Выбор типа трансформаторной подстанции

7.1 Схемы и конструкции ТП

Трансформаторная подстанция (ТП) - это электрическая установка, служащая для приема, преобразования и распределения электрической энергии переменного тока.

Подстанция состоит из силовых трансформаторов 10/0,4 кВ, распределительных устройств управления, релейной защиты и автоматики.

Трансформаторные подстанции должны проектироваться с учетом эксплуатации их без постоянного дежурства персонала с применением устройств автоматики, а в случае необходимости простейших устройств телемеханики. Для поддержания требуемого уровня надежности и безотказности работы, подстанции рекомендуется выполнять по простейшим схемам: без силовых выключателей на вводах и без сборных шин на стороне высшего напряжения.

В настоящее время для вновь проектируемых систем электроснабжения городов рекомендуется применять ТП типа К-42-S_т-М5:

К - ввод в ТП в виде кабеля; 4 - количество вводных кабелей, равно четырем; 2 - количество трансформаторов в ТП, равно двум; S_т - номинальная мощность трансформаторов; М - означает, что ТП модернизированная; 5 - модификация, которая соответствует самой удобной и универсальной разработке ТП.

Таким образом, принимаем к установке в микрорайоне следующие ТП:

ТП-1 К-42-400-М5;

ТП-2 К-42-400-М5;

Данные трансформаторные подстанции, т.е. модификации М5, могут быть укомплектованы трансформаторами с мощностью (100-630) кВА.

Отличие одной ТП от другой состоит только в количестве отходящих линий, марках шкафов ЩО-70 и мощности установленных трансформаторов.

На рис.12 показан разрез трансформаторной подстанции

1-камера КСО-10кВ;2-шина 10 кВ;3-ввод 10кВ; 4-вывод 10 кВ;5-панели ЩО-70 0.4кВ; 6-трансформатор;8-щиты управления

Рис.12 Разрез трансформаторной подстанции

Схему электрических соединений на стороне высшего напряжения покажем на примере ТП-1, для ТП-2 схема будет аналогичной.

Рис.13. Схема электрических соединений на стороне

высшего напряжения ТП-1

В данной схеме силовой трансформатор защищается с помощью предохранителя, который выбирается в зависимости от мощности установленного трансформатора. Для ТМ-400/10 устанавливают предохранитель типа ПКТ 102-10-50-12,5У3.

На рис.13 показана схема электрических соединений на стороне низшего напряжения (0.4кВ) для ТП-1.

Согласно п.3.1.10./1/ для установки в трансформаторные подстанции приняты следующие марки трансформаторов:

ТМ-400/10 с параметрами: U_вн=10 кВ; U_нн=0,4 кВ; ∆Р_х=0,95 кВт; ∆Р_к=5,5кВт; U_к=4,5%; I_х=2,1%; схема соединения Y/Y₀; сопротивление прямой последовательности: R_т=5,5 мОм; X_т=17,1 мОм; Z_т=18 мОм; сопротивление при однофазном замыкании Z_то/3=0,065 мОм.

8 Расчет токов короткого замыкания.Выбор и проверка аппаратуры защиты ТП и кабелей на стойкость токам короткого замыкания

Коротким замыканием (КЗ) называется всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или с землей, при котором токи в аппаратах и проводниках, примыкающих к точке КЗ, резко возрастают, превышая расчетные значения нормального режима.

Вследствие КЗ в цепях возникают токи, которые представляют опасность для элементов сети. Поэтому для обеспечения надежной работы электрической сети, электрооборудования, устройств релейной защиты и автоматики производится расчет токов КЗ.

Выбор защитных аппаратов

Для защиты отдельных элементов распределительных сетей напряжением 0.4 кВ в городских электрических сетях широко применяются предохранители и автоматические выключатели, чувствительные элементы которых включаются последовательно с сетью. Предохранители и автоматические выключатели выполняют функции защиты сети от теплового и динамического действия тока, которое возникает при его увеличении выше допустимого значения, например, при перегрузке. В связи с простотой конструкции, малой стоимостью и высокой надежностью в работе, преимущественное распространение в сетях 0.4 кВ городов получили предохранители.

В настоящее время для надежного электроснабжения качественной электроэнергией в городских условиях рекомендуется принимать к установке аппараты защиты, выполняемые плавкими предохранителями типа ПН-2.

В качестве примера рассматривается выбор плавкой вставки предохранителя, защищающего кабельную линию, которая запитывает жилой дом II категории (поз.7).

Расчетная схема для выбора плавкой вставки предохранителя приведена на рис.

Рис. . Расчетная схема участка сети для выбора плавкой вставки предохранителя .

а) нормальный режим;

б) послеаварийный режим.

