по классу точности: принимаем класс точности равный 0,5.
по напряжению установки
по напряжению установки:
|
, |
(1.55) |
10 кВ ? 10 кВ
по вторичной нагрузке:
|
, |
(1.56) |
13 ВА ? 3•50=150 ВА
К установке принят ТН ЗНОЛ.09-10Т2. - однофазный, литой изоляцией на 10 кВ. Выбор шин. Данные для выбора шин приведены в таблице 1.18.
Таблица 1.18 - Данные для выбора шин
|
Кt |
1 |
|
|
Кр |
0,95 |
|
|
Кn |
1 |
|
|
Кпопр=Кt • Кn • Кр |
0,95 |
|
|
tc |
0,25 с |
|
|
U |
10 кВ |
|
|
Ip |
1150 А |
|
|
iy |
18,47 кА |
|
|
I” |
7,2 кА |
|
|
L |
1000 мм |
|
|
б |
250 мм |
|
|
ф0 |
70°C |
Рисунок 1.7 - Способ расположение ошиновки на изоляторах
Допустимый ток определяем по формуле:
|
А |
(1.57) |
Выбираем алюминивые шины прямоугольного сечения
Минимальное сечение по термической стойкости рассчитываем по формуле:
|
мм2 |
(1.58) |
Шина термически устойчива.
Проверка шины на динамическую устойчивость.
Сила взаимодействия определяется по формуле:
|
, |
(1.59) |
Изгибающий момент рассчитываем по формуле:
|
= 24 H/м |
(1.60) |
Момент сопротивления шин определяем по формуле:
|
= 2,5 см3 |
(1.61) |
Напряжение в металле находим по формуле:
|
МПа |
(1.62) |
Шина динамически устойчива. Выбор по экономической плотности тока не производится.
1.9 Расчет заземления и молниезащиты
Атмосферное электричество (молния) представляет собой электрический разряд в атмосфере между облаками и землей или между разноименными зарядами облаков.
В большинстве случаев нижняя часть грозовых облаков заряжается отрицательно, а на поверхности индуцируется положительные заряды. Так образуется как бы гигантский заряженный конденсатор, одной обкладкой которого служит грозовое поле, а другое земля. По мере концентрации зарядов увеличивается напряженность электрического поля этого конденсатора при достижении величины 300 кВ/м создается условие для возникновения молнии.
Молния - поражает здание и установки (непосредственно удар молнии), молния оказывает вторичное воздействие, объясняемые электростатической и электромагнитной индукцией.
Электростатическая индукция проявляется тем, что на изолированных металлических предметах наводятся опасные электрические потенциалы, вследствие чего возможно искрение между отдельными металлическими элементами конструкций и оборудования.
В результате электромагнитной индукции, обусловленными быстрыми изменением значения тока молнии в металлических незамкнутых контура, наводятся электродвижущие силы, что приводит к опасности искрообразования между ними в местах сближения этих контуров.
Инструкцией по проектированию и устройству молниезащиты, они подразделяются на три категории. Предусмотрена молниезащита зданий и сооружений в зависимости от назначения, интенсивности грозовой деятельности в районе их расположения, а также от ожидаемого количества поражений молний в год по одной из трех категорий устройства молниезащиты и с учетом типа зоны защиты. Зона защиты молниеотвода - это часть пространства, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Зона защиты типа А - надежность 99,5% и выше, зона Б - надежность 95% и выше.
Наружные установки, отнесенные по устройству молниезащиты ко второй категории, защищают от прямых ударов молнии и статической индукции, а отнесенные к третьей категории - только от прямых ударов молнии.
Наиболее часто возникают линейные молнии, длительность которых составляет десятые доли секунды. Такие молнии наиболее опасны при прямом ударе. В основном они поражают предметы, имеющие большую высоту, чем другие расположены по близости, поэтому для защиты от молний используют молниеотводы, которые представляют собой возвышающиеся над защищаемым объектом металлические устройства, воспринимающие прямой удар молнии и отводящие молнии в землю.
Данные для расчета молниезащиты:
Площадь подстанций: S = 92Ч120 м2.
Высота защищаемого объекта, равна 8м.
Высота металлического молниеотвода, равна 25м.
Расстояния между молниеотводами: a1=57 м; a2=50м ; a3=72м ; a4=74 м.
Молниеотвод состоит следующих элементов: молниеприемника, непосредственно принимающего удар молнии; несущей конструкции, предназначенной для установки молниеприемников; токоотвода, обеспечивающего вывод тока молнии в землю.
Рассчитываем зону защиты на уровне шинного моста подстанций.
Радиус зоны защиты рассчитываем по формуле:
|
, |
(1.63) |
Ширину зоны зашиты определяем по формуле:
|
, |
(1.64) |
где ha - активная часть молниеотвода, равна 17 м;
a - расстояние между молниеотводами.
Тогда:
При полной высоте молниеотвода h ? 30м должно соблюдаться условие:
|
, |
(1.65) |
77 ? 8•17=136
85 ? 8•17=136
Рисунок 1.8 - Зона защиты молниеотводов
Из рисунка 1.8 видно, что зона действия молниеотвода, охватывает не всю территорию подстанции, поэтому устанавливаем дополнительно два одиночных стержневых молниеотвода радиусом 13,7 м.
