КОСТРОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра «Экономии и управления техническим сервисом»

Курсовая работа

На тему:

«Экономическая эффективность электроустановок для создания микроклимата на животноводческой ферме»

Введение

При проектировании и эксплуатации любой электроэнергетической системы приходится считаться с возможностью возникновения в ней повреждений и ненормальных режимов работы. Наиболее распространёнными и в то же время опасными видами повреждений являются короткие замыкания. Одним из основных видов ненормальных режимов работы являются перегрузки.

Повреждения и ненормальные режимы работы могут приводить к возникновению в системе аварий, под которыми обычно понимаются вынужденные нарушения нормальной работы всей системы или её части, сопровождающиеся определённым недоотпуском энергии потребителям, недопустимым ухудшением её качества или разрушением основного оборудования.

Предотвращение возникновения аварий или их развитие при повреждениях в электрической части энергосистемы может быть обеспечено путем быстрого отключения повреждённого элемента, для этого применяется релейная защита и автоматика.

Основным назначением РЗ является автоматическое отключение повреждённого элемента от остальной, неповреждённой части системы при помощи выключателей. Таким образом, она является одним из видов противоаварийной автоматики систем. Важность этого вида автоматики определяется тем, что без неё вообще невозможна бесперебойная работа электроэнергетических установок.

1. Исходные данные

Рис. 1. Исходная схема для расчета

Объектом проектирования является кабельная линия 10 кВ.

Сеть 0.4 кВ имеет длину L=250 м и выполнена проводом А70.

Установлен автоматический ввод резерва (АВР) на низшем напряжении.

Коэф. загрузки трансформаторов подстанций = 1.

Линия 0.4 загружена на 25% от мощности ТП.

Коэф. мощности =0.8 для всех видов потребителей.

2. Расчет токов короткого замыкания

2.1 Составляем схему замещения для расчета токов короткого замыкания

Рис. 2. Полная схема замещения

Xd = 0.125 Ом; Xр = 6%

Находим сопротивление генератора 1

;

где: Xd – сверхпереходное сопротивление генератора;

Uб – базисное напряжение, принимаем 10 кВ.

Sн – номинальная мощность генератора

Ом

Находим сопротивление генератора 2.

;

Ом

Находим полное сопротивление генератора:

;

; Ом

Находим сопротивление линии 10 кВ.

; Ом

; (2.5)

; (2.6)

где: R₀ – активное сопротивление линии, из [Л1 – 1.3] для линии АС120 принимаем R₀₁₀ = 0.245 Ом/км

X₀ – индуктивное сопротивление линии, из [Л1 – 14] для линии

АС120 принимаем X₀₁₀ = 0.365 Ом/км

где: L₁₀ – длина линии 10 кВ, км

Ом

Ом

Так как имеется две линии с одинаковыми параметрами и одинаковой длинны, следовательно их сопротивления равны.

Находим полное активное сопротивление линии 10 кВ.

; Ом

Ом

Находим полное индуктивное сопротивление линии 10 кВ.

; Ом

Ом

Находим полное сопротивление линий 10 кВ.

; Ом

Находим сопротивление реактора

; Ом

где: Xр% – относительное сопротивление реактора; Xр=6% по заданию;

Iнр – номинальный ток реактора, кА; Iнр = 0.6 А по заданию;

Uср – среднее напряжение линии,

; Ом

Находим сопротивление кабельной линии.

В соответствии с [Л1 – стр. 185] индуктивные сопротивления на 1 км длины X₀ проводов ВЛ и КЛ мало зависят от сечения следовательно для кабелей при напряжении U = 6…10 кВ X₀ = 0.08 Ом/км.

Их активное сопротивление R₀ можно определить в зависимости от сечения и материала провода. Следовательно из [Л1 – 1.1] R₀ принимаем R₀ = 0.194 Ом/км.

; Ом

; Ом

; Ом

; Ом

; Ом

; Ом

Т.к. отношение индуктивного сопротивления к активному не ³ 3, то учитываем оба сопротивления.

Находим сопротивление трансформатора.

;

где: Uk% – напряжение короткого замыкания трансформатора, %

Uk = 5.5% по заданию.

