Тяговая подстанция переменного тока промышленной частоты

Тяговая подстанция переменного тока промышленной частоты

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Иркутский государственный университет путей сообщения

Забайкальский институт железнодорожного транспорта - филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

Иркутский государственный университет путей сообщения

(ЗабИЖТ ИрГУПС)

Читинский техникум железнодорожного транспорта

Курсовой проект

Тяговая подстанция переменного тока промышленной частоты

дисциплина: Электрические подстанции

Чита, 2012

Реферат

Страниц рис. таблиц библиография приложения Ключевые слова: трансформатор, тяговая подстанция, ток, напряжение, мощность, сопротивление, короткое замыкание, потребители, распределительные устройства, оборудование. Целью данного курсового проекта является проектирование тяговой подстанции 230/27,5/6,6. При этом необходимо выбрать коммутационную и контрольно - измерительную аппаратуру и токоведущие части подстанции, составить однолинейную схему.

Введение

Тяговые подстанции являются одним из важнейших устройств системы тягового электроснабжения. Их питание осуществляется от системы внешнего электроснабжения, а потребителем преобразованной электроэнергии является электроподвижной состав железных дорог. Так же тяговые подстанции применяются для питания городского электрического транспорта и электропоездов метрополитена.

Тяговая подстанция - это электрическая подстанция, предназначенная в основном для питания транспортных средств на электрической тяге через контактную сеть. От тяговой подстанции получают питание и другие железнодорожные не тяговые потребители, а также некоторые районные не железнодорожные потребители.

Тяговые подстанции делят на четыре типа:

Опорная ТП получает питание от СВЭ по трем и более линиям электропередачи напряжением 110 или 220 кВ;

Транзитная ТП получает питание по одной электропередачи, в рассечку которой она включена, от двух опорных или районных подстанций;

Отпаечная ТП получает питание по двум линиям (или цепям ЛЭП) напряжением 110 или 220 кВ, к которым она присоединена отпайками; - Тупиковая ТП получает питание по двум радиальным линиям от другой тяговой или районной подстанции.

Целью данного курсового проекта является проектирование транзитной тяговой подстанции 230/27,5/6,6. Для достижения поставленной задачи необходимо построить однолинейную схему, выбрать коммутационную и контрольно - измерительную аппаратуру и токоведущие части, а именно: разъединители, высоковольтные выключатели, гибкие и жесткие шины, изоляторы, трансформаторы тока и напряжения и ОПНы. Необходимо выбрать трансформатор собственных нужд, а также произвести расчет заземляющих устройств.

Исходные данные Подстанция № 3 (рис. 1)

Таблица 1 - Длины ЛЭП

Номер линии	Длина линии (км)
1	35
2	100
3	80
4	25
5	38
6	65
7	85
8	38
9	37
10	45
11	43
12	60
13	67

Таблица 2 - Данные по двухобмоточным трансформаторам

	Sн ,МВА	UНН/ UВН	UК, %
Т1	125	10,5/242	11
Т3	250	15,75/242	11

Таблица 3 - Данные по генераторам

	Pн,МВт	cos φ	X’d	Uном ,кB
Г1	100	0,8	0,18	10,5
Г3	200	0,9	0,21	15,75

Таблица 4 - Данные по тяговому трансформатору подстанции.

Вариант	Sн, МВА	Uвн, кВ	Uсн, кВ	Uнн, кВ
03	16	230	27,5	6,6

Однолинейная схема тяговой подстанции

1. Разработка однолинейной схемы тяговой подстанции

.1 Расчет токов короткого замыкания

Расчет параметров для элементов схемы будем производить с помощью действительных коэфицентов трансформации, т. е. методом точного приведения в именнованных единицах. Определение этих коэффициентов всегда производится по правилу: от основной ступени к элементу, параметры которого определяются. В результате расчетов получаемые параметры для любой точки схемы оказываются приведенными к основной ступени. За основную ступень принимается какая-то одна ступень напряжения, параметры которой при расчетах считаются базисными. Примем в качестве такой ступени, ступень высшего напряжения трансформатора (=230В) . Для расчета параметров будем использовать следующие уравнения:

ЭДС генератора:

,кВ        (1)

, (2)

где U_Н - номинальное напряжение генератора, кВ; Х″d и cosφ - значения, задаваемые в исходных данных.

сопротивление генератора:

,Ом (3)

,МВА (4)

где Р_Н - номинальная мощность генератора, МВА;

сопротивление трансформатора:

,Ом         (5)

где U_Н - номинальное напряжение трансформатора, кВ;_К% - напряжение КЗ трансформатора, %;_Н - номинальная мощность трансформатора, МВА.

сопротивление линии электропередач (ЛЭП):

,Ом             (6)

где Х_уд - удельное индуктивное сопротивление, Х_уд=0,4 Ом/км ; ℓ - длина ЛЭП, км.

Используя формулы (1),(2) и (3) расчитаем параметры генератора Г₁:

 

Используя формулы (1) и (3) расчитаем параметры генератора Г₃:

,

.

Используя формулу (5) расчитаем сопротивления трансформаторов Т₁,Т₃:

Используя формулу (6) расчитаем параметры ЛЭП:

 

1.2 Расчетная схема тяговой подстанции

По полученным результатам составим схему замещения (схема-1).

