1.6 Вибір типа, числа та потужності трансформаторних підстанцій.

Трансформаторною підстанцією (ТП) називається електроустановка, яка призначена для перетворення та розподілення електроенергії до споживачів.

Для електропостачання сучасних підприємств, як правило використовують, комплектні трансформаторні підстанції (КТП) внутрішньої або зовнішньої установки.

Комплектні трансформаторні підстанції комплектуються з готових зовнішньо – змонтованих металевих комірок (КТПН) або з залізобетонних об`єднаних елементів (БКТП).

У проекті вибираємо трансформаторну підстанцію типу К- 42 - 630 М5 та два трансформатори по 250 кВА кожен. Потужність трансформаторів була розрахована раніше в п 1.4.

План розташування розподільчого пристрою 6 кВ та трансформаторної підстанції представлено на кресленні 04.Е6.

1 .7 Розрахунок та вибір мереж більше 1000 в.

За кресленням 09.Е3.1 електропостачання котельної 8-го мікрорайону міста Рубіжного, по лінії від ТП 69, необхідно встановити високовольтний запобіжник на 6 кВ, вимикач, та вибрати тип кабелю на 6 кВ. Обираємо кабель з алюмінієвими жилами. Для визначення перетину кабелю необхідно визначити робочий струм мережі. Робочій струм мережі визначаємо за формулою

Ір = Smax / √3Uном

Де Smax – загальна потужність котельної 8-го мікрорайону (кВА):

Uном – напруга розраховуємої мережі (кВ)

Ір = 326,4 / √3∙6 = 32 А.

Обираємо кабель на напругу 6 кВ та струм І= 32 А.

Вибираємо по [1, табл. 7,3, с. 82] кабель ААШВУ – 6 кВ (3х70).

Далі нам необхідно обрати запобіжник на напругу 6 кВ та струм 32 А.

При виборі запобіжника необхідно обирати так, щоб номінальний струм запобіжника був: Ін.вз ≥ Ір.

Високовольтний запобіжник використовують для захисту електроустаткування електроустановок напругою вище 1000 В від струмів недопустимого перевантаження або короткого замикання.

Захисним елементом запобіжника являється плавка вставка, яка вмикається послідовно у мережу захищаємого об`єкту. Дія запобіжника заснована на тому, що при проходженні через нього струмів перевантаження або короткого замикання його плавка вставка, сильно нагрівається, перегоряє та після успішного гасіння дуги, виникаючого в процесі розплавлення металу, вставка розриває електричне коло захисного об'єкту.

Вибираємо по [7, табл. 5.4, с.254] запобіжник.

Тип ПКТ 101 – 6 – 32 40УЗ

Uроб = 6 кВ; Uном = 7,2 кВ

Н омінальний струм запобіжника – 32 А: номінальний струм плавк. вст. - 40 кА.

Умова вибору І вст. ≥ І мах. виконується.

Обираємо високовольтний вимикач на 6 кВ.

Вибираємо по [1, табл. 20.3, с. 228]

Тип ВНП-16

І ном.відкл. = 20 мВА

U роз. = 6 кВ

U ном = 6 кВ

Іроб.макс = 32 А

Іном. =75 А

Умови вибору Іном ≥ Ір;

75 А > 32 А

1 .8 Розрахунок та вибір мережі напругою до 1000 В.

Після трансформаторної підстанції 69 по кабельним лініям живиться проектуєма трансформаторна підстанція котельної 8-го мікрорайону. На проектуємій трансформаторній підстанції напруга знижується з 6 кВ до 0,4 кВ.

Тому треба вибрати автоматичні вимикачі на 0,4 кВ.

Потужність силових трансформаторів розраховано у розділі 1.4.

Тип трансформатора вибираємо по [7, табл. 59, с. 294] ТМ – 6/0,4 кВ – 250 кВА.

Вибираємо автоматичний вимикач.

Автоматичний вимикач призначається для заміни рубильників та запобіжників. Автоматичні вимикачі серії АВМ (номінальний струм від 400 до 2000 А) випускаються двохполюсними та трьохполюсними у відкритому виконанні та розраховані для встановлення у приміщеннях з нормальним середовищем.

Треба розрахувати робочий струм на напругу 0,4 кВ

Ір = Sмакс / 2√3Uном

Ір = 326,4 / 2√3 ∙ 0,4 = 326,4 / 1,36 = 240 А

Розраховуємо струм розчеплювача автоматичного вимикача:

Ірозч. = Ір ∙ 1,4

Ірозч. = 240 ∙ 1,4 = 336 А

Також розраховуємо струм відсічки:

Івідс. = Ір×10

Івідс = 240 ∙ 10 = 2400 А

Обираємо автоматичні вимикачі вимикачі серії АВМ по [7, табл. 6.9, с 374].

Тип АВМ 10М

Іном = 1000 А

Номінальний струм катушки розчеплювача - 500А.