Sном.т – номинальная мощность трансформатора, кВА

; Ом

Находим активное сопротивление трансформатора:

; Ом

Таблица 1

Тип	Sном, кВА	Uном, кВА		DР, кВт		Uкз, %	Iхх, %	Сх. и гр. соед. обм.
		ВН	НН	хх	кз
ТМН 2500/10	2500	10	0.4	4.6	23.5	5.5	1	Д / Ун 11

; Ом

Находим индуктивное сопротивление трансформатора:

; Ом

; Ом

Т.к. индуктивное сопротивление трансформатора более чем в 3 раза больше активного, то активным сопротивлением в дальнейших расчетах пренебрегаем.

Находим сопротивление линии 0.4 кВ.

Из [Л1 – 1] для линии А70 принимаем R₀₁₀ = 0.412 Ом/км, из [Л1 – 15] для линии А70 принимаем X₀₁₀ = 0.283 Ом/км

По формулам (2.5); (2.6); (2.7) находим R_0.4; X_0.4; Zл_0.4

; Ом

; Ом

; Ом

Рис. 3. Схема замещения для расчета КЗ в т. К1

Т.к. отношение индуктивного сопротивления к активному не ³ 3, то учитываем оба сопротивления.

Составляем новую схему замещения.

2.2 Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов к.з. в точке К1.

Находим полные активные и индуктивные сопротивления до т. К1.

; Ом

Ом

; Ом

Ом

Т.к. отношение индуктивного сопротивления к активному не ³ 3, то учитываем оба сопротивления.

Находим полное сопротивление до т. К1.

, Ом

, Ом

Ток трёхфазного к.з. в т. К1., равен:

, кА

Ток двухфазного к.з. в т. К1., равен:

(3.5)

, кА

Расчет токов к.з. в точке К2.

Находим полные активные и индуктивные сопротивления до т. К2., по формулам (3.1), (3.2).

Ом

Ом

Т.к. отношение индуктивного сопротивления к активному не ³ 3, то учитываем оба сопротивления.

Находим полное сопротивление до т. К2., по формуле:

, Ом

Ток трёхфазного к.з. в т. К2.равен, по формуле:

, кА

Ток двухфазного к.з. в т. К2., равен, по формуле:

, кА

Расчет токов к.з. в точке К3.

Находим полные активные и индуктивные сопротивления до т. К3., по формулам.

Ом

Ом

Т.к. отношение индуктивного сопротивления к активному не ³ 3, то учитываем оба сопротивления.

Находим полное сопротивление до т. К3., по формуле

, Ом

Ток трёхфазного к.з. в т. К3 равен, по формуле:

, кА

Ток двухфазного к.з. в т. К3., равен, по формуле:

, кА

Расчет токов к.з. в точке К4.

Приводим все сопротивления к напряжению 0.4 кВ

Находим приведенное сопротивление трансформатора

;

; Ом

Находим приведенное сопротивление КЛ.

;

; Ом

Находим приведенное сопротивление реактора

;

; Ом

Находим приведенное сопротивление линии 10 кВ по формуле

; Ом

Находим приведенное сопротивление генератора

;

; Ом

Находим полное приведенное сопротивление до т.К4.

;

Ом

Рассчитываем Iкз⁽³⁾ в точке К4., по формуле (3.4)

;

; кА

Рассчитываем Iкз⁽²⁾ в точке К4., по формуле

;

; кА

Расчет токов к.з. в точке К5.

Находим полное сопротивление до т.К5

Ом

Рассчитываем Iкз⁽³⁾ в точке К5., по формуле

;

; кА

Рассчитываем Iкз⁽²⁾ в точке К4., по формуле

;

; кА.

3. Выбор комплектных трансформаторных подстанций и распределительных устройств

Sном.т =2500кВА; тип силового трансформатора ТМН 2500/10; тип шкафа на стороне 10 кВ – ШВВ5, на стороне 0.4 кВ – ШЛН5М; тип коммутационного аппарата: на 10 кВ ВНРу 10, на отходящих линиях 0.4 кВ – А37.; габариты 1200´1400´2510; габариты шкафов 0.4 кВ – 1100´1500´2200. Некоторые элементы шкафа можно заменять по просьбе заказчика на заводе изготовителе.

Для установки в КТП необходимо выбрать: предохранители в комплекте с выключателем нагрузки на высокой стороне, для защиты трансформатора и автоматические выключатели на низкой стороне, для защиты линии

Номинальный ток трансформатора на стороне 10 кВ равен:

;

, А

Выбор плавких предохранителей осуществляется по условию:

I_вст ³ I_ном.вн

Из [Л3 – табл. 1] выбираем два предохранителя типа ПКТ103–10–80–12.5У3 и из [Л1 – стр. 273]

Таблица 2. Основные технические данные предохранителей

Типоисполнение	Uном, кВ	Uнаиб.раб, кВ	Iном.пр, А	Iном.откл, кА	Класс по ГОСТ
ПКТ 103–10–80–12.5У3	10	12	80	20	2

Т.к. ток короткого замыкания на высокой стороне трансформатора составляет 3.43 кА, а у предохранителя 12.5 кА, то по отключению предохранитель проходит.