1.3 Расчетная схема замещения и определение параметров

Преобразуем схему до одного сопротивления и одной ЭДС в соответствии с методом эквивалентных ЭДС. Преобразование производится от окончаний ветвей в направлении точки КЗ При этом точка КЗ не должна менять своего расположения.

Вычислим сопротивления для схем-2 и 3.

;

;

;

;

;

;

 

;

;

;

;

;

;

(Схема-2)

(Схема-3)

Вычислим сопротивления для схем-4 и 5.

;

;

;

;

;

;

;

;

;

(Схема-4)

(Схема-5)

Вычислим сопротивления для схем-6 и 7.

;

;

;

;

;

;

(Схема-6)

(Схема-7)

Вычислим сопротивления для схем-8 и 9.

;

;

;

;

;

;

(Схема-8)

(Схема-9)

Вычислим сопротивления для схем-10 и 11.

;

.

; ;

(Схема-10)

(Схема-11)

 

2. Определение токов короткого замыкания

.1 Расчет тока КЗ в точке К1

Uквс=12.5%

Uквн=22%

Uксн=9.5%

ТДТНЖ- 40000/420-76Уi Определим напряжение КЗ высшего напряжения:

 (7)

Uкв=0.5(12.5+22-9.5)=12.5%

 (8)

 

Определим сопротивления обмоток среднего напряжения.

 , (9)

где .

 экв=Хтв+Хтс (10)

Хэкв=413,2+0=413,2 Ом.

Хтр= Ом

Расчиттаем ток КЗ в точке К1

 (11)

где Iкз- ток короткого замыкания; Eэкв- эквивалентное ЭДС; Xтр-сопротивление трансформатора;

 (12)

где i_y - ударный ток; К - ударный коофициент, равный 8,4;  

2.3 Расчет тока КЗ в точке К2

 

 (13)

 (14)

где - ударный коэффициент для шин РУ27,5 кВ.

 

i_y= 1.9∙∙0,44=1,182 кА.

2.4 Расчет тока КЗ в точке 3

 

Iкз₃=I_кз2∙K, кА. (15) _y=K_yВН∙∙Iкз (16)

где I_кз- ток КЗ;

 =

ударный коофициент;

кз=0,44∙35=15,2 кА. _кз=1.9∙∙15,2=43,5кА.

Данные по расчету токов КЗ сведем в таблицу 5

Таблица 5

№ точки	I	iкз
К1	0,44	3,75
К2	0,38	1,182
К3	15,2	43,5

3. Расчет рабочих токов

.1 Определим максимальный рабочий ток ввода для транзитной тяговой подстанции

по формуле:

 (17)

где - коэффициент перспективы,  - суммарная мощность трансформаторов подстанции МВА,   - суммарная мощность транзита через подстанцию, . - коэффициент разновремённости нагрузок проектируемой и соседних подстанций для двухпутных участков  

кА.

3.2 Определим максимальный рабочий ток первичной обмотки ВН тягового трансформатора

 (18)

где - коэффициент допустимой перегрузки,

  кА.

3.3 Определим максимальный рабочий ток вторичной обмотки СН тягового трансформатора

 (19)

 кА

3.4 Определим максимальный рабочий ток вторичной обмотки НН тягового трансформатора

 (20)

где  количество фидеров районной нагрузки, ,  мощность одного фидера, МВА.

 

3.5 Определим максимальный рабочий ток сборных шин тяговой подстанции

 (21)

где - коэффициент распределения нагрузки по шинам, при числе присоединений 5 и менее  

 кА.

3.6 Определим максимальный рабочий ток сборных шин районной стороны

 (22)

 кА.

3.7 Определим максимальный рабочий ток фидера районной нагрузки

 (23)

 кА.

Результаты расчётов максимальных рабочих токов занесем в таблицу 6

Таблица 6

Наименование потребителя	Максимальный рабочий ток, кА
Ввода 230 кВ.	0.22
Сборные шины 6.6 кВ.	0.4
Сборные шины 27.5 кВ.	0.23
Обмотка ВН	0.05
Обмотка СН	0.47
Обмотка НН	0.7
Фидер 6.6 кВ.	0.2

4. Выбираем сечение провода

Таблица 7

Место положения шины	Марка провода	Минимально допустимое сечение, мм2	Выбранное сечение, мм2	Максимальный рабочий ток, А	Длительно допустимый ток, А
ОРУ-230 кВ	АС - 70	16,93	70	220	265
ОРУ-27,5 кВ	АС - 185	16,95	185	470	510
ОРУ-6,6 кВ	АС - 300	24	300	700	690

4.1 Проверка проводников на термическую стойкость при КЗ

Проверка проводников на термическую стойкость при КЗ заключается в определении их температуры нагрева к моменту отключения КЗ и сравнении этой температуры с предельно допустимой температурой нагрева при КЗ. Проводник удовлетворяет условию термической стойкости, если температура нагрева проводника к моменту отключения КЗ  не превышает предельно допустимую температуру нагрева соответствующего проводника при КЗ , т.е. если выполняется условие :

,   (24)

где - температура нагрева проводника к моменту отключения КЗ, 0С;  -предельно допустимую температуру нагрева, 0С. Определение температуры нагрева проводников к моменту отключения КЗ следует производить с использованием кривых зависимости температуры нагрева проводников  от величины , являющейся функцией удельной теплоемкости материала проводника, его удельного сопротивления и температуры нагрева.

