Электроснабжение городского электрического транспорта

  • Вид работы:
    Курсовая работа (т)
  • Предмет:
    Физика
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    245,5 Кб
  • Опубликовано:
    2016-02-08
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Электроснабжение городского электрического транспорта

1. Общая характеристика объекта

Тяговые подстанции городского электротранспорта служат для преобразования трехфазного переменного тока напряжением 6 или 10 кВ в постоянный ток. Напряжение постоянного тока для городского электротранспорта принято: на токоприемнике трамвая и троллейбуса 550 В, на шинах тяговых подстанций 600В, на токоприемнике подвижного состава метрополитена 750 В, на шинах его тяговых подстанций 825 В.

Питание тяговых подстанций электроэнергией производится по воздушным или кабельным линиям напряжением 6 или 10 кВ От энергосистемы ток поступает в распределительное устройство высшего напряжения подстанции. Распределительное устройство служит для приёма и распределения электроэнергии. Оно состоит из сборных шин, оперативных и защитных аппаратов, измерительных приборов и вспомогательных аппаратов. К распределительному устройству присоединены преобразовательные агрегаты и трансформаторы собственных нужд (ТСН). Преобразовательные агрегаты состоят из преобразовательных трансформаторов и выпрямителей.

Электроэнергия выпрямленного тока через распределительное устройство постоянного тока, положительные и отрицательные линии поступает в тяговую сеть для питания электрического подвижного состава.

Нагрузка на сборных шинах тяговой подстанции не остается постоянной, так как непрерывно изменяется число поездок, курсирующих в районе подстанции, а также ток, потребляемый каждым из поездов. Ток поезда меняется в зависимости от сопротивления его движению, профиля и состояния пути, наполнения вагона пассажирами, от вида соединения тяговых двигателей и от напряжения сети.

Данная подстанция по назначению относится к питающим контактную сеть троллейбуса и состоит из трех агрегатов, два из которых являются рабочими, а одни агрегат является резервным. Резервным агрегатом осуществляется резервирование подстанции по мощности.

. Выбор схемы электроснабжения

Системы первичного питания служат для передачи электроэнергии с трансформаторных подстанций или распределительных пунктов энергосистем на тяговую подстанцию.

Схемы первичного питания могут быть тупиковыми, радиальными или кольцевыми. Кроме того, бывают схемы питания на отпайках. Выбор той или иной схемы первичного питания тяговой подстанции связан с необходимостью обеспечения определенной надежности электроснабжения при оптимальных начальных затратах.

Применительно к тяговым подстанциям городского электротранспорта это разделение означает, что подстанции метрополитена относятся к потребителям первой категории, трамвайно-троллейбусные же подстанции централизованного электроснабжения - ко второй категории, так как перерыв в электроснабжении трамвайной или троллейбусной линии не сопровождается таким серьезными последствиями, как перерыв в электроснабжении линий метрополитена.

Внутреннее электроснабжение осуществляется по схеме с радиальным питанием, которая не имеют резерва, поэтому повреждение питающей линии приводит к полному прекращению электроснабжения тяговой подстанции со стороны ввода 6 или 10 кВ. Такой принцип питания, как правило, приемлем лишь в том случае, если район питания тяговой сети может быть присоединен к шинам смежных тяговых подстанций.

Резервирование по высокому напряжению 6 или 10 кВ при радиальном питании может быть осуществлено за счет прокладки второй линии. В таком случаи схема имеет две раздельно работающие линии с автоматическим включением резерва на стороне тяговой подстанции.

. Расчёт электрических нагрузок тяговой сети

Расчёт параметров тяговых нагрузок производят по следующим данным:

Øинтервал движения троллейбусов в период максимальных тяговых нагрузок;

Øколичество маршрутов на линии;

Øсредний ток, потребляемый из сети;

Øдлина участков контактной сети;

Øдлина питающих кабелей.

Таблица 1 - исходные данные:

Название и номер уч.Длина участка, км.Кол. маршрутов, шт.1. пл. М. Горького0,689122. Нестерки0,35453. Горького0,36754. В. Хоружей0,40345. Куйбышева0,59056. Мебельный0,47037. Сторожевский0,35038. Крапоткина0,70079. Бульвар Шевченко0,600210. Рез. Каховский0,612211. Каховский0,51310

Для расчёта необходимо, также задаться интервалом движения троллейбусов на участках. Всего на пересечении улиц В. Хоружей и М. Богдановича и Сурганова курсирует 15 маршрутов следующих по маршрутам: 12, 22, 28, 29, 33, 34, 37, 38, 40, 43, 46, 52, 53, 54, 55. Интервал движения которых задаётся в минутах: 12-6, 22-10, 28-14, 29-8, 33-16, 34-8, 37-4, 38-20, 40-6, 43-13, 46-10, 52-15, 53-9, 54-6, 55-14.

Исходя из этих данных определяется количество машин n, шт для каждого из маршрутов курсирующих по заданным участкам

(1)

где t - интервал движения между попутными машинами одного направления, мин

N 1 = = 10 (шт)

N2 = = 6 (шт)

N3 = = 4 (шт)

N4 = = 8 (шт)

N5 = = 4 (шт)

N6 = = 8 (шт)

N7 = = 15 (шт)

N8 = = 3 (шт)

N9 = = 10 (шт)

N10 = = 5 (шт)

N11 = = 6 (шт)

N12 = = 4 (шт)

N13 = =7 (шт)

N14 = = 10 (шт)

N15 = = 4 (шт)

Находим суммарное количество машин ∑, шт на каждом участке по формуле

∑N 1-11 , (2)

где ∑n, шт - сумма машин всех маршрутов на участке

N3+N6+N11+N13+N5+N7+N8+N12+N14+N15+N9+N10

4+8+6+4+15+3+4+10+4+10+5+7= 80 (шт)

N7+N9+N10+N11+N13

15+10+5+6+7=43 (шт)

