Выбор и проверка элементов СИСТЕМы

Стр 1 из 5Следующая ⇒

ЛЕКЦИЯ 4

Выбор и проверка элементов СИСТЕМы

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Оценка числа и мощности трансформаторов подстанций,

Выбор места их установки

Выбор сечения линий электропередачи

Выбор электрических аппаратов

Оценка числа и мощности

Трансформаторов подстанций,

Выбор места их установки

Число трансформаторов подстанций СЭС определяется категорией потребителя по надежности электроснабжения и оценивается на стадии обоснования схем. Исходя из этого на главных понизительных подстанциях всегда устанавливают по два трансформатора.

На подстанциях 10/0, 4 кВ, снабжающих электроэнергией потребителей первой и второй категории, при наличии резервирования в виде перемычек между ними по сети 0, 38 кВ могут устанавливаться по одному трансформатору. Эти вопросы решаются в каждом отдельном случае на основании технико-экономических оценок.

В основе выбора мощности трансформаторов лежит их перегрузочная способность, которая заключается в том, что трансформатор, работая в часы минимальных нагрузок и имея температуру перегрева ниже длительно допустимой, может быть перегружен в часы максимальных нагрузок, так как обладает большой тепловой инерционностью. Но при этом величина перегрузки и длительность ее действия не должны привести трансформатор к перегреву свыше длительно допустимой температуры. Сказанное можно проиллюстрировать графически (рис. 4.1).

Существует методика выбора мощности трансформаторов по перегрузочной способности, отраженная в ГОСТ 14209-97 (Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов). В этом стандарте для трансформаторов с соответствующими системами охлаждения увязаны

Рис. 4.1. Перегрузочная способность трансформатора

между собой: коэффициент загрузки трансформатора в часы минимальных нагрузок; коэффициент перегрузки в часы максимальных нагрузок; допустимая длительность перегрузки. При этом суточный график нагрузки перестраивается в эквивалентный двухступенчатый.

Преобразование исходного графика нагрузки трансформатора в суточный, эквивалентный по потерям, двухступенчатый прямоугольный график выполняется в такой последовательности:

– на исходном графике нагрузки трансформатора (рис. 4.2) проводится линия, соответствующая предварительно определенной номинальной мощности трансформатора S_нт, она же есть линия относительной номинальной нагрузки K = 1;

– в точках А и Б пересечения номинальной линии с кривой исходного графика нагрузки выделяется на нем участок перегрузки продолжительностью h¢;

– для части исходного графика с меньшей нагрузкой с учетом значений мощностей S_i и их продолжительностей Dt_i рассчитывается коэффициент начальной нагрузки эквивалентного графика

;

Рис. 4.2. Преобразование исходного графика нагрузки трансформатора

в эквивалентный двухступенчатый прямоугольный:

1 – исходный график нагрузки; 2 –эквивалентный прямоугольный график нагрузки

– для участка перегрузки h¢ исходного графика нагрузки рассчитывается предварительное значение коэффициента перегрузки эквивалентного графика нагрузки

Значение сравнивается со значением K_м исходного графика на-грузки: если , следует принять K₂ = если следует принять , а продолжительность h перегрузки экви-

валентного графика нагрузки рассчитывается по формуле

Если исходный суточный график нагрузки трансформатора содержит два близких по значению максимума различной продолжительности, значения h и K₂ определяются по максимуму большей продолжительности, а значение K₁ – как среднеквадратичное значение остальной нагрузки. Если исходный суточный график нагрузки трансформатора содержит несколько последовательных близких максимумов, значения K₂ и h определяются из охвата всех максимумов, а значение K₁ – как среднеквадратичное значение оставшейся нагрузки.

Выбор мощности трансформатора с учетом проведенных преобразований и вычислений осуществляется следующим образом:

– по таблицам допустимых систематических перегрузок, приведенным в ГОСТ 14209-97, определяется допустимое значение коэффициента перегрузки K_2доп. Он зависит от коэффициента начальной нагрузки K₁, средней температуры охлаждающей среды за время действия графика Θ _охл, длительности перегрузки h, а также от системы охлаждения трансформатора;

– выполняется проверка – рассчитанное значение коэффициента перегрузки K₂ не должно превышать табличное значение K_2доп.