Номинальный ток трансформатора на стороне 0.4 кВ. Определяется по формуле для напряжения 0.4 кВ.

, кА

Из [Л6 – табл. 2.1] выбираем выключатель «Электрон» с полупроводниковым реле РМТ на напряжение до 660 кВ.

Технические данные автоматического выключателя:

Тип	Исполнение	Iном. выкл. А	Iном.баз МТЗ А	Установки п/п реле					ПКС в цепи 380 В кА
				Регул. на шкалах РМТ значения
						tс.о.	tс.п, c
Э25	Стационарное	4000	1000 1600 2500 4000	0.8; 1.0

3; 5

0.25 0.45 0.7

4 8 16

1.25

65

Проверяем автоматический выключатель по чувствительности:

Ток срабатывания отсечки равен:

где: Iн.б – номинальный базовый ток МТЗ, А

k – уставка п/п реле РМТ, принимаем k = 3

А

где: I_с.о⁽²⁾ – минимальный ток короткого замыкания в месте установки автоматического выключателя

Т.к. k_ч > 1.5, следовательно автомат по чувствительности проходит.

Так как от КТП по низкой стороне может отходить до 8 линий 0.4 кВ, то принимаем 6 отходящих линий.

Следовательно, ток проходящий по каждой из линий будет равен:

, А

Из [Л3 – табл. 3] выбираем на каждую отходящую линию автомат типа ВА53–41

Технические данные автоматических выключателя

Тип выключателя			ВА53–41
Вид защиты			токоограничивающий
Род тока			переменный
Номинальный ток электромагнитного расцепителя, А			250,400,630,1000
Номинальный ток п/п макс. Расцепителя тока, А			630,800,1000
Номинальное напряжение, В			до 660
Частота переменного тока, Гц			50 и 60
Число полюсов			3
Уставка по току срабатывания эл. магн. макс. расц. Тока, кратная Iн			10 7
Уставка п/п максимального расцепителя	По току срабатывания кратные Iн.р	В зоне токов к.з.	2,3,5,7,10
		В зоне токов перегрузки	1.25
		В зоне однофазного к.з.	1.0
	По времени срабатывания, с	В зоне токов перегрузки	4,8,16
		В зоне токов к.з.	-
Верхняя граница зоны селективности, кА (действующее значение при переменном токе)			-
Предельная коммутационная способность, кА (действующее значение при переменном токе) при напряжении:		380 660	135.0 33.5
Износостойкость	Общее	Без эл. магн. привода	16000 10000
		С эл. магн. приводом	10000 10000
	Под нагрузкой		3000 2000

Проверяем автоматический выключатель по чувствительности:

k – уставка п/п реле РМТ, принимаем k = 2

А

Т.к. k_ч > 1.5, следовательно автомат по чувствительности проходит.

В начале кабельной линии, т.е. после реактора устанавливаем масляный выключатель из [Л2 – табл. 5.1] ВММ 10–630–10У2.

Расчетные данные:

U_ном = 10 кВ I_ном = 600 А I_к.з.⁽³⁾ = 3.98 кА

Технические данные масляного выключателя

Тип	Номинальное напряжение, кВ	Номинальное рабочее напряжение, кВ	Номинальный ток, А	Номинальный ток отключения, кА	Предельный сквозной ток		Номинальный ток вкл., кА		Ток термической стойкости, кА/допустимое время его действия, с	Полное время отключения, с
					Наибольший пик	Начальное действующее значение периодической сост.	Наибольший пик	Начальное действующее значение периодической сост.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
ВММ 10–630–10У2	10	12	630	10	25.5	10	25.5	10	10/3	0.105

4. Выбор устройств РЗ и А для элементов системы электроснабжения

Из [Л5 – 3.2.91] для линий в сетях с изолированной нейтралью (в том числе и с нейтралью, заземлённой через дугогасительный реактор) должны быть предусмотрены устройства РЗ от многофазных замыканий и от однофазных замыканий на землю.