N1+N2+N10+N5

10+6+10+5=31 (шт)

N1+N2+N4+N9+N10

10+6+8+10+5=39 (шт)

N7+N11+N13

15+6+7=28 (шт)

N1+N2+N7+N9+N10+N11+N13

10+6+15+10+5+6+7=59 (шт)

N1+N2

10+6=16 (шт)

N1+N2+N3+N5+N8+N14+N15+N12+N9+N10

+6+4+4+3+10+4+4+10+5= 60 (шт)

Движение на участках 1-11 выполняется троллейбусами марки АКСМ 321 средняя эксплуатационная скорость движения которого υе= 17 км/ч, средний потребляемый ток Іе = 127 А. Движение на каждом из участков двухстороннее, поэтому частоту движения машин n, пар машин в час (пм\ч) определяем по формуле для двухстороннего движения

n = , (3)

n1= = 6,5 (пм/ч)

n2= = 1,8 (пм/ч)

n3= = 1,9 (пм/ч)

n4= = 1,5 (пм/ч)

n5= = 2,7 (пм/ч)

n6= = 1,5 (пм/ч)

n7= = 1,2 (пм/ч)

n8= = 4,9 (пм/ч)

n9= = 1,1 (пм/ч)

n10= = 1,2 (пм/ч)

n11= = 3,6 (пм/ч)

Нагрузку участков тяговой сети Іу, А рассчитываем по формуле

Іу = Іср . n, (4)

Іу1 = 127*6,5 = 825,5 (А)

Іу2 = 127*1,8 = 228,6 (А)

Іу3 = 127*1,9 = 241,3 (А)

Іу4 = 127* 1,5 = 190,5 (А)

Іу5 = 127* 2,7 = 342,9 (А)

Іу6 = 127* 1,5 = 190,5 (А)

Іу7 = 127* 1,2 = 152,4 (А)

Іу8 = 127* 4,9 = 622,3 (А)

Іу9 = 127* 1,1 = 139,7 (А)

Іу10 = 127*1,2 = 152,4 (А)

Іу11 = 127* 3,6 = 457,2 (А)

Находим общий ток Іобщ, А по формуле

Іобщ = Іу1 + Іу2 + Іу3 + Іу4 + Іу5 + Іу6 + Іу7 + Іу8у9 + Іу10 + Іу11, (5)

Іобщ =3543,3 ( А)

Данные расчётов заносим в таблицу 2.

Таблица 2- Расчетные данные

Название и номер уч.Частота движения, Пар машин в часНагрузка участка, А1. пл. М. Горького6,5825,52. Нестерки1,8228,63. Горького1,9241,34. В. Хоружей1,5190,55. Куйбышева2,7342,96. Мебельный1,5190,57. Сторожевский1,2152,48. Крапоткина4,9622,39. Бульвар Шевченко1,1139,710. Рез. Каховский1,2152,411. Каховский3,6457,2

. Выбор места расположения тяговой подстанции

При выборе места расположения тяговой подстанции необходимо учитывать экономические показатели. Система электроснабжения должна обеспечивать минимум затрат. Таким образом, возникает задача поиска экономически целесообразного варианта. Для выбора варианта системы с наименьшими затратами по экономическим критериям сравниваются возможные варианты электроснабжения, отвечающие техническим нормативам.

Число и расположение тяговых подстанций зависит главным образом от протяженности сети и ее конфигурации, а мощность подстанций - от величины нагрузки сети и принятой системы питания. При выявлении нагрузки сети, местоположения и числа подстанций следует исходить из полного развития сети и перспективного объема перевозок не менее чем на ближайшие 5-10 лет. Тяговые подстанции размещают обычно вблизи наиболее нагруженных узлов сети, что приводит к сокращению кабельной линии, питающей участки сосредоточенных нагрузок. Радиус действия подстанции ручного управления 3,5 км, при малой плотности сети он может достигать 5 км и более.

При размещении тяговой подстанции в зоне жилой застройки необходимо учитывать уровни шумов, генерируемых тяговой подстанцией. Основным источником шума на тяговой подстанции, при размещении современных агрегатов и естественном охлаждении, является силовой трансформатор. Из-за этого тяговую подстанцию необходимо размещать на удаленном расстоянии от жилых застроек. На определённых электрическими расчетами местах не всегда возможно расположить тяговую подстанцию из-за отсутствия достаточных свободных площадей для её строительства. В этом случае тяговая подстанция располагается на ближайших к расчетной точке свободных площадях, а кабельные линии прокладываются в расчетные точки контактной сети.

. Расчёт мощности ТП и преобразовательных агрегатов

Мощность тяговой подстанции на стороне 600В рассчитывают по выпрямленному току. Ток подстанции для нормального и вынужденного режимов определяют как сумму токов положительных кабелей подстанции.

общ = In

n = 3543,3 (А)

Для нормального режима работы суммируют токи кабелей в нормальном режиме. Для вынужденного режима (при централизованной системе) складывают токи для одного кабеля - в вынужденном режиме, для всех других - в нормальном режиме. Из всех возможных вариантов вынужденного режима выбирают наиболее тяжёлый с точки зрения загрузки оборудования.

Число агрегатов тяговой подстанции централизованного снабжения определяется по формуле

= + 1, (6)

где Iна- номинальный ток агрегата, равный 2000 А[5];

Kзд - допустимый коэффициент загрузки агрегата, равный 1,14[5].

n = + 1≈3

Коэффициент загрузки преобразовательных агрегатов КЗ тяговой подстанции централизованной системы

Кз = , (7)

где n - число агрегатов подстанции;

Iна - номинальный ток агрегата подстанции, А.

