Тяговые подстанции

D = 3 м - расстояние между  проводами разных фаз;

 

D_ср =1,26·3=378 см;

1,07Е=1,07·0,354·110/1,12· l_q·378/1,12=14,72 кВ/см;

 

Алюминиевый провод А-300 соответствует  всем характеристикам условий выбора. Для крепления проводов применяем  гирлянды из 8 подвесных изоляторов Пф-70.

 

2.1.2 Выбор оборудования  РУ-10 кВ

 
Для выбора оборудования находим ток  короткого замыкания, ударный ток  короткого замыкания.

 

 
Рис. 6 Расчетные схемы  для определения тока короткого  замыкания при коротком замыкании  на шинах 10 кВ.

 

X = U_ср² / S_{кз max} =115² / 3500 = 0,029 - сопротивление до места короткого замыкания[6]

 

Определяем сопротивление  обмоток трансформатора

 

U_K1 = 0,5(U_{K I-II} + U_{K I-III} - U_{K II-III}) = 0,5(17+10,5-6) = 10,75%

U_K2 = 0,5(U_{K I-III} + U_{K II-III} - U_{K I-III}) = 0,5(17+6-10,5) = 6,25%

U_K3 = 0,5(U_{K II-III} + U_{K I-III} - U_{K I-II}) = 0,5(10,5+6-17) = -0,25% » 0

 

U_K1, U_K2, U_K3 - напряжение короткого замыкания обмоток трансформатора

 

Х_*б1 = (U_K1 / 100) × (S_б / S_н.тр) = (10,75/100)(100/20) = 0,53, где

 

S_б = 100 мВА - базовая мощность;

S_н.тр = 20000 кВА - мощность понижающего трансформатора

 

Х_*б2 = (U_K2 / 100) × (S_б / S_н.тр) = (6,25/100)(100/20) = 0,31]

Х_*б3 = (U_K3 / 100) × (S_б / S_н.тр) = 0

 

Х_*б3 = Х_* + Х_*1 + Х_*3 = 0,029 + 0,53 + 0 = 0,0559 –

 

результирующее сопротивление  до точки короткого замыкания  при коротком замыкании на шинах 10 кВ [рис. 6, в]

 

I_б = S_б /  × U_ср

I_б = 100 / ( × 10,5) = 5,5 кА

 

I_к = I_б / Х_*4 = 5,5 /0,559 = 9,84 кА - ток короткого замыкания при коротком замыкании на шинах 10 кВ[5]

 

i_у = 2,55 × I_к = 2,55 × 9,84 = 25,1 кА - ударный ток короткого замыкания

 

В РУ-10 кВ в ячейках КРУН-10 кВ установлены вакуумные выключатели  ВВ/TEL-10/1000, ВВ/TEL-10/630. Выбор и проверку вакуумных выключателей производят по следующим характеристикам:

ВВ/TEL-10/1000

-По номинальному напряжению:

 

U_н ³ U_р

U_н = 10 кВ - номинальное напряжение;

U_р = 10 кВ - рабочее напряжение КРУН-10 кВ

- По номинальному длительному  току:

 

I_н ³ I_{р max}

 

I_н = 1000 А - номинальный ток выключателя ВВ/TEL 10/110

 

I_{р max} = (К_рн×S_н.тр)/(×U_н2) = (0,5×20000)/(×11) = 525,5 А, где

 

К_рн = 0,5 - коэффициент распределения нагрузки на шинах вторичного напряжения

- По номинальному периодическому  току отключения:

 

I_н.откл ³ I_к

I_н.откл = 20 кА

I_к = 9,84 кА

 

- По электродинамической  стойкости:

- по предельному периодическому  току короткого замыкания:

 

I_пр.с ³ I_к

I_пр.с = 20 кА - эффективное значение периодической составляющей предельного сквозного тока короткого замыкания

I_к = 9,84 кА

- по ударному току:

 

i_пр.с ³ i_у

i_пр.с = 52 кА - амплитудное значение предельного сквозного тока короткого замыкания

 

i_у = 25,1 кА

 

- По термической стойкости:

 

I_т² × t_т ³ B_к

B_к = I_к² × (t_откл + Т_а), где

t_откл = t_ср+t_рз+t_св = 2+0,1+0,1=2,2 с - время отключения тока,

 

Т_а = 0,01 с - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания.

 

B_к = 9,84² × 2,21 = 213,98 кА²с

I_т² × t_т = 2О² × 4 = 1600 кА²с

 

Вакуумные выключатели ВВ/TEL-10/1000, установленные в ячейках КРУН-10 кВ соответствуют всем характеристикам.

