03_Выбор оборудования

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения

А. Н. Штин Т. А. Несенюк

ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ТЯГОВЫХ И ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Екатеринбург

2009

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра «Электроснабжение транспорта»

А. Н. Штин Т. А. Несенюк

ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ТЯГОВЫХ И ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Учебно-методическое пособие для практических занятий, курсового и дипломного проектирования по дисциплине «Тяговые и трансформаторные подстанции»

для студентов специальности 190401– «Электроснабжение железных дорог»

2-е издание, исправленное и дополненное

Екатеринбург

2009

2

УДК 621.331:621.331.4 Ш 91

Штин, А. Н.

Ш91 Выбор оборудования распределительных устройств тяговых и трансформаторных подстанций : учеб.-метод. пособие /А. Н. Штин, Т. А. Несенюк – Екатеринбург : УрГУПС, 2009.– 68 с.

Пособие составлено в соответствии с учебным планом по дисциплине «Тяговые и трансформаторные подстанции» для студентов специальности 190401 − «Электроснабжение железных дорог». Приведены методики выбора силового оборудования распределительных устройств подстанций.

Все методики проиллюстрированы числовыми примерами, которые составляют основу задач, решаемых студентами на практических занятиях во второй части курса «Тяговые и трансформаторные подстанции», приведен большой объем справочного материала.

Пособие может быть использовано при курсовом и дипломном проектировании студентами всех форм обучения вузов железнодорожного транспорта, а также специалистами службы электрификации и электроснабжения железной дороги – филиала ОАО «РЖД» при повышении квалификации.

Текстовая часть учебно-методического пособия составлена в соответствии с ГОСТ 2.105-95 ЕСКД «Общие требования к текстовым документам».

Рекомендовано к печати на заседании кафедры «Электроснабжение транспорта» 22.04.2009 г., протокол № 6.

Авторы: А. Н. Штин, доцент кафедры «Электроснабжение транспорта», канд. техн. наук, УрГУПС;

Т. А. Несенюк, старший преподаватель кафедры «Электроснабжение транспорта», УрГУПС

Рецензент: А. С. Низов, профессор кафедры «Электроснабжение транспорта», канд. техн. наук, УрГУПС

Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), 2009

3

Содержание

1	Расчет максимальных рабочих токов ……………………….		5
	1.1	Расчет максимальных рабочих токов в РУ переменного тока ……	5
	1.2	Расчет максимальных рабочих токов в РУ постоянного тока ……	7
2	Выбор токоведущих частей (проводников) ………………....		11
	2.1	Выбор токоведущих частей в ОРУ переменного тока ……………	11

2.1.1Выбор гибких проводников ……………………………………. 11

2.1.2Проверка гибких проводников ……………………………….... 11

2.2 Выбор проводников в ЗРУ переменного тока ……………………… 13

2.2.1Выбор жестких проводников …………………………………... 13

2.2.2Проверка жестких проводников на электродинамическую стойкость …………………………………………………………. 15

2.2.3Проверка жестких проводников на термическую стойкость .... 20

2.3 Выбор токоведущих частей в ЗРУ постоянного тока ……………… 22

3 Выбор изоляторов ………………………………………….......		24
3.1	Выбор изоляторов в ОРУ переменного тока ………………………..	24
3.2	Выбор изоляторов в ЗРУ переменного тока ………………………… 24

3.2.1Опорные изоляторы ……….……………………………………. 24

3.2.2Проходные изоляторы …………………………………….……. 26

3.3Выбор изоляторов в ЗРУ постоянного тока ……………………..…. 27

4 Выбор коммутационной аппаратуры …….…………………. 29

4.1Выбор выключателей …………………………………………………. 29

4.1.1Выключатели переменного тока ………..……………………… 29

4.1.2Выключатели постоянного тока ….……………………………. 33

4.2 Выбор разъединителей, отделителей и короткозамыкателей ………	34
4.2.1 Выбор разъединителей, отделителей и короткозамыкателей
в РУ переменного тока …….……………………………………	34
4.2.2 Выбор разъединителей в РУ постоянного тока ….……………	35