Кз = = 0,89

В данном проекте используется выпрямительный агрегат типа ВАКЛЕ 2000/600 в комплекте с трансформатором ТМПУ-2000. Технические данные приводим в таблицу:

Таблица 3 - Технические данные

Выпрямительный агрегат ВАКЛЕ 2000/600: Схема соединения Силовой трансформатор ТМПУ-2000/10: Номинальная мощность (Sн) Напряжение короткого замыкания (Uкз) Потери короткого замыкания (∆Р) Потери холостого хода (∆Рхх) 1385кВА 6,6 % 16,9 кВт 3,88 кВтТрансформатор собственных нужд ТМ-40/10 Номинальная мощность (Sн) Номинальное напряжение (Uн) 40 кВА 10 кВ

Принимаем число агрегатов равным 3. Число трансформаторов собственных нужд принимаем равным 2. Определяем фактический коэффициент загрузки выпрямительного агрегата и сравниваем его с допустимым коэффициентом

зд > Кз , (8)

,14 > 0,89

Рабочая мощность подстанции на стороне 600В (постоянного тока)

РП = In*Uн , (9)

где In - ток подстанции, А;

UH - номинальное напряжение на шинах подстанции, 600В[5].

РП = 3543,3 *600 = 2126 (кВА)

Установленная мощность подстанции на стороне переменного тока

уст=+ (10)

где Siуа - установленная мощность i-того агрегата, кВА;

SKCH - установленная мощность k-того трансформатора собственных нужд, кВА. Трансформатором собственных нужд выбираем масляный трансформатор типа ТМ-40/10,Кз= 0,7[5].

Sуст = 3 . 1385 + 2 . 40 = 4235 (кВА)

Рабочая мощность подстанции определяется с учётом реального коэффициента загрузки агрегата Кз. Резервный агрегат подстанции при определении её рабочей мощности не учитывается

pa = Sуа . Кз , (11)

где Sya - мощность одного установленного агрегата, кВА.

Sрa = 1385 * 0,89 = 1232,65 (кВА)

Рабочая мощность подстанции

уст = + (12)

рn = 2* 1232,65+40* 0,7 = 2493,3 (кВА)

. Расчет сечения контактной сети и кабелей 600В

Исходя из нагрузки на участках контактной сети, производят выбор кабелей и контактных проводов по экономической плотности тока. Расчет производится для наиболее загруженного участка. В данном проекте таковым является пятый участок.

Наибольшее распространение для тяговых сетей трамвая и троллейбуса получили провода МФ-100, сечением 100 мм2. Выбранное сечение контактных проводов необходимо проверить по допустимой плотности тока:

для нормального режима 5 А/мм2;

для вынужденного режима 7 А/мм2.

Находим эквивалентный ток Iэк, А при нормальном режиме работы, на самом загруженном участке

эк1 = , (13)

где n - частота движения на участке;

IY - средний ток на участке, А;

β - квадрат относительного среднеквадратичного отклонения поездного тока (β = 1,2 - для троллейбусов) [4];

Iэк1 = =563,3 (А)

Определяем фактическую плотность тока J, А/мм2 по формуле

1 =, (14)

где Ку - коэффициент износа КП для троллейбуса = 0,92[4];

q - сечение провода марки МФ-100

J5 = =3,1(А/мм2)

Для сети с неизменной линейной плотностью тока Iэ,А, эффективные нагрузки проводов контактной сети или кабеля для одностороннего питания, при нормальном режиме находят по формуле

э = Iy (15)

Iэ1 = 825,5* = 898,5 (А)

Iэ2 = 228,6 = 295,12 (А)

Iэ3 = 241,3* = 308,22 (А)

Iэ4 = 190,5 * = 255,58 (А)

Iэ5 = 342,9 * = 412,11 (А)

Iэ6 = 190,5* = 255,58 (А)

Iэ7 = 152,4 = 215,5 (А)

Iэ8 =622,3 = 694,3 (А)

Iэ9 = 139,7* = 202 (А)

Iэ10 = 152,4 = 212,5 (А)

Iэ11 = 457,2* = 527,9 (А)

Оптимальное сечение контактных проводов и кабелей Sэ , определяется по формуле:

э = , (16)

где Iэ - эквивалентная нагрузка провода или эффективная нагрузка кабеля, А.

J-экономическая плотность тока, принятая равной 1,35 А/мм2[4];

Sэ1 = = 665,5 (мм2)

Sэ2 = = 218,6 (мм2)

Sэ3 = = 228,3 (мм2)

Sэ4 = = 189,32 (мм2)

Sэ5 = = 305,3 (мм2)

Sэ6 = = 189,32 (мм2)

Sэ7 = = 159,6 (мм2)

Sэ8 = = 514,3 (мм2)

Sэ9 = = 149,6 (мм2)

Sэ10= = 159,6 (мм2)

Sэ11 = = 391 (мм2)

Кабель от которого питается контактная сеть может быть повреждён, что вызовет увеличение нагрузки на соседних участках, то питающий кабель должен будет работать и в вынужденном режиме.

Находим нагрузки проводов контактной сети при вынужденном режиме работы

эк =(In+Inn) (17)

эк1,2=(825,5+228,6) =1061,6 (А)

Iэк2,3=(228,6+241,3) =540,38 (А)

Iэк3,8=(241,3+622,3) =932,7 (А)

Iэк4,5=(190,5+342,9) =602,7 (А)

Iэк6,7=(190,5+152,4) =411,5 (А)

Iэк8,9=(622,3+139,7) =830,6 (А)

Iэк9,10=(139,7+152,4) =359,3 (А)

Iэк10,11=(152,4+457,2) =676,7 (А)

Сечение кабелей определяем при работе в вынужденном режиме

эк =, (18)

эк1,2 = = 786 (мм2)

Sэк2,3 = = 400 (мм2)

Sэк3,8 = = 690 (мм2)

Sэк4,5 = = 446,5 (мм2)

Sэк6,7 = = 304,8 (мм2)

Sэк8,9 = = 615,2 (мм2)

Sэк9,10 = = 266 (мм2)

Sэк10,11= = 501,2 (мм2)

Питающие кабели выполняются обычно в броне с двумя алюминиевыми жилами. Питание контактной сети 1 стороннее то для питания КС выбираем кабель марки АСБ - 800 сечением 800 мм2. На некоторых участках нет необходимости в подобном сечении (их можно выполнить и меньшим сечением) как следствие при аварии на ТП, или повреждении кабеля нагрузки не вызовут повреждения кабеля на соседних участках т.к. их превышение скомпенсируют соседние участки.

