Выбор числа и мощности трансформаторов на Т.П

Электроприёмники основного технологического оборудования относят к 1 категории по бесперебойности электроснабжения. К данной категории относятся установки и агрегаты, у которых перерыв питания может повлечь за собой опасность для людей, повреждение оборудования, массовый брак, расстройство сложного технологического процесса. Это оборудование обеспечивается питанием от двух независимых источников, и перерыв в электроснабжении допускается лишь на время автоматического включения резерва(АВР).

Правильный технически и экономически обоснованный выбор числа и мощности силовых трансформаторов для главных понизительных и цеховых подстанций промышленных предприятий имеет существенное значение для рационального построения схемы электроснабжения этих предприятий. число трансформаторов определяется требованиями надёжности электроснабжения. С этих позиций наилучшим является вариант с установкой двух трансформаторов, обеспечивающих практически бесперебойное электроснабжение цеха.

Установка двух трансформаторов позволяет при повреждении одного трансформатора - второй будет обеспечивать сто процентную надёжность в течении

времени, вполне достаточного для замены повреждённого трансформатора или его ремонта.

Кроме требований надёжности при выборе числа трансформаторов следует учитывать режим работы приёмников электроэнергии. Расчёт и опыт проектирования показывают, что цеховые подстанции желательно выполнять с числом трансформаторов не более двух. Двухтрансформаторные подстанции обычно экономически более целесообразны, чем подстанции с одним или с тремя и большим числом трансформаторов.

2.1Находится реактивная мощность трансформатора.

Для этого переводится соs φ из [Таблицы 2, с. 32] в tg φ

                                                                                                     (8)

где  – реактивная мощность, кВар;

 – максимальная мощность, кВт;

 – коэффициент мощности.

2.2Находится среднесуточная мощность.

                                                                                                       (10)

             где  – среднесуточная мощность, кВт;

    – площадь суточного графика, кВтч.

2.3Определяется коэффициент заполнения графика:

                                                                                             (11)

где: Р_мах – максимальная мощность.

 – коэффициент заполнения графика;

   – среднесуточная мощность, кВт;

2.4По величине К_з.г и времени использования максимума t по кривым кратности допустимых нагрузок трансформаторов находится коэффициент перегрузки трансформатора К_пер [см. приложение И, с. 59].

2.5Определяется активная мощность трансформатора:

кВт.                                                                                                   (12)

где  – активная мощность трансформатора, кВт;

 – максимальная мощность, кВт;

            – коэффициент перегрузки.

2.6Определяется суммарная реактивная мощность потребителей:

∑Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+..+Qn                                                   (13)

2.7Находится средневзвешенный коэффициент мощности:

                                                                       (14)

где:     ∑Р_пасп – суммарная паспортная мощность из [Таблицы 2, с. 32]

            – реактивная мощность, кВар;

                    – коэффициент мощности.

2.8Находится tgφ:

 при        

                                                                                                        (15)

2.9Определяется реактивная мощность трансформатора:

                                                                                                  (16)

где  – реактивная мощность трансформатора, кВар;

 – активная мощность трансформатора, кВт;

2.10Полная мощность трансформатора равна:

                                                                                              (17) где  – полная мощность трансформатора, кВА;

    – активная мощность трансформатора, кВт;

    – реактивная мощность трансформатора, кВар.

На основании рассчитанной мощности трансформатора  из        [Приложения К, с. 59] выбирается тип трансформатора и заношу все данные в таблицу.

Таблица 4

3 Выбор схемы трансформаторной подстанции

Выбор схемы подстанции осуществляется по типу предприятия, числу и мощности трансформаторов, категории надёжности электроснабжения.

