Список сокращений:

U_m - класс напряжения сети; U_c - наибольшее рабочее напряжение; U_r - номинальное напряжение ОПН; TOV - временные перенапряжения Т - коэффициент временных перена-пряжений; k - коэффициент замыкания на землю; U_ps - защитный уровень при комму-тационных перенапряжениях; U_pl - защитный уровень при грозовых перенапряжениях; U_ws - уровень изоляции при коммутационных перенапряжениях; U_wl - уровень изоляции при грозовых перенапряжениях.

Рисунок 3.6 - Диаграмма выбора ОПН

Выбор номинального напряжения ОПН (U_r)

Для каждого класса напряжения сети в таблицах «Защитные характеристики ОПН» даны значения номинальных напряжений U_r и максимальных длительно допустимых рабочих напряжений ОПН U_c, при которых с достаточным запасом ОПН выдерживает фактическое максимальное длительное рабочее напряжение системы U_ca. Таким образом, выбор U_r зависит лишь от временно допустимых повышений напряжения на ОПН TOV, их амплитуды и длительности.

Временно допустимые повышения напряжения на ОПН - это возникающие в системе достаточно длительные напряжения, как правило, промышленной частоты, с гармониками или без них. Ограничители должны выдерживать данные повышения напряжения без потери тепловой устойчивости.

Наиболее часто одно- или двухфазные замыкания приводят к возникновению временных перенапряжений в здоровой фазе(ах), а также в нейтрали силовых трансформаторов. Их амплитуда определяется состоянием нейтрали в системе, а длительность -- временем устранения повреждения.

Считается, что системы с глухозаземленной нейтралью имеют коэффициент замыкания на землю

. (3.27)

Во всех остальных случаях (изолированная нейтраль или заземление нейтрали через резистор) коэффициент замыкания принимается равным k=1,73.

Для систем с глухозаземленной нейтралью время, требуемое для устранения повреждений, обычно составляет менее 1 с, но может заметно отличаться в разных системах. Значения TOV длительностью 1 и 10 с, выдерживаемые ОПН, приводятся в [7]. Для того чтобы определить значения TOV с другой длительностью или для других конкретных условий, нужно следовать ниже указанной процедуре:

3) отдельно рассматривается каждое TOV;

4) по TOV-кривым (могут быть представлены заводом изготовителем) определяется коэффициент T для времени, соответствующего времени, которое требуется для устранения повреждений.

5) даст минимальное значение U_r, при котором ОПН выдерживает данное повышение напряжения без повреждения.

6) наибольшая величина U_r из полученных для каждого TOV вычислений будет являться искомым значением U_r.

В таблице 3.1 приводятся минимальные значения номинальных напряжений (Ur) ОПН. Рекомендуется всегда выбирать ближайшую наибольшую величину Ur из данного каталога.

Таблица 3.1 - Минимальные значения номинальных напряжений (U_r) ОПН

Выбор энергоемкости ОПН

Энергоемкость ограничителя является характеристикой, отражающей совокупность воздействий на него в различных режимах при напряжениях выше U_с.

Класс энергоемкости ОПН характеризуется величиной удельной поглощаемой энергии в кДж на 1 кВ номинального напряжения. При отсутствии специальных расчетов по выбору класса энергоемкости необходимо выбирать следующие классы:

Таблица 3.2 - Классы ОПН для различного напряжения

При возможности возникновения переходного резонанса (при отсутствии выключателей на стороне ВН, коммутациях блока линия -- трансформатор), при установке в сетях с частично раземленными нейтралями трансформаторов ограничители должны выбираться на класс выше по отношению к указанному.

Выбор уровня защиты (U_pl и U_ps)

Для координации уровней изоляции учитывается уровень защиты при грозовом импульсе (U_pl) для U_m ? 362 кВ и амплитуде тока 10 кА, для более высоких уровней напряжений - 20 кА. Аналогично уровень защиты при коммутационном импульсе (U_ps) определяется в диапазоне токов от 0,5 кА (для U_m ? 170 кВ) до 2 кА (при U_m ? 362 кВ). Эти значения можно взять из таблиц, приведенных в настоящем издании, или же легко вычислить по таблице 3.3. В последнем случае вычисленные значения следует округлять в большую сторону.

Таблица 3.3 - Параметры для выбора уровня защиты

Примечание: U_pl и U_ps справедливы для ОПН АББ.