Данные расчетов по питающим кабелям сводим в таблицу 4:

Таблица 4 - Результаты расчётов по ПК

№ участкаЭффективность тока Iэк, АСечение расчетное Sэ, мм2Сечение стандартное Sст, мм2Марка кабеля1898,5665,5800АСБ - 8002295,12218,6800АСБ - 8003308,22228,3800АСБ - 8004255,58189,32800АСБ - 8005412,11305,3800АСБ - 8006255,58189,3800АСБ - 8007215,5159,6800АСБ - 8008694,3514,3800АСБ - 8009202149,6800АСБ - 80010215,5159,6800АСБ - 80011527,9391800АСБ - 800

. Проверка сети на потерю напряжения

электроснабжение тяговый подстанция сеть

Падение напряжения на участке тяговой сети для нормального режима работы системы электроснабжения рассчитывают как среднее суммарное падение напряжения на участке тяговой сети:

∆U c = 2*∆U n +2* ∆U K , (19)

где ∆Un -среднее падение напряжения в контактном проводе, В;

∆UK -падение напряжения в кабеле, В;

Среднее суммарное падение напряжения на участке в нормальном режиме не должно превышать 90 В. При одностороннем питании среднее падение напряжения в положительном и отрицательном контактных проводах на участке тяговой сети с равномерно распределенной нагрузкой неизменной линейной плотности тока определяется по формуле

n = **Iy* () (20)

где Iy - ток участка, А;

Ly - длина участка, м;

- удельная проводимость КП (для меди y = 57 См/м) [4];

qкс - площадь сечения контактных проводов, м2;

Kи - коэффициент износа контактного провода;

α - отношение всего времени движения единицы подвижного состава к времени ее движения под током, принимаем равным 1,7;

n - число единиц подвижного состава на участке.

Здесь, как при расчете плотности тока в контактных проводах, необходимо учитывать параллельное соединение контактных проводов на участках с двумя направлениями движения.

Определяем среднее падение напряжения в положительном и отрицательном контактных проводах на каждом участке тяговой сети

n1 = **825,5* ()=40,2 (В)

n2= **228,6* ()=9,45 (В)

n3 = **241,3* ()=9,2 (В)

n4 = **190,5* ()=8,9 (В)

n5 = **342,9* ()=18,2 (В)

n6 = **190,5* ()=10,4 (В)

n7 = **152,4* ()=6,99 (В)

n8 = **622,3* ()=32,8 (В)

n9 = **139,7 ()=11,5 (В)

n10 = **152,4* ()=12,2 (В)

n11 = **457,2* ()=19,2 (В)

Падение напряжения в кабелях определяем по формуле

ΔUk = (1 + ), (21)

где Iк - ток кабеля, А;

Lк - длина кабеля, м;

yк = 33 См/м для алюминия[4].

ΔUk1 = *(1 + ) = 4,1 (В)

ΔUk2 = *(1 + ) = 1,6 (В)

ΔUk3 = *(1 + ) = 5,1 (В)

ΔUk4 = *(1 + ) = 6,5 (В)

ΔUk5 = *(1 + ) = 15,1 (В)

ΔUk6 = *(1 + ) = 6,9 (В)

ΔUk7 = *(1 + ) = 9,3 (В)

ΔUk8 = *(1 + ) = 11,8 (В)

ΔUk9 = *(1 + ) = 8,7 (В)

ΔUk10 = *(1 + ) = 4,6 (В)

ΔUk11 = *(1 + ) = 3,7 (В)

Определяем среднее суммарное падение напряжения на каждом участке тяговой сети по формуле (19)

∆Uc1 = 2* 40,2 + 2* 4,1 = 88,6 (В);

∆Uc2 = 2* 9,45 + 2* 1,6 = 22,1 ( В);

∆Uc3 = 2* 9,2 + 2* 5,1 = 28,6 (В);

∆Uc4 = 2* 8,9 + 2* 6,5 = 30,8 (В);

∆Uc5 = 2* 18,2 + 2* 15,1 = 66,6 (В);

∆Uc6 = 2* 10,4 + 2* 6,9 = 34,6 (В);

∆Uc7 = 2* 6,99 + 2* 9,3 = 32,58 (В);

∆Uc8 = 2* 32,8 + 2* 11,8 = 89,2 (В);

∆Uc9 = 2*11,5 + 2* 8,7 = 40,4 (В);

∆Uc10 = 2* 12,5 + 2* 4,6 = 34,2 ( В);

∆Uc11 = 2* 19,2 + 2* 3,7 = 45,6 (В).

Рассчитанное среднее суммарное падение напряжения на всех участках не превышает 90В, что соответствует норме.

. Выбор электрооборудования РУ 600В

Распределительные устройства выпрямленного тока предназначены для приема электрической энергии, поступающей от преобразовательных агрегатов, и распределения ее по отходящим от подстанции линиям, питающим отдельные участки контактной сети.

Основным оборудованием распределительных устройств являются выключатели постоянного тока, устанавливаемые на всех присоединениях положительных линий и преобразовательных агрегатов, разъединители и переключатели с приводами, а также положительные и отрицательные сборные шины.

Минимальный ток короткого замыкания секционного участка находим по формуле

IKmin = , (22)

где rпл - общее сопротивление положительных и отрицательных питающих линий;

rкс - общее сопротивление участка контактной сети;

Rэ - эквивалентное сопротивление преобразовательного трансформатора и системы первичного питания.

