Проектирование отпаечной тяговой подстанции

Департамент образования города Алматы

Алматинский колледж транспорта и коммуникаций

Специальность 2108002.01 «Электроснабжение железных дорог»

Курсовой проект

По дисциплине «Электрические подстанции»

На тему

Проектирование тяговой подстанции переменного тока промышленной частоты

Выполнил: студент гр. Э-3-2

Смаилов К.М.

Преподаватель: Глинкина Е.А.

Алматы 2008

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА:

№ п/п	НАИМЕНОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЯ	Условные обозначения	Данные	Размерность
1.	Номинальное напряжение контактной сети	Uн.кс		кВ
2.	Первичное напряжение на шинах подстанции	Uнв (Uн1)		кВ
3.	Напряжение на шинах районной нагрузки	Uн.РН		кВ
4.	Номер проектируемой подстанции и ее тип
5.	Расчетное РУ
6.	Для заземляющего устройства: Размеры подстанции			м
1.	удельное сопротивление грунта	r		Ом×м
1.	Размер ячейки			м
	тип электрода труба, его сопротивление			Ом
7.	Длина воздушных линий:	L 1		км
1.		L 2		км
1.		L 3		км
1.		L 4		км
1.		L 5		км
1.		L 6		км
1.		L 7		км
1.		L 8		км
1.		L 9		км
8.	Мощность короткого замыкания на шинах вторичного напряжения районной подстанции РП-1	Sкс1		МВА
1.	РП-2	Sкс2		МВА
9.	Мощность трансформаторов СН, питающихся от шин 27,5 кВ	Sтен Sподогр		кВА
10.	Мощность и коэффициент спроса потребителей, питающихся от линии ДПР	Руст Кс  φкВт
11.	Время действия релейной защиты: На вводах 110 (220)кВ На вводах 35кВ На вводах 27,5кВ На вводах 10кВ На фидерах 35, 25, 10кВ	tср	0,52 0,89 0,75 1,2 0,25	с
12.	Эффективный ток по фазам, питающим контактную сеть	I эА		А
1.		I эВ		А
13.	Максимальные рабочие токи фидеров контактной сети	I р.мах11	500	А
		Iр.мах 2	600	А
		I р. мах 3	450	А
		I р. мах 4	650	А

Характеристика районных потребителей

№ п/п	Наименование потребителей	Установ. Мощность, руст, кВт	Категория потребителя	Коэффициент		Uн кВ
				Спроса Кс	Мощности  φ

Примечание: При необходимости руководителем проектирования могут быть установлены дополнительные исходные данные

Вопросы, подлежащие разработке

1.1    Анализ исходных данных и схемы внешнего электроснабжения

1.2    Расчет мощности и выбор понижающего трансформатора

1.2.1 Вычислить максимальную полную мощность отдельных районных потребителей, с учетом потерь в электрических сетях и трансформаторах на стороне 35 (10) кВ, питающихся от проектируемой подстанции

1.2.2 Вычислить необходимую полную мощность на стороне 27,5 кВ тягового трехобмоточного трансформатора

.2.3   Вычислить необходимую мощность собственных нужд подстанции и выбрать тип трансформаторов собственных нужд

.2.4   Вычислить необходимую полную мощность трехобмоточного трансформатора. Выбрать количество и тип тяговых трехобмоточных трансформаторов с технико-экономическим обоснованием выбора варианта в виде вывода

1.3    Составить однолинейную схему главных электрических цепей тяговой подстанции

1.4    Произвести расчет токов короткого замыкания в системе переменного тока.

1.4.1 Произвести расчет токов короткого замыкания в системе переменного тока 220 (110), 35 (10) кВ и в РУ-27,5 кВ для максимального режима короткого замыкания во всех характерных точках.

1.4.2 Произвести расчет токов короткого замыкания в системе переменного тока 220 (110), 35 (10) кВ и в РУ-27,5 кВ для минимального режима короткого замыкания во всех характерных точках.

.5 Произвести выбор и проверку основного оборудования подстанции (шин, выключателей, разъединителей, ТТ., ТН, защиты от перенапряжений, изоляторов, аккумуляторной батареи и ЗПУ, расчет заземляющего контура подстанции)

. Специальный вопрос:

Список используемой литературы (не менее 10 наименований)

Графическая часть

Лист 1. Однолинейная схема тяговой подстанции. Начертить на А-1однолинейную схему главных электрических соединений ТП

Лист 2 План тяговой подстанции или Разрез одного из РУ тяговой подстанции (по заданию)

Лист 3 Плакат, выполненный на компьютере по специальной части проекта (в любом графическом редакторе)

Примечание:

В состав курсового проекта по спецдисциплине «Электрические подстанции», входят пояснительная записка в объеме не более 30 листов и графическая часть в объеме 1-3 листа формата А-1 (по ГОСТ).