Проверка запаса защитного уровня

Запас защитного уровня (в %), вычисленный при соответствующем импульсе тока с соответствующей амплитудой по таблице 3.3, определяется следующим образом:

1) запас защитного уровня при грозовых перенапряжениях:

, (3.28)

где U_wl - импульсная прочность изоляции оборудования при грозовом импульсе;

2) запас защитного уровня при коммутационных перенапряжениях

, (3.29)

где Uws - импульсная прочность изоляции оборудования при коммутационном импульсе.

Из-за низкого коэффициента , а также из-за того, что у большинства современного оборудования высокий коэффициент , имеющегося запаса уровня защиты обычно более чем достаточно. Однако в зависимости от электрических расстояний между ОПН и защищаемым оборудованием запас U_pl может уменьшиться, и ОПН не смогут защищать оборудование, которое не подключено в непосредственной близости от них (т.е. в защищаемой зоне). Наличие для ОПН типа PEXLIM альтернативных вариантов установки может помочь в снижении влияния эффекта расстояния. Использование дополнительных ОПН на линейных вводах подстанций также облегчает эту задачу.

Рекомендуется иметь запас защитного уровня (с учетом «эффекта расстояния») порядка 20% или больше для того, чтобы принять во внимание снижение максимально выдерживаемых перенапряжений из-за старения оборудования. В случае если выбранный тип ограничителя не обеспечивает желаемого запаса защитного уровня, выбор должен быть сделан в пользу ограничителя с более высоким классом энергоемкости, что автоматически дает меньшую величину U_pl.

Выбираем ОПН для высокой стороны 35 кВ.

Для выбора ОПН из таблицы 3.1 берем формулу для выбора минимального номинального напряжения ОПН U_r. Для линии с глухозаземленной нейтралью, напряжением 35 кВ при условии, что длительность повреждения меньше 1с, формула имеет вид:

, (3.30)

;

Выбираем класс ОПН, для сети напряжением 35 кВ по таблице 3.2 выбираем ОПН класса R. Также при выборе ОПН нужно выбирать его номинальный разрядный ток, для сетей 35 кВ и выше, его следует брать 10 кА.

Исходя их этих данных, выбираем ОПН марки Pexlim R с полимерным корпусом фирмы АВВ [6].

Рисунок 3.7 - Внешний вид ОПН

Номинальные параметры ОПН Pexlim R:

Номинальное напряжение ОПН (U_r) - 90 кВ ? 79,2 кВ;

Длительно допустимое рабочее напряжение (U_нр) -72 кВ;

Способность противостоять временным перенапряжениям за 1с -103 кВ;

Остающееся напряжение при волнах тока 10 кА - 225 кВ;

Рассчитаем какое напряжение грозового импульса выдержит наш изолятор. Из таблицы 3.3 для ОПН марки Pexlim R отношение для U_m ? 374 кВ и амплитуды тока 10 кА. Находим U_pl:

;

Уровень защиты для коммутационного импульса выбирается с таблицы 3.3 по соотношению при U_m ? 170 кВ и токе 0,5 кА;

;

3.2 Выбор коммутационной аппаратуры на стороне 10 кВ

3.2.1 Выбор выключателей мощности

Выбираем вакуумный выключатель BB/TEL-10-20-1000-У2 с такими техническими данными:

;

;

;

%;

;

;

;

с;

;

.

Рисунок 3.8 - Внешний вид вакуумного выключателя марки BB/TEL-10-20/1000 У2

Выполним проверку данного выключателя:

1) по номинальному напряжению:

10 кВ = 10 кВ

2) по максимальному рабочему току:

49,36 А < 1000 A

3) по коммутационной способности на симметричный ток КЗ (для этого рассчитаем время до разногласия контактов выключателя):

.

.

4) по коммутационной способности :

;

А;

,

,

.

5) по электродинамической стойкости:

1,431 кА < 51 кА

6) по термической устойчивости:

Расчетные данные:

.

Каталожные данные:

,

.

Все условия выбора вакуумных выключателей для защиты трансформаторов Т1 и Т2 выполняются.

3.2.2 Выбор выключателей мощности в ячейках подстанции

Линии, которые отходят по низкой стороне выберем одинаковой длины с одинаковыми параметрами. Расчет проведем для одной ячейки ПС низкой стороны (для других ячеек расчет аналогичен).

Выбираем вакуумный выключатель BB/TEL-10-12,5/630 У2 с такими техническими данными:

;

;

;

%;

;

;

;

с;

;

.