Захист від КЗ - 4000 – 10000 А;

Захист від перевантажень - 625 – 2000 А;

Установка витримки часу - 0 – 10 с;

Івікл. 380 В – 20 кА.

2 Електроустаткування підстанції.

2.1 Розрахунок струмів короткого замикання.

Для розрахунку величини струмів короткого замикання в заданій точці системи електропостачання необхідно визначати опір усіх елементів від джерел живлення до розглядаємої точки. Для цього складаємо розрахункову схему, та схему заміщення.

Рис. 2 – а- розрахункова схема; б – схема заміщення

По данним енергопостачаючої організації струм короткого замикання на щитах РУ – 6 кВ, ТП 69 дорівнює Ін1 = 12 кА.

Визначаємо опір системи ( опір системи = 0), але шини РУ – 6 кВ, ТП – 69 визначає електрична мережа з конкретним опором, який у розрахунку називаємо опором системи Хс

Хс = U / √3 ∙ Ін1

Хс = 6,3 / √3 ∙ 12 = 6,3 / 20,78 = 0,303 Ом

Розрахунок струму короткого замикання виконуємо в відносних одиницях

(у розподільних мережах 6 кВ – 35 кВ як правило розрахунки струмів короткого замикання виконується в умовних одиницях).

Приймаємо базисне значення Sб та Uб.

Sб = 10000 кВА

Uб = Uном = 6,3 кВ

Перераховуємо Хс у базисних одиницях:

Х*бс = Хс ∙ Sб/Uб²

Х*бз1 = 0,303×10000/6,3² = 0,303 ∙ (10000/6,3²) = 76,3

Для лінії за номером 2 активний опір, віднесений до базисної потужності,

знаходимо по таблиці [1, табл.. 8.2, с. 91] активний опір провідника (кабелю),

r0 = 0,46 Ом/км

r *бз1 = 0,46 ∙ 0,4∙(10000/6,3²) = 0,184 ∙ 251,95 = 46,36

Тепер необхідно розрахувати індуктивний опір.

Індуктивний опір лінії, віднесений до базисної потужності;

По [1, табл.. 8.3, с. 93] вибираємо Хо = 0,08 Ом/км.

Х*б2 = Хо ∙ L ∙ (Sб/Uб²)

Х*б2 = 0.08 ∙ 0.4 ∙ 10000/6.3² = 8,062

Визначаємо суму індуктивних опорів:

Х*б∑(К2) = Х*бз1 + Х*бз2

Х*б∑(К2) = 76,34 + 8,062 = 84,402.

Для визначення повного опору мережі до місця короткого замикання у точці К2 при послідовному з'єднанні опорів елементів мережі необхідно скласти окремо індуктивний опір Х*б∑(К2) та активний опір r*б∑(К2) та знайти їх геометричну суму: Z*б∑(К2) = √х²*б∑(К2) + r²*б∑(К2) = √84,402² + 46,36² = √7123,69 + 2149,24 = 96,29

В изначаємо базисний струм, віднесений до напруги 6,3 кВ.

Іб = Sб / √3Uб

Іб = 10000/1,73 ∙ 6,3 = 917,5 А

Знаходимо струм короткого замикання у точці К2.

Ік2 = Іб/ Z *б∑(К2)

Ік2 = 317,5/96,29 = 9,52 кА.

Значення струму короткого замикання залежить не тільки від опору елементів коротко замкнутої мережі але і від моменту виникнення аварійного режиму. Найбільше виникнення значення миттєвого струму короткого замикання називають ударним струмом іу :

По [2, табл. 21,51, с. 267]

іу = Ку√2 Ікз

де Ку у ланцюгах вище 1000 В з преобладанням індуктивним опором можна прийняти Ку = 1,8 по [5, с. 263]

Визначаємо іу на шинах РУ – 6 кВ ТП – 69

іу = 1,8 ∙ √2 ∙ 9,52 = 24,23 кА

2.2 Вибір та перевірка електричних апаратів та струмоведучих частин.

Вибираємо кабель для двигуна насосу напругою 0,4 кВ та потужністю Р = 90 кВт. У котельній таких насосів три тобто ми розраховуємо кабель.

Знаходимо струм, який буде проходити по кабелю

Ір = Р/√3×Uном = Р/√3×Uном

Ір = 90/√3×0,4 = 132,36 А

Обираємо кабель живлення за нагріванням тривало припустимим струмом за умовою: Ір ≤ Ітр.пр.

132,36 ≤ 140 А

Вибираємо по [1, табл.. 7.3, с. 82] кабель ААШВУ – 3х70 Ідоп = 140 А.

Тепер ми перевіряємо вибраний кабель на втрату напруги в після аварійному режимі.