Для определения  необходимо найти величину  исходя из соотношения:

    (25)

где - площадь поперечного сечения проводника, а для сталеалюминиевых проводов - площадь поперечного сечения алюминиевой части провода, мм2 ; −тепловой импульс тока короткого замыкания.

Определим величину  принимая что A²c/мм⁴, а площадь поперечного сечения алюминиевой части провода для гибких шин изготовленных из провода марки АС равна 70 мм², 185 мм² и 400 мм² для шин находящихся под напряжением 230, 27,5 и 6,6 кВ соответственно.

 A²c/мм⁴;

 A²c/мм⁴;

 A²c/мм⁴.

Используя величину  определяется температура нагрева проводников к моменту отключения КЗ: ; ; ⁰С. Соответствующие допустимые температуры нагрева проводников к моменту отключения КЗ: . Используя условие (21) сравниваются полученные значения температур для шин марок АС-70, АС-185 и АС-400 соответственно:

;

;

.

В каждом случае температура нагрева проводников к моменту отключения КЗ меньше допустимой, что означает выбранные шины проходят проверку на термическую прочность.

Шины для открытых РУ - 6,6; 27,5; 230 кВ выполняют сталеалюминевыми гибкими проводами марки АС. Шины подвешивают на изоляторах ПС, собранных в гирлянды.

Выбранные жесткие токоведущие части должны быть проверены на термическую стойкость и по условию отсутствия коронирования (для напряжений 27,5 кВ и выше).

Проверка по условию отсутствия коронирования.

Где: r_пр радиус ранее выбранного провода Д-среднее деометрическое расстояние между осями проводов принимается по справочной таблице в зависимости от класса напряжения для РУ-230 Д=400см

для РУ-27,5 Д=200см. - коэффициент относительной плотности воздуха для Забайкалья =0,96-0,98 U_кр= критическое напряжение при котором возникают потери на корону

 

Где: m₀- коэффициент состояния поверхности провода принимаем равным m₀₌0,83 m_n= коэффициент учитывающий погодные условия принимаем равным m_n=1 проверка выполняется при условии если:

тяговой подстанция ток проводник

для ОРУ- 230

Проверка не выполняется, значит выбираем шину большего сечения АС-240 и согласно ПУЭ проверку на корону можно не производить.

для ОРУ- 27,5

Проверка выполняется, значит выбираем шину сечения АС-185.

5. Выбор изоляторов

Изоляторы служат для крепления токоведущих частей и изоляции их от заземлённых конструкций и других частей электроустановки, находящихся под иным потенциалом. Различают изоляторы по назначению:

линейные служат для крепления проводов воздушных линий к опорам открытых распределительных устройств;

аппаратные для крепления токоведущих частей распределительных устройств и аппаратов.

По конструкции аппаратные изоляторы делятся на опорные, опорно-штыревые, проходные и маслонаполненные вводы.

Подвесные изоляторы предназначены для крепления и изоляции проводов ЛЭП, гибких шин ОРУ подстанций. Подвесные изоляторы собираются в подвесные гирлянды с определенным количеством изоляторов в зависимости от уровня напряжения. В настоящее время рекомендуются изоляторы типа ПС (подвесной стеклянный). Количество подвесных изоляторов в гирлянде в зависимости от их типов выбирается по справочной литературе.

Подвесные изоляторы на термическую и электродинамическую стойкость по режиму КЗ не проверяются. Выбранные изоляторы приведены в таблицу 8.

Таблица 8

Место установки	Тип изолятора	Количество изоляторов в гирлянде
ОРУ - 230 кВ	ПС - 70	16
ОРУ - 27,5 кВ	ПС - 70	3
ОРУ - 6,6 кВ	ПС - 70	3

6. Выбор и проверка высоковольтных выключателей

Назначением высоковольтных выключателей является отключение и включение электрической цепи во всех режимах: нормальном, аварийном, ремонтном, резервном, под напряжением.

В одном распред-устройстве следует устанавливать однотипные выключатели из числа перспективных (вакуумные и элегазовые), что значительно упрощает их эксплуатацию и обслуживание.

В общем случае, выбор и проверка высоковольтных выключателей производится более чем по десятку параметров. Однако, учитывая, что заводами - изготовителями гарантируется определённая зависимость параметров друг от друга, допускается производить проверку лишь по важнейшим из них: -на электродинамическую стойкость к действию токов КЗ -на термическую стойкость -по ударному току -по отключающей способности.

Выбор включателей для РУ-230 кВ.

Для данного РУ по характеристикам выберем два включателя подходящих по условиям (надежности, современности и т.д.) предпочтительней два выключателя ЯЭ-230Л-11У4 и ВГТ-230. Технические характеристики выключателей приведены в таблице: 9.

Таблице 9

Технические данные	Марка выключателя
	ЯЭ-230Л-11У4	ВГТ-230
Номинальное напряжение, кВ	230	230
Номинальный ток, А	1250	2500
Пиковое значение сквозного тока КЗ, кА	125	102
Собственное время отключения, с	0,04	0,035
Коммутационный ресурс (отключение номинальных токов), тыс.	-	20

Выбирается выключатель ВГТ-230 на основе приведенных характеристик и все дальнейшие проверки ведутся включателя типоисполнения ВГТ-230 На электродинамическую стойкость к действию токов короткого замыкания выключатель ВГТ-230 проверяется по предельному периодическому току короткого замыкания исходя из соотношения:

,   (26)

где  - действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока короткого замыкания по паспорту, кА;

- ток межфазного короткого замыкания в цепи, где установлен выключатель, кА.

