют два исполнения: IP 22 и IP 44. Первое из них соответствует защищенному исполнению, а второе – закрытому.Двигатели в защищенном исполнении выполняются с самовентиляцией(2ПН) и с независимой вентиляцией от постороннего вентилятора (2ПФ). При закрытом исполнении применяют естественное охлаждение (2ПБ) и охлаждение с наружным обдувом (2ПО). В машинах серии 2П применяется аксиальная система вентиляции. Машины со степенью защитыIP 22 имеют внутри центробежный реверсивный вентилятор, посаженный на вал якоря со стороны, противоположной коллектору. В современных сериях размером, определяющим габарит машины, является высота оси вращения. За высоту оси вращения принимается расстояние от оси вращения до опорной плоскости машины. С этим размером жестко связаны установочные и присоединительные размеры машины. Для каждой серии существует увязкамощности с высотой оси вращения, установочными и присоединительными размерами. 43 Машины серии 2П выполняются с высотой оси вращения от 80 до 315 мм.Условно длина корпуса машины обозначается буквами: S – малая, М – средняя,L – длинная. Генераторы постоянного тока серии 2П изготовляются только в защищенном исполнении с самовентиляцией. Возбуждение генераторов–смешанное, параллельное или независимое. Номинальное напряжение генераторов – 115, 230, 460 В, частота вращения – 1000, 1500 и 3000 об/мин. Генераторы выполняются с направлением вращения против часовой стрелки со стороны коллектора.Длязарядки аккумуляторных батарей предусмотрено исполнение генераторов с регулированием напряжения в пределах 110–160 и 220–320 В. Режим работы машин серии 2П – продолжительный. Средний срок службы – 12 лет, средний ресурс – 30 000 ч. Структураобозначений,применяемыхдлямашинсерии: 2ПX ХХХ Х ХХХХХ, 123456 где 1 – наименованиесерии(2П); 2 – исполнениепоспособузащитыивентиляции (Н,Ф,Б,О); 3 – высотаосивращения; 4 – условнаядлина(М,L); 5 – наличие встроенного тахогенератора (Г – наличие тахогенератора, при отсутствии буква Г не ставится); 6 – климатическое исполнение и категория размещения (поГОСТ 15150–69). Например, обозначение 2ПН280МГУХЛ4 содержит информацию о том, что это двигатели серии 2П защищенного исполнения с самовентиляцией, имеют высоту оси вращения280мм, условную длину М и встроенный тахогенератор, предназначены для работы в зонах с умеренным и холодным климатом и имеют категорию размещения4. 2.4.2.Машины переменного тока Асинхронные машины Асинхронные машины наибольшее распространение получили как двигатели. Это основной двигатель, применяемый в промышленности, сельском хозяйстве и в быту. Только асинхронных двигателей единых серий мощностью от 0,6 до 400кВт в нашей стране ежегодно выпускается около 10 миллионов. Асинхронных микродвигателей мощностью от 0,6 кВт изготовляется несколько десятков миллионов в год. Электромеханическая промышленность выпускает асинхронные двигатели в большом диапазоне мощностей. 44 Предельная мощность асинхронного двигателя – несколько десятков мегаватт. Частота вращения электродвигателей общего назначения – от 3000 до 500 об/мин. В генераторном режиме асинхронные машины применяются редко. При электромеханическом преобразовании энергии в асинхронных машинах, как и в других, происходит преобразование энергии в тепло. В настоящее время синхронные двигатели потребляют около 50 % электрической энергии, вырабатываемой электрическими станциями страны. Асинхронные двигатели изготовляются для работы от однофазных, двухфазных и трехфазных сетей переменного тока, но главным образом от трехфазных сетей. Асинхронныедвигателисостоятиздвухчастей:неподвижной – статора ивращающейся–ротора. Трехфазные асинхронные двигатели получили в станкостроении наибольшее распространение. Принцип работы асинхронного двигателя основанна взаимодействии вращающегося магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, с токами, наводимыми в обмотке ротора при пересечении ее проводников вращающимся полем. Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором технологичны, компактны, надежны и неприхотливы в эксплуатации. В настоящее время электротехническая промышленность выпускает асинхронныедвигатели единой серии 4А, которая содержит все необходимые для станкостроения модификации исполнения асинхронных двигателей по конструкции, мощности и напряжению. Двигатели мощностью от 0,06 до 0,37 кВт изготовляют на номинальное напряжение 220 и 380 В;мощностью от 0,55 до 11 кВт – 220, 380 и 660 В; от 15 до 110 кВт – 220/380 и 380/660 В; от 132 до 400 кВт – 380/660 В. Двигатели до 11 кВт выпускаются с тремя и по отдельному заказу с шестью выводными концами, более мощные – с шестью выводами, позволяющими производить переключение обмоток с «треугольника» на «звезду». Серия 4А является в настоящее время массовой серией асинхронных двигателей, применяемых в различных областях промышленности. Серия включает основное исполнение, ряд модификаций и специализированные машины. Основноеисполнениеимеетследующуюсистемуобозначений: 4АХХХХХХХ, 1 2 3 4 5678 где 1 – серия4А; 45 2 – исполнение асинхронного двигателя по материалу станины: А – станина и щетки алюминиевые, Х – станина алюминиевая, щетки чугунные (илинаоборот), нет буквы – станина и щетки стальные или чугунные; 3 – исполнение асинхронного двигателя по способу защиты: Н – исполнение IP 23, нет буквы – исполнениеIP 44; 4 – высота оси вращения (две или три цифры), миллиметр (мм); 5 – установочный размер по длине станины: S, М, L – меньший, средний, больший; 6 – длина сердечника: А – меньшая, В – большая, нет буквы – выпускаетсятолько одна длина; 7 – число полюсов двигателя (одна или две цифры); 8 – климатическое исполнение по ГОСТ 15150–69. Кроме основного исполнения, серия 4А имеет ряд модификаций: – Двигатели с повышенным пусковым моментом (4АР). Такие двигатели имеют высоту оси вращения 160–250 мм и частоту вращения 1500, 1000 и 750 об/мин. Повышение пускового момента в этих двигателях достигается за счет увеличения магнитного потока в среднем на 10 % по сравнению с потоком у базовых машин основного исполнения. – Двигатели с повышенным скольжением (4АС). Эти двигатели изготовляются с высотами оси вращения 71–250 мм и частотами вращения 3000, 1500, 1000, 750 об/мин. Они рассчитаны для работы в повторно-кратковременном режиме по ГОСТ 183–74. Номинальное скольжение двигателей 4АС находится в пределах 5–14 %, а критическое скольжение составляет не менее 40 %. – Двигатели с фазным ротором (4ЛК). Такие двигатели выпускаются с высотой оси вращения 160–250 мм и со степенью защиты IP 44, а также с высотами оси вращения 160–355 мм и со степенью защиты IP 23. Охлаждение двигателей со степенью защиты IP 44 осуществляется вентилятором наружного обдува. Двигатели со степенью защиты IP 23 выполняются с двумя системами вентиляции: с аксиальной при высотах оси вращения 160–200 мм и с симметричной радиальной при высотах оси вращения 225–355 мм. – Многоскоростные двигатели. Такие двигатели выпускаются на две-четыре частоты вращения. Они выполняются со степенью защиты IP 44. Двухскоростные двигатели имеют одну обмотку на статоре, а трех- и четырехскоростные – две обмотки. Другиемодификации: 4А... В – встраиваемые; 4А... Х – химически стойкоеисполнение; 46 4А... С (СХ) – сельскохозяйственногоназначения; А... УП – пылезащитноеисполнение; А... РН – рудничноеисполнение; А... П2 – высокочастотныедвигатели; А... НЛБ – лифтовыедвигатели; А... Б2П... ПБ – длястанковсчисловымпрограммнымуправлением; АХД – длядеревообрабатывающихстанковиряддругих. Кромесерии4А,имеютсядвигателисерии4АМ(модернизированные),серии АИ (унифицированная серия, разработанная совместно со странами Интерэлектро). «Исполнениепоспособузащиты»обозначаетсялатинскимибуквами I,Pспоследующимидвумяцифрами.ПоГОСТ14254–80 перваяцифрахарактеризуетстепеньзащитыобслуживающего персоналаотсоприкосновениясвращающимисяилитоковедущимичастями, вторая – степеньзащитыотпроникновениявнутрьмашиныводы.Наиболеераспространенныемашинысостепенью защитыIP 23иIP44. Вданномслучаеперваяцифраобозначает: 2 – защита от проникновения внутрь оболочки пальцев или предметов не более 80 мм и от проникновения твердых тел размером свыше 12 мм; 4 – защита от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размеромболееодногомиллиметра. Втораяцифрапоказываетстепеньзащитыотводы: 3 – защита от дождя (припадениидождянаоболочку под углом 60 каплине попадают внутрь); 4 – защита от брызг (брызги воды в любом направлении непопадают внутрь). Климатическое исполнение УЗ означает возможность эксплуатации электрической машины в зоне умеренного климата в закрытых помещениях. Например,4А112МА8УЗ–электродвигательпеременноготока серии4А,закрытогообдуваемогоисполнениясвысотойосивращения112 мм; М – установочныйразмерподлинестанины; А – длинасердечникастатора; 8 – числополюсов; У – климатическоеисполнение; З – категорияразмещения. Отрицательной стороной асинхронных двигателей является их сильнаячувствительность к колебаниям напряжения питающей сети, так как вращающиймоментпропорционаленквадрату напряжения. 47 Синхронные машины Синхронные машины– это бесколлекторные машины переменного тока, у которых в установившемся режиме отношение частоты вращения ротора кчастоте тока в цепи, подключенной к обмотке якоря, не зависит от нагрузки в области допустимых нагрузок. Проще определение синхронных машин можно сформулировать так: синхронныемашины – это такие электрические машины переменного тока, вкоторых ротор и поле токов статора вращаются с одной и той же скоростью (синхронно).Трехфазные синхронные машины – самые крупные по мощности электрические машины. Самые мощные электродвигатели синхронные: до 60 кВт – длямощных воздуходувок, насосов и т.д. Синхронная машина состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.Синхронные машины, как и любые электрические машины, обладают свойством обратимости, т. е. они могут работать как в генераторном, так и в двигательном режимах. Синхронные двигатели получили меньшее распространение. Они используются там, где требуется постоянство частоты вращения ротора при изменении нагрузки, чеготрудно достичь с помощью асинхронныхдвигателей. Синхронные двигатели изготовляются серийно мощностью от нескольких десятков киловатт до 10 МВт и более на различные частоты вращения. Наряду с мощными двигателями широко выпускаются синхронные микродвигатели различных типов мощностью от долей ватта до нескольких сотенватт.