Рисунок 3.9 - Внешний вид вакуумного выключателя марки BB/TEL-10-12,5/630 У2

Выполним проверку данного выключателя:

1) по номинальному напряжению:

;

10 кВ = 10 кВ.

2) по максимальному рабочему току:

,

где - мощность в конце одной из 9 отходящих линий;

;

.

3) по коммутационной способности на симметричный ток КЗ:

;

с;

.

4) по коммутационной способности:

;

.

5) по электродинамической стойкости:

,

1,431кА < 52 кА.

6) по термической устойчивости:

Расчетные данные:

.

Каталожные данные:

,

.

Все условия выбора вакуумных выключателей для защиты отходящих линий выполняются.

Секционный выключатель СВ установим такой же, как и на отходящих линиях марки BB/TEL-10-20/1000 У2.

Выполним проверку данного выключателя:

1) по номинальному напряжению:

;

10 кВ = 10 кВ.

2) по максимальному рабочему току:

,

где - мощность нагрузки;

.

3) по коммутационной способности:

;

с;

.

4) по коммутационной способности:

;

.

5) по электродинамической стойкости:

,

1,431 кА < 52 кА.

6) по термической устойчивости:

Расчетные данные:

.

Каталожные данные:

,

.

Все условия выбора выключателей СВ выполняются.

3.2.3 Выбор трансформаторов тока

Нам необходимо установить ТТ в ячейках ЗРУ:

- в ячейке (секционный выключатель);

- в ячейках (ввод №1, ввод №2, ввод №3, ввод №4);

- в ячейках отходящих линий 10 кВ.

Выбираем ТТ типа ТПЛ-10-0,5-10Р-50/5 У3 с такими параметрами:

кВ;

А;

А;

кА;

S_2изм = 30 ВА;

S_2защ = 15 ВА;

кА;

с.

Время отключения t_откл = 0,04 с.

Рисунок 3.10 - Внешний вид ТТ марки ТПЛ-10-0,5-10Р-50/5 У3

Рисунок 3.11 - Габаритные размеры ТТ марки ТПЛ-10-0,5-10Р-50/5 У3 (конструктивные варианты исполнений)

Выполним проверку

1) по номинальному напряжению:

10 кВ = 10 кВ;

2) по максимальному рабочему току:

;

3) по электродинамической стойкости:

,

1,431 кА < 81 кА.

4) по термической стойкости:

,

.

5) по сопротивлению загрузки:

;

.

К трансформатору тока подключается прибор релейной защиты МРЗС (Z=0,06 Ом), амперметр (Z=0,1 Ом), ваттметр (Z=0,09 Ом) и счетчики энергии (Z=0,07 Ом).

Сопротивление всех приборов .

Сопротивление контактов .

Сопротивление проводов:

;

Длину проводов примем равной L=3 м, провод медный с = 0,0175 Ом•м.

Сечение проводов за формулой (3.23):

;

Для соединения ТТ с приборами проложить кабель типа КРВГ - кабель контрольный с медными жилами, с резиновой изоляцией, с оболочкой из ПВХ-пластиката с сечением жил 2,5 мм².

Сопротивление проводов будет равным:

;

Расчетное сопротивление вторичной обмотки будет равно:

;

Исходя из этого, следует: .

Все условия выбора для трансформатора тока марки ТПЛ-10-0,5-10Р-50/5 У3 выполняются, следовательно будем ставить их на нашей подстанции.

3.2.4 Выбор трансформаторов напряжения

На стороне 10 кВ выбираем масляный трехобмоточный трансформатор, который состоит из однофазных ТН марки ЗНМИ-10-I-У2:

Рисунок 3.12 - Внешний вид ТН типа ЗНМИ-10-I-У2

1) Номинальное первичное напряжение: кВ;

2) класс точности: 0,5;

3) номинальная вторичная нагрузка S_2ном с коэффициентом мощности 0,8

а) обмотки для измерений (основной) 75,100 и 0 ВА;

б) обмотки для защиты (дополнительной) 30 ВА.

Делаем проверку трансформатора напряжения:

1) по номинальному напряжению.

2) по номинальной вторичной нагрузке условие выполняется, потому что мы задаемся мощностью приборов, которые присоединяют, равной суммарной фазной мощности вторичной цепи ТН.

Таблица 3.4 - Вторичная нагрузка трансформатора напряжения 10 кВ

Таким образом, трансформаторы напряжения будут работать в выбранном классе точности 0,5.

Выбор трансформатора напряжения на второй секции производится аналогично.