>440.

На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому

импульсу тока короткого замыкания по формуле:

, (27)

где I_Т - среднеквадратичное значение тока за время его протекания (ток термической стойкости) по паспорту, А; - время термической стойкости, с.

(А² ∙ с);

.

По ударному току исходя из соотношения:

,    (28)

где - амплитудное значение предельного сквозного тока короткого замыкания по паспорту, А; -ударный ток, А.

Находиться значение ударного тока, где =1,8 для РУ-110;220 кВ.

.

По отключающей способности проверка производиться по номинальному периодическому току отключения и по полному току отключения:

,        (29)

где - номинальный ток отключения выключателя по паспорту, А.

,         (30)

где - номинальное относительное значение апериодической составляющей в отключаемом токе короткого замыкания, определяемая по графику функций  - апериодическая составляющая тока короткого замыкания в момент расхождения контактов выключателя, А.

; (31)

;          (32)

>2300;

(с);

;

(А);

 (А);

 (А);

.

Для данного РУ по характеристикам выберем два включателя подходящих по условиям (надежности, современности и т.д.) предпочтительней два выключателя ВЭК-27,5 и ВБН-27,5.

Таблица 10

Технические данные	Марка выключателя
	ВБН-27,5	ВЭК-27,5
Номинальное напряжение, кВ	27,5	27,5
Номинальный ток, А	1600	3150
Пиковое значение сквозного тока КЗ, кА	71	80
Собственное время отключения, с	0,07	0,05
Коммутационный ресурс (отключение номинальных токов), тыс.	-	20

Берем выключатель ВЭК-27,5 и все проверки производим для него.

Проверки производятся по тем же критериям что, и у выключателя ВГТ-230. Проверка на электродинамическую стойкость выключателя ВЭК-27,5 не производиться т.к. в доступной литературе по высоковольтным выключателям не приводиться значение . Проверка на термическую стойкость:

 (А² ∙ с);

.

Проверка по ударному току:

.

Проверка по отключающей способности:

(с);

;

(А);

 (А);

 (А);

.

Для данного РУ по характеристикам выберем два включателя подходящих по условиям (надежности, современности и т.д.) предпочтительней два выключателя ВБН-6,6 и ВВС-6,6.

Таблица 11

Технические данные	Марка выключателя
	ВБН-6,6	ВВС-6,6
Номинальное напряжение, кВ	6,6	6,6
Номинальный ток, А	1600	1250
Пиковое значение сквозного тока КЗ, кА	51	51
Собственное время отключения, с	0,05	0,04
Коммутационный ресурс (отключение номинальных токов), тыс.	50	20

Берем выключатель ВБН-6,6 и все проверки производим для него.    

Проверки производятся по тем же критериям что, и у выключателя ВГТ-230. Проверка на электродинамическую стойкость выключателя ВБН-6,6 не производиться т.к. в доступной литературе по высоковольтным выключателям не приводиться значение периодической составляющей предельного сквозного тока короткого замыкания. Проверка на термическую стойкость:

(А² ∙ с);

.

Проверка по ударному току:

.

Проверка по отключающей способности:

(с);

;

(А);

 (А);

 (А);

.

7. Выбор и проверка разъединителей

Разъединитель - это контактный коммутационный аппарат используемый в электроустановках выше 1000 В, основное назначение которого - создание видимого разрыва и изолирование части электроустановки, отдельного аппарата от смежных частей, находящихся под напряжением, для безопасного ремонта. Поскольку контактная система разъединителя не имеет дугогасительного устройства, с его помощью нельзя отключать ток нагрузки, а тем более КЗ. Однако для упрощения схем электроустановок, допускается использовать разъединители для производства следующих операций: -отключения и включения нейтралей трансформаторов и заземляющих дугогасящих реакторов при отсутствии в сети замыкания на землю; -отключения и включения зарядного тока шин и оборудования всех напряжений (кроме батарей конденсаторов); -отключения и включения нагрузочного тока до 15 А трёхполюсными разъединителями наружной установки при напряжении 10 кВ и ниже; -разъединителем разрешается также производить операции, если он надёжно шунтирован низкоомной параллельной цепью (шиносоединительным или обходным выключателем); -разъединителем разрешается отключать и включать незначительный намагничивающий ток силовых трансформаторов и зарядный ток воздушных и кабельных линий.

Результаты выбора и проверки сводятся в таблицу 14

Таблица 13 Выбор и проверка разъединителей.

Место установки разъедини-теля

Тип разъединителя

Условия выбора

Условия проверки

                 

кВ

А

А

А2∙с
Вводы №1 и №2, 230 кВ	РГН-230/1000 УХЛ1
Перемычка между вводами №1 и №2	РГН-230/1000 УХЛ1
Первичные обмотки высшего напряжения тяговых трансформаторов	РГН-230/1000 УХЛ1
Обмотка тяговой нагрузки	РГН-27,5/2000 УХЛ1
Перемычка тяговой нагрузки	РГН-27,5/2000 УХЛ1
Обмотки низшего напряжения	РГН-27,5/2000 УХЛ1
Перемычка стороны районной нагрузки	РГН-27,5/2000 УХЛ1
Вводы ТСН	РГН-27,5/2000 УХЛ1
Фидера контактной сети	РГН-27,5/2000 УХЛ1
Фидер районной нагрузки	РГН-27,5/2000 УХЛ1

8. Выбор контрольно-измерительной аппаратуры

.1 Выбор объема измерений

Контрольно-измерительные приборы предназначены для контроля за электрическими параметрами в схеме подстанции и расчетов за электроэнергию, потребляемую и отпускаемую тяговой подстанцией.