По сравнению с асинхронными, синхронные двигатели не только преобразуют электрическую энергию в механическую, но и могут генерировать реактивную мощность. Обозначение типов электродвигателей выполняется следующим образом: С Т Д Х Х синхронный трехфазный количество полюсов ротора номинальная мощность (кВт) двигатель Существует ряд серий синхронных двигателей общего назначения, основныеизкоторых:СД2, СДН2иСДН3-2. 48 Конструктивно машины указанных серий выполнены с различными степенями защиты персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями и от попадания внутрь машины посторонних тел и воды. Машины серии СД2 имеют степень защиты IP 23. Основное исполнение серии СДН2 имеет степень защиты IP 11, но также имеется модификация со степенью защиты IP 43. Машины серии СДН3-2 имеют закрытое исполнение со степенью защиты IP 44. Машины различаются по способу крепления и конструкции подшипниковых узлов. Высотаоси вращения для всех машин серий СДН2 и СДН3-2 равна 630 мм, а для машин серии СД2 – 450 или 500 мм. В двигателях всех серий применяется воздушное охлаждение с самовентиляцией. На всех электрических станциях в качестве источников переменного тока используются синхронные генераторы. Их мощность колеблется от нескольких киловатт для автономных установок до 1000–1200 МВт для мощных электростанций. По конструктивному выполнению ротора машины подразделяются на явнополюсные и неявнополюсные. Явнополюсные роторы применяют в машинах большой мощности с относительно низкой частотой вращения, т.е.имеющихбольшоечислополюсов.Синхронныемашинысявнополюснымроторо мигоризонтальнымваломшироко используютвкачестведвигателейигенераторов. Неявнополюсные роторы используются главным образом в качестве синхронных генераторов и предназначены для непосредственного соединения с паровыми турбинами. Такие машины называют турбогенераторами.Турбогенераторы для тепловых электрических станций имеют частоту вращения 3000 об/минидваполюса,адляатомныхстанций – 1500 об/мин и четыре полюса. Ротор турбогенераторов выполняют массивным из цельной стальнойпоковки.Поусловияммеханическойпрочности диаметр роторапричастотевращения 3000 об/мин не должен превышать 1,2–1,25 м. Чтобы обеспечить необходимую механическую жесткость, активная длина ротора должна быть не больше 6,5 м. Существуетрядсерий,каждаяизкоторыхохватываетопределенный вид машин. Турбогенераторы различаются системами охлаждения. Принебольших мощностях турбогенераторов применяется косвенное воздушноеохлаждение (серииТиТ2). У машин большей мощности используетсякосвенное и непосредственное водородное охлаждение (серииТВ, ТВ2идр.).Принепосредственномохлаждениивместовоздухавнутреннийобъемзап 49 олняетсягазом, состоящим, главнымобразом,изводорода (97 %водорода и 3 %воздуха). Вентиляцияосуществляется по замкнутому циклу. Смесь водородас воздухомстановитсявзрывоопаснойприсодержанииводородавсмеси от 7 до 70 %.Дляустранения проникновениявоздуха в корпус машиныдавлениегазавнутримашинывыбирают вышеатмосферного – не менее0,103–0,107 МПа. Недостатком водородного охлаждения является необходимость иметьспециальнуюустановкудляснабжениямашиныводородом, атакжепотребностьвуплотненияхкорпусамашины.Вмощных турбогенераторах применяется непосредственное охлаждение. Для непосредственного охлаждения обмоток используетсяводород при избыточном давлении, а также жидкости (вода, трансформаторноемасло). В мощных турбогенераторах, выпускаемых отечественной промышленностью, применяются следующие системынепосредственногоохлаждения: 1) аксиальная система охлаждения обмоток и сердечника статора водородом повышенного давления (турбогенераторы серии ТГВ); 2) многоструйная радиальная система охлаждения водородомповышенного давления, в которой обмотка ротора имеет непосредственное охлаждение, а обмотка статора – косвенное охлаждение (турбогенераторы серии ТВФ); 3) многоструйнаярадиальнаясистемаохлаждениясердечника статора и обмотки ротора водородом при давлении 300 кПа, а обмотки статора водой (турбогенераторысерииТВВ); 4) система охлаждения обмоток статораиротора жидкостью, а сердечников – воздухом или водородом (турбогенераторы серии ТГВ при охлаждении обмоток водой и ТВМ – при охлаждении ротора маслом, а обмотки ротора – водой). Обозначение типов турбогенераторов выполняется следующим образом: ТВВХХХХ, 123 где 1 – сериятурбогенератора; 2 – активнаямощностьтурбогенератора; 3 – числополюсовмашины. Например,обозначениеТВВ-800-2содержит информацию отурбогенераторе серииТВВ(смногоструйнойрадиальнойсистемойохлаждения сердечникастатораиобмоткиротораводородомпридавлении 300 кПа,аобмотки статора водой) мощностью 800 МВт и с числом полюсов – 2. 50 Существует специальный класс синхронных явнополюсных генераторов с вертикальным валом, предназначенных для непосредственного соединения с гидравлическими турбинами. Такие генераторы называются гидрогенераторами. В зависимости от мощности турбины и напора воды частота вращениягидрогенераторовколеблется от 50 до 600 об/мин. Для того чтобы при таких частотах вращения получить переменное напряжение частотой 50 Гц, гидрогенераторы должны иметь несколько десятков полюсов. Гидрогенераторы выполняются на большие мощности. Самые мощные генераторы в настоящее время построены для Саяно-Шушенской ГЭС. Они имеют мощность 715 МВАпричастотевращения143об/мин.Внешнийдиаметргидрогенераторовсостав ляетоколо15 м, диаметрегоротораоколо12 м, длинамагнитопроводастатора2,75 м,числополюсов – 42. Вгидрогенераторахотносительнонебольшоймощностиприменяетсякосвенноевоздушноеохлаждение.Длягидрогенераторовмалой мощностидопускаетсяприменениеразомкнутойсистемывентиляции,авболеемощныхмашинахвентиляцияосуществляетсяпо замкнутомуциклу. Вмашинахпредельноймощностииспользуется непосредственноеохлаждение, гдевкачествеохлаждающейсреды применяется дистиллированная вода. Водороддляохлаждениягидрогенераторовнеприменяетсяиз-за трудностейвыполнения уплотнений. Ниже приведены некоторые из серий гидрогенераторов, выпускаемыхпромышленностью: СВ, ВГС – синхронные вертикальные гидрогенераторы с непосредственным охлаждением обмотки роторавоздухом. Типгидрогенератораобозначаетсяследующимобразом: ХХ/ХХ, 123 где 1 – типгидрогенератора; 2 – дробноечисло, числителькоторогоуказываетвнешнийдиаметр, знаменатель – длинуактивнойстали, в сантиметрах (см). 3 – числополюсов. Например,обозначениеСВ 1190/250-48содержит информацию о том,чтогидрогенераторотноситсяксерииСВиимеетвнешнийдиаметрстатора 1190 см, длину250 смичислополюсов – 48. Иногдасинхронныедвигатели, работающиебезнагрузкинавалу, используются в качестве источников и потребителей реактивной мощности.Такие син51 хронные машины называют синхронными компенсаторами. Синхронные компенсаторы серии КС выполняются закрытыми с косвеннымвоздушнымохлаждением. Компенсаторы серии КСВБ (или КСВБО) имеют водородное охлаждениеприизбыточномдавлении0,1–0,2МПа. КС – компенсаторсинхронный,В – сводороднымохлаждением, Б– возбуждениебесщеточноенереверсивное,БО–возбуждение бесщеточноереверсивное. Обозначениетиповсинхронныхкомпенсаторов: КСВБХХ, 123 где 1 – сериякомпенсатора; 2 – номинальнаямощность,МВА; 3 – номинальноенапряжение,кВ. Например, обозначение КСВБ100-11 содержит информацию о том, что синхронныйкомпенсатор с водородным охлаждением и бесщеточным нереверсивным возбуждением имеет мощность 100 МВА, а его номинальное напряжение 11 кВ. Для правильности изображения системы электроснабжения со всем многообразием составляющих ее элементов используются общепринятые условные обозначения, позволяющие наглядно изобразить структуру электроэнергетической системы и взаимосвязь ее отдельных узлов. При выполнении задания рекомендуются следующие размеры условных обозначений: диаметры статора и ротора электрических машин соответственно 20 и 10 мм,высота подвижных контактов коммутационных аппаратов (короткозамыкатели, разъединители, отделители) –6 мм; диаметры измерительных приборов и обмоток трансформаторов –10 мм; длина малойэлектрической линии –5 мм, большой –10 мм; прямоугольники для обозначения предохранителей – 104 мм; диаметры полуокружностей трансформаторов тока –5 мм и части окружности реакторов –5 мм. 52 3. ВЫБОР ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ 3.1. ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Электрическое оборудование надежно и долговечно выполняет свое функциональное назначение, если оно правильно выбрано применительно к конкретным условиям эксплуатации. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) разделяют все электроустановки на две группы: электроустановки напряжением до 1кВ и электроустановки напряжением выше 1 кВ. Такое разделение обусловлено различием конструкции и условиями их эксплуатации. Для низковольтных электроустановок применяются следующие номинальные напряжения (в числителе указаны линейные напряжения, в знаменателе – фазные): 0,22/0,127; 0,38/0,22; 0,66/0,38 кВ, а для высоковольтных (линейные напряжения): 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750 и 1 150 кВ. Высоковольтные электрические аппараты (напряжение свыше 1000 В) выбирают по условиям длительного режима работы и проверяют по условиям КЗ. Для большинства электрических аппаратов производится: 1) выбор по напряжению; 2) выбор по нагреву при длительных токах; 3) проверка на электродинамическую стойкость; 4) проверка на термическую стойкость; 5) выбор по форме исполнения. Продолжительным (длительным) режимом работы электротехнического устройства называется режим, продолжающийся не менее, чем необходимо для достижения установившейся температуры его частей при неизменной температуре окружающей среды. Продолжительный режим подразделяется на нормальный, ремонтный и послеаварийный. В нормальном режиме участвуют в работе все элементы любой электроустановки без вынужденных отключений и без перегрузок.В зависимости от изменения нагрузки (потребности в электроэнергии подключенных потребителей) ток, протекающий через электроустановку (ток нагрузки), может изменяться. Однако при выборе аппаратов, токоведущих частей и другого электротехнического оборудования следует исходить из наибольшего тока нормального режима Iнорм. Ремонтный режим – это режим работы электроустановки в случае плановых, профилактических и капитальных ремонтов. Характерной особенностью данного режима является то, что часть элементов электроустановки отключена, а на оставшиеся в работе элементы ложится повышенная нагрузка Iрем.max. 53 Послеаварийным называется режим, при котором часть элементов электроустановки вследствие аварии вышла из строя, а продолжающие работать элементы несут повышенную нагрузку Imax.