4.3 Выбор предохранителей ……………………………………………… 36

5 Выбор измерительных трансформаторов ….……………….. 37

5.1Трансформаторы тока ………………………………………………… 37

5.2Трансформаторы напряжения ………………………………………... 38

6 Выбор устройств защиты от перенапряжений ……….……. 40

6.1Разрядники …………………………………………………………….. 40

6.2Ограничители перенапряжений ……………………………………… 41

6.3 Разрядные устройства ………………………………………………… 43

7Выбор различных устройств для РУ-3,3 кВ …….………….. 44

7.1Устройства для замера постоянного тока и напряжения …………... 44

7.2Сглаживающие и помехоподавляющие устройства ………………... 45

4

8 Выбор аккумуляторной батареи ….…………………………. 46

8.1Назначение аккумуляторной батареи ………………………………... 46

8.2Типы аккумуляторов для тяговых подстанций .…………………….. 47

8.3 Выбор аккумуляторной батареи …………………………………...…	48
8.4 Выбор подзарядного и зарядного устройства ……………………….	50

Список использованных источников ………………………..	51
Приложение А Допустимые токовые нагрузки на проводники ………...	53
Приложение Б Параметры изоляторов …………………………………...	54
Приложение В Электрические параметры высоковольтной коммутаци-
онной аппаратуры ……………………………………….	55
Приложение Г Электрические параметры измерительных трансформа-
торов ……………………………………………………….	59

Приложение Д Электрические параметры разрядников и ограничителей перенапряжений …………………………………………... 61

Приложение Е Электрические параметры некоторых устройств
РУ 3,3 кВ ………………………………………………….	62
Приложение Ж Схемы сглаживающих устройств РУ 3,3 кВ ……………	63
Приложение И Данные для расчета аккумуляторной батареи …………..	66

5

1Расчет максимальных рабочих токов

1.1Расчет максимальных рабочих токов в РУ переменного тока

Расчет максимального рабочего тока в каком-либо элементе распредустройства (РУ) переменного тока производится по следующей формуле:

I		=	S		max	,	(1.1)
	Р max				U
		3

где Smax – максимальная мощность, передаваемая по данному элементу РУ;

Uн – номинальное напряжение РУ (UН = 220; 110; 35; 27,5; 10; 6; 3,3; 0,4;

0,23 кВ).

Значение мощности Smax можно определить в соответствии с таблицей 1.1.

Таблица 1.1 – Максимальные мощности в элементах РУ переменного тока

	Элемент РУ		Мощность Smax
	РУ питающего напряжения опорной подстанции
1.	Ввод, по которому производится питание от энерго-		(SТП+SЛТРАНЗ+SПТРАНЗ) kP
	систем или электростанций
2.	Ввод, по которому питаются промежуточные	под-	SЛТРАНЗ
	станции, расположенные слева от опорной
3.	Ввод, по которому питаются промежуточные	под-	SПТРАНЗ
	станции, расположенные справа от опорной
4.	Сборные шины, секционный выключатель, обходной		max (SТП+SЛТРАНЗ) kP ;
	выключатель		(SТП+SПТРАНЗ) kP
5.	Участок присоединения понизительного трансформа-		SТП
	тора
	РУ питающего напряжения транзитной подстанции
6.	Ввод и перемычки		(SТП+SТРАНЗ) kP
7.	Участок присоединения понизительного трансформа-		SТП
	тора
	РУ питающего напряжения отпаечной (тупиковой) подстанции
8.	Ввод и перемычка		SТП
9.	Участок присоединения понизительного трансформа-		SТП
	тора