Измерительные трансформаторы тока предназначены для подключения измерительных приборов (амперметров), токовых цепей счетчиков активной и реактивной энергии и устройств релейной защиты.

Измерение тока выполняется на вводах силовых трансформаторов со стороны всех ступеней напряжения: на всех питающих и отходящих линиях, фидерах контактной сети, ТСН (с низкой стороны).

Измерение напряжения осуществляется на шинах всех РУ и преобразовательных агрегатах (со стороны выпрямленного напряжения).

Учет активной и реактивной энергии с помощью счетчиков выполняется на вводах низшего напряжения понизительных, тяговых трансформаторов фидерах потребителей, ТСН (счетчик активной энергии устанавливается с низкой стороны).

Вторичные обмотки выполнены с двумя вводами а₁ - х на 230 В и а - х на 127 В. В классе точности 0,5 обмотки 100 и 127 В трансформатора напряжения допускают нагрузку 150 В-А. Обмотка 127 В может быть использована для питания силовых и бытовых нагрузок небольшой мощности, расположенных вдоль электрифицированного участка. К обмоткам 100 В присоединяют обмотки напряжения реле сопротивления РС дистанционной защиты фидеров контактной сети, реле контроля напряжения РН, обмотки напряжения счетчиков активной и реактивной энергии, вольтметр с подключением ПВ и др. С помощью реле напряжения РН1-РН3 контролируют напряжение на шинах 27,5 кВ.

9. Выбор трансформаторов тока

Измерительные трансформаторы тока предназначены для подключения измерительных приборов (амперметров), токовых цепей счетчиков активной и реактивной энергии и устройств релейной защиты.

Трансформаторы тока выбирают:

1) по номинальному напряжению ;

) по номинальному току первичной обмотки ;

где  - номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока (5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 100, 150, 200 (250), 300, 400 (500), 600 (750), 800, 1000, 1200, 1500, 2000, 3000, 4000, 5000).

по конструкции, назначению и классу точности (опорные, шинные, проходные, встроенные в выключатели переменного тока или силовые трансформаторы; внутренней или наружной установки); класс точности определяется приборами, к нему присоединяемыми: 0,2 - образцовые трансформаторы тока; 0,5 - для подключения счетчиков денежного расчета и точных защит; 1 - для подключения амперметров и приборов технического учета; 3 или 10 - для присоединения устройств релейной защиты.

Произведём выбор трансформаторов тока для соответствующих классов напряжения: для РУ-230 трансформатор ТФЗМ-230А, для РУ-27,5 трансформатор ТПЛ - 27,5, и РУ-6,6 - ТФН - 6,6М.

Выбранный трансформатор тока ТФЗМ-230А проверим по следующим условиям:

)по номинальному напряжению:

) по номинальному току первичной обмотки:

) По электродинамической стойкости:

;

где I_1Н- номинальный ток первичной обмотки равный 1200 А.

К_Д - коэффициент динамической стойкости равный 60.

 

проверка выполняется.

4) По термической стойкости:

;

где - время прохождения тока термической стойкости

 - тепловой импульс

- кратность термической стойкости

 проверка выполняется.

) На соответствие классу точности для номинальной нагрузки:

;

где - номинальная допустимая нагрузка проверяемой обмотки ТА в выбранном классе точности, Ом; - вторичная нагрузка, присоединенная к проверяемой обмотке ТА, Ом.

;

где - сопротивление катушек всех последовательно включенных приборов, Ом;  - сопротивление переходных контактов, принимаемое 0,05 Ом при двух-трех приборах и 0,1 Ом при большем числе приборов;  - сопротивление соединительных проводов, Ом.

;

где - удельное сопротивление материала провода, провода контрольных кабелей с медными жилами () обязательно применяют во вторичных цепях подстанций с U=230 кВ и больше, в остальных случаях обычно используют провода и кабели с алюминиевыми жилами ();  - расчетная длина соединительного провода.

Для РУ-230 кВ м.

Сечение проводов и жилы кабеля  по условию механической прочности в токовых цепях не должно быть меньше  для алюминиевых жил и  для медных.

Ом.

Ом.

По справочной литературе определим сопротивление приборов: амперметра (),счетчика активной () энергии, реле тока и времени будут:

для амперметра типа Э 377 - Ом

для счетчика активной энергии типа САЧ-4672 - Ом

для реле тока РТ40/100 - Ом

для реле времени РВМ-12

Ом.

Величину  можно определить как соотношение:

;

где  - номинальная мощность вторичной обмотки трансформатора в выбранном классе точности по каталогу, ВА; - номинальный ток вторичной обмотки трансформатора, А.

Для данного типа трансформатора находим:

А;

ВА - для измерения (класс точности 0,5)

Ом.

Проверяем условие: 1,2 Ом > 1,15 Ом. ОРУ-27,5 кВ

Выбираем трансформатор тока ТФН-27,5М, класс точности Р - для РЗ.