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Проектирование тяговой подстанции переменного тока промышленной частоты

.1 Анализ исходных данных и схемы внешнего электроснабжения

.2 Расчет мощности и выбор понижающего трансформатора

.2.1 Расчет максимальной полной мощности районных потребителей ТП на 10кВ

.2.2 Расчет необходимой полной мощности трансформатора ТП для питания тяговой нагрузки

.2.3 Расчет необходимой мощности собственных нужд подстанции и выбор ТСН

.2.4. Расчет полной мощности трехобмоточного силового трансформатора

.3 Описание однолинейной электрической схемы отпаечной ТП

.4 Расчет токов короткого замыкания в установках переменного тока

.4.1 Вычисление относительного сопротивления до точки КЗ на шинах РУ-220; 27,5; 10 кВ

.4.2 Расчет токов и мощностей КЗ на шинах РУ-220; 27,5; 10 кВ

.4.3 Расчет токов КЗ в минимальном режиме

.5. Выбор и проверка основного оборудования подстанции

.5.1 Расчет максимальных рабочих токов

.5.2 Выбор токоведущих частей. Выбор сборных шин

.5.3 Выбор изоляторов

.5.4. Выбор выключателей

.5.5. Выбор разъединителей

.5.6 Выбор измерительных трансформаторов тока

.5.7 Выбор измерительных трансформаторов напряжения

.5.8 Выбор устройств защиты от перенапряжений

.5.9 Расчет заземляющих устройств

.5.10 Расчет и выбор аккумуляторной батареи и зарядно-подзарядного устройства

.6 Описание плана и разреза РУ-10 кВ

Заключение

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Задачей данного курсового проекта является применение полученных знаний для проектирования тяговой подстанций переменного тока.

В курсовом проекте произведены расчеты мощностей отдельных районных потребителей, с учетом потерь, выбор понижающего трансформатора, по схеме внешнего ЭНС составили схемы замещения и произвели расчет тока короткого замыкания. По значениям тока КЗ и рабочего максимального тока бы л произведен выбор, проверка основного оборудования по соответствующим условиям, расчет заземляющих устройств, выбор аккумуляторных батареи и зарядно-подзарядного устройства. В графической части представлена однолинейная схема отпаечной тяговой подстанции.

При выполнении курсового проекта научились работать с технической литературой, справочниками, научились обосновывать технические решения. Также научились оформлять графические части.

1. Проектирование тяговой подстанции переменного тока промышленной частоты

.1 Анализ исходных данных и схемы внешнего электроснабжения

В соответствии с заданием курсового проекта проектируемой является тяговая трансформаторная подстанция ТП-6, которая получает питание по двуцепной воздушной линии электропередач (ЛЭП) от двух районных подстанций (РП), мощность присоединенной к ним электросистемы задана мощностью короткого замыкания (КЗ) S_кс1 и S_кс2. схема внешнего электроснабжения (ЭНС) представлена на рис.1.

На схеме указаны тяговые подстанции (ТП) заданной системы тягового ЭНС с первичным напряжением 220 кВ. проектируемой ТП является отпаечная и имеет три распределительных устройства (РУ): к системе внешнего ЭНС присоединено ОРУ-220 кВ; ОРУ-27,5 кВ питает тяговые железнодорожные потребители по четырем фидерам контактной сети (КС), нетяговые железнодорожные потребители по фидеру два провода рельс (ДПР), второй - резервный и от этого РУ питаются два трансформатора собственных нужд (ТСН) ТСН₁ и ТСН₂; от ЗРУ-10 кВ получают питание нетяговые районные потребители (предприятие железнодорожный узел, вагонное депо, сельскохозяйственные потребители).

.2 Расчет мощности и выбор понижающего трансформатора

.2.1 Расчет максимальной полной мощности районных потребителей ТП на 10 кВ

Мощность районных нетяговых потребителей в киловаттах определяется по формуле:

 (1)

где Р_у - установленная мощность потребителя, кВт

к_с - коэффициент спроса

P_max1=20000∙0,4=8000 кВт

P_max2=10000∙0,55=5500 кВт

P_max3=20000∙0,55=11000 кВт

По типовым графикам нагрузки (см. рис.2), приведенных для каждого потребителя, определили активные нагрузки потребителей для каждого часа суток.

Вычислили эти нагрузки по выражению:

 (2)

где P_n% - число процентов из типового графика для данного потребителя для n-го часа суток.