6

		Продолжение таблицы 1.1
	РУ 35 кВ подстанций с питающим напряжением 110 (220) кВ
10.	Ввод и сборные шины	S 35
11. i -й фидер НТП		SФi
12.	Участок присоединения дополнительного районного
	трансформатора со вторичным напряжением 10 или 6	max SДТ ; S 10(6)
	кВ
	РУ 27,5 кВ
13.	Ввод и сборные шины	S 27,5
14. i –й фидер НТП (ДПР)		SФi
15.	Участок присоединения ТСН	SТСН
16.	Фидер контактной сети	2SТ/3
17.	Отсасывающий провод контактной сети	SТ
	РУ 10 кВ (РУ 6 кВ)
18.	Ввод и сборные шины	S 10(6)
19. i –й фидер НТП		SФi
20.	Участок присоединения ТСН	SТСН
21.	Участок присоединения тягового трансформатора	S1Н

В таблице 1.1 обозначено:

kР = 0,9 – коэффициент, учитывающий разновременность наступления максимума нагрузок;

SТП – мощность тяговой подстанции, которая определяется наибольшим числовым значением из величин:

SТП = max SГТ ; S ,

(1.2)

где SГТ – номинальная мощность одного головного понижающего трансформатора проектируемой тяговой подстанции /2/;

S – расчетная трансформаторная мощность проектируемой тяговой подстанции [2];

SЛ(П)ТРАНЗ–– мощность опорной подстанции, расходуемая на питание промежуточных подстанций, расположенных слева (справа) от данной подстанции, определяется по следующей формуле:

S	Л(П)	= N	Л(П)	(1.3)
	ТРАНЗ		ТП SТП kП,

где N Л(П)ТП – число промежуточных тяговых подстанций (ТП), расположенных слева (справа) от данной подстанции до следующей опорной ТП для двухцепной или одноцепной ЛЭП;

7

S 35; S 27,5; S 10; S 6

kП – коэффициент, учитывающий число подстанций (таблица 1.2);

Таблица 1.2 – Значения коэффициента kП в зависимости от числа подстанций

Число промежуточных подстанций, NТП		1		2	3	4
kП		1		0,9	0,8	0,7
SТРАНЗ – мощность транзита транзитной подстанции, определяется по следую-
щей формуле:
SТРАНЗ	= NТП SТП kП ,					(1.4)

где NТП

SФi –

SДТ – SТЯГИ – SТСН –

S1Н –

–наибольшее число промежуточных тяговых подстанций, расположенных слева или справа до следующей опорной ТП, по одной ЛЭП;

–расчетная трансформаторная мощность, необходимая для питания тяговых и нетяговых потребителей соответственно РУ 35; 27,5; 10; 6 кВ [2].

расчетная мощность i-го фидера нетяговых потребителей [2]; номинальная мощность дополнительного районного трансформатора; расчетная мощность, необходимая для питания тяговой нагрузки [2]. номинальная мощность одного трансформатора собственных нужд;

номинальная мощность сетевой обмотки преобразовательного трансформатора [2].

1.2 Расчет максимальных рабочих токов в РУ постоянного тока

Расчет максимальных рабочих токов в РУ-3,3 кВ постоянного тока может быть выполнен в соответствии с таблицей 1.4.

Таблица 1.4 – Максимальные рабочие токи в элементах РУ постоянного тока

Элемент РУ	Ток IР max
Участок присоединения преобразователя	I2 Н
Ввод	IdH
Сборные шины	max I d ТП ; IdH
Фидер контактной сети	max 2I d ТП /3 ; 2IdH /3
Отсасывающий провод контактной сети	max I d ТП ; IdH

В таблице 1.4 обозначено:

I2Н – номинальный ток вентильной обмотки преобразовательного трансформатора [2];

IdH – номинальный ток преобразователя [2];

8

IdТП – заданный выпрямленный ток подстанции [2].

После выполнения расчетов максимальных рабочих токов и заполнения таблиц 1.3 и 1.5 необходимо начертить упрощенную схему тяговой подстанции, указав на ней вводы, фидеры и сборные шины всех РУ. На схеме через дробь указать численные значения мощностей S max и максимальных рабочих токов IР max, протекающих по всем элементам подстанции.