ПАР. Таким образом, при выборе электрооборудования по условиям продолжительного режима следует исходить из максимальных значений расчетных токов Iрасч:Iнорм– наибольшего тока нормального режима; Imax– наибольшего тока ремонтного и послеаварийного режимов (режимов с перегрузками и утяжеленных режимов), причем Imax Iнорм. Основными параметрами электрических аппаратов, которые должны соответствовать условиям длительного режима, являются номинальное напряжение Uном и номинальный ток Iном. Номинальное напряжение – напряжение, на которое рассчитан электрический аппарат (либо другое электротехническое оборудование) для работы в номинальном режиме. Для трехфазных цепей Uном– номинальное линейное напряжение трехфазной сети. Номинальный ток – это ток (действующее значение), протекающий через электрический аппарат в номинальном режиме, при заданных напряжении, частотеи других параметрах. Номинальным режимом электротехнического оборудования называется режим, для эксплуатации в котором оно предназначено заводом-изготовителем. Рекомендуется также учитывать род установки электрооборудования, которое по этому признаку подразделяется на оборудованиедля закрытых (ЗРУ) и открытых (ОРУ) распределительных устройств.Род установки электротехнического оборудования дается в маркировке. Из экономических соображений принято применять ЗРУ до 35 кВ включительно, а также для агрессивных сред до 220 кВ. Распределительные устройства 110 кВ и выше, как правило, открытого типа. Для ОРУ необходимо использовать оборудование, предназначенное для наружной установки. При выборе аппаратов по номинальному напряжению Uном должно выполняться условие Uном Uуст,(3.1) где Uуст– номинальное напряжение электротехнического оборудования (установки), для которого выбирается электрический аппарат. Напряжение Uуст можно трактоватьи как линейное напряжение участка сети,где предусмотрена установка аппарата.Номинальный ток электрического аппарата должен быть не ниже тока продолжительного режима оборудования, 54 для которого он предназначен, а сам аппарат не должен отключаться при предусмотренных эксплуатационных (технологических) перегрузках. Таким образом, расчетный токIрасч продолжительного режима цепи, для которой предусмотрен электрический аппарат, должен удовлетворять условию IрасчIном,(3.2) где Iном– длительный номинальный ток электрического аппарата. Величина Iрасч определяется из наиболее тяжелых (неблагоприятных) условий эксплуатации, и егоможно трактовать как рабочий максимальный ток цепи, где предусмотрена установка аппарата, т.е. Iрасч=Iрм=Imax. Например, если система электроснабжения включает две параллельные линии, то при выходе из строя одной из них Iрасч определится из условия, что оставшаяся линия должна обеспечить надежное электроснабжение всех приемников, т.е. Iрасч=2·Iраб=2·Iнорм, (3.3) где Iраб–длительный рабочий ток одной линии в нормальном режиме. Вынужденный (утяжеленный) режим эксплуатации может также возникать и в цепях трансформаторов – для подстанций с двумя трансформаторами при отключении одного из них (авария, ремонт) и работе оставшегося трансформатора с допустимой эксплуатационной перегрузкой. Как правило, эта возможная перегрузка составляет 50 %, т.е. Iрасч=1,5·Iраб, где Iраб– длительный рабочий ток, протекающий через один трансформатор при нормальной работе подстанции с двумя действующими трансформаторами. Указанная перегрузка трансформатора на 50 %принята для приближенных расчетов. При более точном определении возможной перегрузки трансформатора необходимо учитывать целый ряд факторов (среднегодовую температуру, первоначальную нагрузку трансформатора,длительныеперегрузки,видсистемыохлаждения и т. д.). Для цепей секционных и многосоединительных выключателей, а также сборных шин с учетом ремонтных условий ток Iрасч принимается равным длительному рабочему току самого генератора или трансформатора, подключенного к этим шинам. 3.2. ВЫБОР СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ При выборе силовых трансформаторов необходимо, чтобы выполнялись условия: Uв.ном Uуст.в,(3.4) 55 Uн.ном Uуст.н,(3.5) Sном.тр Sуст.max,(3.6) где Uв.ном– номинальное напряжение обмотки высокого напряжения трансформатора (Uвн); Uн.ном– номинальное напряжение обмотки низкого напряжения трансформатора (Uнн); Sном.тр– номинальная полная мощность трансформатора (мощность, для работы с которой предназначен трансформатор заводом-изготовителем в номинальном режиме работы); Uуст.в– высокое и низкое напряжение сети в месте установки трансформатора; Sуст.max– полная мощность, протекающая по сети через трансформатор в рабочем максимальном режиме. Если в послеаварийном режиме выполняется условие Sном.ПАР>Sном.тр, то необходимо проверить трансформатор по перегрузочной способности, что обеспечивается при справедливости неравенства Sном.ПАР/Sном.тр 1,5,(3.7) где Sном.ПАР/Sном.тр= kп– коэффициентдопустимойперегрузки; Sном.ПАР– полная мощность, передаваемая по сети через трансформатор в послеаварийном режиме.В том случае, когда kп>1,5, следует по справочнику выбрать другой трансформатор ближайшей большей мощности. 3.3. ВЫБОР КАБЕЛЕЙ Под действием протекающего тока провода и кабели нагреваются. По закону Джоуля – Ленца количество теплоты, выделенной током в проводнике, определяется по формуле Q=r·I2·t,(3.8) где r– активное сопротивление проводника; I– действующее значение переменного тока; t – время прохождения тока. Часть выделенной теплоты идет на повышение температуры кабеля, а часть рассеивается в окружающую среду. Тепловое действие тока при определенных условиях может привести к негативным последствиям: 1) обрыву цепи за счет расплавления проводов или нарушению контакта от окисления в местах соединений; 56 2) пожару при загорании изоляции; 3) уменьшению срока службы кабелей, обусловленному старением их изоляции, которая от чрезмерного повышения температуры теряет электрические и механические свойства, возникновению коротких замыканий из-за теплового нарушения изоляции. Наибольшая температура, при которой проводник или кабель сохраняет свои электрические и механические свойства, называется допустимой температурой. Значения допустимой температуры зависят от материала проводника, вида изоляции, номинального напряжения и ряда других факторов, но, как правило, не превышают 60–80°С. Электрический ток, при котором кабель нагревается до допустимой температуры, называется допустимым током Iдоп. Номинальные значения допустимых токов Iном.доп для различных видов кабелей в зависимости от их сечения приведены в справочнике. В связи с тем что сопротивление проводника r обратно пропорционально его сечению, правильный выбор проводов и кабелей сводится, прежде всего, к определению таких сечений, которые должны обеспечить: – нагрев, не превышающий допустимой температуры; – потерю напряжения не более 5%для силовых и 2,5% для осветительных цепей. Кроме этого, рациональный выбор сечений проводов и кабелей должен удовлетворять достаточной механической прочности линии и надежной безопасности обслуживающего персонала. Выбранное сечение кабелей должно быть проверено по экономической плотности тока jэк. Экономически целесообразная площадь сечения кабелейqэк определяется из соотношения qэк = I/jэк,(3.9) где I =Iрасч– расчетный (рабочий) ток нормального режима без учета увеличения тока в послеаварийных и ремонтных режимах работы;jэк– нормированная плотность тока, А/мм2 (табл. 3.1). Сечение qэк, найденное по (3.9), округляется до ближайшего значения из стандартного ряда. Для нормального режима работы выбор кабелей заключается в выполнении следующих условий: Uуст Uном, (3.10) Imax Iдоп, (3.11) 57 qэк.с qэк , (3.12) где Uуст– номинальное напряжение участка цепи, на котором необходимо проложить кабель; Uном – номинальное напряжение кабеля; Imax = Iрем – максимальное значение тока при эксплуатации кабеля (ток утяжеленного режима – послеаварийного или ремонтного); qэк.с – ближайшее к qэк сечение из стандартного ряда сечений. Таблица 3.1 Экономическая плотность тока Проводники Экономическая плотность тока, А/мм2, при числе использования максимума нагрузки в годTmax,ч более 1000 до 3000 более 3000 до 5000 более 5000 Неизолированные проводаи шины: –медные –алюминиевые 2,5 1,3 2,1 1,1 1,8 1,0 Кабели с бумажнойи провода с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с жилами: –медными –алюминиевыми 3,0 1,6 2,5 1,4 2,0 1,2 Кабели с резиновой и пластмассовой изоляцией с жилами: –медными –алюминиевыми 3,5 1,9 3,1 1,7 2,7 1,6 Значение Iдоп можно определить поформуле Iдоп=k1·k2·Iдоп.ном,(3.13) гдеIдоп– длительно допустимый ток с учетом поправки на число рядом проложенных кабелей k1и температуру окружающей среды k2; Iдоп.ном– длительно допустимый ток на один кабель при номинальной разности температур между кабелем и окружающей средой. Поправочные коэффициенты k1 и k2могут быть определены по справочникуили ПУЭ применительно к конкретным условиям эксплуатации кабеля. 58 Однако с целью упрощения выполнения индивидуальных заданий (см. приложение) k1и k2 приняты равными единице. Следовательно, расчет Iдоп следует проводить по формуле Iдоп = Iдоп.ном.(3.14) Выбранные по нормальному режиму кабели необходимо проверить на термическое действие тока КЗ. Однако эта проверка здесь не проводится. Рекомендуется следующая последовательность действий при выборе сечения кабеля: 1) определить Imax и Iнорм, считая, что все потребители подключены и работают в нормальном режиме; 2) выбрать марку кабеля, учитывая номинальное напряжение, характеристику окружающей среды и способ прокладки; 3) найти jэк(с учетом типа изоляции материала жилы кабеля); 4) по уравнению (3.9) найти qэк и по справочникувыбрать qэк.c, а также Iдоп; 5) проверить для найденного значения Iдоп выполнение условия (3.12). Если Imах не превышает Iдоп, то искомое сечение равно qэк.c. В противном случае, т. е. при справедливости неравенства Imax> Iдоп, необходимо по справочникувыбрать сечение большее кабеля (qc >qэк.с), длительно допустимый ток которогоIдоп> Iдоп удовлетворял бы условию ImaxIдоп .(3.15) В итоге выполнения раздела «Выбор кабеля» следует указать полную марку кабеля, включая количество жил и их сечение, а также привести расшифровку маркировки выбранного кабеля. 