Для наиболее распространенных потребителей, работающих по односменному режиму работы, в практике проектирования систем электроснабжения часто пользуются упрощенной методикой выбора мощности трансформаторов, которая принята на основе оценки мощности по перегрузочной способности:

– для однотрансформаторных подстанций номинальная мощность трансформатора оценивается по условию

где S_см – средняя за наиболее загруженную смену мощность нагрузки;

– для двухтрансформаторных подстанций номинальная мощность трансформатора определяется по условию допустимой перегрузки одного трансформатора на 40 % в случае аварийного отключения другого в течение шести часов в сутки за пять рабочих дней. При этом номинальная мощность трансформатора оценивается по выражению

При обосновании схемы системы электроснабжения потребителя, расположенного на определенной территории, большое значение имеет оценка количества ТП 10/0, 4 кВ. Самым выгодным с точки зрения затрат на НВРС является максимальное дробление трансформаторных подстанций и приближение их к нагрузкам, а с точки зрения затрат на сооружение ТП и ВВРС выгодно, наоборот, их укрупнение и уменьшение их количества.

Оптимальный вариант (по минимуму затрат) находится между указанными двумя крайними. Решение этой задачи зависит от огромного числа факторов: мощности, удельной плотности и характера нагрузок, топологии их расположения на плане объекта, требуемой степени надежности электроснабжения электроприемников и потребителей, стоимости потерь электроэнергии, особенностей среды и конструкции производственных помещений, возможности размещения трансформаторных подстанций на плане производственных или иных объектов, условий охлаждения и температуры окружающей среды и др.

Многолетний опыт проектирования и эксплуатации систем электроснабжения разнообразных потребителей позволяет сформулировать следующие рекомендации.

1. В сельских поселках, а также в небольших городах и в пригородных районах крупных городов с индивидуальной застройкой наиболее рационально применение однотрансформаторных подстанций открытой установки типа KTIIH мощностью 100...400 кВА с НВРС, выполняемой воздушными линиями.

2. В городских районах и поселках с многоэтажной застройкой применяются одно- или двухтрансформаторные отдельно стоящие транспортные подстанции закрытого исполнения с мощностью трансформаторов 400...1000 кВА и с НВРС, выполняемой кабельными линиями и изолированными проводами.

3. На предприятиях малой мощности с удельной плотностью нагрузок менее 0, 1 кВА/м² применяются одно- и двухтрансформаторные подстанции закрытого исполнения (встроенные, пристроенные или отдельно стоящие) с мощностью трансформаторов 400...1000 кВА и с НВРС, выполняемой кабельными линиями или изолированными проводами.

4. На предприятиях средней мощности с удельной плотностью нагрузок до 0, 2 кВА/м² применяются одно- и двухтрансформаторные подстанции с трансформаторами 1000 кВА и с НВРС, выполняемой с широким применением различных шинопроводов и с развитым резервированием по стороне 0, 4 кВ. При этом в одном производственном здании в зависимости от его размеров может быть установлено от одной до нескольких десятков трансформаторных подстанций.

5. На крупных энергоемких предприятиях при большой удельной плотности нагрузок переходят к трансформаторам большей мощности. При удельной плотности нагрузок 0, 2 кВА/м² и выше используют трансформаторы 1600 кВА, а при удельной плотности нагрузки 0, 3...0, 35 кВА/м² – трансформаторы 2500 кВА. При этом для реализации НВРС повсеместно используется схема «блок трансформатор–магистраль» с применением магистральных и распределительных шинопроводов.

При проектировании систем электроснабжения отдельно осуществляется выбор места установки подстанции в зоне территориального размещения электроприемников, получающих от нее электроэнергию. Этот вопрос может быть решен путем оценки местоположения так называемого центра электрических нагрузок на плане размещения электроприемников (рис. 4.3), координаты которого рассчитываются по выражениям

где P_i – мощность i-го электроприемника; x_i, y_i – его координаты в выбранной декартовой системе координат.