% - переводной коэффициент в именованной единице

Данные расчетов свели в таблицу 1

Таблица 1

Нагрузки по часам суток для потребителей

Часы суток	Активная нагрузка			Суммарная нагрузка, Ррасч.max, кВт
	П1	П2	П3
1	2	3	4	5
0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24	2400 1440 800 1600 1600 2000 3040 4400 6240 5200 4000 6560 5200 8000 5200 4640 5600 6400 5200 7600 4400 5600 3360 2400	2475 2750 2475 2750 2860 3025 3195 4125 5225 4950 4840 5500 3025 4125 5225 4950 5060 3190 3740 4675 4510 4125 3575 3300	5500 4950 4180 3300 3520 3300 3850 4950 8800 11000 9900 7150 7700 9900 9350 6600 7150 7700 6820 5500 5720 9020 8250 7480	10375 9140 7455 7650 7980 8325 10080 13475 20265 21150 18740 19210 15925 22025 19775 16190 17810 17290 15760 17775 14630 18745 15185 13180

На основании данных таблицы построили график суммарной нагрузки потребителей в прямоугольных осях координат в именованных единицах (см. рис.3)

Определили коэффициент разновременности максимумов потребителей по формуле:

 (3)

где  - максимальна полная мощность суммы всех потребителей по таблице 1

 - максимальная полная мощность всех потребителей, определенная по формуле:

 (4)

=8000+5500+11000=24500 кВт

К_р.m=

Сумма реактивных мощностей районных потребителей определена по формуле:

 (5)

где  - реактивная мощность районных потребителей в кВАр, определенная по формуле:

 (6)

tgφ₁=

tgφ₂=

tgφ₃=

=8000∙0,41=3280 кВар

=5500∙0,42=2310 кВар

=11000∙0,42=4620 кВар

=3280+2310+4620=10210 кВар

Максимальная мощность всех потребителей на шинах вторичного напряжения с учетом потерь в высоковольтных сетях и трансформаторов определена по формуле:

 (7)

где Р_пост%=2% - постоянные потери в процентах в стали трансформаторов от максимальной суммарной мощности

Р_пер%=8% - переменные потери в сетях и меди трансформаторов в процентах от суммарной активной мощности

.2.2 Расчет необходимой полной мощности трансформатора ТП для питания тяговой нагрузки

Мощность, расходуемую на тягу поездов, определили по формуле:

 (8)

где I_эА, I_эВ - эффективный ток по плечам питания тяговой сети, складывающийся из токов фидеров КС в Амперах

U_ш=27,5 кВ - напряжения на шинах тягового ЭНС

К_Т=0,9 - коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки фаз трансформатора

=27,5(2∙700+0,65∙650)∙0,83∙0,9=37438,7 кВА

Мощность нетяговых железнодорожных потребителей, питающихся по линии ДПР, приняли по исходным данным

 (9)

.2.3 Расчет необходимой мощности собственных нужд подстанции и выбор ТСН

Мощность ТСН приняли как 0,7% от мощности на тягу поездов:

 (10)

=0,007∙37438,7=262 кВА

Мощность, расходуемую на автоблокировку и потребляемую устройствами сигнализации централизации блокировки (СЦБ), приняли 100 кВА.

Установили два ТСН со вторичным напряжением 380/220 В, работающих с глухозаземленной нейтралью и присоединили их к шинам РУ-27,5 кВ.

Из справочника выбрали ТСН типа: ТМ-400/35.

Полную мощность, расходуемую на собственные нужды подстанции, определили по формуле:

 (11)

=2∙400+100=900 кВА

.2.4 Расчет полной мощности трехобмоточного силового трансформатора

Суммарную нагрузку обмоток понижающего трансформатора нашли по формуле:

 (12)

где  - коэффициент, учитывающий разновременность максимумов нагрузки тягового ЭНС, приняли 0,9

=(37438,7+1015,6)∙0,9+25985+900=65737,7 кВА

Технико-экономические обоснования выбора трансформатора: по условию резервирования выбрали два трансформатора такой мощности, чтобы при отключении одного другой мог работать в вынужденном режиме и принимать на себя полную суммарную нагрузку. Мощность трансформатора рассчитали:

 (13)

где =1,4 - коэффициент допускаемой перегрузки трансформатора по отношению к его номинальной мощности

n=2 - количество трансформаторов, принятое для потребителей I-категории

По справочнику выбрали тип трансформатора с его техническими характеристиками: ТДТНЖ-63000/220

U_вн =230 кВ; U_сн=38,5 кВ; U_нн=11 кВ

Р_х=91 кВт; Р_к=320кВт

u_{к в-с}=12,5%; u_{к в-н}=24%; u_{к с-н}=10,5%

I_х=1,0%

Соединение обмоток трансформатора: Y_w/Y_н/Δ-0-11

Полная мощность трансформатора определена по формуле:

 (14)

где S_н.тр - номинальная мощность понижающего трансформатора, МВА

n - число трансформаторов

S_ТП=2∙63=126 МВА

.3 Описание однолинейной электрической схемы отпаечной ТП

РУ-220 кВ. Рассматривается отпаечная подстанция с первичным напряжением 220 кВ, включенная на отпайке от ЛЭП-220 кВ. трехобмоточные понижающие трансформаторы Тр1 и Тр2 со встроенными трансформаторами тока (ТТ) присоединены к вводам №1 и №2 через разъединители с двумя заземляющими ножами и выключатели. Рабочая перемычка выполнена разъединителями с одним заземляющим ножом, к которой присоединена релейная защита (РЗ) ЛЭП-220 кВ (для ее подключения имеется трансформатор напряжения (ТН)). Разрядники, имеющие регистраторы срабатывания (РС), защищают Тр1 и Тр2 от перенапряжений со сторон 220, 27,5 и 10 кВ. Нейтрали первичных обмоток Тр1 и Тр2 соединены с землей разъединителями и разрядниками с РС через ТТ.