59 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Учебное пособие «Основы составления главных схем электрических подстанций» предназначено для освоения студентами в рамках практических занятий дисциплины «Общая энергетика», ее сугубо «электрической» части. Данная дисциплина входит в федеральный образовательный стандарт по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» и позволяет студенту освоить предусмотренные учебным планом компетенции, получить необходимые навыки, применить полученные знания на практике в целях принятия грамотного решения и выполнения корректного расчета. В настоящее время промышленная энергетика развивается в сторону наибольшей технологичности процесса производства электрической и тепловой энергии, глубокой модернизации, а также замены выработавших свой ресурс блоков и агрегатов на ультрасовременные высокотехнологичные блоки. Все это подталкивает преподавателей дисциплины «Общая энергетика» к переосмыслению устоявшегося материала, его доработке в соответствии с современными реалиями.Основной задачейявляется трансляция студентам знаний посовременным широко применяемым, а также перспективным способом выработки тепловой и электрической энергии. Получение тепловой электрической энергии в промышленных масштабах для экономики и населения Российской Федерации представляет собой сложные последовательные технологические процессы, протекающие в огромных по размеру энергетических агрегатах, где физические законы преобразования энергий скрыты от визуального наглядного понимания ввиду высоких параметров по температуре, давлению и т.д. Их параметры контролируются высокотехнологичными автоматизированными системам управления и контроля. Ввиду ограниченности по времени преподавания студентам предлагается самостоятельно вникать в тонкости управления этими энергетическими объектами и комплексами. Кроме того, для наиболее полного проникновения в тонкости энергетики немаловажными являются экскурсии на ТЭЦ, ГРЭС и другие виды электростанций. Пособие знакомит студентов с основными определениями и понятиями в электроэнергетике, позволяет получить знания о графических и буквенных обозначениях основных электрических силовых элементов и аппаратов, принципах составления схем электрических подстанций, их эволюции. В пособии рассмотрены принципы построения электрической сети, включая системы питания и системы распределения от источников до потребителей, принципы действия и назначения электрических аппаратов, применяемых в современной электроэнергетике, условия их выбора. Издание очень полезно как новичкам в энергетике, так и опытным специалистам. 60 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д. Л. Файбисовича. – 4-е изд., перераб. и доп.–М.: ЭНАС, 2012. – 376 с. 2. Правила устройства электроустановок. – М.: КНОРУС, 2015. – 488 с. 3. Электротехнический справочник. В 4 т. Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии / под общ.ред. профессоров МЭИ В. Г. Герасимова [и др.]. – М.: Изд-во МЭИ, 2002. – 964 с. 4. Основное оборудование электрических сетей: справочник / под ред. И. Г. Карапетян. – М.: ЭНАС, 2014. – 208 с. 5. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д. Л. Файбисовича. – М.: ЭНАС, 2009. – 392 с. 6. Оборудование и электротехнические устройства систем электроснабжения: справочник / под общ.ред. В. Л. Вязигина, В. Н. Горюнова, В. К. Грунина (гл. ред.) [и др.].– Омск: ИЦ «Омский научный вестник», 2006. – 232с. 7. Применение государственных стандартов при выполнении учебных отчетных документов. – Омск :Изд-во ОмГТУ, 2010. – 40 с. 61 ПРИЛОЖЕНИЕ ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ Руководителем курсовой работы выдаётся номер, соответствующийварианту задания из табл. П.1, с основными исходными данными (в 19-й колонке первая цифра означает материал жилы кабеля: 1 – медь, 2 – алюминий; вторая цифра означает место прокладки кабеля: 1 – в воздухе, 2 – в земле; 3 – в воде). Расчетная ветвь задается преподавателем. В работе необходимо: 1) определить максимальные токи нормального и послеаварийного режимов; 2) по заданным мощности потребителя и классу напряжения произвести выбор типа и мощности понижающего цехового трансформатора; 3) произвести выбор основного коммутационного оборудования (выключатель нагрузки, выключатели, разъединители и отделители) и предохранитель; 4) произвести выбор силового кабеля; 5) по суммарной мощности потребителей и классу напряжения произвести выбор типа и мощности понижающеготрансформатора ПГВ; 6) для указанного варианта описать основное электрооборудование распределительного устройства; 7) на формате А4 с соблюдением требований ЕСКД в отношении условных обозначений начертить схему главных электрических соединений проектируемой электроустановки. Схемы электроустановок даны на рис. 1.11–1.14. При выполнении задания следует руководствоваться правилами оформления курсовых работ, приведенными в [7]. ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЙ Задание №1. По исходным данным произвести выбор следующего оборудования для системы электроснабжения предприятий (рис.1.11): трансформатор Т1; выключатель Q2, трансформатор Т3, быстродействующий автоматический выключатель QF1, кабель W2. Исходные данные: U1=110 кВ; U2 =6кВ; U3=0,38 кВ; P1 =240кВт; P2=300кВт; P3=145кВт;Pсн=100 кВт; Pм1 =250кВт; Рм2 =650кВт; Тmах=3000ч; cosφ=0,82. Материал жилы кабеля – медь. Место прокладки кабеля – в воде. Для выбора силового трансформатора Т1 необходимо учесть всю мощность, протекающую через него, поэтому следует произвести расчёт и выбор двигателей М1 и М2. 62 1. Выбор асинхронных двигателей М1 и М2 Выбор асинхронных двигателей М1 и М2 производится по номинальной мощности электродвигателя и по номинальному напряжению. Условия выбора: Uн.М1 ≥ U2;Рн.М1 ≥ РМ1, где Uн.м1 – номинальное напряжение двигателя по паспорту; Рн.м1 – номинальная мощность на валу двигателя по паспорту. Данные для выбора двигателей М1: РМ1 = 250 кВт; Uуст = U2= 6кВ. Выбираем асинхронный двигатель типа А4-400Х-8МУ3 [6, c. 44]. Параметры А4-400Х-8МУ3 Uн=6 кВ Pн=250 кВт сosφм = 0,807 =93,2% Установка U2=6 кВ PМ1=250 кВт Рассчитаем активную мощность электродвигателя Рэл.М, потребляемую из сети: Рэл.М1 = Рн.М1/М1; Рэл.М1=Рн.М1/М1 = 250/0,932= 268,2 кВт. Рассчитаем полную мощность Sэл.М1 электродвигателя, потребляемую из сети: Sэл.М1 = Рэл.М1 / cosφм; Sэл.М1 = Рэл.М1/cosφм1 = 268,2/0,807 = 332,3 кВ∙А. Рассчитаем номинальный ток электродвигателяIн.М1: Iн.М1=Sэл.М1/( 3 ·Uн); Iн.М1 = Sэл.М1/( 3 ·Uн) = 332,3/( 3 · 6) = 31,98 А. Данные для выбора двигателя М2: РМ2 = 650 кВт; U2=6 кВ. Условия выбора: Uном.М2 ≥U2 ;Рном.М2 ≥ РМ2. Выбираем асинхронный двигатель маркиА4-450-6МУ3 [6, с. 44]. 63 Параметры А4-450-6МУ3 Uн = 6 кВ Pн = 800 кВт сosм2= 0,857 = 95,0% Установка U2 = 6 кВ PМ2 = 650 кВт Рассчитаем активную мощность электродвигателя Рэл.М2: Рэл.М2 = Рн.М2/М2; Рэл.М2 = Рн.М2/М2 = 800/0,957 = 742,11 кВт. Рассчитаем полную мощность Sэл.М2: S эл.М2 = Р эл.М2/ cosφМ2; S эл.М2 = Р эл.М2/ cosφМ2 = 742,11/0,857 = 982,62 кВ∙А. Рассчитаем номинальный ток электродвигателя Iн.М2: I н.М2=Sэл.М2/( 3 ·Uн), где Uн – номинальное напряжение сети, питающей электродвигатель. Iн.М2 = 982,62/( 3 ·6)=94,55 А. 2. Выбор трансформатора Т1 Необходимо найти полную мощность, протекающую через трансформатор: Sрасч.тр= Sэл.М1+Sэл.М2+[(P1+P2+P3+Pсн)/ cosφ]; Sрасч.тр= 332,3 + 982,62+ [(240+300+145+100)/0,82]=2263,24 кВ∙А. По полной расчетной мощности Sрасч = 2263,24 кВ∙А и по напряжению установки выбираем трансформатор, исходя из следующих условий: Uвн≥ Uуст.в Uуст.в = 110 кВ Uнн≥ Uуст.н Sн.тр≥ Sрасч.тр Uуст.н = 6 кВ Sрасч.тр = 2263,24кВ∙А Параметры ТМН-2500/110 У1 Uвн = 110 кВ Uнн = 6.6 кВ Sн.тр = 2500 кВ∙А Установка Uуст.в = 110 кВ Uуст.н = 6 кВ Sрасч.тр =2263,24 кВ∙А 64 Выбираем трансформатор маркиТМН-2500/110 У1 [1]. Данный трансформатор удовлетворяет предъявленным требованиям. Максимальная мощность трансформатора с учётом перегрузки Sраб.mах = 1,5·Sн.тр, гдеSн.тр – номинальная мощность трансформатора. Sраб.mах = 1,5·2 500 = 3750 кВ∙А. Определим ток, протекающий по обмоткам высокого и низкого напряжений трансформатора Т1, используя следующую формулу: I = Sраб.mах/( 3 ·Uном), где Uном – номинальное напряжение сети со стороны обмотки высокого (низкого) напряжения трансформатора. Максимальный ток, протекающий по высоковольтной стороне силового трансформатора Т1: Iраб.mах(вн)Т1 = 3750/( 3 ·110) =19,7 А. Максимальный ток, протекающий по низковольтной стороне силового трансформатора Т1: Iраб.mах(нн)Т1 = 3750/( 3 ·6) = 360,8 А. 3. Выбор выключателя Q2 Выбор выключателя Q2 производится по ранее найденному току рабочего максимального режима Iраб.mах трансформатора Т1 на низкой стороне и напряжению установки U2. Условия выбора: Uн Uуст;Iн Iраб.mах(нн)Т1. Uуст=U2=6 кВ;Iраб.mах(нн)Т1=360,8 А. Из справочника ВВР-6-10-/630 УХЛ5 выбираем вакуумный выключатель Параметры ВВР-6-10-/630 УХЛ5 Установка Uн = 6 кВ Uуст=U2=6кВ Iн = 630 А Iраб.mах(нн)Т1=360,8 А Выбранный выключатель удовлетворяет условиям выбора. 65 марки 4.Выбор силового трансформатора Т3 Полная мощность, передаваемая через трансформатор потребителю в нормальном режиме, Sрасч.тр = Р1/соsφнагр = 240/0,82=292,68 кВ·А. По расчетной мощности Sрасч = 292,68 кВ·А и напряжениям установки (на высокой и низкой сторонах) выбираем трансформатор, исходя из следующих условий выбора: Uвн Uуст.в Uнн Uуст.н Sн.тр Sрасч.тр Uуст.в = 6 кВ Uуст.н = 0,38 кВ Sрасч.тр = 292,68 кВ∙А Выбираем трансформатор типа ТМГ-400/10 У1. Параметры ТМГ-400/10 У1 Uвн = 6 кВ Uнн = 0,4 кВ Sн.тр = 400 кВ·А Установка Uуст.в = 6 кВ Uуст.н = 0,38 кВ Sрасч.тр=292,68 кВ∙А Максимальная мощность трансформатора с учетом перегрузки Sраб.mах = 1,5·Sн.тр, где Sн.тр– номинальная мощность трансформатора. Sраб.mах = 1,5·400=600 кВ∙А. Таким образом, выбранный трансформатор удовлетворяет заданным условиям. Определим ток, протекающий по обмоткам высокого и низкого напряжений трансформатора Т3, используя следующую формулу: I = Sн.тр/( 3 ·Uном). Номинальный рабочий ток, протекающий по высоковольтной обмотке трансформатора Т3: Iн.тр = Sн.тр/( 3 ·Uвн) = 400/( 3 ·6) = 38,5 А. Максимальный ток, протекающий по высоковольтной стороне силового трансформатораТ3: Iраб.mах(вн)Т3=600/( 3 ·6)=57,7 А. 66 Максимальный ток, протекающий по низковольтной стороне силового трансформатора Т3: Iраб.mах(нн)Т3 = 600/( 3 ·0,4)=866 А. 5. Выбор быстродействующего автоматического выключателя QF1 Выбор производится по максимальному току на низкой стороне трансформатора нагрузки Т3: Iраб.mах(нн)Т3 = 1,5·Sн.Т3/( 3 ·U3) = 1,5∙400/( 3 ·0,4) = 866 А. Выбор производится исходя из следующих условий: Uн Uуст, Iн Iрасч, где Uуст – линейное напряжение участка сети, на котором предусмотрена установка аппарата; Iрасч – расчетный максимальный ток продолжительного рабочего режима участка цепи, для которого предусмотрен электрический аппарат. Параметры ВА 53-41 Uн = 0,38 кВ Установка Uуст = 0,38 кВ Iн = 1 000 А Iраб.mах = 866 А Заданным параметрам соответствует автоматический выключатель марки ВА 53-41. 