Uн.р. =

Де P – активна потужність мережі високої напруги 6 кВ;

R – активний опір кабелю, Ом;

Q – реактивна потужність, Ом;

l – довжина кабелю, м;

x – реактивний опір кабелю, Ом.

По [1, табл.. 8.2, с. 91] та [1, табл. 8.3, с. 93] визначаємо активну r0 = 0,17 Ом/м та реактивну Хо = 0,08 Ом/м.

Визначаємо втрату напруги в після аварійному режимі:

Uп.а. = ((P ∙ R ∙ ℓ + Q x ℓ) ∙ 10־³/ Uном²) ∙100%

Де R – активний опір;

X – реактивний опір;

ℓ - довжина кабелю;

Uп.а. = ((67,50 ∙ 0,17 ∙ 0,4 + 0,08 ∙31,66 ∙ 0,4) ∙ 10־³ / 6,3²) ∙ 100% =

= 0,001%

Що знаходиться у допустимих межах, не більше 5%.

В ибираємо автоматичні вимикачі на двигуни насосів за умовою

Ів ≥ Іmах

Ірозч ≥ Іmах

де Ів – номінальний струм вимикача, А;

Іmах = Ірозр – максимальний (розрахунковий ) струм установки, А;

Ірозч – струм спрацювання теплового реле розчіплювача вимикача А;

Р – загальна активна потужність нагрівача сауни та водонагрівача, кВт;

U – напруга мережі живлення, кВ;

P 90

Ірозр =------------ = ------------ = 132,36 А

√3×U √3×0,4

Обираємо автоматичний вимикач типу ВА51-37 з номінальним струмом 400 А та струмом теплового реле розчіплювача

Ітепл.розч ≥ Іmах

250 А ≥ 132,36 А

Кратність струму електромагнітного реле розчіплювача

Іел. розч = 10× Ітепл.розч = 10×250 = 2500 А

2 .3 Розрахунок струмопровідних частин на термічну стійкість при струмах короткого замикання.

Вимикачі, кабелі перевіряють на термічну стійкість до струмів короткого замикання.

При визначенні струмів короткого замикання, вони залежать не тільки від опору елементів короткозамкнутої мережі, а ще від моменту виникнення аварійного режиму. Найбільш можливе значення миттєвого струму короткого замикання називають ударним струмом іу.

іу = Ку √2 Ік.з.

В мережах вище 1000 В з переважанням індукторного приймають

Ку = 1,8 по [5, с. 269]

Визначаємо іу на межах РУ – 6 кВ ТП – 69

іу = 1,8 ∙ √2 ∙ 9,52 = 24,23 кА

Тепер нам необхідно вибрати апарати по термічній стійкості до струмів короткого замикання. Вибраний в п. 1.7 високовольтний вимикач, за довідниковими даними термічна стійкість якого дорівнює 40/4, тобто 40 кА на 4 секунди.

Але у нас ударний струм короткого замикання 24,23 кА.

Тобто Іnд ≥ Ік2

40 кА > 24,23 кА

Умови виконуються, тобто вимикач вибраний правильно і він стійкий до струмів короткого замикання.

Коротке замикання при виниканні створює дуже великий струм який перевищує номінальні показники приблизно у декілька разів. Тому при виникненні струмів короткого замикання металеві струмопровідні частини дуже сильно нагріваються і можуть перегрітись, і при цьому вони можуть зруйнуватися. При виборі електричних апаратів треба дивитися на табличні рамки в яких вказується номінальна напруга, номінальний робочий струм, а також позначається число сили струму, при струмах короткого замикання а також час який може виправити при струмах короткого замикання.

Р озрахунок струмоведучих частин на термічну стійкість при струмах короткого замикання.

Перетин кабелів вибрати порівнюють з мінімальним перетином по термічній стійкості

S≥Smin (мм²)

По [5, табл. 22.36, с. 286]

Smin = (In ∙ 1√tпр) / с

Для алюмінієвих кабелів 6 – 10 кВ з паперовою ізоляцією по [5, с. 286] приймаємо С = 85.

tnр = 1,4 + 0,08 = 1,48 с.

Знаходимо мінімальний перетин який витримає по термічній стійкості струм короткого замикання:

Sмін = (12000 ∙ √1,48) / 85 = 171,74 мм²

Від системи до ТП – 69 прийнятий кабель ААШВУ (3х185) – 6 кВ.

Тепер розрахуємо по термічній стійкості на струм короткого замикання кабель від ТП – 69 до ТП – 8.

Формули приймаємо з попереднього розрахунку tnp = 1,48 с.

С = 85

Струм короткого замикання у точці К2: Ін2 = 9,52 кА. Знаходимо мінімальний перетин кабелю, який витримає струм короткого замикання і пройде випробування на термічну стійкість.

Sмін = (9520 ∙ √1,48) / 85 = 136,25 мм².

Приймаємо кабель по [6, табл.. 2.7, с. 37] ААШВ (3х150) – 6 кВ.