РУ-27,5 кВ включает в себя сборные шины, вводы от тяговых обмоток понижающих трансформаторов, фидера КС с запасным выключателем, фидера ДПР, ТСН, ТН и другие присоединения.

Шины РУ-27,5 кВ состоят из проводов фаз А и В, секционированных двумя разъединителями, которые нормально включены и отключаются при выведении секций шин в ремонт. Секционирование рабочей и запасной шин позволяет поочередно выводить в ремонт первую и вторую секции без полного погашения РУ-27,5 кВ, также обеспечивает безопасное выполнение работ как на секциях шин, так и на секционных разъединителях. Kaк пpaвилo, oбe ceкции имеют oдинaкoвoe чиcлo присоединений. При работе на любой секции или секционном разъединителе отключают выключатели и разъединители всех присоединений к этой секции включают заземляющие ножи. По окончании ремонта все операции по вводу секции или разъединителя в работу выполняют в обратном порядке. Фаза С - это рельс, уложенный в земле РУ-27,5 кВ. Рельс заземленной фазы (РЗФ) соединен с контуром заземления подстанции (КЗП), рельсом подъездного пути (РПП) и с воздушной отсасывающей линией (ВО). При таком способе присоединения фазы С контур заземления не перегружается тяговыми токами, особенно при КЗ, исключается возникновение опасных разностей потенциалов между рельсами подъездного пути и контуром заземления.

Фидеры контактной сети (КС) присоединяют к шинам 27,5 кВ через разъединители в однофазном исполнении, выключатели, ТТ.

Запасной выключатель совместно с запасной шиной предназначены для замены любого фидерного выключателя его в плановый ремонт.

Фидеры ДПР для электроснабжения нетяговых потребителей, расположенных вдоль электрифицированного участка железной дороги, присоединены к шинам 27,5 кВ посредством разъединителей, выключателей со встроенными ТТ и отдельно стоящими ТТ.

ТСН₁ и ТСН₂ присоединяют через выключатели со встроенными ТТ и разъединители с двумя фазами к шинам А и В РУ-27,5 кВ, третьей фазой - к КЗП.

Однофазные ТН и разрядники подключают к шинам 27,5 кВ через общий разъединитель с двумя заземляющими ножами. Первичные и вторичные обмотки ТН соединены в «открытый треугольник».

РУ-10 кВ выполнено из комплектных камер с выкатными выключателями, снабженными штепсельными разъемами. Вводы в РУ-10 кВ подключают через выключатели и ТТ. Разъединитель с заземляющим ножом необходим для создания видимого разрыва цепи при выполнении ремонтных работ в камере ввода. Выключателями присоединяют преобразовательные агрегаты к шинам 10 кВ. К ТТ подключают защиты преобразовательного агрегата. По фидерам от секции шин питаются нетяговые районные потребители, подключенные через выключатели с отдельно стоящими ТТ - для счетчиков и защит, и разъединители. К шинам 10 кВ подключены разрядники и ТН, защищаемые предохранителями.

1.4 Расчет токов короткого замыкания в установках переменного тока

Расчет токов короткого замыкания (КЗ) выполнили аналитическим методом через относительное сопротивление при базисных условиях. Приняли S_б=100 МВА.

.4.1 Вычисление относительного сопротивления до точки КЗ на шинах РУ-220; 27,5; 10 кВ.

Расчет выполнили в следующей последовательности:

Составили расчетную схему для одной фазы, где указали все параметры элементов цепи.

l′=l₁+l₂+l₃+l₄+l₅+l₆+l₇+l₈=50+75+55+55+60+60+55+60=470 км

l″=l₁+l₃=50+55=105 км

l″′=l₂+l₄+l₅+l₆+l₇+l₈=75+55+60+60+55+60=365 км

По расчетной схеме составили схему замещения(смотри рис.4а), где каждый элемент цепи представлен в виде дроби, в числителе указав порядковый номер, в знаменателе - величину индуктивного сопротивления.

По схемам преобразования путем последовательного изменения складываются параллельные и последовательные сопротивления нашли суммарное сопротивление до точки КЗ.