Расчет заземления.
Защитное действие заземления основано на снижении напряжения прикосновения, что достигается путем уменьшения напряжения на корпус оборудования относительно поверхности земли или за счет малого сопротивления заземления.
Защитное заземление является эффективной мерой для электроустановок, питающихся напряжением 1000В с изолированной нейтралью и напряжением выше 1000В с любым режимом нейтрали источника питания.
Различают три вида заземлений: рабочее заземление, защитное заземление и заземление грозозащиты, причем в ряде случаев один и тот же заземлитель может выполнять два или три назначения одновременно. К рабочему заземлению относится заземление нейтралей силовых трансформаторов, генераторов, дугогасящих аппаратов, измерительных трансформаторов напряжения, реакторов, заземление фазы при использовании земли в качестве рабочего провода и пр.
Защитное заземление выполняется для обеспечения безопасности людей, обслуживающих электрическую установку, путем заземления металлических частей установки (например, баков трансформаторов), которые нормально имеют нулевой потенциал, но могут оказаться под напряжением при перекрытии или пробое изоляции.
Заземление грозозащиты служит для отвода тока молнии в землю от защитных разрядников, стержневых и тросовых молниеотводов или других конструкций, в которые произошел удар молнии.
Данные для расчета заземления:
Длина контура заземления 110 м, ширина 82 м, площадь S=92Ч120м2, грунт двухслойный, удельное сопротивление верхнего слоя с1=70 Ом•м, нижнего с2=60 Ом•м. Толщина верхнего слоя h=2м. По периметру территории подстанции в грунт забиты вертикальные элементы длиной lв=5м, соединенные стальной полосой на глубине t=0,7м.
Длительность воздействия определяем по формуле:
|
, |
(1.66) |
Наибольшее допустимое напряжение прикосновения: 400 В.
Коэффициент прикосновения определяем по формуле:
|
, |
(1.67) |
где lв - длина вертикального заземлителя, равна 5 м;
Lr - длина горизонтального заземлителя, равна 2176 м;
а - расстояние между вертикальными заземлителями, равно 9,5м;
S - площадь контура заземления;
М - параметр, зависящий от с1/с2, равен 0,5;
в - коэффициент, определяемый по сопротивлению тела человека Rч и сопротивлению расстояния тока от ступней Rc.
|
, |
(1.68) |
В расчетах принимаем ,
Тогда:
Потенциал на заземлителе определяем по формуле:
|
, |
(1.69) |
Сопротивление заземляющего устройства определяем по формуле:
|
, |
(1.70) |
|
, |
(1.71) |
примерный ток однофазного КЗ на землю.
Действующий план заземляющего устройства преобразуем в расчетную квадратную модель.
Число ячеек по стороне квадрата определяем по формуле:
|
, |
(1.72) |
Длина полос в расчетной модели определяется по формуле:
|
, |
(1.73) |
Длину сторон ячейки определяем по формуле:
|
, |
(1.74) |
Число вертикальных заземлителей по периметру контура определяем по формуле:
|
(1.75) |
Общую длину вертикальных заземлителей рассчитываем по формуле:
|
, |
(1.76) |
Относительная глубина рассчитывается по формуле:
|
, |
(1.77) |
Тогда:
Для ; :
Определим сэ/с2=1,4, тогда эквивалентное сопротивление земли определяем по формуле:
Общее сопротивление сложного заземлителя определяем по формуле:
|
, |
(1.78) |
Согласно ПУЭ сопротивление заземляющего устройства 110 кВ и выше должно быть
Найдем напряжение по формуле:
|
, |
(1.79) |
Что меньше допустимого значения: 400 В.
Определяем по формуле наибольший допустимый ток, стекающий с заземляющей подстанций при однофазном КЗ:
|
(1.80) |
Рисунок 1.9 - Заземление подстанции
1.10 Релейная защита и автоматика на подстанции
Силовые масляные трансформаторы - самые дорогостоящие элементы оборудования распределительных подстанций. Трансформаторы рассчитаны на продолжительный срок службы, но при условии, что они будут работать в нормальном режиме, и не будут подвергаться недопустимым токовым перегрузкам, перенапряжениям и другим нежелательным режимам работы.
Для предотвращения повреждения трансформатора, продления его срока службы и обеспечения его работы в нормальном режиме нужны различные устройства защиты и автоматики.
Рассмотрим, какие устройства защиты и автоматики предусмотрены в силовых масляных трансформаторах.
Газовая защита трансформатора.
Газовая защита является одной из основных защит трансформатора. Данная защита предназначена для отключения трансформатора 110 кВ от сети в случае возникновения внутренних повреждений в баке силового трансформатора.
Данное защитное устройство устанавливается в маслопроводе, который соединяется бак трансформатора с его расширителем. Основной конструктивный элемент газового реле - поплавок и две пары контактов, которые соединяются при опускании поплавка. При нормальном режиме работы газовое реле заполнено трансформаторным маслом, и поплавок находится в верхнем положении, при этом обе пары контактов разомкнуты.
В случае возникновения межвитковых коротких замыканий обмоток трансформатора, либо в случае так называемого горения стали (нарушения изоляции листов стали магнитопровода) в баке появляются газы, образующиеся при разложении электротехнических материалов под воздействием электрической дуги.