Находим общее сопротивление положительных и отрицательных питающих линий по формуле

rпл = r0 пл * ℓкл, (23)

где r0 пл = 0,039 Ом/км [7] для кабеля АСБ - 800

rпл1 = 0,039* 0,12 = 0,00468(Ом/км)

rпл2 = 0,039 * 0,129 = 0,005 (Ом/км)

rпл3 = 0,039* 0,4 = 0,0156 (Ом/км)

rпл4 = 0,039* 0, 6 = 0,0234 (Ом/км)

rпл5= 0,039* 0,892 = 0,034 (Ом/км)

rпл6 = 0,039* 0,633 = 0,024 (Ом/км)

rпл7 = 0,039* 1,01 = 0,39 (Ом/км)

rпл8 = 0,039* 0,454 = 0,018 (Ом/км)

rпл9 = 0,039* 1,022 = 0,04 (Ом/км)

rпл10 = 0,039* 0,498 = 0,019 (Ом/км)

rпл11 = 0,039* 0,178 = 0,007 (Ом/км)

Общее сопротивление участка контактной сети находим по формуле

кс = r0 кс * ℓкс , (24)

где r0кс = 0,179 Ом\км [4] - физическое сопротивление 1км контактного провода марки МФ 100

rкс1 = 0,179* 0,689 = 0,12 (Ом/км)

rкс2 = 0,179* 0,354 = 0,06 (Ом/км)

rкс3 = 0,179* 0,367= 0,066 (Ом/км)

rкс4 = 0,179* 0,403 = 0,07 (Ом/км)

rкс5 = 0,179* 0,59 = 0,1 (Ом/км)

rкс6 = 0,179* 0,47 = 0,08 (Ом/км)

rкс7= 0,179* 0,35 = 0,06 (Ом/км)

rкс8 = 0,179* 0,7 = 0,13 (Ом/км)

rкс9 = 0,179* 0,6 = 0,11 (Ом/км)

rкс10 = 0,179* 0,612 = 0,11 (Ом/км)

rкс11 = 0,179* 0,513 = 0,09 (Ом/км)

Находим мощность кабеля по формуле

Рк = * I∞* Uср, (25)

где, I∞=11 кА - установившийся ток короткого замыкания на стороне 10 Кв

Uср = 10,5 В - среднее напряжение[4].

Рк = * 11* 10,5 = 200,05 (кВ)

Находим эквивалентное сопротивление преобразовательного трансформатора и системы первичного питания по формуле

э = 0,239 ( Хс + Хт), (26)

Где, Хс - сопротивление системы первичного питания

Хт - сопротивление преобразовательного трансформатора

Находим сопротивление системы первичного питания

Хс = , (27)

где Ur2 = 560 В [7]

Хс = = 0,0047 (Ом)

Находим сопротивление преобразовательного трансформатора

Хт = (28)

где =66%

Хт = = 0,00044 (Ом)

Rэ = 0,239 (0,0057 + 0,00045) = 0,0015 (Ом)

Минимальный ток короткого замыкания для всех секционных участков

IKmin1 = = 2400 (А)

IKmin2 = = 3985(А)

IKmin3 = = 3750 (А)

IKmin4 = = 3191 (А)

IKmin5 = = 2222 (А)

IKmin6 = = 2857 (А)

IKmin7 = = 1000 (А)

IKmin8 = = 2000 (А)

IKmin9 = = 2000 (А)

IKmin10 = = 2308 (А)

IKmin11 = = 3000 (А)

Проверка токов по трем условиям для каждого участка тяговой сети

1)Iтр ≤ 0,8* Iкmin,

тр1 ≤ 0,8* 2400

Iтр1 ≤ 1920 (А)

2)Im = КМ* Iср,

m1 = 3,3* 825,5 = 2724 (А)

3)Iтр ≥ 1,2* Im.

тр1 ≥ 1,2* 2724

Iтр1 ≥ 3269 (А)

Данные проверки условий и значения номинальных токов комплекта разъединитель - выключатель. Досчитываем остальные значения и заносим в таблицу 5.

Таблица 5 - Данные проверки условий

№ Учас.Iтр ≤ 0,8* IкminIтр ≥ 1,2*ImIKMIM1192032692000-40003,32724231881700,82000-40006,214173302417662000-40006,114724255315322000-40006,712765177821811000-20005,318176228615322000-40006,71276780012981000-20007,110828160030622000-40004,125519160012241000-20007,31019,810184612981000-20007,1108211240026332000-40004,82195

Для тяговой подстанции № 24 выбираем комплект распределительных ВАБ-43-4000/10 с номинальным током 1000 А и разъединитель типа РВК-10/2000с приводом ПР-3, РВК-10/3000 без привода 3, которые располагаются в комплектном распределительном устройстве КРУ с номинальным напряжением Uн = 600В.

9. Расчёт токов короткого замыкания

Для расчета токов короткого замыкания по расчетной схеме составляем схему замещения, в которой указаны сопротивления всех элементов и показаны точки для расчета токов короткого замыкания. Генераторы, трансформаторы большой мощности, воздушные линии, реакторы представляем в схеме замещения их индуктивными сопротивлениями, так как активные сопротивления во много раз меньше индуктивных. Кабельные линии 6-10 кВ в схеме замещения представлены и индуктивным и активным сопротивлениями.

Рисунок 1 - Расчётная схема

Рисунок 2 - Схема замещения

Таблица 6 - Исходные данные для расчёта

Iрп 19,5 кАIрп 211 кАL11060 мL21075 мUcp10,5 В

Используя метод преобразования цепи, находим результирующее сопротивление от источника питания до точки короткого замыкания. При этом расчет сопротивления ведем в относительных единицах.

