Устройство и техническое обслуживание эл. подстанций.

Заключение
На основании значений токов короткого замыкания были выбраны и про-верены токоведущие элементы, сборные шины, изоляторы подстанции, а также коммутационная аппаратура и измерительные трансформаторы. Были выбраны ОПН как средство защиты от перенапряжений для РУ. Была выбрана аккумуля-торная батарея и зарядно-подзарядное устройство к ней.
Также произведён расчёт и разработана система молниезащиты.

...

Содержание
Введение 3
Исходные данные 4
1. Выбор опорных изоляторов для ошиновки и токопроводов 5
2.Выбор трансформаторов тока 13
3.Выбор трансформатора напряжения 20
4.Выбор трансформатора собственных нужд 24
5.Расчет зарядного устройства аккумуляторной батареи 26
6.Расчет молниеотвода 29
Заключение 34
Список использованных источников 35

Введение
Постоянный рост производства определяется значительный рост энер-гопотребления. Ежегодное потребление электроэнергии по отдельным отрас-лям превышает 120 млрд. кВт*ч, свыше 60% используется непосредственно в технологических процессах. Неоднократное преобразование электроэнергии приводит к значительным потерям ее в сетях предприятий, поэтому проблема оптимизации режимов электропотребления очень актуальна. Эта проблема усложняется непрерывно возрастающими требованиями к качеству электро-энергии, особенно для таких энергоемких предприятий, какими являются предприятия цветной металлургии. Поэтому при проектировании и эксплуа-тации систем электроснабжения важное значение имеют правильное опреде-ление электрических нагрузок, рациональная передача и распределение элек-троэнергии, обеспеч ение необходимого качества электроэнергии и электро-магнитной совместимости приемников электроэнергии с питающей сетью.
Правильная организация и грамотная эксплуатация электрооборудова-ния – это сложная и ответственная задача, любые ошибки при этом приводят к значительному материальному ущербу, выводу из строя дорогостоящего оборудования, нерациональному использованию электроэнергии.
В настоящее время одной из главных проблем энергетики является ста-рение электрооборудования. Выработка электрооборудованием своего срока службы, и невозможность его быстрой замены оказывает влияние на качест-во электрической энергии, надежность и экономичность систем электро-снабжения. Изменение технологических процессов производства, связанное, как правило, с их усложнением, приводит к необходимости модернизации и реконструкции систем электроснабжения.

М = fl/10 = 117,5*1,5/10 = 1762,5 Н*м (10)W - момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию силы, см3 W =bh2/6 = (1.2*102) /6 = 20см3 (11)Напряжение в материале шин, Мпа, возникающее при воздействии σрасч изгибающего момента:σрасч = M/W = 1762,5/20 = 8,8 мПА (12)Шины механически прочны, если выдерживается условие:σрасч ≤ σдопσдоп = 40 Мпа, [1,табл. 4.2]8,8 мПа < 40 мПАУсловие выполняется.Окончательно принимаем шины Sm =80 × 8 алюминиевые марки АДООпорные изоляторы выбираются по следующим условиям: по номинальному напряжению:Uуст ≤ Uном (13)по допустимой нагрузке:Fрасч ≤ Fдоп, (14)где Fрасч - сила, действующая на изолятор, Н;Fдоп - допустимая нагрузка на головку изолятора, Н.Fдоп = 0,6 Fразр, (15)где Fразр - разрушающая нагрузка на изгиб, Н.Для крепления шин 10 кВ применяются опорные изоляторы для внутренней установки типа ИО-10-3,75 УЗ с Fразр= 3750 Н.При расположении шин в вершинах равнобедренного треугольника силу, действующую на изолятор, рассчитаем по формуле [2, стр. 227]:f =3∙10-7∙1.5∙1504020.5 =117.5 кг*с/см2Fрасч < 0,6∙Fразр,117.5 Н < 0,6∙3750= 2250 Н,Окончательно выбираем опорный изолятор ИО-10-3,75 У3.Выбор проходных изоляторов осуществляем исходя из условий по напряжению и по номинальному току.Imax ≤ Iном , (16)где Imax - максимальный рабочий ток, проходящий через изолятор;Iном - номинальный ток изолятора (по справочным данным).