6. Выбор кабеля W2 Условие выбора кабеля:Iраб.mах Iдоп. Выбор кабеля производится по экономической плотности тока. Ток рабочего нормального режима (ток на стороне высокого напряжения трансформатора Т3) Iн = 38,5 А. Ток рабочего максимального режима с учетом возможной перегрузки трансформатора Т3 на стороне высокого напряжения (из предыдущих расчетов): Iраб.mах = 57,7 А. Выбор производим, учитывая условия прокладки кабеля (кабель с медными жилами, прокладывается в воде). Для прокладки в воде рекомендуются кабели следующих марок: – СКл (СКлУ), ЦСКл (ЦСКлУ), АСКл, ЦАСКл. Тип изоляции у данных кабелей – бумажная пропитанная изоляция [5]; – АПвПг, АПвПуг, АПвП2г, АПвПу2г, ПвПг, ПвПуг, ПвП2г, ПвПу2г. Тип изоляции – полиэтилен. 67 Наметим к установке кабель марки СКл. Для кабеля с медными жилами, с бумажной изоляцией и Тmах = 3000 ч находим экономическую плотность тока: jэк= 3,0 А/мм2. По экономической плотности тока jэк находим экономическую площадь сечения: qэк = Iраб.mах/jэк = 57,7/3,0 = 19,23мм2. Выбрано стандартное сечение кабеля qэк.с= 25 мм2. Марка кабеля СКл-3×25. Это трёхжильный кабель с медными жилами, с бумажной пропитанной изоляцией, со свинцовой оболочкой и бронёй, выполненной из круглых стальных оцинкованных проволок, в подушке под бронёй имеется слой из пластмассовых лент. Площадь сечения медных жил кабеля – 25мм2. Параметры СКл-325 Uвн = 6 кВ qэк.с= 25 мм2 Iдоп.нр = 170 А Установка Uуст.в = 6 кВ qэк.=16,5 мм2 Iраб.mах = 57,7 А Производим проверку выбранного кабеля на выполнение условия Iраб.mах< Iдоп, где Iраб.mах – максимальное значение тока при эксплуатации кабеля; Iдоп = k1∙k2·Iдоп.нр – длительно допустимый ток с учетом поправки на число рядом проложенных кабелей k1 и температурный коэффициент окружающей среды k2; Iдоп.нр – длительно допустимый ток нормального режима на один кабель при номинальной разности температур между кабелем и окружающей средой. Поправочные коэффициенты k1 и k2 могут быть определены по ПУЭ [2]: – k1 для учета количества рядом проложенных кабелей, для трёхжильных кабелей k1=1 (для одножильных кабелей см. ПУЭ) [2]; – k2 для учета температуры окружающей среды: допустимая температура жилы кабеля на 6кВ составляет +65 °С[2, п.1.3.12], поправочный коэффициент на ток кабеля при расчетной температуре среды +10 °С равен k2 = 1,05 [2, п.1.3.9]. С учетом поправок получаем Iдоп = 1·1,05·170 = 178,5 А. Iраб.mах Iдоп – условие выполняется. Для прокладки применяем кабель марки СКл-325. 68 Задание №2. По исходным данным произвести выбор следующего оборудования для системы электроснабжения предприятий (рис.1.12): трансформатор Т1; выключатель Q1, трансформатор Т2, быстродействующий автоматический выключатель QF1, кабель W2. Исходные данные: U1=110 кВ; U2 =6кВ; U3=0,66 кВ; P1 =125кВт; P2=166кВт; P3=476кВт; Pсн=110 кВт; PМ1 =500кВт; Тmах=3300ч; cosφ=0,89. Материал жилы кабеля – алюминий. Место прокладки кабеля – в воде. Для выбора силового трансформатора Т1 необходимо учесть всю мощность, протекающую через него, поэтому необходимо произвести расчёт и выбор двигателя М1. 1. Выбор асинхронного двигателя М1 Выбор асинхронного двигателя М1 производится по номинальной мощности электродвигателя и по номинальному напряжению. Условия выбора: Uн.М1 ≥ U2; Рн.М1 ≥ РМ1, где Uн.М1 – номинальное напряжение двигателя М1 по паспорту; Рн.М1 – номинальная мощность на валу двигателя М1 по паспорту. Данные для выбора двигателей М1: РМ1 = 500 кВт; Uуст = U2 = 6кВ. Выбираем асинхронный двигатель маркиА4-400Х-4МУ3. Параметры А4-400Х-4МУ3 Uн=6 кВ Pн=500 кВт сosφМ1= 0,876 =94,7% Установка U2=6 кВ Pм=500 кВт Рассчитаем активную мощность электродвигателя Рэл.М, потребляемуюиз сети: Рэл.М1 = Рн.М1/М1; Рэл.М1=Рн.М1/М1 = 500/0,947= 527,98 кВт. Рассчитаем полную мощность Sэл.М1 электродвигателя, потребляемую из сети: Sэл.М1 = Рэл.М1 / cosφМ1; 69 S эл.М1 = Р эл.М1/cosφМ1 = 527,98/0,876 = 602,7 кВ∙А. Рассчитаем номинальныйток электродвигателяIн.М1: Iн.М1=Sэл.М1/( 3 ·Uн); Iн.М1 = Sэл.М1/( 3 ·Uн) = 602,7/( 3 · 6) = 58 А. 2. Выбор трансформатора Т1 Необходимо найти полную мощность, протекающую через трансформатор: Sсум = SМ1+[(P1+P2+P3+P4+Pсн)/cosφ]; Sсум=602,7+[(125+166+482+476+110)/0,89] = 2129,7 кВ∙А. По суммарной мощности Sсум = 2129,7 кВ∙А и по напряжению установки выбираем трансформатор, исходя из следующих условий: Uвн≥ Uуст.в Uуст.в = 110 кВ Uнн≥ Uуст.н Uуст.н = 6 кВ Sн.тр≥ Sрасч.тр Sрасч.тр = 2129,7 кВ∙А Параметры ТМН-2500/110 У1 Uвн = 110 кВ Uнн =6 кВ Sн.тр = 2 500 кВ·А Установка Uуст.в = 110 кВ Uуст.н = 6 кВ Sрасч.тр = 2129,7 кВ∙А Выбираем трансформатор маркиТМН-2500/110 У1. Данный трансформатор удовлетворяет условиям выбора. Максимальная мощность трансформатора с учётом перегрузки Sраб.mах = 1,5·Sн.тр, гдеSн.тр – номинальная мощность трансформатора. Sраб.mах = 1,5·2 500 = 3750 кВ∙А. Определим ток, протекающий по высокой и низкой обмоткам трансформатора, используя следующую формулу: I = S/( 3 ·U). Максимальный ток, протекающий по высоковольтной стороне силового трансформатора Т1: Iраб.mах(вн)Т1 = 3750/( 3 ·110) =19,7 А. 70 Максимальный ток, протекающий по низковольтной стороне силового трансформатора Т1: Iраб.mах(нн)Т1 = 3750/( 3 ·6) = 360,8 А. 3. Выбор выключателя Q1 Выбор выключателя Q1 производится по ранее найденному току рабочего максимального режима трансформатора Т1 на низкой стороне Iраб.mах(нн)Т1 и напряжению установки U2. Условия выбора: Uн Uуст;Iн Iраб.mах(нн)Т1. Из справочника выбираем к установке элегазовый выключатель марки LF1. Параметры Установка LF1 Uн = 6 кВ Uн=6кВ Iн = 630 А Iраб.mах=360,8 А Заданным параметрам удовлетворяет элегазовый выключательмарки LF1. 4.Выбор силового трансформатора Т3 Полная мощность, передаваемая через трансформатор потребителю в нормальном режиме: Sрасч.тр = Рнагр/соsφнагр = Р1/соsφнагр= 125/0,89=140,4 кВ∙А. По расчетной мощности трансформатора Sрасч.тр = 140,4 кВ∙А и напряжениям установки выбираем трансформатор, исходя из следующих условий выбора: Uвн Uуст.в Uуст.в = 6 кВ Uнн Uуст.н Uуст.н = 0,66 кВ Sн.тр Sрасч.тр Sрасч.тр = 140,4 кВ∙А Выбираем трансформатор марки ТМ-160/10 У1. Параметры ТМ-160/10 У1 Установка Uвн = 6 кВ Uуст.в = 6 кВ Uнн = 0,69 кВ Uуст.н = 0,66 кВ Sн.Т3 = 160 кВ∙А Sрасч.тр=140,4 кВ∙А 71 Максимальная мощность трансформатора с учетом перегрузки: Sраб.mах = 1,5·Sн.тр, где Sн.тр– номинальная мощность трансформатора. Sраб.mах = 1,5·160=240 кВ∙А. Таким образом, выбранный трансформатор удовлетворяет заданным условиям. Определим ток, протекающий по обмоткам трансформатора на высокой и низкой сторонах, используя следующую формулу: I = Sн.тр/( 3 ·U). Номинальный рабочий ток, протекающий по высоковольтной обмотке трансформатора: Iн.тр= Sн.тр/( 3 ·Uном) = 160/( 3 ·6)=15,4 А. Максимальный ток, протекающий по высоковольтной стороне силового трансформатора Т3: Iраб.mах(вн)Т3= Sн.тр/( 3 ·Uвн) = 240/( 3 ·6)=23,1 А. Максимальный ток, протекающий по низковольтной стороне силового трансформатора: Iраб.mах(нн)Т3 = Sн.тр/( 3 ·Uнн) = 240/( 3 ·0,69)=200,8 А. 5. Выбор быстродействующего автоматическоговыключателя QF1 Выбор производится по максимальному току на низкой стороне трансформатора Т3: Iраб.mах = 1,5·Sтр/( 3 ·U3) = 1,5∙160/( 3 ·0.69) = 200,8 А. Выбор производится исходя из следующих положений: Uн Uуст,Iн Iрасч, где Uуст – линейное напряжение участка сети, на котором предусмотрена установка аппарата;Iрасч – расчетный максимальный ток продолжительного рабочего режима участка цепи, для которого предусмотрен электрический аппарат. Параметры ВА 57-35 Uн = 0,66 кВ Iн = 250 А Установка Uуст = 0,66 кВ Iраб.mах = 200,8 А 72 Условиям выбора соответствует автоматический выключатель марки ВА 57-35. 6. Выбор кабеля W2 Выбор кабеля производится по экономической плотности тока. Ток рабочего нормального режима (ток на стороне высокого напряжения трансформатора Т3) Iн = 15,4 А. Ток рабочего максимального режима на стороне высокого напряжения трансформатораТ3 с учетом возможнойперегрузки (из предыдущих расчетов): Iраб.mах(вн)Т3 = 23,1 А. Выбор производим, учитывая условия прокладки кабеля (кабель с алюминиевыми жилами, прокладка – в воде). Для прокладки в воде рекомендуются кабели с бумажной пропитанной изоляцией следующих марок: СКл (СКлУ), ОСКУ, АСКл, АОСКУ. Наметим к установке одножильный кабель с бумажной пропитанной изоляцией маркиАСКл. Для кабеля с алюминиевыми жилами, с бумажной изоляцией и Тmах = 3300 ч находим экономическую плотность тока: jэк = 1,6 А/мм2. По экономической плотности тока jэк находим экономическую площадь сечения: qэк = Iраб.mах(вн)T3 / jэк = 23,1/1,6 = 14,44 мм2. Выбрано стандартное сечение кабеля qэк.с = 16 мм2.Кабель марки АСКл сечением 16мм2 изготавливается трехжильным, следовательно полную марку кабеля запишем как АСКл-316. Параметры АСКл-316 Uном = 6 кВ qэк.с = 16 мм2 Iдоп.н = 105 А Установка Uуст.в = 6 кВ qэк=13,6 мм2 Iраб.mах = 23,1 А Итак, к установке выбран трехжильный кабель с алюминиевыми жилами марки АСКл-3×16, с бумажной пропитанной изоляцией, в свинцовой оболочке, сечением 16мм2 (площадь сечения трех алюминиевых жил). Условие выбора кабеля: Iраб.mах< Iдоп, где Iраб.maх – максимальное значение тока при эксплуатации кабеля; 73 Iдоп = k1∙k2·Iдоп.нр – длительно допустимый ток с учетом поправки на число рядом проложенных кабелей k1 и температуру окружающей среды k2; Iдоп.нр – длительно допустимый ток нормального режима на один кабель при номинальной разности температур между кабелем и окружающей средой. Поправочные коэффициенты k1 и k2 могут быть определены по ПУЭ [2]: – k1 для учета количества рядом проложенных кабелей: для трехжильных кабелей k1 = 1, для одножильных кабелей, проложенных рядом, см. [6, табл. 4.24]; – k2 для учета температуры окружающей среды:допустимая температура жилы кабеля на 6кВ составляет +65оС [2, п.1.3.12], поправочный коэффициент на ток кабеля при расчетной температуре среды +10оС равен k2 = 1,05 [2, п.1.3.9]. С учетом поправок получаем Iдоп = 1·1,05·105= 110,25 А. Итак, проверяем условие выбора кабеля Iраб.mах Iдоп;23,1А 110,25 А– условие выбора кабеля выполняется. Для прокладки применяем кабель марки АСКл-316. Задание №3. По исходным данным произвести выбор следующего оборудования для системы электроснабжения предприятий (рис.1.13): трансформатор Т1; выключатель Q2, трансформатор Т3, быстродействующий автоматический выключатель QF1, кабель W2, разъединитель QS2. Исходные данные: U1=110 кВ; U2 =6кВ; U3=0,38 кВ; P1 =1200кВт; P2=1250кВт; P3=1800кВт; P4=1950кВт; Pсн=500 кВт; PМ1 =1600кВт; Рм2 =1000кВт; Тmах=2800ч; cosφ=0,84. Материал жилы кабеля – алюминий. Место прокладки кабеля – в земле. Для выбора силового трансформатора Т1следует учесть всю мощность, протекающую через него, поэтому необходимо произвести расчёт и выбор двигателей М1 и М2. 