Выбор тока плавкой вставки по нормальному режиму работы осуществляется согласно следующих неравенств:

а) в случае если защищаемый объект (кабель) не питает силовую нагрузку (электродвигатели лифтовых установок), ток плавкой вставки предохранителя I_в выбирается из условия:

I_в ≥ I_р.^н , (50)

б) в случае если кабель питает силовую нагрузку:

, (51)

где I_р.^н – максимальный расчетный ток нормального режима, определяемый по табл.13, I_р.^н=184,064 А;

К_п - кратность пускового тока электродвигателя;

α - коэффициент, учитывающий условия запуска электродвигателя, a=2,5 т.к. запуск электродвигателя лифтовой установки легкий.

I_н.дв. - номинальный ток электродвигателя лифтовой установки, определяемый по формуле:

, (52)

где Р_н.дв - номинальная мощность электродвигателя лифта, кВт;

U_н.дв-номинальное напряжение электродвигателя лифта кВ, U_н.дв.=0,38кВ.

Вычисления по формуле (51) проводим для наибольшего номинального тока электродвигателя лифта I_н.дв=16,23 А:

.

По табл. 4-1 /8/выбираем I_в.ном=250 А, ток предохранителя I_пред.=250 А, предельный ток отключения I_пр.отк.=40 кА.

Проверим выбранный номинальный ток плавкой вставки предохранителя в послеаварийном режиме по выражению:

, (53)

где I_{мах(пав)} - максимальный ток через защищаемый объект в послеаварийном режиме, определяемый по табл. 13, I_{мах(пав)}=331,315,3 А;

1.4 - коэффициент, учитывающий, что плавкая вставка не перегорит при токе равном 1.4×I_в.ном в течение 3-х часов; это условие допустимо, т.к. расчетное время максимума нагрузки составляет 30 минут.

Если данное условие выполняется, то ток плавкой вставки считается выбранным верно; если же условие не выполняется, то следует взять следующую ступень тока плавкой вставки по отношению к ранее выбранному по условиям (50) или (51).

Получаем:

,

250 А >236,654 А.

Проверим согласование защитных характеристик предохранителя с тепловыми характеристиками кабеля. Данное согласование достигается путем сопоставления защитной характеристики аппарата с характеристикой нагрева защищаемого объекта. При этом последняя должна находиться выше характеристики защитного аппарата. Данное согласование проверяется по выражению:

I'_д ³ 0,33×I_в.ном , (54)

где I'_д - допустимый ток кабеля с учетом поправочных коэффициентов определяется по табл. 14 I'_д=262,44 А.

262,44 А>0,33*250 А.

262,44 А>82,5А

Видно, что условие выполняется, следовательно, предохранитель выбран правильно.

Аналогичные расчеты проводятся для остальных кабельных линий в обоих вариантах распределительной сети низкого напряжения, а результаты расчетов приведены в таблице 17

Таблица 17

Расчетная таблица для определения тока плавкой вставки и согласования его с защищаемым проводником.

Линия	Расчетный ток участка в нормальном режима работы: Iр.н	Расчетный ток участка в ПАВ режиме работы: Iмах(ав)	Фактически допустимый ток: I'д	Расчетный ток плавкой вставки : Iв.расч.	Ном ток плавкой вставки Iв.н.	Ном ток предохра- нителя: Iпр.	Пред отк ток при 500В Iпр.отк	Iмах 1.4	0.33´Iв.н	Условие проверки по ПАВ режиму: Iв³ Iмах 1.4	Условие проверки:   I'д³0.33´Iв.т
---	А	А	А	А	А	А	кА	А	А	уд/неуд	уд/неуд
ТП-1
Л1	259,21	---	263,52	---				---		---	уд
150,23	---	178,2	---				---		---	уд
Л2	132,88	---	142,56	---				---		---	уд
Л3	223,485	402,272	296,46	---				287,3		уд	уд
Л4	50,429	90,171	77,76	---				64,408		уд	уд
Л5	35,61	64,1	87,48	---				45,786		уд	уд
ТП-2
Л6	181,46	326,625	262,44	221,03				233,304		уд	уд
Л7	206,84	372,31	296,46	224,703				265,936		уд	уд
Л8	59,349	106,829	87,48	---				76,306		уд	уд

Продолжение таблицы 17

Линия	Расчетный ток участка в нормальном режима работы: Iр.н	Расчетный ток участка в ПАВ режиме работы: Iмах(ав)	Фактически допустимый ток: I'д	Расчетный ток плавкой вставки : Iв.расч.	Ном ток плавкой вставки Iв.н.	Ном ток предохра- нителя: Iпр.	Пред отк ток при 500В Iпр.отк	Iмах 1.4	0.33´Iв.н	Условие проверки по ПАВ режиму: Iв³ Iмах 1.4	Условие проверки:   I'д³0.33´Iв.т
---	А	А	А	А	А	А	кА	А	А	уд/неуд	уд/неуд
ТП-3
Л9	174,487	314,077	233,28	213,359				224,34		уд	уд
Л10	184,064	331,315	262,44	223,894				236,654		уд	уд
43,143	---	97,2	---				---		уд	уд
Л11	80,571	---	97,2	---				---		уд	уд
Л12	57,629	103,732	87,48	---				74,094		уд	уд

12 Вопросы охраны труда и техники безопасности