Определили относительное сопротивление каждого элемента цепи КЗ по формулам:

электросистема:

 (15)

ЛЭП:

 (16)

трансформатор:

 (17)

где S_б=100 МВА - базисная мощность

S_кс - мощность короткозамкнутой системы

х₀ - удельное сопротивление 1 км линии, Ом/км

S_н.тр - номинальная мощность трансформатора, МВА

U_ср - среднее напряжение в месте установки данного элемента электроцепи, кВ

l - длина воздушной линии (ВЛ), км

u_к% - напряжение КЗ обмоток трансформатора из справочника

Найдем напряжение КЗ для каждой обмотки:

Для последовательного соединения:

 (18)

Для параллельного соединения:

 (19)

где , ,…,  - сопротивления элементов схемы

1.4.2 Расчет токов и мощностей КЗ на шинах РУ-220; 27,5; 10 кВ

Нашли базисный ток, кА:

подстанция мощность ток трансформатор

 (20)

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ в первый период после возникновения КЗ, кА:

 (21)

Мгновенное значение ударного тока КЗ, кА:

 (22)

Мощность КЗ, МВА:

 (23)

 (24)

где S_б - базисная мощность, принятая в расчетах 100 МВА

U_ср - среднее напряжение на шинах расчетного РУ, кВ

 - результирующее относительное сопротивление до шин расчетного РУ

Т_а - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, приняли 0,01 с

t_откл - время прохождения то КЗ через высоковольтный выключатель (ВВ) до его полного отключения и погасания дуги:

 (25)

где t_ср - собственное время срабатывания защиты, согласно исходным данным 0,75

t_рз=1,2 с - время выдержки срабатывания защиты

t_св - собственное время отключения ВВ с приводом.

1.4.3 Расчет токов КЗ в минимальном режиме

Расчет токов КЗ выполнили для выбора РЗ и определения уставок срабатывания. Для этого выполнили расчет аналогично пункту 1.4.1 с учетом преобразования схемы при работе, когда одна из питающих линий и один из силовых трансформаторов проектируемой ТП выведены из строя (см.рис.5).

Результаты расчетов для максимального и минимального режимов свели в таблицу 2.

Таблица 2

Результаты расчетов для максимального и минимального режимов

№ п/п

Формула для расчета

Ед. изм.

Максимальный режим

Минимальный режим

1.              

2.              

3               

4.              

5.
6.

1.5 Выбор и проверка основного оборудования подстанции

Выбор токоведущих частей и электрических аппаратов произвели по условию длительного режима работы путем сравнения параметров цепи и справочных данных, при этом учли исполнение аппаратов и проверили их на стойкость к действию токов КЗ.

.5.1 Расчет максимальных рабочих токов

Рассчитали максимальные рабочие токи и свели расчеты в таблицу 3.

Таблица 3

Расчет максимальных рабочих токов

Наименование соединения	Формула для расчета Расчет
Вводы отпаечной подстанции
Первичная обмотка (ВН) трехобмоточного трансформатора
Вторичная обмотка трехобмоточного трансформатора на стороне (НН)
Сборные шины вторичного напряжения, цепь СВ

Линия районного потребителя      

где S_ТП - максимальная полная мощность подстанции.

k_пр=1,3 - коэффициент перспективы развития потребителей.

U_н = номинальное напряжение на вводе подстанции.

k_пер = 1,5 - коэффициент допустимой перегрузки трансформатора.

k_рн1 = 0,60,8 - коэффициент распределения нагрузки по линиям первичного напряжения.

S_н.тр - номинальная мощность понижающего трансформатора.

.5.2 Выбор токоведущих частей. Выбор сборных шин

Жёсткие шины выбирают исходя из условий, представленных в таблице 4. Выбрали шины типа А120×8.

Таблица 4

Выбор сборных жёстких шин

Условия выбора	Формулы	Расчёты
по длительному допустимому току
по термической стойкости
По электродинамической стойкости

где - длительный допускаемый ток для выбранного сечения из ПУЭ;

- максимальный рабочий ток рабочих шин;

- выбранное сечение из ПУЭ в мм², равное:

- минимальное допустимое сечение токоведущих частей по условию термической стойкости в мм², равное:

- тепловой импульс тока короткого замыкания, для с соответствующей характерной точки (кВ/см);

- коэффициент, применяемый для неизолированных алюминиевых проводов и шин, равный 88 ;

- допустимое механическое напряжение в материале шин в МПа:

 (26)

- расстояние между двумя соседними опорными изоляторами в м (принимают 35 см÷1м);

- ударный ток трёхфазного к.з. в кА;

- расстояние между осями шин соседних фаз в м (принимают 0,25 м);

- момент сопротивления однополюсных прямоугольных шин при

расположении плашмя:

 (27)

и - толщина и ширина шины в м;

- расчётное механическое напряжение шин при возникновении к.з. в МПа;

 для алюминиевого сплава марки АД31Т1.