Из [Л5 – 3.2.92] Защиту от многофазных замыканий следует предусматривать в двухфазном исполнении и включать в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения для обеспечения отключения в большинстве случаев двойных замыканий на землю только одного места повреждения.

Защита должна быть выполнена в одно-, двух- или в трехрелейном исполнении.

Составляем разнесённую схему релейной защиты:

Рис. 3. Разнесенная схема релейной защиты

Принимаем следующие виды защит на линии:

1. МТЗ и отсечка выполненная на реле РТ 85

2. Предохранители

3. Автоматические выключатели

5. Расчет параметров релейной защиты

Рассчитываем МТЗ и отсечку выполненную на реле РТ 85.

Т.к. на линии установлен реактор с I_р = 600 А, а по заданию по линии протекает ток 0.8×I_{ном.нагр} = 0.8×600 = 480 А, то из [Л5 – табл. 1.3.6] выбираем кабель с током I_ном= 500 А и сечением 185 мм²

Из [Л6 – 18.10] выбираем два трансформатора тока типа ТПЛ10–500/5–0.5/Р, которые в свою очередь проверяются на 10%-ную погрешность.

Если в результате проверки будет установлено, что трансформаторы тока не проходят по условиям 10%-ной погрешности (e_расч > e_доп), то принимают следующие меры:

• снижают вторичную нагрузку, увеличив площадь соединения соединительных проводов;

• для встроенных трансформаторов тока применяют схему последовательного включения 2^х трансформаторов тока в одну фазу;

• если реле включены на разность токов двух фаз, переходят на схему неполной звезды;

• выбирают для эксплуатации трансформаторы тока с большим коэффициентом трансформации или заменяют встроенные трансформаторы тока выносными.

Принимаем схему МТЗ не полная звезда с реле типа РТ85 на переменном оперативном токе.

Реле типа РТ 85 или РТ 86 с мощными переключающими контактами и ограниченно зависимой выдержкой времени. Предназначено для дешунтирования отключающих катушек выключателей.

В этой схеме в фазах А и С стоят реле тока КА1 и КА2. Они имеют по одному контакту. При нормальном режиме ток по электромагнитам YAT и КА1.1 и КА2.1 не протекает.

При к.з. ток протекает по обоим токовым реле, которые в свою очередь замыкают свои контакты КА1.1 и КА2.1 в цепях электромагнитов отключения.

Использование переходного контакта исключает разрыв цепи трансформатора тока при срабатывании защиты.

Определяем ток реле РТ85/1.

;

где: k_н = 1.2 – коэффициент надежности;

k_в = 0.85 – коэффициент возврата (для реле РТ 85);

k_сх = 1 – коэффициент схемы;

коэффициенты берём из [Л7 – стр. 230]

n_т = 60 – коэффициент трансформации трансформаторов тока;

I_нагр – ток нагрузки проходящий по кабельной линии.

А

Принимаем ток реле 7 А.

Рассчитаем ток срабатывания отсечки

где: I_k.max - трёхфазный ток к.з. в точке К2.

А

Т.к. уставка отсечки реле РТ 85 равна 2¸8, а ток уставки 10 А, то следовательно принимаем уставку реле 5 на наибольший ток срабатывания отсечки 50 А.

По расчетам уставка 5 проходит.

Определяем коэффициент чувствительности отсечки:

где: I_k.min - двухфазный ток к.з. в точке К2.

Следовательно, защита удовлетворяет требованиям чувствительности.

6. Расчет селективности действия защит

Для определения действия селективности защит строим их характеристики друг относительно друга.

1. Автоматический выключатель ВА 53–41

2. Автоматический выключатель «Электрон» с полупроводниковым реле РМТ.

4. Предохранители типа ПКТ103–10–80–12.5У3

5. МТЗ с отсечкой, выполненное на реле типа РТ 85.

Для удобства построения приводим характеристики всех защит к одному напряжению 10 кВ.

Для РТ 85 ток срабатывания защиты будет равен:

А

Кратность тока срабатывания к току срабатывания защиты будет равна:

Принимаем уставку 6.

Из построенных зависимостей видно что выбранная аппаратура по селективности проходит. Следовательно, расчет произведен верно.