1)по номинальному напряжению:

) по номинальному току первичной обмотки:

) на электродинамическую стойкость:  А, :

;

 А

,421 >17,7

) на термическую стойкость:

;

10⁶ >32 10³

 

5) на соответствие класса точности:

;

где - номинальная допустимая нагрузка проверяемой обмотки ТА в выбранном классе точности, Ом; - вторичная нагрузка, присоединенная к проверяемой обмотке ТА, Ом.

;

где - сопротивление катушек всех последовательно включенных приборов, Ом;  - сопротивление переходных контактов, принимаемое 0,05 Ом при двух-трех приборах и 0,1 Ом при большем числе приборов;  - сопротивление соединительных проводов, Ом.

 (33)

где - удельное сопротивление материала провода ();  - расчетная длина соединительного провода.

Ом.

Ом.

Сопротивление амперметра (); счетчика активной () энергии, реле тока и времени будут:

для амперметра типа Э 377 - Ом

для счетчика активной энергии типа САЧ-4672 - Ом

для реле тока РТ40/100 - Ом

для реле времени РВМ-12

Ом.

По справочной литературе для данного типа трансформатора находим:

А;

ВА Ом.

Проверяем условие: 0,8 > 0,684 ОРУ-6,6 кВ

Выбираем трансформатор тока ТФН-6,6М, класс точности Р - для РЗ.

)по номинальному напряжению:

) по номинальному току первичной обмотки:

) на электродинамическую стойкость:  А, :

;

 А

,421 >11,3

) на термическую стойкость:

;

10⁶ >4,47 10³

 

5) на соответствие класса точности:

;

где - номинальная допустимая нагрузка проверяемой обмотки ТА в выбранном классе точности, Ом; - вторичная нагрузка, присоединенная к проверяемой обмотке ТА, Ом.

;

где - сопротивление катушек всех последовательно включенных приборов, Ом;  - сопротивление переходных контактов, принимаемое 0,05 Ом при двух-трех приборах и 0,1 Ом при большем числе приборов;  - сопротивление соединительных проводов, Ом.

 

где - удельное сопротивление материала провода ();  - расчетная длина соединительного провода.

Для ОРУ-27,5 кВ м.

Ом.

Ом.

Сопротивление амперметра (); счетчика активной () энергии, реле тока и времени будут:

для амперметра типа Э 377 - Ом

для счетчика активной энергии типа САЧ-4672 - Ом

для реле тока РТ40/100 - Ом

для реле времени РВМ-12

Ом.

По справочной литературе для данного типа трансформатора находим:

А; ВА Ом.

Проверяем условие: 0,8 > 0,684

Все выбранные трансформаторы тока удовлетворяют условиям проверок, следовательно, эти марки трансформаторов тока можно применять на проектируемой тяговой подстанции.

Таблица 14 Выбор трансформаторов тока завершим таблицей

Тип трансформатора	Условия выбора	Условия проверки
ТФЗМ-230А	Uн>Uр;  I1н>Iраб.max	230>220кВ; 1200>900
ТФН-27,5М	Uн>Uр; I1н>Iраб.max	35=35 кВ; 1000>58 A
ТФН-6,6М	Uн>Uр; I1н>Iраб.max	27,5=27,5 кВ; 1000>680 A

10. Выбор трансформаторов напряжения

Выбор трансформаторов напряжения необходимо произвести по соответствующим условиям при этом необходимо помнить, что их конструкция и схема соединения обмоток должны соответствовать назначению трансформаторов, которые могут быть однофазными и трехфазными.

Трансформаторы напряжения выбирают по следующим условиям:

в зависимости от конструкции и места установки;

-по номинальному напряжению

где  - первичное напряжение трансформатора напряжения кВ;

 - напряжение на шинах распределительного устройства, к которым подключают первичную обмотку трансформатора кВ; - по классу точности, так как трансформатор напряжения имеет значения номинальной мощности, соответствующие классам точности .

Произведём выбор трансформаторов напряжения для РУ - 230 кВ, НАМИ - 230 УХЛ1; для РУ - 27,5- ЗНОМ - 27,5 - 65; для РУ - 6,6, ЗНОМ - 6,6 - 65.

Трансформатор напряжения выбирается:

1) по номинальному напряжению ; 230 кВ=230 кВ;

) по классу точности - 0,5 - для питания цепей расчетного учета электроэнергии;

) по нагрузке вторичной цепи:

; где

- номинальная мощность ТН в выбранном классе точности;

- суммарная (фактическая) мощность, потребляемая подключёнными к трансформаторам напряжения приборами.

; (34)

где - сумма активных мощностей всех приборов, ВА;

- сумма реактивных мощностей всех приборов, ВА.

;

;

- для счетчиков;

- для остальных приборов;

.

Таблица 15

Прибор	Тип	Число катушек напряжения в приборе, шт.	Число приборов, шт.	Потребляемая мощность одной катушкой, ВА	Общая потребляемая мощность
счетчик активной энергии	САЗУ-И670	2	4	4	0,38	0,92	12,15	29,75
вольтметр	Э378	1	1	2	1	0	2	-
Реле напряжения	РН-54	1	3	1	1	0	3	-
Итог :							51,35	113,45

ВА.

ВА. 400 ВА>17,86 ВА.

Выбираем тип трансформатор напряжения НАМИ-230 УХЛ1

Для ОРУ-35 кВ

Трансформатор напряжения выбирается:

) по номинальному напряжению ; 27,5 кВ=27,5 кВ;

) по классу точности - 0,5;

) по нагрузке вторичной цепи:

;

ВА

;

ВА;

ВА>17,86 ВА.