Рассчитываем индуктивные сопротивления системы Хс, Ом

Хс = , (29)

где I∞ = Iрп номинальный ток системы, А

Хс2 = = 0,58 (Ом)

Находим сопротивление кабельной линии Хкл, Ом

Хкл = Х *ℓ, (30)

где х0 - индуктивное сопротивление 1 км линии Ом/км (х0 = 0,08Ом/км) [4]

ℓ - длина воздушной линии Км

Хкл1 = 0,08 *1,06 = 0,08 (Ом)

Хкл2 = 0,08 * 1,075 = 0,086 (Ом)

Находим активные сопротивления системы r Ом

= ρ* , (31)

где, S - площадь проводника равная 95 мм2[4];

ρ - удельное сопротивление проводника равное 2,8*10-3 ,Ом[7].

r1 = 2,8* 10-3* = 0,03 (Ом)

r2 = 2,8* 10-3* = 0,032(Ом)

Определяем результирующее сопротивление схемы Хрез, Ом

Хрез = Хс + Хкл (32)

Хрез1 = 0,67 + 0,08 = 0,75 (Ом)

Хрез2 = 0,58 + 0,086 = 0,666 (Ом)

Определяем полное результирующее сопротивление схемы Zрез, Ом

= (33)

1 = = 0,75 (Ом)

Z2 = = 0,66 (Ом)

Определяем ток короткого замыкания I∞, кА

по = (34)

по1 = = 8,1 (кА)

Iпо2 = = 9,2 (кА)

Ударный ток короткого замыкания определяется по формуле

y = * Ky* Iпо, (35)

где, Ку- уарный коэффициент тока короткого замыкания (КУ=1,369) [4]

iy = * 1,369* 9,2 = 17,6 (кА)

. Выбор электрооборудования РУ 10кВ

Выбор масляных выключателей

Выбираем масляный выключатель ВМП-10 и проверяем его по расчетным параметрам.

p =, (36)

p = = 80(А)

Номинальная мощность отключения выбранного выключателя определяется по формуле

ном.откл = *Uн*Iном.откл, (37)

ном.откл = * 10* 20 = 346 (МВА)

Термическая стойкость выбранного выключателя определяется по формуле

2t* t = I ном.откл2* t откл, (38)

где tоткл - время отключения аппарата, равное 8 с[8].

I2t *t = 202* 8 = 3200 (кА2 . с)

Расчетная термическая определяется по формуле

2* tп = Iy2* tп

где tп - время переходного процесса, равное 0,32 с[8].

2* tп = 3,12* 0,32 = 3,1 (кА2 . с)

Выбранный масляный выключатель подходит по всем условиям.

Выбор разъединителей

Выбираем разъединитель РВФ-10/630У и проверяем его по расчетным параметрам. Технические параметры разъединителя и рассчитанные параметры представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Условия выбора разъединителей

ПараметрыКаталожная величина аппаратаРасчётная величина установкиУсловия для выбора и проверкиНоминальное напряжение, кВUНОМ. А 10UНОМ. Y 10UНОМ. А ≥ UНОМ. Y Номинальный длительный ток, АIНОМ. А 630IP 80IНОМ. А ≥ IP Динамическая стойкость, кАiД 52iY 17,6iД ≥ iДТермическая стойкость, кА2сI2t * t 3200I2* tП 3,1I2t * t≥I2 * tП

Выбранный разъединитель подходит по всем условиям.

Выбор трансформаторов тока

Выбираем трансформатор тока ТПЛ 10 и проверяем их по расчетным параметрам. Технические параметры трансформаторов токаи рассчитанные параметры представлены в таблице 8.

Таблица 8 - Условия выбора трансформаторов тока

ПараметрыКаталожная величина аппаратаРасчётная величина установкиУсловия для выбора и проверкиНоминальное напряжение, кВUНОМ. А 10UНОМ. Y 10UНОМ. А ≥ UНОМ. YНоминальный длительный ток, АIНОМ. А 100IP 80IНОМ. А ≥ IPЭлектрическая стойкость, кАК * 1,41 * IНОМ. 35,3IY 17,6К * 1,41 * IНОМ. ≥ iYТермическая стойкость (односекундная), кА2с(Кt * IНОМ.)2 * tт 20,25I2 * tП 3,1(Кt * IНОМ.)2 ≥I2 * tП

Электрическая стойкость определяется по формуле

К * 1,41 * IНОМ.А. = 250 *1,41 * 100 = 35,3 кА,

где К - кратность электродинамической стойкости.

Термическая стойкость определяется по формуле

t * IНОМ.А.)2 * tт = (45 * 0,1)2 * 1 = 20,25,

где Кt - кратность термической стойкости, равная 45[8];

tт - время термической стойкости, равное 1 секунде[8].

Выбранный трансформатор тока подходит по всем условиям.

Выбор изоляторов

Выбираем изоляторы и проверяем их по расчетным параметрам. Технические параметры изоляторов и рассчитанные параметры представлены в таблице 9.

Таблица 9 - Условия выбора изоляторов

ПараметрыКаталожная величина аппаратаРасчётная величина установкиУсловия для выбора и проверкиНоминальное напряжение, кВUНОМ. А 10UНОМ. Y 10UНОМ. А ≥ UНОМ. YДопустимое усилие на головку изолятора, НFДОП. 2250FРАСЧ. 1549,8FДОП. ≥ FРАС.

Наибольшая расчетная нагрузка на головку опорного изолятора определяется по формуле

РАСЧ. = 1,7* i2Y * ( L/а0 )*9,81 * 10-7, (39)

где L - пролёт между изоляторами, равный 90 см;

а0 - расстояние между осями шин, закреплённых на изоляторах, равное 30 см.

FРАСЧ. ОП = 1,7 * 54002 * ( 90/30 )*9,81 * 10-7 = 1549,8 Н

Допустимое усилие на головку изолятора определяется по формуле

ДОП. = 0,6 * FР, (40)

где FР - разрушающее усилие, равное 3,75 кН.

FДОП. = 0,6 * 3,75 = 2,25 кН

Выбранные изоляторы подходят по всем условиям.