Вакуумный выключатель ВВ/TEL-10/630

- По номинальному напряжению: UН ≥ UР

UН = 10 кВ

UР = 10 кВ.

- По номинальному длительному  току: IН ≥ IРmax

IН = 630 A

IРmax = 525.5 A.

- По номинальному периодическому  току отключения: IНоткл ≥ IК

IНоткл = 12,5 кА

IК = 9,84 кА

- По электродинамической  стойкости:

* по предельному периодическому  току к.з.: IПР.С ≥ IК

 

IПР.С = 32 кА

IК = 9,84 кА

 

* по ударному току: iПР.С  ≥ iу

 

iПР.С = 52 кА

iу = 25,1 кА

 

- По термической стойкости: I²Т ·t_T ≥ BК

 

BК = 213,98 кА²с

I²Т t_T = 1600 кА²с.

 

Вакуумные выключатели ВВ/TEL-10/630, установленные в ячейках КРУН-10 кВ соответствуют всем характеристикам.

Выбор и проверку трансформаторов  тока ТПЛ-10 производим по следующим  характеристикам:

ТПЛ-10.

- По номинальному напряжению: UН ≥ UР

 

UН = 10 кВ

UР = 10 кВ.

 

- По номинальному длительному  току: I1Н ≥ IРmax

 

I1Н = 1000 A

IРmax = 525 A.

 

- По электродинамической  стойкости: √2· I1Н ·К_д ≥ iу

 

√2· I1Н · К_д = √2· 1000 ·160 = 226,27 кА

К_д = 160 – кратность электродинамической стойкости [3]

iу = 25,1 кА.

 

- По термической стойкости: (I1Н ·К_Т) ² · t_T ≥ BК

 

BК = I²_к ·(t_откл + Т_а) = 9,84² · 2,25 = 217,8 кА²с

К_Т = 65 – кратность темической стойкости

t_Т = 1 с – время термичекой стойкости

(I1Н ·К_Т) ² · t_T = (1·65) ² ·1 = 4225 кА.

 

- По нагрузке вторичных  цепей: Z_2H ≥ Z₂

 

Z_2H =1,2 (класс точности 3)

Z_2H=Z_пр+ΣZ_приб+Z_конт,

Z_2H= (1,75·10^-8·6/2,5·10⁶) + (0,02+0,1+0,1+0,1) + 0,1 = 0,46 Ом,

 

где ρ = 1,75·10^-8·Ом·м – удельное сопротивление медных проводов,

 

l_pacr = 6 м

g = 2,5 ·10^-6 м – сечение медных проводов

 

2.1.3 Выбор трансформаторов

Трансформатор представляет собой электромагнитный аппарат  переменного тока, предназначенный  для преобразования эл. энергии одного напряжения в электрическую энергию  другого напряжения. В основу работы трансформатора положен закон электромагнитной индукции. [4]

Трансформатор, имеющий на стержне магнитоотвода две обмотки: обмотку высокого напряжения (ВН), обмотку  низкого напряжения (НН), называют двухобмоточными. Мощные силовые трансформаторы выполняют  трехобмоточными. Они имеют три  обмотки: обмотку высокого напряжения (ВН), обмотку среднего (СН) и обмотку  низкого напряжения (НН).

Понижающие трансформаторы служат для передачи электрической  энергии на расстояние и для распределения  ее между потребителями. Они отличаются относительно большой мощностью  и высоким напряжением.

Понижающие трансформаторы изготавливают на определенные стандартные  мощности. В 1985 году введена в действие шкала мощностей трансформаторов, согласно которой номинальные мощности трехфазных трансформаторов должны соответствовать определенному  ряду. Первенцем отечественного трансформаторостроения является Московский электрозавод.

Число и мощность понижающих трансформаторов следует выбирать исходя из технико-экономических расчетов и нормативных требований по резервированию, согласно которым, на тяговых подстанциях  следует предусматривать по два  понижающих трансформатора. Мощность их целесообразно принять такой, чтобы при отключении одного из них  электроснабжение обеспечивалось оставшимся в работе трансформатором [4].

В данной дипломной работе необходимо выбрать трехобмоточный понижающий трансформатор 110/35/10. Мощность понижающего трансформатора транзитной тяговой подстанции определяем из условий  аварийного режима:

 

SH.TP ≥ Sмах/Кав·(n-1), где  [5]

 

Sмах – суммарная максимальная  нагрузка первичной обмотки понижающего  трансформатора,

Кав=1,4 – коэффициент допустимой перегрузки трансформатора по отношению  к его номинальной мощности в  аварийном режиме,

n – количество трансформаторов.