Таблица 5

Выбор сборных шин

Место присоединения	Марка шин	Условия выбора
Вводы 10 кВ	А120×8
Шины 10 кВ
Потребитель 1
Потребитель 2
Потребитель 3

.5.3 Выбор изоляторов

Для РУ-10кВ жёсткие шины крепят на опорных изоляторах, которые выбираются согласно следующим условиям:

по номинальному напряжению:

 (28)

по допускаемой нагрузке:

 (29)

где: - сила, действующая на изолятор при к.з. в Н;

- разрушающая нагрузка на изгиб изолятора по каталогу в Н.

 (30)

где: - расстояние между соседними опорными изоляторами в м;

- расстояние между осями соседних фаз в м;

- ударный ток трёхфазного к.з. в кА

по номинальному напряжению: 10кВ=10кВ

по допускаемой нагрузке:

Согласно условиям выбрали изолятор типаИО-10-3,75.

.5.4 Выбор выключателей

Выбор выключателей переменного тока производят, сравнивая паспортные характеристики с расчетными. Выбор свести в таблицу 5.

Таблица 5

Выбор выключателей

Условия выбора	Формулы	Расчеты
по номинальному напряжению
по номинальному длительному току
по отключающей способности
по электродинамической стойкости
по термической стойкости

Таблица 6

Места установки выключателей

Место установки	Выключатель	Привод
Ввод 10 кВ	ВБМЭ-10	ПЭМУ-500; ППУ-600
Шины 10 кВ	ВБМЭ-10
Потребитель 1	ВБМЭ-10
Потребитель 2	ВБМЭ-10
Потребитель 3	ВБМЭ-10

где U_н - номинальное напряжение, кВ

I - номинальный ток, кА

U - рабочее напряжение, кВ

I_pmax - максимальный рабочий ток присоединения где установлен выключатель по каталогу, кА

I_откл - номинальный ток отключения выключателя, кА

I_прс - эффективное значение периодической составляющей сквозного тока КЗ, кА

B_k - тепловой импульс тока КЗ для соответствующей характерной точки

I_T - предельный ток термической стойкости, кА

t_T - время прохождения термической стойкости, сек

Выбрали выключатель типа ВБМЭ-10

.5.5 Выбор разъединителей

Условия выбора разъединителя аналогичны предыдущему выбору выключателей, но нет проверки по отключающей способности и по термической стойкости.

Выбрали разъединитель типа РВ-10/2000УЗ. Выбор свели в таблицу 7.

Таблица 7

Выбор разъединителей

Условия выбора	Формулы	Расчеты
по номинальному напряжению
по номинальному длительному току
по электродинамической стойкости
по термической стойкости

Таблица 8

Места установки разъединителей

Место установки	Разъединителей	Привод
Ввод 10 кВ	РВ-10/2000УЗ	ПДГ-9УХЛ1
Шины 10 кВ	РВ-10/2000УЗ
Потребитель 1	РВ-10/2000УЗ
Потребитель 2	РВ-10/2000УЗ
Потребитель 3	РВ-10/2000УЗ

1.5.6 Выбор измерительных трансформаторов тока

Выбор ТТ производят с учетом места установки, класса точности, конструкции и схеме подключения исходя из условий таблицы 9.

Таблица 9

Выбор ТТ

Условия выбора	Формула	Расчет
по номинальному напряжению
по номинальному длительному току
по электродинамической стойкости
по термической стойкости
по нагрузке вторичных цепей

где S_н2 - номинальная мощность вторичной обмотки измерительного ТТ по справочнику, ВА

S_2расч - мощность, потребляемая всеми приборами и реле подключенными ко вторичной обмотке в соответствии с рис. 6.

Для проверки ТТ по классу точности, воспользуемся схемой (рис. 6), где указали конструкцию и схему соединения обмотки. Приборы, присоединенные ко вторичной обмотке приняли по таблице 10.

Таблица 10

Приборы, присоединенные ко вторичной обмотке измерительного ТТ

Наименование прибора	Тип прибора	cos φ	Число	Мощность	приборов
			приборов
Счетчик активной энергии	СРИ	0,38	1	1	-	1
Счетчик реактивной энергии	СРИ	0,38	1	2,5	-	2,5
Амперметр	Э382	1	1	2	-	2
Реле тока	РТ-40	1	4	2	-	8

Выбираем ТТ ТПЛ-10

.5.7 Выбор измерительных трансформаторов напряжения

Выбор ТН производят с учетом места установки, класса точности, конструкции и схеме подключения исходя из условий таблицы 11.

Таблица 11

Выбор ТН

Условия выбора	Формулы	Расчеты
1. по месту установки		наружной установки
2. по напряжению	10кВ=10кВ
3. по нагрузке вторичной цепи	150>15,5

где S_н2 - номинальная мощность вторичной обмотки измерительного ТН по справочнику, ВА

S_2расч - мощность, потребляемая всеми приборами и реле подключенными ко вторичной обмотке в соответствии с рис. 7.