По сути центр электрических нагрузок – это центр тяжести системы масс, и его координаты оцениваются в соответствии с некоторыми положениями теоретической механики.

Рис. 4.3. К определению центра электрических нагрузок

При невозможности размещения подстанции в центре электрических нагрузок ее место установки смещают по линии, соединяющей ЦЭН с источником питания.

При оценке места размещения главной понизительной подстанции в качестве P_i используются расчетные нагрузки по ТП 10/0, 4 кВ, а в качестве x_i и y_i – координаты места установки этих подстанций.

Выбор сечений проводников

Общие сведения

Электрическим аппаратом принято называть электротехническое устройство, предназначенное для управления электрическими и неэлектрическими объектами, а также для защиты этих объектов при ненормальных режимах работы.

Понятие «электрический аппарат» охватывает очень обширный круг всевозможных устройств, применяемых в быту, промышленности и энергетике. В данном учебном пособии речь идет об электрических аппаратах, устанавливаемых в основном потоке электрической энергии, т.е. в потоке от ее источников до электрических приемников. Эти аппараты относятся к классу электрических аппаратов распределительных устройств и выбираются по следующим признакам: напряжению, функциональному назначению, номинальному току, по исполнению защиты от окружающей среды, по климатическому исполнению. После выбора по указанным признакам электрические аппараты проверяют на термическое и динамическое действия токов коротких замыканий, т.е. на термическую и динамическую устойчивость.

Выбор по номинальному напряжению. Номинальное напряжение аппарата, указанное в его паспорте, соответствует уровню его изоляции, причем всегда имеется некоторый запас электрической прочности, позволяющий аппарату неограниченно длительное время работать при напряжении на 10...15 % выше номинального. Это напряжение называют максимальным рабочим напряжением аппарата. Так как отклонения напряжения от номинального в условиях эксплуатации обычно не превышают 10...15 % при выборе аппаратов по напряжению достаточно выполнить условие

где U_ному – номинальное напряжение установки; U_нома – номинальное напряжение аппарата.

Обычно исходя из условия электробезопасности организации работ электрические аппараты по номинальному напряжению разделяют на две группы: аппараты низкого напряжения (с номинальным напряжением до 1000 В) и высокого напряжения (с номинальным напряжением более 1000 В).

Выбор аппаратов по функциональному назначению реализуется на этапе обоснования электрических схем. На основании соответствующих условий и требований выбираются коммутационные аппараты, защитные либо защитно-коммутационные.

Выбор по номинальному току. Номинальный ток I_нома аппарата – это ток, который при номинальной температуре окружающей среды может проходить по аппарату неограниченно длительное время и при этом температура наиболее нагретых частей его не превышает длительно допустимых значений.

Правильный выбор аппарата по номинальному току обеспечивает отсутствие опасных перегревов частей аппарата при его длительной работе в нормальном режиме. Для этого необходимо, чтобы максимальный действующий рабочий ток цепи (расчетный ток) I_р за время
t > 3T₀ не превышал номинального тока аппарата

Согласно стандартам, номинальную температуру среды (воздуха), окружающей электрические аппараты, принимают равной 35 °С.

Если расчетная температура окружающей среды Θ _о.с отличается от номинальной, то длительно допустимый ток аппарата для расчетных условий охлаждения при Θ _ос> 35 °С, вычисляют по формуле

где Θ _доп – наименьшая допустимая температура отдельных частей аппарата. При Θ _ос< 35 °С ток I_Θ можно повысить относительно I_нома на 0, 005I_нома на каждый градус понижения температуры, но всего не более чем на 0, 2I_нома.

Выбор аппаратов по исполнению защиты от окружающей среды. Для предотвращения соприкосновения обслуживающего персонала с токоведущими или подвижными частями и исключения попадания в аппараты инородных тел устанавливаются специальные защитные оболочки. Согласно ГОСТ 14254-96, защитные свойства оболочки обозначаются буквами IP и двумя цифрами. Первая цифра означает степень защиты от прикосновения персонала к опасным деталям аппарата, вторая – характеризует защиту от попадания внутрь аппарата инородных предметов и жидкостей. Ниже приводятся защитные свойства некоторых исполнений по ГОСТ 14254-96.