Для соединения трансформаторов напряжения с приборами принимаем контрольный кабель КРВГ с сечением жил 2,5 мм².

3.2.5 Выбор трансформаторов собственных нужд

Состав потребителей собственных нужд (с.н.) подстанции зависит от типа подстанции, мощности трансформаторов, наличия синхронных компенсаторов. Наиболее ответственными потребителями с.н. подстанций являются оперативные цепи, система связи, телемеханики, система охлаждения трансформаторов, аварийное освещение.

На всех двухтрансформаторных подстанциях 35-750 кВ необходимо устанавливать не менее двух ТСН.

Схемы с.н. подстанции должны предусматривать присоединение ТСН к разным источникам питания, вводам разных трансформаторов, различным секциям РУ НН и тому подобное.

Мощность ТСН должна выбираться в соответствии с нагрузками в разных режимах работы подстанции.

Нам необходимо установить два ТСН с напряжениями обмоток высшего напряжения 10 кВ и низшим номинальным напряжением 380 В.

Предположим, что на ПС установлены такие потребители собственных нужд:

1. Подогрев шкафов внешней установки - 1,5 кВт.

2. Отопление пульта управления - 5,5 кВт.

3. Подогрев проводов разъединителей - 0,6 кВт.

4. Оперативные цепи - 1 кВт.

5. Охлаждение трансформатора Т2 - 5 кВт.

6. Аппаратура связи и телемеханики - 0,9 кВт.

7. Освещение ЗРУ - 3 кВт.

8. Блокирование разъединителя - 5 кВт.

9. Охлаждение трансформатора Т1 - 5 кВт.

10. Освещение ОРУ - 5 кВт.

11. Аварийная вентиляция - 5,5 кВт.

Для обеспечения резерва питание приемники электрической энергии распределим таким образом.

Для I секции шин:

Для II секции шин:

Мощность трансформаторов выберем по условию:

(3.32)

где - мощность потребителей собственных нужд,

Для нашей подстанции подходит трансформатор ТН 25/10.

Для обеспечения собственных потребностей на подстанции выберем два трансформатора ТМ-25/10 с такими параметрами:

Таблица 3.5 - Тип и паспортные данные выбранного трансформатора собственных нужд

3.2.6 Выбор ОПН на стороне 10 кВ

ОПН выбираются по условиям:

1) по номинальному напряжению;

2) по наибольшему рабочему напряжению:

(3.33)

где - наибольшее допустимое напряжение ОПН;

- наибольшее рабочее напряжение сети;

3) по уровню временных перенапряжений:

(3.34)

где - максимальное значение напряжения промышленной частоты, которое выдерживает ОПН;

- уровень временных перенапряжений;

4) по координационному интервалу для грозовых перенапряжений:

, (3.35)

где - координационный интервал;

- уровень грозового испытательного напряжения;

- напряжение на ОПН при номинальном разрядном токе;

5) по координационному интервалу для внутренних перенапряжений:

, (3.36)

где - координационный інтервал;

- уровень грозового испытательного напряжения;

- напряжение на ОПН при номинальном разрядном токе.

6) по току КЗ:

(3.37)

где - номинальный ток ОПН.

Выберем ограничители перенапряжения на номинальное напряжение 10 кВ марки ОПН-КР/TEL-10/12.0-УХЛ2 с такими параметрами:

- номинальное напряжение: 10 кВ;

- номинальный разрядный ток: 10 кА;

- наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение: 12 кВ;

- грозовое испытательное напряжение: 39,6 кВ;

- остаточное напряжение: 31,3 кВ;

- допустимое напряжение: 34 кВ.

Проверим ОПН по условиям выбора:

2) наибольшее длительно допустимое рабочее напряжение:

12 кВ>10 кВ.

3) T=1,5 [4], UН.О.=12 кВ, тогда , ;

20 кВ>15 кВ.

4) , , тогда

.

Рисунок 3.12 - Внешний вид и габаритные размеры ОПН марки ОПН-КР/TEL-10/12.0-УХЛ2

5) , , тогда:

.

Нелинейные ограничители перенапряжений универсальной серии ОПН-КР/TEL обеспечивают эффективную защиту изоляции электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений в сетях классов напряжений 6 кВ и 10 кВ переменного тока промышленной частоты 50 Гц с изолированной или компенсированной нейтралью.