1. Выбор асинхронных двигателей М1 и М2 Выбор асинхронных двигателей М1 и М2 производится по номинальной мощности электродвигателя и по номинальному напряжению. Условия выбора: Uн.М1 ≥ U2;Рн.М1 ≥ РМ1, где Uн.М1 – номинальное напряжение двигателя по паспорту;Рн.М1 – номинальная мощность на валу двигателя по паспорту. 74 Данные для выбора двигателей М1: РМ1 = 1 600 кВт; Uн = 6кВ. Выбираем асинхронный двигатель маркиДАЗО4-560УК-4МУ1. Параметры ДАЗО4-560УК-4МУ1 Установка Uн=6 кВ U2=6 кВ Pн=1 660 кВт PМ=1 600 кВт сosφм = 0,87 =95,5% Рассчитаем активную мощность электродвигателя Рэл.М, потребляемую из сети: Рэл.М1 = Рн.М1/М1; Рэл.М1=Рн.М1/М1 = 1 660/0,955= 1 738,2 кВт. Рассчитаем полную мощность Sэл.М1 электродвигателя, потребляемую из сети: Sэл.М1 = Р эл.М1 / cosφМ1; S эл.М1 = Р эл.М1/cosφМ1 = 1 738,2/0,87 = 1997,9 кВ∙А. Рассчитаем номинальный ток электродвигателяIн.М1: I н.М1 = S эл.М1/( 3 ·Uн) = 1997,9/( 3 ·6) = 192,2 А. Данные для выбора двигателя М2: РМ2 = 1000 кВт; U=6 кВ. Условия выбора: Uн.М2 ≥U2; Рн.М2 ≥ РМ2. Выбираем асинхронный двигатель марки АК4-450У-4МУ1. Параметры АК4-450У-4МУ1 Установка Uн = 6 кВ U2 = 6 кВ Pн = 1000 кВт PМ = 1000 кВт сosМ1= 0,9 = 95,2% 75 Рассчитаем активную мощность электродвигателя Рэл.м2: Рэл.М2 = Рн.м2/М2; Р эл.М2 = Рн.М2/М2 = 1 000/0,952= 1050,4 кВт. Рассчитаем полную мощность Sэл.М2: Sэл.М2 = Р эл.М2/ cosφМ2; S эл.М2 = Р эл.М2/ cosφМ2 = 1 050,4/0,9 = 1167,1 кВ∙А. Рассчитаем номинальный ток электродвигателя Iн.М2: Iн.М2=Sэл.М2/( 3 ·Uн); I н.М2 = 1167,1/( 3 ·6)=112,3 А. 2. Выбор трансформатора Т1 Необходимо найти полную мощность, протекающую через трансформатор Т1 в нормальном режиме: Sрасч.тр = SМ1+S М2+[(P1+P2+P3+P4+Pсн)/cosφ]; Sрасч.тр= 1997,9 +1167,1+[(1200+1250+1800+1950+500)/0,84] = = 11141,2 кВ∙А. По расчетной мощности трансформатора Sрасч.тр. = 11141,2 кВ·А и по напряжению установки выбираем двухобмоточный трансформатор с расщепленными обмотками низкого напряжения и устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) (согласно схеме рис. 1.11), исходя из следующих условий: Uвн≥ Uуст.в Uуст.в = 110 кВ Uнн≥ Uуст.н Uуст.н = 6 кВ Sн.тр≥ Sрасч.тр Sрасч.тр = 11141,2 кВ∙А Выбираем трансформатор марки ТРДН-25000/110 У1 (трехфазный трансформатор с расщепленной обмоткой низкого напряжения, с регулированием напряжения под нагрузкой,масляное охлаждение с принудительным дутьем (радиаторы обдуваются вентиляторами) [1]. Параметры ТРДН-25000/110 У1 Uвн = 110 кВ Uнн = 6,6 кВ Sн.тр = 16000 кВ∙А Установка Uуст.в = 110 кВ Uуст.н = 6 кВ Sрасч.тр = 11141,2 кВ∙А 76 Максимальная мощность трансформатора с учётом перегрузки Sраб.mах.Т1 = 1,5·Sн.тр, гдеSн.тр – номинальная мощность, передаваемая по сети через трансформатор. Sраб.mах.Т1 = 1,5·25 000 = 37 500 кВ∙А. Определим ток, протекающий по обмоткам трансформатора на высокой и низкой сторонах, используя следующую формулу: I = Sтр/( 3 ·U). Максимальный ток, протекающий по высоковольтной стороне силового трансформатора: Iраб.mах(вн)Т1 = 37 500/( 3 ·110) =196,8 А. Максимальный ток, протекающий по низковольтной стороне силового трансформатора: Iраб.mах(нн)Т1 = 37 500/( 3 ·6) = 3608,4 А. 3. Выбор выключателя Q2 Для выбора высоковольтного выключателя Q2 необходимо найти полную мощность, протекающую через него в нормальном режиме: Sуст = SМ1+[P1+P3]/ cosφ=5368,7 кВ∙А. Максимальный рабочий ток нормального режима: Iраб.mах= Sуст/( 3 ·U2) = 5368,7/( 3 ·6) = 516,6 А. Мощность, проходящая через выключатель Q2 в послеаварийном режиме (при отключении выключателя Q3): Smах.ПАР = SМ1+[(P1+Р2+P3+Р4)/cosφ]= = 1997,9+[(1200+1250+1800+1950)/0,84] = 9378,85 кВ∙А. Максимальный рабочий ток утяжеленного (послеаварийного) режима: Iраб.mах.ПАР= Smах.ПАР/( 3 ·U2) = 9378,85/( 3 ·6) = 902,48 А. Условие выбора: Uн Uуст; Iн Imах. Выбор производим по наибольшему току из двух рассмотренных режимов. Намечаем к установке маломасляный выключатель марки ВМПЭ-10-20/ 1000 У2. 77 Параметры ВМПЭ-10-20/1000 У2 Установка Uн = 6 кВ Uуст=6кВ Iн = 1000 А Iраб.mах.ПАР=902,48 А Заданным параметрам удовлетворяет маломасляный выключатель марки ВМПЭ-10-20/1000У2. 4.Выбор силового трансформатора Т3 Полная расчетная мощность, передаваемая через трансформатор потребителю в нормальном режиме: Sрасч.тр = Р1/соsφнагр = 1200/0,89=1348,3 кВ∙А. Полная расчетная мощность, передаваемая через трансформатор потребителю в послеаварийном (утяжелённом) режиме (например, при отключении выключателя Q5 нагрузка Р2 будет питаться через включенный автоматический выключатель QF2 от трансформатора Т3): Sрасч.тр.ПАР = (Р1+Р2)/соsφнагр= (1200+1250) / 0,84 = 2 916,7 кВ∙А. По наибольшей расчетной мощности Sрасч.тр.ПАР = 2916,7 кВ∙А и напряжению установки выбираем трансформатор, исходя из следующих условий выбора: Uвн Uуст.в Uуст.в = U2 = 6 кВ Uнн Uуст.н Uуст.н = U3 = 0,38 кВ Sн.тр Sрасч.тр Sрасч.тр = 1348,3 кВ∙А Так как наибольшая мощность цехового трансформатора на 6кВ составляет 2500кВА, то примем к установке трансформатор именно этой мощности марки ТМ-2500/10/0,4. Параметры ТМ-2500/6 У1 Установка Uвн = 6 кВ Uуст.в = U2 = 6 кВ Uнн = 0,4 кВ Uуст.н = U3 = 0,38 кВ Sн.тр = 2500 кВ·А Sрасч.тр = 1348,3 кВ·А Максимальная мощность трансформатораТ3 с учетом перегрузки: Sраб.mах.Т3 = 1,5·2500 = 3750 кВ·А. 78 Она должна быть больше, чем полная расчетная мощность данного трансформатора в послеаварийном режиме, т.е. S раб.mах.Т3 Sрасч.тр.ПАР;3750 кВА 2916,7 кВ∙А, т. е. данное условие также выполняется. Следовательно, трансформатор выбран верно. Определим ток, протекающий по обмоткам трансформатора по высокой и низкой сторонам, используя следующую формулу: I = Sн.тр/( 3 ·Uном). Номинальный рабочий ток, протекающий по высоковольтной обмотке трансформатора: Iн.вн.Т3 = Sн.тр/( 3 ·Uнн) = 2500/( 3 ·6) = 240,6 А. Максимальный ток, протекающий по высоковольтной стороне силового трансформатора: Iраб.mах(вн)Т3= Sраб.mах.Т3/( 3 ·Uвн) = 3750/( 3 ·6) = 360,8 А. Максимальный ток, протекающий по низковольтной стороне силового трансформатора: Iраб.mах(нн)Т3 = 3750/( 3 ·0,4) = 5412,7 А. 5. Выбор разъединителя QS1 Выбор производится по максимальному току на высокой стороне силового трансформатора Т1: Iраб.mах(вн)Т1 = S раб.mах(вн)Т1/( 3 ·U3) = 37500/( 3 ·110) = 196,8 А. Выбор производится исходя из следующих условий: Uн Uуст, Iн ≥ Iрасч, где Uуст – линейное напряжение участка сети, на котором предусмотрена установка аппарата; Iрасч – расчетный максимальный ток продолжительного рабочего режима участка цепи, для которого предусмотрен электрический аппарат. В данном случае это максимальный ток, протекающий по высоковольтной стороне силового трансформатора Т1, рассчитанный выше: Iрасч = Iраб.mах(вн)Т1 = 196,8 А. Заданным 1000 У1. параметрам соответствует 79 разъединитель маркиРНДЗ-110/ Параметры РНДЗ-110/1000 У1 Установка Uн = 110 кВ Uуст = 110 кВ Iн = 1 000 А I раб.mах(вн)Т1 = 196,8 А 6. Выбор кабеля W2 Выбор кабеля производится по экономической плотности тока. Ток рабочего нормального режима кабеля равен номинальному току трансформатора Т3на высокой сторонеIн = I н.вн.Т3=240,6 А. Ток рабочего максимального режима трансформатора Т3 на высокой стороне с учетом возможной перегрузки трансформатора (из предыдущих расчетов): Iраб.mах(вн)Т3 = 360,8 А. Выбор производим, учитывая условия прокладки кабеля: кабель с алюминиевыми жилами проложен в земле. Выбираем из списка рекомендованных для прокладки в земле кабелей (напряжение сети 6кВ) трехжильный кабель марки ЦААБлГ. Для кабеля с алюминиевыми жилами, с бумажной изоляцией и Тmах = 2800 ч находим экономическую плотность тока: jэк = 1,6 А/мм2. По экономической плотности тока jэк находим экономическуюплощадь сечения: qэк = Iраб.mах/jэк = 360,8/1,6 = 255,5 мм2. Выбрано ближайшее стандартное сечение кабеля qэк.с = 240 мм2 (максимально возможное для данной марки кабеля).Кабель марки ЦААБл изготавливается только трехжильным. Принимаем к установке трехжильный кабель марки ЦААБлГ сечением 240мм2. Параметры Установка ЦААБлГ-3240 Uвн = 6 кВ Uуст.в = 6 кВ qэк.с= 240 мм2 qэк=255,5 мм2 Iдоп.н = 390 А Iраб.mах = 360,8 А Производим проверку выбранного кабеля на выполнение условия: Iраб.mах< Iдоп, где Iраб.mах – максимальное значение тока при эксплуатации кабеля; 80 Iдоп = k1∙k2·Iдоп.н – длительно допустимый ток с учетом поправки на число рядом проложенных кабелей k1 и температуру окружающей среды k2; Iдоп.н – длительно допустимый ток на один кабель при номинальной разности температур между кабелем и окружающей средой [6, табл.4.20]. Поправочные коэффициенты k1 и k2 могут быть определены по ПУЭ [2]: – k1 для учета количества рядом проложенных кабелей: для трехжильных кабелей k1 = 1, для одножильных кабелей, проложенных рядом, см. [2,п.1.3.20]; – k2 для учета температуры окружающей среды: допустимая температура жилы кабеля на 6 кВ составляет +65°С [2, п.1.3.12], поправочный коэффициент на ток кабеля при расчетной температуре среды +15 оС равен k2 = 1,0 [2, п. 1.3.9]. С учетом поправок получаем Iдоп = 1·1,0·390 = 390 А. Iраб.mах Iдоп – условие выполняется. Для прокладки применяем кабель марки ЦААБлГ-3х240 – это трехжильный кабель с алюминиевыми жилами сечением 240мм2; с бумажной изоляцией,пропитанной нестекающим изоляционным составом; с алюминиевой оболочкой и бронёй из двух стальных лент, без защитных покровов. В подушке под броней имеется слой из пластмассовых лент. 7. Выбор автоматического выключателя QF1 Условия выбора: Uн Uуст,Iн ≥ Iрасч. Выбор автоматического выключателя производится по максимальному току на низкой стороне трансформатора Т3 в послеаварийном режиме (например, при отключении трансформатора Т4). В этом случае через трансформатор Т3 будет протекать не только нагрузка Р1 (как в нормальном режиме), но еще и нагрузка Р2. Imах.(нн)Т3.ПАР = [(Р1+Р2)/ сosφ ]/( 3 ·Uнн); Imах.(нн)Т3.ПАР = [(12000+1250)/0,84]/( 3 ·0,4) = 4209,8 А. Условиям выбора удовлетворяет автоматический выключатель ВА-СЭЩВ 6300 AF. Параметры ВА-СЭЩ-В 6300 AF Установка Uн = 0,66 кВ Uуст = U2= 6 кВ Iн = 6300 А Imах.(нн)Т3.