IP00. Открытое исполнение. Защита персонала от соприкосновения с токоведущими или подвижными частями отсутствует. Инородные тела могут попадать внутрь аппарата.

IP20. Защищенное исполнение. Оболочка таких аппаратов предохраняет от случайного прикосновения к токоведущим или подвижным частям или от проникновения внутрь аппарата посторонних предметов. Оболочка должна препятствовать соприкосновению с деталями аппарата металлического щупа (диаметр 12 мм, длина 80 мм), шарик диаметром 12 мм не должен проникать внутрь аппарата.

IP22. В дополнение к свойствам исполнения IP20 оболочка защищает от вредного воздействия капель жидкости, падающих на стенку оболочки, наклоненную к вертикали под углом в пределах 15^о.

IP23. В дополнение к свойствам исполнения IP20 оболочка защищает от дождя, падающего под углом 60^о к вертикали.

IP40. Оболочка защищает аппарат от попадания внутрь него мелких предметов диаметром более 1 мм.

IP42. В дополнение к свойствам исполнения IP40 оболочка защищает от воздействия капель жидкости (так же, как и IP22).

IP44. В дополнение к свойствам исполнения IP40 оболочка защищает от воздействия брызг жидкости, попадающих под любым углом.

IP50. Оболочка аппарата защищает от вредного воздействия пыли (допускается попадание внутрь небольшого количества пыли, не нарушающего нормальной работы аппарата).

IP60. Пылезащищенное исполнение. Оболочка полностью препятствует попаданию пыли.

IP65. Пылеводозащищенное исполнение. В дополнение к свойствам исполнения IP60 оболочка защищает от воздействия струи воды, направленной под любым углом к ее поверхности.

IP66. Пылеводонипронецаимое исполнение. В дополнение к свойствам исполнения IP60 оболочка обеспечивает полную защиту от попадания воды внутрь аппарата при воздействии струи под любым углом к поверхности (морское исполнение).

IP67. Герметичное исполнение. В дополнение к свойствам исполнения IP60 оболочка обеспечивает полную герметичность аппарата.

Выбор аппаратов по климатическому исполнению. Воздействия климатических факторов на электрические аппараты в условиях эксплуатации регламентируются ГОСТ 15150-69. Под климатическими факторами внешней среды понимаются температура и влажность окружающего аппарат воздуха, давление воздуха (высота над уровнем моря), солнечное излучение, дождь, ветер, пыль (в том числе и снежная), солевой туман, иней, гидростатическое давление воды, действие плесневых грибков, содержание в воздухе коррозионно-активных агентов. Нормальные значения климатических факторов внешней среды, принятые для использования в технике, соответствуют данной географической зоне с учетом места размещения аппарата. В технической документации на электрический аппарат всегда оговариваются значения климатических факторов, в пределах которых обеспечивается его нормальная эксплуатация. Эти значения принято называть номинальными. Различают также рабочие и предельные значения факторов. Значения климатических факторов, при которых обеспечиваются сохранение номинальных параметров и гарантированный срок службы аппаратов, называются рабочими. При рабочих значениях климатических факторов сохраняется работоспособность аппарата в случае допустимых отклонений точности и номинальных параметров. Значения, после прекращения действия которых точность и номинальные параметры аппарата восстанавливаются, принято называть предельными рабочими.

С точки зрения воздействия климатических факторов поверхность земного шара делится на ряд макроклиматических районов. Каждый макроклиматический район характеризуется однородностью географических факторов и количественных показателей климатических факторов на своей территории. Климатическое исполнение электрических аппаратов и их буквенные обозначения:

· с умеренным климатом – У;

· с умеренным и холодным климатом – УХЛ;

· с влажным тропическим климатом – ТВ;

· с сухим тропическим климатом – ТС;

· с сухим и влажным тропическим климатом – Т;

· для всех макроклиматических районов на суше, кроме районов с очень холодным климатом (общеклиматическое исполнение) – О.

ЛЕКЦИЯ 4

Выбор и проверка элементов СИСТЕМы

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

12 3 4 5 Следующая ⇒