Для проверки ТН по классу точности, воспользуемся схемой (рис. 7), где указали конструкцию и схему соединения обмотки. Приборы, присоединенные ко вторичной обмотке приняли по таблице 12.

Таблица 12

Приборы, присоединенные ко вторичной обмотке измерительного ТН

Наименование	Тип	cos φ	Число	Мощность	приборов
прибора	прибора		приборов
1	2	3	4	5	6	7
Счетчик активной энергии	СРИ	0,38	4	1	-	4
Счетчик реактивной энергии	СРИ	0,38	4	2,5	-	10
Вольтметр	Э378	1	1	2	-	2
Реле напряжения	РН-54	1	3	1	-	3

Выбрали трансформатор ЗНОЛП-10.

.5.8 Выбор устройств защиты от перенапряжений

Здания и РУ ТП защитили от прямых попаданий молнии, От волн перенапряжений набегающих с линий, а также от коммутационных перенапряжений с помощью молниеотводов, устанавливаемых на поддерживающих конструкциях или отдельно, а также с помощью ограничителей перенапряжений типа ОПН/TEL-10.

.5.9 Расчет заземляющих устройств

Заземление ТП выполнили контурным и определили количество горизонтальных и вертикальных заземлителей в зависимости от удельного сопротивления грунта и от наибольшего дополнительного сопротивления заземляющего устройства в соответствию с ПУЭ по условию:

Для расчета приняли следующие данные:

Условия расчета заземляющего контура подстанции

Тип ТП	Размер ТП, м	Размеры ячеек, м	Грунт	Удельное сопротивление грунта, ρ Ом/м	Тип электрода	Сопротивление электрода
отпаечная 220 кВ	70×70	7×7	песок сухой	25∙106	стержень d=12 мм, l=5 м	Rэ.ст=0,226∙ρ∙10-4

Нашли длину горизонтальных заземлителей, которые уложены на глубине 0,7 м по всей площади подстанции в виде полосы 40×4 мм, образуя сетку с размерами ячеек 7×7 м. Тогда, общая длина горизонтальных заземлителей определена:

L_г=2∙(число полос ∙ длина стороны) (31)

L_г=2∙(11∙70)=1540 м

Сопротивление вертикальных заземлителей нашли по формуле:

 (32)

где ρ - удельное сопротивление грунта, Ом/м

L_г - длина горизонтальных заземлителей, м

в - ширина полосы, приняли 40мм=0,04 м

h - глубина заземления полосы, приняли 0,7 м

Нашли количество вертикальных заземлителей:

 (33)

где R_э - сопротивление вертикального электрода по заданию

R_з=0,5 Ом - расчетное заземление контура заземления

.5.10 Расчет и выбор аккумуляторной батареи и зарядно-подзарядного устройства

Для питания цепей оперативного постоянного тока (управление, сигнализация, защиты, телемеханика, освещение, приводы) установили аккумуляторную батарею, работающую в режиме постоянного подзаряда. При ее выборе исходили из аварийного режима работы, а также проверки по кратковременному толчковому току (ток наиболее мощного привода выключателя).

Составили таблицу, где указали токи всех потребителей, присоединенных к аккумуляторной батарее.

Таблица 14

Потребители, питающиеся от аккумуляторной батареи

Потребители	Число одновременно работающих постоянно	Ток одного потребителя присоединен	Нагрузка длительные	А Кратковременная приемники
Лампы положения ВВ	19	0,035	0,665
Устройства ТУ ТС			14
Устройства управления и РЗ			15
		Временная	нагрузка
Аварийное освещение				10
Привод ВВ-220				150
		Итого	29,665	160

На основании данных таблицы рассчитали ток длительного разряда:

 (34)

где I_пост - Ток постоянной нагрузки рабочего режима

I_ав=10 А - ток временной аварийной нагрузки

Ток кратковременного разряда в аварийном режиме:

 (35)

где I_вык=150 А - ток потребляемый приводом выключателя

Определили необходимую расчетную емкость батареи:

 (36)

где t_ав≈2 ч

Выбираем аккумуляторные батареи немецкой фирмы drifit A-600, которые являются герметичными свинцово-кислотными с желеобразным электролитом, которые в течении 18 лет являются необслуживаемыми. Выбрали аккумулятор OpzV1000.

Определили полное число последовательно включенных элементов батареи:

 (37)

где U_шв=258 В - напряжение на шкафах включения

U_пз=2,15 В - напряжение аккумуляторного элемента при подзаряде.

Число элементов, питающих шины управления и защиты:

 (38)

где U_ш=232 В - напряжение шин управления и защиты

Выбираем зарядно-подзарядное устройство по следующим условиям.