Пример 1.1

Задание. Определить максимальные рабочие токи во всех распредустройствах переменного тока опорной тяговой подстанции постоянного тока, состоящей из РУ 110 кВ, РУ 35 кВ; РУ 10 кВ; РУ 6 кВ; РУ 3,3 кВ, РУ 0,4 кВ.

РУ 110 кВ: S = 17890 кВА, SГТ = 16000 кВА, N ЛТП = 2, N ПТП = 4. РУ 35 кВ : S 35 = 6978 кВА, SФ1(35) = 1000 кВА, SФ2(35) = 4000 кВА. РУ 10 кВ : S 10 = 11900 кВА, SФ1(10)= 1500 кВА, SФ2(10) = 500 кВА,

SФ3(10)= 2000 кВА, SТСН = 400 кВА, S1Н = 11400 кВА. РУ 6 кВ : S 6 = 2345 кВА, SДТ(35/6) = 2500 кВА, SФ1(6)= 2345 кВА.

РУ 3,3 кВ: РТЯГИ = 9000 кВт, тяговый трансформатор ТРДП-12500/10ЖУ1, выпрямитель В-ТПЕД-3,15к-3,3к.

Решение. В соответствии с формулой (1.2) определяем мощность опорной подстанции. Так как S > SГТ, то SТП = S = 17890 кВА. После этого по выражению (1.3) находим мощности опорной подстанции, расходуемые на питание промежуточных подстанций, расположенных слева и справа от опорной

S ЛТРАНЗ = 2 17890 0,9 = 32202 кВА;

S ПТРАНЗ = 4 178900,7 = 50092 кВА.

Для определения максимальных рабочих токов РУ 3,3 кВ из [2] получим номинальный ток вентильной обмотки трансформатора ТРДП-12500/10ЖУ1 (I2Н = 2610 А) и номинальный ток выпрямителя В-ТПЕД-3,15к-3,3к (IdН = 3150 А). Найдем выпрямленный ток подстанции

IdTH PТЯГИ 9000 2727 А. UdH 3,3

На основании этих данных составляем таблицу 1.3, аналогичную таблице 1.1, с добавлением столбца для IР max , рассчитанного по выражению (1.1).

9

Таблица 1.3 – Максимальные мощности и рабочие токи в элементах РУ переменного тока опорной тяговой подстанции постоянного тока

		Элемент РУ			Мощность Smax, кВА			Ток
							IРmax,,А
		РУ – 110 кВ опорной подстанции
1.	Ввод, по которому производится питание			(17890+32202+50092) ∙			473,2
	от энергосистемы или электростанции					∙0,9=90166
2.	Ввод, по которому питаются промежуточ-
	ные подстанции, расположенные справа				50092		262,9
	от опорной
3.	Сборные шины, секционный выключатель,				(17890+50092)0,9=		321,1
	обходной выключатель				61184
4.	Участок	присоединения	понизительного		17890		93,90
	трансформатора
			РУ – 35 кВ
5.	Ввод и сборные шины					6978		115,1
6.	1-й фидер НТП					1000		16,50
7.	2-й фидер НТП					4000		65,98
8.	Участок	присоединения	дополнительного			2500		41,24
	районного трансформатора
			РУ – 10 кВ
9.	Ввод и сборные шины					11900		687,0
10.	1-й фидер НТП					1500		86,60
11.	2-й фидер НТП					500		28,88
12.	3-й фидер НТП					2000		115,5
13.	Участок присоединения ТСН					400		23,09
14.	Участок присоединения тягового трансфор-					11400		658,0
	матора
			РУ – 6 кВ
15.Ввод и сборные шины						2500		240,6
16.1-й фидер НТП						2345		225,6
17.Ввод, по которому питаются промежуточные
	подстанции, расположенные слева от опор-					32202		169,0
	ной
			РУ – 3,3 кВ
18.	Участок присоединения преобразователя							2610
19.	Вводы							3150
20.	Сборные шины							3150
21.	Фидер контактной сети							2100
22.	Отсасывающий провод контактной сети							3150

10