7. Выбор и описание работы устройства АРВ

Рис. 4. Схема АВР двухстороннего действия для двухтрансформаторной п/с: а) – поясняющая схема; б) – схема АВР и управления выключателем Q1 (аналогично Q2); в) – схема АВР для секционного выключателя

Данная схема применяется на сельских 2^х – трансформаторных п/с 110…35/10 кВ, где все выключатели оборудованы пружинными приводами. Секционный выключатель Q3 нормально отключен и включается устройством АВР при отключении выключателей ввода напряжением 10 кВ Q1 или Q2 или исчезновение напряжения на шинах 6 (10) кВ секций I или II в результате отключения питающей линии электропередачи W1 или W2. Особенность схемы АВР – при восстановлении напряжения на питающей линии автоматически восстанавливается нормальная схема п/с.

Пусковой орган схемы АВР состоит из двух реле времени KT1 и KT2, Выполняющих одновременно роль органов минимального напряжения и выдержки времени. При снижении или исчезновении напряжения реле при возврате якоря обеспечивают заданную выдержку времени. Обмотки реле подключаются к разным трансформаторам: KT1 – к трансформатору собственных нужд (ТСН1), а КТ2 – к измерительному трансформатору (ТН1). При этом исключается возможность ложной работы пускового органа при неисправностях в цепях напряжения.

На рис. контакты выключателей и реле показаны для рабочего положения: выключатели Q1 и Q2 включены, в результате чего имеется напряжение на шинах 6 (10) кВ подстанции; приводы всех выключателей подготовлены для операции включения; реле положения выключателей «Включено» KQC находятся под напряжением и их контакты замкнуты. Напряжение на шинки обеспеченного питания (ШОП) подается ТСН1 и ТСН2.

При повреждении, например, трансформатора Т1 под действием релейной защиты отключается выключатель Q1, замыкается его вспомогательный контакт SQ1.3 в цепи включения секционного выключателя Q3 и последний включается, т.е. происходят АВР без выдержки времени и восстановление напряжения на секции I. Однократность действия АВР обеспечивается тем, что при отключении выключателя Q1 реле KQC теряет питание и размыкает свой контакт KQC.2 в цепи автоматической подготовки привода выключателя Q3. Схема АВР перестаёт действовать при отключении контактной перемычки (накладки) XB2.

Схема работает в другом аварийном режиме – при отключении, например, питающей линии W1 – с помощью пускового органа минимального напряжения. При исчезновении напряжения со стороны линии W1 реле КТ1 и КТ2 возвращается в исходное состояние, с выдержкой времени замыкаются их контакты КТ1.2 и КТ2.2 в цепях отключения выключателя Q1. Выключатель Q1 отключается, и далее схема АВР действует на включение выключателя Q3 так же, как описано ранее. Напряжение на шинах секции I восстанавливается, якорь реле КТ2 втягивается, и его контакт КТ2.1 замыкается, а контакт КТ2.2 размыкается. Реле КТ1 по-прежнему находится в исходном состоянии, и его контакт КТ1.1 разомкнут. В данном случае реле КТ1 используют для контроля за появлением напряжения со стороны питающей линии. Пусковым же органом восстановления нормальной предварительной схемы п/с служит реле времени КТ3, срабатывающее при подаче напряжения.

Если напряжение о стороны линии W1 появилось, то срабатывает реле КТ1 и замыкает свой контакт КТ1.1. При этом начинает работать реле КТ3, которое своим проскальзывающим контактом КТ3.2. (замыкается на 1…1.5 с) создаёт цепь на включение выключателя Q1, а конечным контактом КТ3.3 – цепь на отключение секционного выключателя Q3. Таким образом, восстанавливается нормальная схема п/с с отключенным выключателем Q3 который автоматически подготавливается к будущему действию устройства АВР. [Л1 – стр. 368]

Список использованной литературы

1. Будзко И.А., Лещинская Т.Б. Электроснабжение сельского хозяйства – М: Колос, 2003. – 536 с.

2. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. – М: Энергоатомиздат, 1999. – 608 с.

3. Руководящие материалы по проектированию электроснабжения с. х. – М: РАО «ЕЭС России» АО РОСЭП, 2004. – 74 с.

4. Нормы технологического проектирования электрических сетей с. х. назначения НТПС 88 – М: АО РОСЭП, 2007.

5. Правила устройств электроустановок. 6 издание. М.: Госэнергонадзор 2000. – 608 с.

6. Федоров А.А. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию.   М.:Энергоатомиздат. – 1997 – 592 с.

7. Каганов И.Л. Курсовое и дипломное проектирование. – М.: Агропромиз – дат, 1998. – 351 с.

8. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения – М.: Высш. шк., 1999. – 496 с.