Выбираем тип трансформатора напряжения ЗНОМ - 27,5 - 65.

Для ОРУ-6,6 кВ

Трансформатор напряжения выбирается:

) по номинальному напряжению ; 6,6 кВ=6,6 кВ;

) по классу точности - 0,5;

) по нагрузке вторичной цепи:

;

ВА

;

ВА;

ВА>17,86 ВА.

Выбираем тип трансформатора напряжения ЗНОМ - 6,6 - 65

Выбранные трансформаторы напряжения сводятся в таблицу:

Таблица 16

Тип трансформатора	Условия выбора	Условия проверки
НАМИ-230 УХЛ1	Uн>Uр; S2н>S2	230=230 кВ; 400>17,86 ВА
ЗНОМ - 27,5 - 65	Uн>Uр; S2н>S2	27,5=27,5 кВ; 360>17,86 ВА
ЗНОМ - 6,6 - 65	Uн>Uр; S2н>S2	6,6=6,6 кВ;360>17,86 ВА

11. Выбор ограничителей перенапряжения

Для защиты изоляции оборудования всех распределительных устройств электрических подстанций от волн перенапряжений, набегающих с линии, вызванных грозовыми и коммутационными воздействиями, применяют ограничители перенапряжения.

Ограничители перенапряжения выбираются:

в зависимости от вида защищаемого оборудования, который влияет на серию устанавливаемого ограничителя перенапряжения в связи с тем, что разные виды оборудования имеют различные классы изоляции;

в зависимости от рода тока (постоянный или переменный);

по номинальному напряжению.

;

где  - номинальное напряжение ограничителя перенапряжения, …

 - рабочее напряжение на шинах распределительного устройства.

Ограничители перенапряжений подключаются к каждой секции шин распределительных устройств переменного и постоянного тока. В данном курсовом проекте выбираем

Таблица 17

Наименование РУ	Тип ОПН	Условие выбора
РУ-230	ОПН-У 230/146
РУ-27,5	ОПН-П1-27,5Ixn1
РУ-6,6	ОПН-П1-6,6Ixn1

12. Выбор трансформатора собственных нужд

Приемниками электроэнергии собственных нужд подстанции это электродвигатели системы охлаждения трансформаторов, устройства обогрева выключателей и шкафов распределительных устройств с установленными в них аппаратами и приборами; электрическое освещение и отопление помещений и освещение территории подстанций. Для электроснабжения потребителей СН подстанций предусматриваются трансформаторы собственных нужд (ТСН) со вторичным напряжением 380 или 220, которые получают электроэнергию от шин 27,5кВ.

Питание потребителей СН электроустановок может быть индивидуальным, групповым и смешанным.

На тяговых подстанциях всех типов, кроме опорных на напряжение 110-220 кВ, обычно устанавливают по два ТСН мощностью 250-400 кВА каждый. Мощность каждого трансформатора должна обеспечивать (с учетом его перегрузочной способности) питание всех потребителей СН, включая устройства подогрева высоковольтной аппаратуры. К шинам шкафа 1 подключены фидеры, питающие цепи подогрева МВ и их приводов от шкафов автоматики 3, 4 и 5 соответственно 6,6 кВ, 35 и 110 кВ.

Для выбора трансформатора собственных нужд необходимо: требуемую мощность для питания собственных нужд переменного тока определяем суммированием присоединенной мощности всех потребителей.

Сведения по присоединенной мощности потребителей собственных нужд переменного тока сведены в таблицу.

Таблица18. Присоединенная мощность потребителей СН.

Наименование потребителей	Колчество
Подогрев приводов выключателей ВГТ-230 ВЭК-27,5 ВБН-6,6	3 5 10	1,50 1,50 1,50	1 1 1	4,5 7,5 15
Подогрев шкафов СН	2	6	1	12
Освещение ОРУ подстанции	2	5	1	10
Отопление здания подстанции	1	40	1	40
Освещение здания подстанции	1	3	1	3
Калорифер помещен.аккум.	1	8	1	8
Вентиляция аккумуляторной	1	4	1	4
Подзорядное устроиство батарей.	2	3,74	0,85	6,29	45,42
Стойки телемехан. и управл.	1	3,50	1	3,5
Слесарная мастерская	1	3	1	3
Моторные нагрузки	1	25	0,80	20	15
Всего				136,79	60,42

Расчетная мощность трансформатора собственных нужд , КВА определяется по формуле:

;

;

Выбираем ТСН типа ТМ-160/35

Количество трансформаторов собственных нужд равняется двум.

13. Выбор аккумуляторной батареи

Аккумуляторную батарею выбирают исходя из расчетной емкости и наибольшем токе при разряде.

Расчетную емкость аккумуляторной батареи определим по формуле:

 Ач                                 (35)

где t_ав - необходимое время работы батареи в аварийном режиме для ТП составляет 2 часа; I_{дл. разр} - ток длительного разряда в аварийном режиме, который находится по формуле:

 А                                      (36)

где I_пост. - ток постоянной нагрузки батареи в рабочем режиме, определяются мощностью и количеством ламп положения высоковольтных выключателей, а так же устройств управления и защиты, принимаем равным 13 А; I_ав - ток временной аварийной нагрузки, определяется мощностью аварийного освещения и устройств телеуправления и связи, принимаем равным 10,7 А.