по допустимой нагрузке Для проходных изоляторов расчетная сила f расч, Н:f =3∙10-7∙1.5∙1504020.5*0.5 =58,8 кг*с/см2Fрасч < 0,6∙Fразр,58,8 Н < 3750∙0,6=1800 Н.Условие выполняется.Таким образом, в качестве проходных изоляторов на стороне 10 кВ принимаем изоляторы типа ИП-10-2000-У, Uh = 10 kB, Iн = 2000 A, Fн = 3 кН.Таблица 1 – Выбор сечения сборных шинНаименование РУТиппроводаДлительный режимПроверка по режиму короткого замыканияIH>Ip.max, AПринятое сечение мм2qH>qmin[σ]> σрасОРУ-110кВАС-240605>5917070>56-РУ-10кВАС-240605>5777070>6965>8.572.Выбор трансформаторов токаТрансформаторы тока предназначены для уменьшения первичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле. (5 А, реже 1 или 2,5 А), а также для отделения цепей управления и защиты от первичных цепей высокого напряжения. Трансформаторы тока, применяемые в РУ, выполняют одновременно роль проходного изолятора (ТПЛ, ТПОЛ). В комплектных РУ применяются опорно-проходные (стержневые) трансформаторы тока - ТЛМ. ТПЛК, ТНЛМ, шинные - ТШЛ. В РУ 110 кВ - встроенные, в зависимости от типа РУ и его напряжения.При этом следует иметь в виду, что номинальный вторичный ток 1А применяется для РУ 500 кВ и мощных РУ 330 кВ, в остальных случаях применяют вторичный ток 5 А. Номинальный первичный ток должен быть как можно ближе к расчетному току установки, так как недогрузка первичной обмотки трансформатора приводит к увеличению погрешностей.Выбранный трансформатор тока проверяют на динамическую и термическую стойкость к токам короткого замыкания. Кроме этого трансформаторы тока подбирают по классу точности, который должен соответствовать классу точности приборов, подключаемых ко вторичной цепи измерительного трансформатора тока (ИТТ) - Чтобы трансформатор тока обеспечил заданную точность измерений, мощность подключенных к нему приборов не должна быть выше номинальной вторичной нагрузки, указанной в паспорте трансформатора тока.Выберем трансформаторы тока для высоковольтных вводов, отходящих линий и обходных выключателей на РУВН.Таблица 2. Вторичная нагрузка трансформатора тока для высоковольтных вводов, отходящих линий и обходных выключателей на РУВН.Измерительный приборТипНагрузка по фазам, В·А ABCАмперметр*3Э-3351,51,51,5ВаттметрД-335-0,50,5Счетчик энергииЕА05RL-P1-B-32-2Принимаем ТТ марки ТВ−220/600/5-3 [9]:rприб= 4,5 /52=0,18 Омrк = 0,1 Ом (при количестве приборов ≥ 3)zпр=z2 ном−rприб−rк=1,2 − 0,18 − 0,1 = 0,92 Ом= 150 м - РУ 220 кВ[4,стр. 375]= 0,0175 · 150/0,92 = 2,8 мм2По условиям прочности принимаем и уточняем вторичную нагрузку:Выбор трансформатора тока сводится в табл. 2Таблица 3. Выбор трансформатора тока на стороне ВНУсловия проверкиРасчетные данныеПаспортные данные Uуст ≤ Uном220 кВ220 кВImax ≤ Iном406,8 А600 Аiуд ≤ iдин12,94 кА25 кАВк ≤ Вк ном66,78 кА2· с1875 кА2· сz2 ≤ z2 НОМ0,94Ом1,2 ОмПринимаем ТТ марки ТВ−220/600/5-3Выбранный трансформатор тока удовлетворяет требованиям динамической и термической устойчивости. Выберем трансформаторы тока для секционных выключателей и линий, отходящих на трансформатор.Таблица 4. Вторичная нагрузка трансформатора тока для секционных выключателей и линий к трансформаторам от РУВН.Измерительный приборТипНагрузка по фазам, В·АABCАмперметрЭ-3351,51,51,5Итого-1,51,51,5Принимаем трансформатор тока марки ТВ 220/600/5-3 [3]:zприб= 1,5/52=0,06 Ом;zк = 0,05 Ом (при количестве приборов 3);zпр=z2 ном−zприб−zк= 1,2 - 0,06 − 0,05 = 1,09 Ом,= 150 м - РУ 220 кВs = (0,0175 · 150)/1,09 = 2,4 мм2;По условиям механической прочности сечение должно быть не меньше 2,5 мм2 для проводов с медными жилами. В качестве соединительных проводов принимаем контрольный кабель КРВГ с медными жилами сечением 2,5 мм2. Выполним проверку:z2 =zприб +rпр +zк= 0,06 + (0,0175 · 150)/2,5 + 0,05= 1,16 Ом.