Ввод 10кВ выполнен с помощью 2 шкафов высокого напряжения. В каждом шкафу ввода располагаются 2 выключателя нагрузки с заземляющими ножами и встроенными предохранителями. За шкафами ввода располагаются силовые трансформаторы  и шкафы ввода низкого напряжения. Ввод 0,4кВ выполнен автоматами и снабжён трансформаторами тока и измерительными приборами: вольтметры, амперметры, счётчики активной и реактивной мощности. РУ-0,4кВ состоит из отходящих линий, автоматических выключателей.

Проводится расчёт питающей линии к Т.П. Кабельная линия напряжением 10кВ, длиной  L км выполнена 2 кабелями, присоединена к трансформатору через выключатели нагрузки. При аварийном отключении одного из кабелей включается секционный выключатель и электроснабжение осуществляется по одному рабочему кабелю. Оба кабеля выбираются одинаковым сечением, расчёт сечения ведётся по экономической плотности тока.  

3.1Находится I_н:

                                                                                        (18)

где: I_н – номинальный ток; А

S_т – полная мощность трансформатора; кВ∙А

U₁ – напряжение питания трансформатора; кВ.

3.2Находится экономическое сечение кабеля;

                                                                                            (19)

где: J_эк. – экономическая плотность тока для алюминия; А/мм²

   I_н – номинальный ток; А

3.3По величине S_эк. выбирается большее стандартное сечение кабеля              из [Приложения Л,М,Н, с. 70-72].

Таблица 5

3.4Кабель проверяется по току:

А.                                                                                   (20)

3.5По току кабель проходит проверку, проверяется по потере напряжения.

                                                        (21)

где: l – длина линии; км.

r₀ – активное сопротивление кабеля; Ом/км.

х₀ – реактивное сопротивление линии; Ом/км.

сosφ – коэффициент мощности в конце линии.

3.6Находится потеря напряжения в процентах от номинального.

                                                                            (22)

Согласно ПУЭ ΔU≤5%, условие соблюдается, кабель подходит.

Кабельная линия из двух кабелей подходит для питания трансформатора.

4 Расчёт токов короткого замыкания

Для расчёта токов к.з. необходимо определить сопротивление от источника до точки к.з.. расчет ведется в относительных единицах, учитывается только индуктивное напряжение.

    4.1Задаются базисные величины:

S_б=S_н.сМВ∙А.

U_б1=10кВ.

U_б2=0,4кВ.

х_*н.с=2,6

4.2Строится расчетная схема и схема замещения для расчёта токов короткого замыкания.

А) Расчетная схема                                         Б) Схема замыкания

Рисунок 2. Расчетная схема и схема замещения для расчёта токов короткого замыкания.

4.3Находится сопротивление системы:

                                                                                                    (23)

где: х_с – сопротивление системы,

х_* - базисное значение сопротивления,

S_б – базисная мощность,

S_н.т. – номинальная мощность трансформатора.

4.4Считается сопротивление кабельной линии:

                                                                                                  (24)

где: х_к – сопротивление одного кабеля.

х₀ – реактивное сопротивление одного метра кабеля.

S_б – базисная мощность.

U_б. – базисное напряжение.

4.5Результирующее сопротивление двух кабельных линий:

                                                                                     (25)  

4.6Сопротивление трансформатора:

                                                                                              (26)

где: х_тр – сопротивление одного трансформатора.

S_б – базисная мощность.

S_н.тр. – мощность трансформатора.

Т.к. трансформаторы одинаковые, то и их сопротивление равны.

 4.7Находится результирующее сопротивление трансформаторов:

                                                                                                   (27)

4.8Находится результирующее сопротивление до точек короткого замыкания.

Точка К1:                                                                         (28)

Точка К2:                                                              (29)

4.9Находится базисный ток короткого замыкания в каждой из точек.

Точка К1:                                                                                          (30)

Точка К2:                                                                                (31)

где: I_б – базисный ток

S_б – базисная мощность.

U_б. – базисное напряжение.

4.10Токи короткого замыкания:

Точка К1: кА.                                                                       (32)

Точка К2: кА.                                                                               (33)

4.11Находится установившийся ток.