Таблица 13

Условия выбора зарядно-подзарядного устройства

Условие	формула	Расчет
По номинальному напряжению

По номинальной мощности            

По номинальному току

где I_зар - зарядный ток

I_нЗПУ, U_нЗПУ, P_нЗПУ - номинальные параметры зарядно-подзарядного устройства

Выбрали для постоянного подзаряда два шкафа батарей зарядно-подзарядного устройства типа ВАЗП380/240-40/80.

.6 Описание плана и разреза РУ-10 кВ

Здание общественного пункта управления (ОПУ) имеет следующие помещения: щитовая, аккумуляторная с кислотной и тамбуром, вентиляционная, мастерская, служебное помещение, дизель-генераторная, кладовая, душевая, туалет.

Щитовая предназначена для размещения аппаратуры управления, сигнализации, защиты, телемеханики и связи, устанавливаемой в различных шкафах, панелях, стойках блоков и т.п., которые крепят на закладных деталях в полу над заглубленными кабельными каналами. При необходимости в щитовой устанавливают стол дежурного. Помещение щитовой имеет естественное освещение.

Аккумуляторные помещения предназначены для размещения стационарных кислотных батарей типа СК; эти помещения относятся к взрывоопасным класса В-1а производственной категории А, они могут находиться в зданиях не ниже степени огнестойкости II. Аккумуляторное помещение, как правило, должно иметь естественное освещение (стекла окон матовые); его располагают возможно ближе к подзарядным устройствам и распределительному щиту, применяют меры, предотвращающие попадание в него пыли, испарений и газов, воздействия сотрясений.

Помещение кислотной служит для хранения кислоты, дистиллированной воды и приготовления электролита для доливки в процессе эксплуатации. Кислотная должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к аккумуляторным помещениям. В кислотной предусматривают следующий инвентарь: деревянный ящик, выложенный свинцом, для приготовления электролита, две стеклянные бутыли, ареометр кислотный, стеклянную кружку с носиком, сифонное устройство для налива кислоты из баллона.

Вентиляционная служит для размещения оборудования для вентиляции и отопления аккумуляторного помещения.

В мастерской устанавливают слесарный верстак с тисками и сверлильным станком, точильно-шлифовальный станок и два одинарных шкафа для одежды.

Служебное помещение предназначено для отдыха, приёма пищи и хранения технической документации; в нём размещаются бытовой холодильник, шкаф, бачок для воды и стол.

В дизель-генераторной устанавливают дизель-генератор с аппаратурой защиты, управления, стартерной аккумуляторной батареей и топливными баками.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполнили курсовой проект на тему «Проектирование тяговой подстанции переменного тока промышленной частоты» и сделали следующее:

- расчет мощности и выбор понижающего трансформатора;

.расчёт максимальной полной мощности районных потребителей ТП на стороне 10кВ;

расчет необходимой мощности трансформатора тяговой подстанции для питания тяговой нагрузки;

расчет необходимой мощности собственных нужд (СН) подстанции и выбор трансформатора собственных нужд (ТСН);

расчёт полной мощности трёхобмоточного силового трансформатора;

- описание однолинейной электрической схемы транзитной тяговой подстанции;

расчет тока короткого замыкания в установках переменного тока;

вычисление относительных сопротивлений до точки КЗ на шинах РУ-220; 27,5; 10 кВ;

расчет токов и мощностей к.з. на шинах РУ 220; 27,5; 10 кВ;

выбор и проверка основного оборудования подстанции;

расчет максимальных рабочих токов;

выбор токоведущих частей, сборных шин;

выбор изоляторов; выключателей; разъединителей;

выбор измерительного трансформатора тока (ТТ);

выбор измерительного трансформатора напряжения (ТН);

выбор устройств защит от перенапряжений;

расчет заземляющих устройств;

расчет и выбор аккумуляторной батарей (АБ) и зарядно-подзарядного устройства (ЗПУ);

описание плана и разреза РУ-10кВ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. М.М. Гринберг «Тяговые подстанции» Москва «Транспортиздат» 1986

. Б.Н. Неклепаев «Электрическая часть электростанций и подстанций» Москва «Энергоатомиздат» 1989

3. А.А. Прохорский «Тяговые и трансформаторные подстанции» Москва «Транспорт» 1983

. К.Г. Марквард «Справочник по электроснабжению железных дорог» Москва «Транспорт» 1981

. Ю.Г. Барыбина «Справочник по проектированию электроснабжения» Москва «Энергоатомиздат»1990

. И.К. Давыдова «Справочник по эксплуатации тяговых подстанций и постов секционирования» Москва «Транспорт» 1978

. «Правила устройства электроустановок» Москва «Энергоатомиздат» 1987

. Б.И. Косарев «Электробезопасность в системе электроснабжения железнодорожного транспорта» Москва «Транспорт» 1983

9. Р.Р. Мамошин, А.Н.Зимакова «Электроснабжение железных дорог» Москва «Транспорт» 1980

10. Н.И. Белорусов «Электрические кабели, провода и шнуры» Москва «Энергия» 1979