Выбор шин 10 кВ

Выбираем шины АСПС АД31Т 50х5 и проверяем их по расчетным параметрам. Технические параметры шин и рассчитанные параметры представлены в таблице 10.

Таблица 10 - Условия выбора шин 10 кВ

ПараметрыКаталожные величиныРасчётные величиныУсловия выбораНоминальное напряжение, кВUHA 10UHY 10UHA ≥ UHYМаксимальный расчётный ток, АIдд 265IM 80Iдд ≥ IMСечение по термической стойкости, мм2S 250SP 70S≥ SPНапряжение в материале шин, МПаσДОП 75σРАС. 12,4σДОПσРАС.

Минимальное сечение по термической стойкости определяется по формуле

Sp=, (41)

где Ст - коэффициент, зависящий от допустимой температуры при коротком замыкании и материала проводника, равный алюминиевых шин 88.

Наибольшая расчетная нагрузка на шину определяется по формуле

РАСЧ. = * i2Y * ( l/а0 ) * 10-7, (42)

где l - пролёт между шинами, равный 120 см;

а0 - расстояние между фазами, равное 30 см.

FРАСЧ. ОП = *17,62 * (120/30 )*10-7 = 214,4 Н

Изгибающий момент, определяемый по формуле

М = , (43)

= = 25,71 (Н*м)

момент сопротивления сечения, зависящий от формы и расположения шин, т.к. расположение шин плашмя, то момент сопротивления определяется по формуле

= , (44)

где b и h - размеры поперечного сечения шины, см.

W = = 2,08 см3

Напряжение в материале шин от изгиба определяется по формуле

σРАС. = , (45)

σРАС. = = 12,4 МПа.

Выбранный шины подходят по всем условиям.

Выбор высоковольтного кабеля

Сечения жил кабелей выбирают по экономической плотности тока и проверяют по нагреву и термической стойкости при КЗ.

Сечения жил кабеля по экономической плотности тока определяют по выражению

Э = IP/jЭ, (46)

где IP - расчётный ток кабеля в нормальном режиме работы, А;

jЭ - экономическая плотность тока, А/мм2 равна1,35.

Величина тока в нормальном режиме работы:

P =2* SPЗ/ (* UH) , (47)

где SP - расчётная нагрузка линии с учётом потерь в трансформаторах, кВА.

IP = 2* 1385* 0,89/(*10) = 142,5 (А)

Сечения жил кабеля по экономической плотности тока находим по формуле 46

Fэ = 142,5/1,7 = 83,8 (мм2)

Принимаем ближайшее большее стандартное сечение -ААБ-10-3(1 x70).

Для определения сечения жил кабелей по нагреву вычисляется наибольший расчётный ток IPM в нормальном режиме и по таблицам выбирается стандартное сечение, имеющее допустимый ток:

ДОП. ≥ IPM

Величину IPM кабелей, питающих тяговую подстанцию, можно найти по формуле

IPM = 2* SHT* КЗ/ ( * UH ) (48)

где SHT - суммарная номинальная мощность цеховых трансформаторов, питающихся по данному кабелю, кВА.

IРМ = 2*1385* 1,4/ (*10) = 224,1 А

Принимаем ближайшее большее стандартное сечение -ААБ-10-3(1x120). После расчета токов КЗ в сети 6-10 кВ сечения жил кабелей выбираются по термической стойкости. В инженерных расчетах минимально допустимое сечение проводника по данному условию определяется по формуле

m= / C , (49)

где BК - тепловой импульс от тока КЗ, А2*с;

С - расчетный коэффициент, равный 65 А*с0,5/мм2[7].

Тепловой импульс определяется по формуле

Вк = Iпо2* (Ta + tотк), (50)

где Вк - тепловой импульс, А2 . с;

Ta - постоянная времени апериодической составляющей тока КЗ;

tотк - время отключения КЗ, с.

ВК=1,072* (0,025+0,01) = 40 (кА2*с)

Тогда минимальное допустимое сечение проводника по термической стойкости будет равно

Fm =*103/ 65 = 3,08 (мм2)

Принимаем ближайшее большее стандартное сечение -ААБ-10-3(1x25).

Из трех найденных сечений (по экономической плотности тока, нагреву и термической стойкости) принимается большее -ААБ-10-3 (1x120) с сечением 120мм2 и током равным 240А.

. Расчет заземления

При расчете наружного контура заземления необходимо в первую очередь использовать естественные заземлители, а если такой возможности нет - искусственные.

В качестве естественных заземлителей для зануления и заземления электрооборудования цеховых подстанций можно использовать железобетонные фундаменты зданий, связанные между собой металлическими конструкциями. Данные для расчёта приведены в таблице 11

Таблица 11 - Исходные данные расчёта заземлений

Размер ТП14х18,3х7,5ГрунтГлинаУдельное R глины40 Ом . мКоэффициент Сезонности Кс горизонт.2,5Коэффициент Сезонности Кс вертикал.1,15

В качестве искусственных заземлителей в первую очередь используются прутковые стальные электроды диаметром 10 мм и длиною 5 м. Сопротивление одного стержня (r0) определяется по формуле

0 = 0,27 . ρрасч, (51)

где ρрасч - расчетное удельное сопротивление грунта, Ом·м.

Расчетное удельное сопротивление грунта определяется по формуле

ρрасч = КС* ρ, (52)

где KC - коэффициент сезонности, для вертикальных электродов - 1,15[1]

ρ - удельное сопротивление грунта, равное для глины 40 Ом*м.[1]

ρрасч = 1,15* 40 = 46 (Ом·м)

r0 = 0,27* 46 = 12,42 (Ом)

Ориентировочное число вертикальных заземлителей η определяется из отношения

ηв = , (53)

где η - коэффициент экранирования, равный 0,56[1]

R3 - нормированное сопротивление контура заземления, равное 4 Ом[1].