Выбор трансформатора тока сводится в табл. 5Таблица 5 Выбор трансформатора тока для секционных выключателей и линий к трансформаторам от РУВН.Условия проверкиРасчетные данныеПаспортные данные Uуст ≤ Uном220 кВ220 кВImax ≤ Iном136 А600 Аiуд ≤ iдин12,94кА25 кАВк ≤ Вк ном66,78 кА2· с1875 кА2· сz2 ≤ z2 НОМ1,16 Ом2 ОмВыбранный трансформатор тока удовлетворяет требованиям динамической и термической устойчивости.Выбор трансформаторов тока на стороне СНПринимаем ТТ марки ТОЛ−35Б-1-1500 [9]Таблица 6. Вторичная нагрузка трансформатора тока в цепи секционного выключателя на стороне СНИзмерительный приборТипНагрузка по фазам, В·АABCАмперметрЭ-3350,50,50,5ВаттметрД-335-0,50,5ВарметрД-335-0,50,5Счетчик энергииЕА05RL-P1-B-32-2Итого-2,52,53,5zприб= 3,5 /52=0,14 Омrк = 0,1 Ом (при количестве приборов ≥ 3);zпр=z2 ном−rприб−rк=1− 0,14 − 0,1 = 0,76 Омрас = 75 м - РУ 110 кВ = 0,0283 · 75/0,76 = 2,79 мм2По условиям механической прочности сечение должно быть не меньше 4 мм2 для проводов с медными жилами. В качестве соединительных проводов принимаем контрольный кабель КРВГ с медными жилами сечением 4 мм2Выбор трансформатора тока сводится в табл.7Таблица 7.Выбор трансформатор токаУсловия проверкиРасчетные данныеПаспортные данные Uуст ≤ Uном110 кВ110 кВImax ≤ Iном1386 А1500 Аiуд ≤ iдин16,07 кА120 кАВк ≤ Вк ном57,69 кА2· с43200 кА2· сz2 ≤ z2 НОМ0,76 Ом1,2 ОмВыбранный трансформатор тока удовлетворяет требованиям динамической и термической устойчивостиВыбор трансформаторов тока на стороне НННа РУНН расчет трансформаторов тока производится для вводного и фидерного выключателя.Таблица 8. Вторичная нагрузка ТТ вводного выключателяИзмерительный приборТипНагрузка по фазам, В·ААмперметрЭ-3350,50,50,5Счетчик энергииЕА05RL-P1-B-3222Итого-2,52,52,5zприб= 2,5 /52=0,1 Ом;rк = 0,05 Ом (при количестве приборов ≤ 3)zпр=z2 ном−rприб−rк=0,8 − 0,1 − 0,05 = 0,65 Омрас = 6 м - РУ 10 кВ= 0,0283 · 6/0,65 = 0,26 мм2В качестве соединительных проводов принимаем контрольный кабель АКРВГ с алюминиевыми жилами сечением 2,5 мм2Выбор трансформатора тока сводится в табл. 9Таблица 9. Выбор трансформатора тока на стороне ННУсловия проверкиРасчетные данныеПаспортные данные Uуст ≤ Uном10 кВ10 кВImax ≤ Iном981 А1000 Аiуд ≤ iдин15,04 кА128 кАВк ≤ Вк ном47,7 кА2· с4800 кА2· сz2 ≤ z2 НОМ0,7 Ом0,7 ОмОкончательно принимаем ТТ ТЛ−10/1000/5 с классом точности 0,5. Таблица 10. Вторичная нагрузка ТТ фидерного выключателяИзмерительный приборТипНагрузка по фазам, ВА ABCАмперметрЭ-3350,50,50,5Счетчик энергииЕА05RL-P1-B-3222Итого-2,52,52,5zприб= 2,5 /52=0,1 Омrк = 0,05 Ом (при количестве приборов ≤ 3)zпр=z2 ном−rприб−rк=0,4 − 0,1 - 0,05 = 0,25 Омрас = 6 м - РУ 10 кВ = 0,0283 · 6/0,25 = 0,68 мм2В качестве соединительных проводов принимаем контрольный кабель КРВГ с медными жилами сечением 2,5 мм2Выбор трансформатора тока сводится в табл. 11Таблица 11. Выбор трансформатора тока на стороне ННУсловия проверкиРасчетные данныеПаспортные данные Uуст ≤ Uном10 кВ10 кВImax ≤ Iном327 А400 Аiуд ≤ iдин15,04 кА128 кАВк ≤ Вк ном47,7 кА2· с4800 кА2· сz2 ≤ z2 НОМ0,3 Ом0,4 ОмОкончательно принимаем ТТ ТЛ− 10/400/У3 с классом точности 0,5. [7]3.Выбор трансформатора напряженияТрансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 или 100 √3 В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения. В зависимости от назначения могут применяться трансформаторы напряжения с различными схемами соединения обмоток.Трансформаторы напряжения выбираются:по напряжению Uуст ≤ Uном ; (5.20)по конструкции и схеме соединения обмоток;по классу точности (в зависимости от классов точности подключаемых приборов);Трансформаторы напряжения проверяются по вторичной нагрузке:S2Σ ≤ Sном ( 17)S2Σ = P2+Q2 (18)где Sном - номинальная мощность трансформатора напряжения в выбранном классе точности;S2Σ - нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединенных к трансформатору напряжения, В·А.