Точка К1: I_∞.К1=I_к.з.К1 , кА.                                                                              (34)

Точка К2: I_∞.К2=I_к.з.К2 , кА.                                                                              (35)

4.12Находится ударный ток.

Точка К1: кА.                                                                      (36)

Точка К2: кА.                                                              (37)

где: К_уд – ударный коэффициент.

4.13Находится мощность короткого замыкания.

Точка К1:  МВ∙А.                                                              (38)

Точка К2: МВ∙А.                                                              (39)

4.14Результаты по расчёту токов короткого замыкания заносятся в таблицу.

Таблица 6

 5. Выбор оборудования трансформаторной подстанции по режиму короткого замыкания

5.1Производится выбор электрооборудования со стороны 10кВ по номинальным данным I_ном,А и U_ном=10кВ.

Выбираем следующее оборудование:

1. Шины для шкафов ввода высокого напряжения.

2. Опорные изоляторы для шин.

3. Выключатели нагрузки.

4. Предохранители.

Выбор шин

Выбор осуществляется исходя из условия I_мах<I_доп ,

где I_мах=1,5∙I_ном,А                                                                           (40)

Выбирается алюминиевая шина прямоугольного сечения размером , допустимым током  одной полосы , сечением   и массой  из [Приложения О, с. 73].

Проверяются шины на динамическую устойчивость:

- шина на ребро         - шина плашмя                   (41)

где: W - момент сопротивления шины.

в – толщина шины; м.

h – ширина шины; м.

                                                                                (42)

где: δ – динамическая устойчивость; МПа.

l_уд – ударный ток на стороне 10кВ.

l – длина пролёта между опорными изоляторами; м.

а – расстояние между шинами; м.

Из условия δ_расч≤δ_доп шина по динамической устойчивости подходит. δ_доп- допустимое механическое напряжение в материале шин, в данном случае в алюминии.

a- h ³ 2(h + b)

На термическую устойчивость.

Находится минимальное сечение шинопровода по термической стойкости

                                   (43)

где: S_мин – минимальное сечение шины; мм².

L – коэффициент термической стойкости, равен 11 для алюминия.

I_∞ - установившийся ток при к.з.; А.

t_п – время к.з.; с.

C –коэффициент стойкости.

По условию S_мин<S, шина подходит.

Опорные изоляторы

Выбор производится по условию 0,6∙F_разр.≥F_расч.

где: F_разр – разрушающее воздействие; кг/см..

F_расч. – расчётная сила; кг/см.

Находится расчётная сила:

кг/см.                                                                        (44)

где: I_уд – ударный ток.

l – длина пролёта между изоляторами

a – расстояние между шинами.

Из [Приложения Р, с. 74], выбираются опорные изоляторы на номинальное напряжение 10кВ, разрушающая нагрузка.

Условие соблюдается - изолятор подходит.

Выключатели нагрузки

Выбор производится по номинальному току и напряжению из                      [Приложения С, с. 75).

Таблица 7

Проверяется на динамическую стойкость:

I_ампл≥i_уд. , кА;    S_откл > S_k;                     I_откл > I_k;                         (45)

По термической стойкости:

                                                                                                 (46)

где: I_t – ток термической стойкости; кА.

t – время протекания тока термической стойкости; с.

I_∞ - установившийся ток короткого замыкания; кА.

t_пр – время протекания установившегося тока, беру 1,85с.

Условия соблюдаются, выключатель нагрузки подходит.

Предохранители.

Выбирается для установки в ОРУ по номинальному току и напряжению, а также по предельно отключаемому току.

I_пр.отк.≥I_к.з., кА;       I_откл > I^H = I_k;              S_откл  > S^H = S_k;              (47)

Условие соблюдается выбираетсяя предохранитель, на номинальное напряжение 10кВ, номинальный ток патрона   А и с наибольшей разрывной мощностью МВ∙А из [Приложения С, с. 104].