Тогда емкость аккумуляторной батареи:

 Ач

Фактическая ёмкость для батарей марки Dryifit A-600 фирмы Sonnenscnein составляет:

  (37)

Ток кратковременного разряда в аварийном режиме определяется по формуле:

 А                                   (38)

где I_вкл - ток включения наиболее мощного привода выключения.

Наиболее мощным приводом обладает выключатель ВБН- 27,5, тогда I_вкл примем равным 100 А.

 А

На основе произведенных расчетов выберем аккумуляторную батарею, исходя из условий:                       

 А                                   (39)

По требуемому току кратковременного разряда данная батарея проходит условие выбора поэтому данную батарею можно устанавливать на тяговых подстанциях.

14. Расчет заземления

Целью данного расчета является определение сопротивления заземляющего контура, которое не должно превышать 0,5 Ом, поскольку контур заземления тяговой подстанции является общим для РУ всех классов напряжения и напряжения прикосновения, которое для РУ ВН не должно превышать 200В.

Для определения сопротивления заземляющего контура необходимо знать площадь, занимаемую тяговой подстанцией, которая для транзитной тяговой подстанции 230 кВ составляет 11700 м².

Определим ток однофазного замыкания на землю, воспользовавшись формулой:

 кА

Зная площадь тяговой подстанции, примем размеры тяговой подстанции 100х117 м. Тогда определим периметр защищаемой зоны:

 м

Примерное число вертикальных заземлителей рассчитывается по формуле:

 штук

где а - расстояние между электродами, определяемое по формуле:

, м

где К - коэффициент, принимаемый равным 3;  - размер вертикальных заземлителей, принимаемый равным 3 м.

Примем примерное число вертикальных заземлителей 49 штук.

Для определения удельного сопротивления грунта воспользуемся формулой:

 Ом м

где ρ - удельное сопротивление грунта в зависимости от его вида Ом м; К_с - коэффициент сезонности, который для вертикальных электродов принимается равным 1,65, а для горизонтальных - 5,5.

Тогда удельное сопротивление грунта вертикальных электродов будет:

 Ом м

А удельное сопротивление грунта для горизонтальных электродов будет:

 Ом м

Определим сопротивление горизонтальных заземлителей, воспользовавшись формулой:

 Ом

где в - ширина полосы, принимается равной 0,03 м; h - глубина заложения полосы, примем равной 0,6 м;

η_г - коэффициент экранирования горизонтальных заземлителей, зависящий от количества вертикальных заземлителей, примем равным 0,21;

L_г - длина горизонтальных заземлителей, которая определяется по формуле:

 м

 м

 Ом

Зная сопротивление горизонтальных заземлителей, определим необходимое сопротивление вертикальных заземлителей, воспользовавшись формулой:

 Ом

 Ом

Тогда определим сопротивление одного вертикального заземлителя круглой формы:

где d - диаметр заземлителя, примем равным 0,04 м.

 Ом

Зная сопротивление одного вертикального заземлителя и сопротивление вертикальных заземлителей в целом, определим уточненное количество вертикальных заземлителей, воспользовавшись формулой:

 штук

где η_в - коэффициент экранирования вертикальных заземлителей, зависящий от их количества, примем равным 0,4.

штук

Определение напряжения прикосновения

Определение напряжения прикосновения  для всех РУ:

;

-коэффициент прикосновения;

;(61)

где -функция отношения ;

-коэффициент, характеризующие условия контакта человека с землёй;

;

;

где - расчётное сопротивление тела человека;

-сопротивление растекания тока со ступней человека;

;

;

В.

Заключение

При выполнении курсового проекта была спроектирована транзитная тяговая подстанция. Разработана однолинейная схема подстанции, которая определяет состав необходимого оборудования и аппаратуры. .

Произведены расчеты токов рабочего и аварийного режима работы подстанции. На основании значений этих токов были выбраны и проверены токоведущие элементы, сборные шины, изоляторы подстанции, а также коммутационная аппаратура и измерительные трансформаторы. Были выбраны ограничители перенапряжения как средства защиты от перенапряжений для ОРУ. Была выбрана аккумуляторная батарея и зарядно - подзарядное устройство к ней.

Также был произведен расчет заземляющего устройства.

Список литературы

1. Бей Ю.М., Мамошин Р.Р. и др. Тяговые подстанции: Учебник для вузов железнодорожного транспорта. - М: Транспорт, 1986 -319с.

.   Петров Е.Б. Электрические подстанции: Методическое пособие по дипломному и курсовому проектированию.- М,2004 - 245 с.

2.       Крючков Расчет токов короткого замыкания и выбор высоковольтного оборудования

.        Почаевец В.С. Электрические подстанции: Учеб. Для техникумов и колледжей ж.д. транспорта. - М: Желдориздат, 2001 - 512 с.

.        Прохорский А.А. Тяговые и трансформаторные подстанции.- М: Транспорт, 1983 - 496 с.

.        Правила устройств электроустановок. ПУЭ-М: Энергоатомиздат, 1985 - 640 с.

.        Справочник по электроснабжению железных дорог./Под ред. К.Г. Марквардта. - М: Транспорт, 1092 -Т2 - 392 с.

.        Электротехнический справочник. - М: Энергоиздат, 1982 - 412 с.

.        Методическое пособие по дипломному и курсовому проектированию «Электрические подстанции» Е.Б. Петров 2004.