ПАР = 4209,8 А 81 8. Выбор разъединителя QS2 Условия выбора: Uн Uуст,Iн ≥ Imах. Выбор разъединителя производится по максимальному току на высокой стороне трансформатора Т1, найденному ранее: Iраб.mах(вн)Т1 = 196,8 А. Принимая во внимание, что РУ 110кВ открытого типа (ОРУ), из справочника [6]выбираем разъединитель марки РНДЗ-110/1000 У1. Параметры РНДЗ-110/1000 У1 Установка Uн = 110 кВ Uуст = U1 = 110 кВ Iн = 1000 А I раб.mах(вн)Т1 = 196,8 А Задание №4. По исходным данным произвести выбор следующего оборудования для системы электроснабжения предприятий (рис.1.14): трансформатор Т5; быстродействующий автоматический выключатель QF1, трансформатор Т1, выключатель Q3, кабель W4, трансформатор Т8, выключатель нагрузки QW1, предохранитель F7. Исходные данные: U1=110 кВ; U2 =10кВ; U3=0,66 кВ; P1 =500кВт; P2=200кВт; P3=500кВт; P4=400кВт; P5=400кВт; P6=200кВт; P7=500кВт; P8 = 190кВт; Pсн = 600кВт; Pм1 = 3600кВт; Pм2 = 3600кВт; Тmах = 3800ч; cosφ=0,86. Материал жилы кабеля – медь. Место прокладки кабеля – в земле. Для выбора силового трансформатора Т1 необходимо учесть всю мощность, протекающую через него, поэтому необходимо произвести расчёт и выбор двигателей М1 и М2. 1. Выбор асинхронных двигателей М1 и М2 Выбор асинхронных двигателей М1 и М2 производится по номинальной мощности электродвигателя и по номинальному напряжению. Условия выбора: Uн.М1 ≥ U2;Рн.М1 ≥ РМ1, где Uн.М1 – номинальное напряжение двигателя по паспорту; Р н.М1 – номинальная мощность на валу двигателя по паспорту. Данные для выбора двигателя М1(М2): РМ1 = РМ2=3600 кВт; Uн = 10 кВ. 82 Так как номинальные активные мощности обоих двигателей одинаковые, то и марки выбираемых двигателей будут одинаковыми. Выбираем синхронный двигатель марки СТД-4000-2РУХЛ4. Параметры СТД-4000-2РУХЛ4 Установка Uн=10 кВ U2=10 кВ Pн=4000 кВт PМ1=3600 кВт сosφм = 0,9 =97,5% Рассчитаем активную мощность электродвигателя Рэл.М1, потребляемую из сети: Рэл.М1 = Рн.М1/М1; Рэл.М1=Рн.М1/М1 = 4000/0,975= 4102,6 кВт. Рассчитаем полную мощность электродвигателей М1 и М2, потребляемую из сети: Sэл.М1 = Рэл.М1 / cosφ М1; S эл.М1 = S эл.М2 = Р эл.М1/cosφМ1 = 4102,6/0,9 = 4558,4 кВ∙А. Рассчитаем номинальный ток электродвигателя Iн.М1: I н.М1=S эл.М1/( 3 ·Uн); I н.М1 = S эл.М1/( 3 ·Uн) = 4 558,4/( 3 ·10) = 263,2 А. 2. Выбор силового трансформатора Т5 Полная мощность, передаваемая через трансформатор Т5 потребителю внормальном режиме: Sрасч.тр = Р1/соsφнагр = 500/0,86=581,4 кВ·А. По полной расчетной мощности Sрасч.тр = 581,4 кВ·А и напряжению установки U2выбираем трансформатор, исходя из следующих условий выбора: Uвн Uуст.в Uнн Uуст.н Sн.тр Sрасч.тр Uуст.в = 10 кВ Uуст.н = 0,66 кВ Sрасч.тр = 581,4 кВ·А Выбираем трансформатор маркиТМГ-630/10 У1 [6]. 83 Параметры ТМ-630/10 У1 Uвн = 10кВ Uнн = 0,69 кВ Sн.тр = 630 кВ·А Установка Uуст.в = U2 = 10 кВ Uуст.н =U3= 0,66 кВ Sрасч.тр=581,4 кВ·А Условия выбора выполняются, следовательно принимаем к установке выбранный трансформатор ТМГ-630/10 У1. Максимальная мощность трансформатора с учетом перегрузки: Sраб.mах = 1,5·Sн.тр, где Sн.тр– номинальная мощность трансформатора. Sраб.mах = 1,5·630 = 945 кВ·А. Определим ток, протекающий по обмоткам трансформатора на высокой и низкой сторонах, используя следующую формулу: I = S/( 3 ·Uном). Номинальный рабочий ток, протекающий по высоковольтной обмотке трансформатора Т5: Iн.тр= Sн.тр./( 3 ·U2) = 630/( 3 ·10)=36,4 А. Максимальный ток, протекающий по высоковольтной стороне силового трансформатора Т5: Iраб.mах(вн)Т5= Sраб.mах/( 3 ·Uвн) = 945/( 3 ·10)=54,6 А. Максимальный ток, протекающий по низковольтной стороне силового трансформатора Т5: Iраб.mах(нн)Т5 = Sраб.mах/( 3 ·Uнн) = 945/( 3 ·0,69)=790,7 А. 3. Выбор автоматического выключателя QF1 Выбор производится по максимальному току на низкой стороне трансформатора Т5, найденному выше: Iраб.mах(нн)Т5 = 790,7 А. Выбор производится исходя из следующих условий: Uн Uуст, Iн ≥ Iрасч, где Uуст – линейное напряжение участка сети, на котором предусмотрена установка аппарата;Iрасч – расчетный максимальный ток продолжительного рабочего режима участка цепи, для которого предусмотрен электрический аппарат. 84 Параметры ВА 55-41 Uн = 0,66 кВ Iн = 1 000 А Установка Uуст = 0,66 кВ I раб.mах(нн)Т5 = 790,7 А Заданным параметрам соответствует автоматический выключатель марки ВА 55-41. 4. Выбор трансформатора Т1 Необходимо найти полную мощность, протекающую через трансформатор Т1 в нормальном режиме: Sрасч.тр = SМ1+[P1+P2+P3+ P4+Pсн]/ cosφ; Sрасч.тр= 7116,5 кВ∙А. Так как в трансформаторном режиме работают два трансформатора (Т1 и Т2), можно выбрать трансформатор ближайшей большей мощности. По расчетной мощности Sрасч.тр=7116,5кВА и по напряжению установки выбираем трансформатор, исходя из следующих условий: Uвн ≥ Uуст.в Uуст.в = U1 = 110 кВ Uнн ≥ Uуст.н Uуст.н = U2 = 6 кВ Sн.тр ≥ Sрасч.тр Sрасч.тр = 7116,5кВ∙А По расчетной мощности трансформатора Sрасч.тр = 7116,5 кВ·А и по напряжению установки выбираем двухобмоточный трансформатор с устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) (согласно схеме рис. 1.14). Параметры ТДН-10 000/110 Uвн = 115 кВ Uнн = 11 кВ Sн.тр = 10 000 кВ·А Установка Uуст.в = 110 кВ Uуст.н = 10 кВ Sрасч.тр = 7116,5кВ·А Рассчитаем максимальную мощность трансформатора в послеаварийном режиме (например, при отключении трансформатора Т2), когда вся нагрузка, подключенная ко второй секции шин, будет питаться через первую секцию шин от трансформатора Т1: Smах.Т1.ПАР= SМ1+S М2+[P1+P2+P3+ P4+P5+P6+P7+P8+Pсн]/cosφ; Smах.Т1.ПАР = 13407,5 кВ∙А. 85 Рассчитаем коэффициент перегрузки kп =Smах.Т1.ПАР/Sн.тр = 13407,5/10000= = 1,34. В данном варианте коэффициент перегрузки трансформатора Т1 kп = 1,3 меньше допустимого значения 1,5. Если бы получилось kп>1,5, то тогда надо было бы взять трансформатор большей мощности. Принимаем к установке трансформатор маркиТДН-10-000/110. Данный трансформатор удовлетворяет предъявляемым требованиям. Определим ток, протекающий по обмоткам трансформатора по высокой и низкой сторонам, используя следующую общую формулу: I = Sн.тр/( 3 ·U). Номинальный рабочий ток, протекающий по высоковольтной обмотке трансформатора Т1: Iн.(вн)Т1 = Sн.тр/( 3 ·Uвн)= 10000/( 3 ·110) = 52,5 А. Максимальный ток, протекающий по высоковольтной стороне силового трансформатора Т1: Imах(вн)Т1 = Smах.Т1.ПАР/( 3 ·Uвн)=13407,5/( 3 ·115) = 67,3 А. Максимальный ток, протекающий по низковольтной стороне силового трансформатора: Imах(нн)Т1= Smах.Т1.ПАР/( 3 ·Uнн) = 13407,5/( 3 ·11) = 703,7 А. 5. Выбор выключателя Q3 Для выбора высоковольтного выключателя Q3 необходимо учитывать полную мощность, протекающую через него при отключении или выводе в ремонт трансформатора Т2: Sсум = Smах.Т1.ПАР = 13407,5кВ∙А. Максимальный ток утяжеленного (послеаварийного) режима трансформатора Т1(при отключении трансформатора Т2) на стороне низкого напряжения Т1: Imах(нн)Т1= 703,7 А. Условие выбора: Uн Uуст; Iн Imах (нн)Т1. Заданным параметрам удовлетворяет вакуумный выключатель марки ВВ/TEL-10-12,5/800У2. 86 Параметры ВВ/TEL-10-12,5/800У2 Установка Uн =10 кВ Uуст=10 кВ Iн = 800 А I mах. (нн)Т1=703,7 А 6. Выбор кабеля W4 Выбор кабеля производится по экономической плотности тока. Ток рабочего нормального режима кабеля равен номинальному току трансформатора Т5 на высокой стороне:Iн = Iн.(вн)Т5=384,9 А. Ток рабочего максимального режима с учетом возможнойперегрузки трансформатора Т5 на стороне высокого напряжения (из предыдущих расчетов): Iраб.mах(вн)Т5= Sраб.mах/( 3 ·Uвн) = 945/( 3 ·10)=54,6 А. Выбор производим, учитывая условия прокладки кабеля (кабель с медными жилами для прокладки в земле). Наметим для прокладки кабель марки СШв. Кабели данной марки изготавливаются либо трехжильными, либо четырехжильными. Так как четырехжильные кабели применяются в сетях напряжением до 1 кВ, а трехжильные кабели – в сетях напряжением 6–10кВ, то примем к установке трехжильный кабель. Для кабеля с медными жилами, с бумажной изоляцией и Тmах = 3800 ч находим экономическую плотность тока: jэк = 2,5 А/мм2. По экономической плотности тока jэк находим площадь сечения: qэк = Iраб.mах/jэк = 54,6/2,5 = 21,8 мм2. Выбрано стандартное сечение кабеля qэк.с = 25 мм2. Параметры СШв-325 Uвн = 10 кВ qэк.с= 50 мм2 Iдоп.н = 120 А Установка Uуст.в = 10 кВ qэк=39 мм2 Iраб.mах = 54,6 А Производим проверку выбранного кабеля на выполнение условия: Iраб.mах< Iдоп, где Iраб.mах – максимальное значение тока при эксплуатации кабеля; Iдоп = k1∙k2·Iдоп.н – длительно допустимый ток с учетом поправки на число рядом проложенных кабелей k1 и температуру окружающей среды k2. 87 Поправочные коэффициенты k1 и k2 могут быть определены по ПУЭ [2]: – k1 для учета количества рядом проложенных кабелей, для трехжильных кабелей k1=1; – k2 для учета температуры окружающей среды: так как допустимая температура жилы кабеля на 6кВ составляет +65°С[ПУЭ, п.1.3.12], то поправочный коэффициент на ток кабеля при расчетной температуре среды +15°С равен k2 = 1,0 [2, п.1.3.9]. С учетом поправок получаем: Iдоп = 1·1·120= 120 А; Iдоп.н – длительно допустимый ток нормального режима на один кабель при номинальной разности температур между кабелем и окружающей средой. Итак, проверяем условие выбора кабеля Iраб.mах Iдоп;54,6А 125 А – условие выполняется. Для прокладки применяем кабель марки СШв-3×25 – трехжильный кабель с медными жилами, с бумажной пропитанной изоляцией, в свинцовой оболочке, заключенной в шланг из поливинилхлорида, площадь сечения жил 25мм2. 7. Выбор трансформатора Т8 Условия выбора трансформатора: Uн.тр≥ Uуст; Sн.тр ≥Sрасч. Полная расчетная мощность, передаваемая через два трансформатора (Т8 и Т9) в нормальном режиме: Sрасч= Р4/ cosφ = 400/0,86=465,1 кВА,а для одного трансформатора Т8 (или одного Т9):Sтр = Sрасч/2=465,1/2=232,6 кВ∙А. Из справочника [6]выбираем трансформатор ТМ-250/10 У1. Параметры ТМ-250/10 У1 Установка Uвн=10кВ Uуст.в= U2=10 кВ Uнн=0,69 кВ Uуст.н =U3= 0,66 кВ Sн.тр= 250 кВ·А Sуст=232,6 кВ·А По условию проверки на перегрузочную способность, когда Т9 выводится в ремонт или повреждается и отключается: kп= Sрасч/ Sн.тр=465,1 / 250 = 1,86 1,5. 88 Так как kп 1,5, то следует выбрать трансформатор большей мощности. Из справочника [6] выбираем трансформатор ТМ-400/10 У1. Параметры ТМ-400/10 У1 Установка Uвн = 10кВ Uуст.в = U2=10 кВ Uнн = 0,69 кВ Uуст.н=U3= 0,66 кВ Sн.тр = 400 кВ·А Sуст=232,6 кВ·А Вычислим коэффициент перегрузки: kп= Sрасч/ Sн.тр= 465,1 / 400 = 1,16 1,5, что соответствует требованиям. 8. Выбор выключателя нагрузки QW1 ипредохранителя F7 Условия выбора выключателя нагрузки и предохранителя Uн≥ Uуст.в; Iн ≥ Imах. Для выбора выключателя нагрузки QW1 и предохранителя F7 необходимо найти ток рабочего максимального режима на высокой стороне трансформатора Т8с учётом возможной перегрузки трансформатора в 1,5 раза: Iраб.mах(вн)Т8=1,5·Sн.