Если вторичная нагрузка превышает номинальную мощность трансформатора напряжения в выбранном классе точности, то устанавливают второй трансформатор напряжения и часть приборов присоединяют к нему. Сечение проводов в цепях трансформаторов напряжения определяется по допустимой потере напряжения.Для упрощения расчетов при учебном проектировании можно принимать сечение проводов по условию механической прочности: 1,5 мм2 для медных жил и 2,5 мм2 для алюминиевых.При выборе марки трансформатора напряжения следует ориентироваться на те, трансформаторы, которые устанавливается в ячейках выбранного типа, а уже затем, выписав их каталожные данные, производить проверку по всем параметрам. На действие токов короткого замыкания трансформаторы напряжения не проверяются.Выбор трансформаторов напряжения на стороне ВН.В РУВН принимаем к установке ТН марки НАМИ - 220 [3,стр 142],Вторичная нагрузка трансформатора напряжения сводится в табл. 5.14;Таблица 12 Вторичная нагрузка трансформатора напряжения на стороне ВННаименование прибораТипМощность одной обмотки, В·АЧисло кату- шекcosφsinφЧисло прибо- ровОбщая потребляемая мощность В·А P, ВтQ, ВарВольтметрЭ-3352,011036-ВаттметрД-3351,5210515-ВарметрД-3351,5210515-Регистрирующий вольтметрН-3931,52515Фиксатор импульсного действияФИП3,0-1515Счетчик энергииЕА05RL-P1-B-32,03015300Итого:------960Вторичная нагрузка трансформатора определяется по формуле:S2Σ = 962+0 = 96 ВАВыбор трансформатора напряжения сводится в табл. 13Таблица 13 Выбор трансформатора напряжения на стороне ВНУсловия выбораРасчетные данныеТрансформатор напряженияКласс точности0,50,5Uуст ≤ Uном220 кВ220 кВS2Σ ≤ Sном96 В·А400 В·АОкончательно принимаем ТН марки НАМИ - 220Выбор трансформаторов напряжения на стороне СНВ РУВН принимаем к установке ТН марки 3*НОЛЭ-110 [3,стр 141],Вторичная нагрузка трансформатора напряжения сводится в табл. 5.16;Таблица 14 Вторичная нагрузка трансформатора напряжения на стороне СННаименование прибораТипМощность одной обмотки, В·АЧисло катушекcosφsinφЧисло приборовОбщая потребляемая мощностьВ·АP, ВтQ, ВарВольтметрЭ-3352,011048-Регистрирующий вольтметрН-3931,52515Счетчик энергииЕА05RL-P1-B-32,03015300Итого:------530Вторичная нагрузка трансформатора определяется по формуле:S2Σ = 532+0 = 53 ВАВыбор трансформатора напряжения сводится в табл. 15Таблица 15. Выбор трансформатора напряжения на стороне СНУсловия выбораРасчетные данныеТрансформатор напряженияКласс точности0,50,5Uуст ≤ Uном110кВ110 кВS2Σ ≤ Sном53 В·А150 В·АОкончательно принимаем ТН марки НАМИ - 110Выбор трансформаторов напряжения на стороне ННВ РУНН принимаем к установке ТН марки 3*НОЛ.08-10УГ [3,стр 140],Вторичная нагрузка трансформатора напряжения сводится в табл. 16Таблица 16. Вторичная нагрузка трансформатора напряжения на стороне НННаименование прибораТипМощность одной обмотки В·АЧисло катушекCos φSin φЧисло приборовОбщая потребляемая мощностьP, ВтQ, ВарВольтметрЭ-3352,011048-Счетчик энергииЕА05RL- P1-B-32,030110600Итого-----680Вторичная нагрузка трансформатора определяется по формуле:S2Σ = 682+0 = 68 ВАВыбор трансформатора напряжения сводится в табл. 17Таблица 17. Выбор трансформатора напряжения на стороне ННУсловия выбораРасчетные данныеТрансформатор напряженияКласс точности0,50,5Uуст ≤ Uном10 кВ10 кВS2Σ ≤ Sном68 В·А75 В·АОкончательно принимаем ТН марки НАМИ - 104.Выбор трансформатора собственных нуждВыбор трансформатора собственных нужд зависит от состава потребителей, что в свою очередь зависит от типа подстанции, мощности трансформаторов, наличия синхронных компенсаторов и типа электрооборудования.