ηв = = 5,54

Сопротивление заземляющей полосы определяется по формуле

г = *ℓg , (54)

где Kсезв - коэффициент сезонности, для горизонтальных электродов - 2,5[1]

n-длинна полосы ℓn = (14 + 18,3)* 2 = Pn+8 =64,6+8=72,6 (м)

b - ширина полосы равная 40[4] м

t - глубина заложения, соответствующая расстоянию от поверхности земли до стержня, равная 0,7 м

rг = . ℓg = 3,225 (Ом)

Сопротивление полосы в контуре из 10 электродов:

г = rг/ ηг (55)

Rг = 3,225/0,34= 9,48 (Ом)

Необходимое сопротивление вертикальных заземлителей (RB) с учетом сопротивления соединительной полосы находится по выражению

в = (56)

в = = 6,9 (Ом)

Уточненное количество вертикальных заземлителей (N) с учетом коэффициента экранирования определяется по формуле:

в = , (57)

в = = 3,22

Таким образом, окончательно принимаем количество вертикальных заземлителей равным 4 (по таблице из справочника: Коновалова, Дьяков).

12. Спецвопрос. Измерительный трансформатор напряжения

Общие сведения и схемы соединения

Трансформатор напряжения предназначен для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 или 100/Ö3 В и для отделения цепей измерения и релейной защиты от первичных цепей высокого напряжения. Схема включения однофазного трансформатора напряжения показана на рис.3; первичная обмотка включена на напряжение сети U1, а ко вторичной обмотке (напряжение U2) присоединены параллельно катушке измерительных приборов и реле. Для безопасности обслуживания один выход вторичной обмотки заземлен. ТН в отличие от трансформатора тока работает в режиме, близкому к ХХ, т.к. сопротивление параллельных катушек приборов и реле большое, а ток, потребляемый ими, не велик.

Рисунок 3- Схема соединения измерительного трансформатора напряжения

Номинальный коэффициент трансформации определяется следующим выражением:


где U1ном , U2ном - номинальные первичное и вторичное напряжение соответственно.

Рассеяние магнитного потока и потери в сердечнике приводят к погрешности измерения

´100

Так же как и трансформаторах тока , вектор вторичного напряжения сдвинут относительно вектора первичного напряжения не точно на угол 1800. Это определяет угловую погрешность.

В зависимости от номинальной погрешности различают классы точности 0,2; 0,5; 1; 3.

Погрешность зависит от конструкции магнитопровода, магнитной проницаемости стали и от cos j вторичной нагрузки. В конструкции трансформаторов напряжения предусматривается компенсация погрешности по напряжению путем некоторого уменьшения числа витков первичной обмотки, а также компенсация угловой погрешности за счет специальных компенсирующих обмоток.

Суммарное потребление обмоток измерительных приборов и реле, подключенных ко вторичной обмотке ТН, не должно превышать номинальную мощность ТН, т.к в противном случае это приведет к увеличению погрешностей.

В зависимости от назначения могут применятся ТН с различными схемами соединения обмоток. Для измерения трех междуфазных напряжений можно использовать два однофазных двухобмоточных трансформатора НОМ, НОС, НОЛ, соединенных по схеме открытого треугольника ( рис. 4, а), а также трехфазный двухобмоточный трансформатор НТМК, обмотки которого соединены в звезду (рис.4,б). Для измерения напряжения относительно земли могут применяться 3 однофазных трансформатора, соединенных по схеме Y0/Y0, или трехфазный трехобмоточный трансформатор НТМИ (рис.4, в). В последнем случае обмотка, соединенная в звезду, используется для присоединения измерительных приборов, а к обмотке, соединенной в разомкнутый треугольник, присоединяется реле защиты от замыканий на землю.




Рисунок 4- Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения

Конструкция трансформаторов напряжения.

По конструкции различают трехфазные и однофазные трансформаторы. Трехфазные трансформаторы напряжения применяются при напряжении до 18 кВ, однофазные - на любые напряжения. По типу изоляции трансформаторы могут быть сухими, масляными и с литой изоляцией.

Обмотки сухих трансформаторов выполняются проводом ПЭЛ а изоляцией между обмотками служит элетрокартон. Такие трансформаторы применяются в установках до 1000 В (НОС-0,5- трансформатор напряжения однофазный, сухой, на 0,5 кВ).

Трансформаторы напряжения с масляной изоляцией применяются на напряжение 6-1150 кВ закрытых и открытых РУ. В таких трансформаторах обмотки и магнитопровод залиты маслом, которое служит для изоляции и охлаждения. Следует отличать однофазные двухобмоточные трансформаторы НОМ-6, НОМ-10, НОМ-15, НОМ-35 от однофазных трехобмоточных ЗНОМ-15, ЗНОМ-20, ЗНОМ-35.

Выбор трансформаторов напряжения.

Трансформаторы напряжения выбираются:

по напряжению установки

Uуст£ Uном;

по конструкции и схеме соединения обмоток;

по классу точности;

по вторичной нагрузке

2å £ Sном,

где Sном- номинальная мощность в выбранном классе точности, при этом следует иметь в виду, что для однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, следует взять суммарную мощность всех трех фаз, а для соединенных по схеме открытого треугольника - удвоенную мощность одного трансформатора;

S2å - нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединенных к трансформатору напряжения, ВА.

Для упрощения расчетов нагрузку можно не разделять по фазам, тогда


Если вторичная нагрузка превышает номинальную мощность в выбранном классе точности, то устанавливают второй трансформатор напряжения и часть приборов присоединяют к нему.

Сечение проводов в цепях трансформаторов напряжения определяются по допустимой потере напряжения. Согласно ПУЭ потеря напряжения от трансформаторов напряжения до расчетных счетчиков должна быть не более 1.5% при нормальной нагрузке.

Похожие работы на - Электроснабжение городского электрического транспорта

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!