тр/( 3 ·Uвн)=1,5·400/( 3 ·10) = 34,64 А. Из справочника [6] выбираемвыключатель нагрузки и плавкий предохранитель ПКТ102-10-40-31,5У3. Параметры ВНПР-10/400-20 У2 ПКТ102-10-40-31,5У3 Установка Uн = 10 кВ Uн = 10 кВ Uуст = 10 кВ Iн = 400 А Iн = 40 А I раб.mах(вн)Т8 = 34,64 А Примечание. Технические данные трансформаторов приведены в источниках [1,3–6], а параметры наиболее редких из них даны ниже. Трансформатор ТРДН-125000/330 Sном=125 000 кВ∙А; Uв,ном=330 кВ; Uн,ном= 10,5 кВ; Pхх=155 кВт; Pк=420 кВт; ния ±8×1,5%. Uк%=11%; Iх%=0,5%; 89 диапазон регулирования напряже- Трансформатор ТРДЦН-200000/330 Sном = 200 000 кВ∙А; Uв,ном = 330 кВ; Uн,ном = 10,5 кВ; диапазон регулирования напряжения ±8×1,5%. Трансформатор ТРДН-16000/110/10/10 (производится только под заказ) Sном = 16 000 кВ∙А; Uв,ном = 110 кВ; Uн,ном = 10 кВ (по заказу возможно 6 кВ), Pхх=24 кВт; Pк=5 кВт; Uк%=10,5%; Iх%=0,7%; диапазон регулирования напряжения ±8×1,5%. Трансформатор ТМ-4000/6(10) Sном = 4000 кВ∙А; Uв,ном = 6(10)кВ (нап-ряжение на выбор заказчика); Uн,ном = 0,4 кВ; Pхх = 5,2 кВт; Pк = 33,5 кВт; Uк%= 7,5%;Iх% = 0,9%; диапазон регулирования напряжения ±2×2,5%. Трансформатор ТСЛ-3150/10 Sном = 3150 кВ∙А; Uв,ном =10кВ; Uн,ном = 0,4 кВ;Pхх=5 кВт; Pк=28,5 кВт; Uк%=6%; диапазон регулирования напряжения±2×2,5% (коэффициент перегрузки kп = 1,2). Автоматический выключатель ВА-СЭЩ-В 6300 AF Uном = 0,66 кВ; Iном=6300А. 90 Таблица П.1 Исходные данные к курсовой работе № № вар. схем PСН, Тmах, кВт ч U1 , кВ U2 , кВ U3 , кВ P1 , кВт P2, кВт P3, кВт P4, кВт P5, кВт P6, кВт P7, кВт P8, кВт PМ1, кВт PМ2, кВт 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1.14 110 10 0,38 750 700 600 1200 1200 600 600 600 1000 800 1 1.11 110 6 0,38 900 500 390 ----- ----- ----- ----- ----- 1500 2 1.12 110 6 0,38 950 400 650 1250 ----- ----- ----- ----- 3 1.14 110 6 0,38 500 220 400 250 280 150 400 4 1.13 110 6 0,38 1890 1925 1300 1200 ----- ----- 5 1.11 110 10 0,38 900 1450 200 ----- ----- 6 1.12 110 10 0,38 245 150 825 900 7 1.14 110 6 0,38 500 230 455 8 1.13 110 6 0,38 2000 2000 9 1.11 110 6 0,66 600 10 1.12 110 10 0,66 11 1.14 110 6 0,38 12 1.13 110 13 1.11 14 18 19 200 3000 0,80 1-1 1150 180 2500 0,85 2-1 1000 ----- 190 5000 0,90 1-2 325 900 800 230 4500 0,86 2-2 ----- ----- 3000 2000 210 3200 0,81 1-3 ----- ----- ----- 800 1000 180 3500 0,82 2-3 ----- ----- ----- ----- 1500 ----- 120 5000 0,79 1-1 360 325 320 480 100 1400 1200 200 4300 0,87 2-1 800 800 ----- ----- ----- ----- 12000 3300 380 6000 0,85 1-2 750 200 ----- ----- ----- ----- ----- 1600 2000 150 2800 0,84 2-2 145 192 798 1375 ----- ----- ----- ----- 2225 ----- 140 3000 0,83 1-3 800 290 600 565 200 300 500 150 1500 2500 230 4300 0,82 2-3 6 0,38 1380 1280 2000 1000 ----- ----- ----- ----- 3000 4000 380 3800 0,83 1-1 110 10 0,38 450 200 200 ----- ----- ----- ----- ----- 630 800 100 2800 0,88 2-1 1.12 110 6 0,66 315 125 500 450 ----- ----- ----- ----- 800 ----- 110 3000 0,83 1-2 15 1.14 110 6 0,38 850 200 500 400 350 150 600 350 1600 1600 410 3300 0,84 2-2 16 1.13 110 6 0,38 1000 2000 800 600 ----- ----- ----- ----- 4000 2500 770 3200 0,85 1-3 91 17 cos Кабель Продолжение табл. П.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1.11 110 6 0,38 290 350 195 ----- ----- ----- ----- ----- 450 300 160 1800 0,80 2-3 18 1.12 110 10 0,38 397 239 884 650 ----- ----- ----- ----- 21250 ----- 210 5100 0,87 1-1 19 1.14 110 10 0,66 550 145 400 270 200 225 350 225 2000 3125 410 3300 0,85 2-1 20 1.13 110 6 0,38 1280 2000 1280 840 ----- ----- ----- ----- 30000 3000 950 1000 0,86 1-2 21 1.11 110 10 0,66 400 750 400 ----- ----- ----- ----- ----- 1500 630 205 4500 0,89 2-2 22 1.12 110 6 0,38 200 195 450 500 ----- ----- ----- ----- 1500 ----- 144 3200 0,84 1-3 23 1.14 110 10 0,38 1125 300 1250 630 620 300 1100 300 2500 2400 232 3500 0,90 2-3 24 1.13 110 6 0,66 1000 280 880 2280 ----- ----- ----- ----- 3000 3500 405 5000 0,89 1-1 25 1.11 110 6 0,66 630 180 100 ----- ----- ----- ----- ----- 250 320 125 4300 0,82 2-1 26 1.12 110 10 0,66 325 325 1200 1275 ----- ----- ----- ----- 2000 ----- 250 6000 0,88 1-2 27 1.14 110 10 0,38 1200 310 1200 600 600 320 1200 300 2500 3000 420 2800 0,81 2-2 28 1.13 110 6 0,66 1000 1500 2000 1800 ----- ----- ----- ----- 4000 3300 1130 3000 0,85 1-3 29 1.11 110 10 0,66 750 970 580 ----- ----- ----- ----- ----- 1150 2000 410 4300 0,91 2-3 30 1.12 110 6 0,66 125 200 500 300 ----- ----- ----- ----- 1000 ----- 130 3800 0,90 1-1 31 1.14 110 10 0,38 1200 200 1200 400 400 200 1200 200 2600 2600 220 2800 0,88 2-1 32 1.13 110 10 0,66 2020 1000 1280 1250 ----- ----- ----- ----- 4000 1000 450 3000 0,78 1-2 33 1.11 110 6 0,38 1190 780 310 ----- ----- ----- ----- ----- 3150 4000 430 3300 0,81 2-2 34 1.12 110 10 0,38 135 785 680 ----- ----- ----- ----- 1600 ----- 270 3200 0,84 1-3 185 92 17 18 19 Продолжение табл. П.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 35 1.14 110 6 0,66 800 200 800 380 400 190 800 200 3600 2600 530 1800 0,90 2-3 36 1.13 110 10 0,66 1900 1950 1200 1210 ----- ----- ----- ----- 4000 800 340 5100 0,86 1-1 37 1.11 110 6 0,66 1270 690 290 ----- ----- ----- ----- ----- 2500 4000 350 3300 0,88 2-1 38 1.12 110 6 0,38 291 274 1190 1200 ----- ----- ----- ----- 800 ----- 250 1000 0,83 1-2 39 1.14 110 6 0,66 750 250 800 300 480 300 700 200 2500 3500 580 3000 0,86 2-2 40 1.13 110 10 0,66 1110 1400 1890 1600 ----- ----- ----- ----- 3150 2600 390 2500 0,84 1-3 41 1.11 110 10 0,66 850 640 460 ----- ----- ----- ----- ----- 3150 4000 260 5000 0,85 2-3 42 1.12 110 10 0,66 325 200 750 1125 ----- ----- ----- ----- 2500 ----- 160 4500 0,82 1-1 43 1.14 110 10 0,38 800 320 900 500 700 200 800 300 2300 2500 240 3200 0,85 2-1 44 1.13 110 6 0,66 600 725 1100 1200 ----- ----- ----- ----- 1250 2500 600 3500 0,86 1-2 45 1.11 110 10 0,38 750 300 150 ----- ----- ----- ----- ----- 630 800 110 2800 0,83 2-2 46 1.12 110 6 0,66 125 195 480 460 ----- ----- ----- ----- 900 ----- 170 3000 0,90 1-3 47 1.14 110 6 0,38 800 150 750 380 600 180 800 200 2500 900 400 3300 0,85 2-3 48 1.13 110 6 0,66 2000 800 1750 800 ----- ----- ----- ----- 4000 3250 420 3200 0,86 1-1 49 1.11 110 10 0,38 290 650 250 ----- ----- ----- ----- ----- 630 1000 260 1800 0,89 2-1 50 1.12 110 10 0,66 175 275 1110 1240 ----- ----- ----- ----- 3000 ----- 250 5100 0,83 1-2 51 1.14 110 10 0,38 780 310 800 610 620 300 790 350 2500 2100 600 3300 0,88 2-2 52 1.13 110 10 0,38 1900 1650 1100 1150 ----- ----- ----- ----- 1000 2500 590 1000 0,87 1-3 93 16 17 18 19 Продолжение табл. П.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 53 1.11 110 10 0,66 245 480 155 ----- ----- ----- ----- ----- 800 630 190 3000 0,85 2-3 54 1.12 110 6 0,38 185 195 760 1000 ----- ----- ----- ----- 2500 ----- 180 2500 0,82 1-1 55 1.14 110 10 0,66 500 250 525 400 375 150 400 150 2500 1600 600 5000 0,86 2-1 56 1.13 110 10 0,38 1200 1250 1000 1500 ----- ----- ----- ----- 1600 2000 500 4500 0,84 1-2 57 1.11 110 6 0,38 290 300 160 ----- ----- ----- ----- ----- 630 400 100 3200 0,82 2-2 58 1.12 110 6 0,66 125 165 480 475 ----- ----- ----- ----- 1500 ----- 110 3500 0,89 1-3 59 1.14 110 6 0,66 800 200 800 400 400 180 800 190 3100 5000 300 4500 0,90 2-3 60 1.13 110 10 0,66 2000 1500 1200 1250 ----- ----- ----- ----- 1000 1800 900 3200 0,80 1-1 61 1.11 110 6 0,38 800 1250 450 ----- ----- ----- ----- ----- 2500 2000 280 3500 0,89 2-1 62 1.12 110 6 0,38 1250 525 380 205 ----- ----- ----- ----- 2800 ----- 450 5000 0,82 1-2 63 1.14 220 10 0,38 275 200 1800 1200 325 250 350 200 2500 3000 580 4300 0,84 2-2 64 1.13 220 10 0,66 300 200 700 800 ----- ----- ----- ----- 1600 1000 650 6000 0,83 1-3 65 1.11 220 6 0,38 500 1450 950 ----- ----- ----- ----- ----- 1000 2500 540 2800 0,82 2-3 66 1.12 220 6 0,66 850 1000 900 1950 ----- ----- ----- ----- 2500 3000 450 3000 0,89 1-1 67 1.14 220 10 0,38 195 500 445 900 580 180 520 180 2000 1600 380 4300 0,81 2-1 68 1.13 220 10 0,66 610 800 790 850 ----- ----- ----- ----- 1800 2000 390 3800 0,86 1-2 69 1.11 220 6 0,38 1000 325 800 ----- ----- ----- ----- ----- 1000 1000 510 3300 0,82 2-2 70 1.12 220 6 0,66 120 1200 800 ----- ----- ----- ----- 1000 2500 360 1000 0,84 1-3 310 94 17 18 19 Окончание табл. П.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 71 1.12 110 6 0,66 350 200 500 450 ----- ----- ----- ----- 2000 ----- 130 3000 0,90 2-3 72 1.14 110 10 0,38 1400 200 1000 400 300 500 1100 200 2600 2600 220 2500 0,88 1-1 73 1.13 110 10 0,66 2000 2000 1280 1280 ----- ----- ----- ----- 5000 1000 450 5000 0,78 2-1 74 1.11 110 6 0,38 690 800 810 ----- ----- ----- ----- ----- 2150 1000 430 4500 0,81 1-2 75 1.12 110 10 0,38 180 120 770 680 ----- ----- ----- ----- 2600 ----- 270 3200 0,84 2-2 76 1.14 110 6 0,66 800 200 800 380 400 190 800 200 2600 1600 530 3500 0,90 1-3 77 1.13 110 10 0,66 1600 1450 1200 1210 ----- ----- ----- ----- 2000 1800 340 4500 0,86 2-3 78 1.11 110 6 0,66 1020 690 490 ----- ----- ----- ----- ----- 1500 1000 350 3200 0,88 1-1 79 1.12 110 6 0,38 290 270 1150 1100 ----- ----- ----- ----- 2000 ----- 250 3500 0,83 2-1 80 1.14 110 6 0,66 800 200 800 400 380 200 800 200 2500 2500 580 5000 0,86 1-2 81 1.12 110 10 0,66 175 300 1110 920 ----- ----- ----- ----- 3000 ----- 250 4300 0,83 2-2 82 1.14 110 10 0,38 780 300 800 600 620 300 790 350 2100 2500 600 6000 0,88 1-3 83 1.13 110 10 0,38 1900 1850 1200 1150 ----- ----- ----- ----- 3000 2500 590 2800 0,87 2-3 84 1.11 110 10 0,66 245 450 155 ----- ----- ----- ----- ----- 400 630 190 3000 0,85 1-1 85 1.12 110 6 0,38 183 195 762 1195 ----- ----- ----- ----- 2500 ----- 180 4300 0,82 2-1 86 1.14 110 10 0,66 500 200 500 400 400 200 500 190 1600 2600 600 3800 0,86 1-2 87 1.13 110 10 0,38 1200 1250 1800 1950 ----- ----- ----- ----- 1600 2000 500 2800 0,84 2-2 88 1.11 110 6 0,38 240 300 160 ----- ----- ----- ----- ----- 250 400 100 3000 0,82 1-3 89 1.12 110 6 0,66 125 160 480 480 ----- ----- ----- ----- 800 ----- 110 3300 0,89 2-3 95 17 18 19 Учебное издание Николаев Михаил Юрьевич Горюнов Владимир Николаевич ПруссСветлана Юрьевна и др. ОСНОВЫ СОСТАВЛЕНИЯ ГЛАВНЫХ СХЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОДСТАНЦИЙ Учебное пособие 96 Редактор М. А. Болдырева Компьютерная верстка Л. Ю. Бутаковой Для дизайна обложки использованы материалы из открытых интернет-источников Сводный темплан 2019 г. Подписано в печать 05.07.19. Формат 60×841/16. Бумага офсетная. Отпечатано на дупликаторе. Усл. печ. л. 6,00. Уч.-изд. л. 6,00. Тираж ХХХ экз. Заказ ХХХ. Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр. Мира, 11; т. 23-02-12. Типография ОмГТУ. 97 98