 

Sмах = Sмах Т + Sмах35, где  [5]

 

Sмах Т – мощность  потребителей, присоединенных к  шинам тягового электроснабжения, кВ·А,

Sмах 35 – максимальная  полная мощность всех районных  потребителей, питающихся от обмотки  СН(35кВ).

SмахТ = SТ + Sмах10 + SТСН, где  [5]

SТ – мощность, расходуемая  на тягу, кВ·А

Sмах10 – мощность нетяговых  потребителей, питающихся от обмотки  НН (10 кВ), кВ·А

SТСН – номинальная  мощность трансформатора собственных  нужд, кВ·А

Т.к нами выбран тяговый  трансформатор ТМПУ-16000/10, номинальная  мощность которого SН =11400 кВ·А, то мощность, расходуемая на тягу поездов будет  равна SТ = 11400.

На тяговой подстанции с питающим напряжением 35 кВ установлен трансформатор собственных нужд, который имеет следующие характеристики:

Тип – ТМ-320/35,

Номинальная мощность - 320 кВ·А,

Номинальное напряжение первичной  обмотки – 35 кВ,

Номинальное напряжение вторичной  обмотки – 0,23 кВ.

Для того, чтобы не изменять схему питания фидеров СЦБ-6кВ, необходимо заменить трансформатор  собственных нужд на трансформатор  с таким же напряжением обмотки  НН (0,23 кВ), с напряжением обмотки  ВН – 10 кВ, т.к. ТСН будет подключен  к сборным шинам тягового электроснабжения, с мощностью SН, которая будет  больше, чем SН =320 кВ·А, т.к. при изменении  схемы питания тяговой подстанции появятся дополнительные потребители  нагрузки собственных нужд:

 

Таблица 2.1 – Потребители  нагрузки собственных нужд

	Мощность на единицу	Количество	Общая мощность, кВ·А
Подогрев баков МКП-110	3,6 кВ·А	2	7,2
Подогрев приводов МКП-110	0,8 кВ·А	2	1,6
Обдув понижающих тр-ров	4 кВ·А	2	8
Всего	-	-	16,8

 

Выбираем трансформатор  собственных нужд по [3]

Тип – ТМ-400/10

Номинальная мощность - SТСН =400 кВ·А,

Номинальное напряжение первичной  обмотки – 10 кВ,

Номинальное напряжение вторичной  обмотки – 0,23 кВ.

На тяговой подстанции «Белгород» с питающим напряжением 35 кВ питание нетяговых потребителей осуществляется напряжением 10 кВ, которое  преобразуется из напряжения 35 кВ с  помощью трансформатора ТМ-1000/35.

Максимальную мощность нетяговых  потребителей, питающихся от обмотки  НН понижающего трансформатора, определяем по формуле:

 

Sмах10= (1+(Рпост + Рпер)/ 100), где [5]

 

n = 4 – количество нетяговых  потребителей,

Рпост = 2% - постоянные потери в стали трансформатора;

Рпер = 10% - переменные потери в сетях и трансформаторах; 

- максимальное значение  нагрузки, кВт; 

- сумма реактивных мощностей  всех потребителей в час максимума  суммарной нагрузки, кВар.

 

Таблица 2.2 – Почасовой  расход электроэнергии по фидерам 10 кВ

t	активная мощность, кВт			Суммарная актив-ная нагруз-ка, кВт	реакт. мощность, кВар			Суммар-ная реактив-ная  нагрузка, кВар
	фидер №1,2 «Спирт-завод»	фидер №1,2 РП - 10	фидер ФПЭ К. Лопань		фидер №1,2 «Спирт-завод»	фидер №1,2 РП - 10	фидер ФПЭ К. Лопань
1	200	50	-	250	-	-	-
2	100	200	-	300	-	100	-	100
3	200	100	10	310	100	-	-	100
4	200	100	20	320	200	100	-	300
5	300	200	10	510	200	100	-	300
6	400	100	-	500	200	-	-	200
7	400	100	10	510	300	100	-	400
8	600	200	30	830	200	100	-	300
9	500	200	40	740	200	100	-	300
10	400	200	20	620	300	100	-	400
11	400	100	20	520	300	100	-	400
12	200	200	10	410	100	100	-	200
13	200	100	10	310	100	100	-	200
14	400	100	10	510	100	-	-	100
15	100	200	30	330	100	100	-	200
16	400	100	10	510	200	-	-	200
17	600	100	10	710	300	100	-	400
18	400	200	10	610	300	100	-	400
19	200	50	10	260	100	-	-	100
20	200	100	0	310	100	100	-	200
21	400	200	10	610	200	100	-	300
22	300	100	10	410	200	100	-	300
23	100	500	10	160	100	-	-	100
24	100	50	10	160	-	-	-	-