Использование нелинейных металлооксидных резисторов с нестареющими характеристиками в сочетании с уникальной технологией корпусирования в полимерный корпус позволяет успешно применять ОПН-КР/TEL для надёжной защиты от перенапряжений любой природы трансформаторов, электродвигателей, генераторов и кабельных сетей в условиях высокого загрязнения окружающей атмосферы.

ОПН-КР/TEL полностью соответствуют требованиям стандартов МЭК 99-4 и являются взрывобезопасными изделиями, чем принципиально отличаются от ограничителей в фарфоровом или другом прочном корпусе.

Ограничители длительно выдерживают механическую нагрузку от натяжения провода с учётом ветра и гололёда.

3.2.7 Выбор предохранителей

Предохранители серии ПК(т) предназначены для защиты силовых трансформаторов, воздушных и кабельных линий электропередачи.

Предохранители серии ПК(н) предназначены для защиты измерительных цепей трансформаторов напряжения.

Предохранители выбираются по условиям:

1) по номинальному напряжению;

2) по номинальному току;

3) по току отключения:

, (3.38)

где - предельный ток, который отключается.

Номинальное напряжение предохранителей и их плавких вставок U_ВС.НОМ независимо от места установки должно выбираться равным номинальному напряжению сети.

Предохранители выбираем на напряжение 10 кВ. Ток, который проходит через предохранители, которые устанавливаются для защиты трансформаторов собственных нужд, обусловлен мощностью ТСН (S=25 кВА), равен:

.

Выберем предохранитель серии ПКТ 101-10-2-31,5 УЗ с такими параметрами:

- номинальное напряжение: 10 кВ;

- номинальный ток плавкой вставки: 2 А;

- номинальный ток отключения: 31,5 кА.

Рисунок 3.13 - Внешний вид предохранителя ПКТ 101-3-2-40 У3

Начальное значение тока короткого замыкания , номинальный ток отключения .

0,582 кА < 40 кА.

Предохранители для защиты трансформаторов напряжения выбираем на напряжение 10 кВ. Ток, который проходит через предохранители, обусловлен мощностью ТН (S=1 кВА):

.

Выберем предохранитель ПКН 001-10 У1

Рисунок 3.13 - Внешний вид предохранителя ПКН 001-10 У1

Параметры предохранителя:

- номинальное напряжение: 10 кВ;

- допустимое предельное значение тока в длительном режиме не должно быть более 0,5 А.;

- номинальный ток отключения: не нормируется.

электрический станция ток трансформатор

4. Расчет молниезащиты подстанции

4.1 Общие положения охраны труда

Понятие «охрана труда» определено статьей 1 Закона Украины «Об охране труда». Охрана труда - это система правовых, социально-экономических, организационно-технических, санитарно-гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, направленных на сохранение жизни, здоровья и трудоспособности человека в процессе труда.

Главной целью охраны труда является создание на каждом рабочем месте безопасных условий труда, безопасной эксплуатации оборудования, уменьшение или полное нейтрализация воздействия вредных и опасных производственных факторов на организм человека и, как следствие, снижение производственного травматизма и профессиональных заболеваний.

Охрана труда тесно связана с экономикой. Создание безопасных и здоровых условий труда способствует повышению его производительности и снижению себестоимости продукции. Повышение производительности происходит за счет снижения утомляемости, работающих в течение рабочего времени, его рационального использования. Себестоимость продукции снижается при уменьшении затрат на компенсацию потерь рабочего времени в связи с временной или постоянной нетрудоспособности, а также при снижении затрат на оплату льгот за работу в неблагоприятных условиях. В Законе «Об охране труда» впервые в истории Украины экономические меры управления охраной труда сведены в ранг государственной политики. Этим Законом в обществе утверждаются принципиально новые взаимоотношения, основанные на экономическом механизме управления условиями труда - формировании у собственника (работодателя) экономической заинтересованности в осуществлении мероприятий по улучшению условий труда. Основные экономические методы управления охраной труда:

- Дифференцированные тарифы на социальное страхование в зависимости от уровня производственного травматизма, степени вредности условий труда, степени риска производства;

- Финансирование охраны труда;

- Экономическое стимулирование.

Если в результате соответствующих профилактических мероприятий работодателю удается достичь надлежащего состояния охраны труда, снизить уровень или вообще избежать травматизма и профессиональных заболеваний, ему уменьшается сумма страхового взноса в Фонд социального страхования от несчастных случаев.

За высокий уровень травматизма и профессиональных заболеваний работодатель платит в Фонд социального страхования от несчастных случаев страховой взнос в размере, превышающем установленный страховой тариф.

4.2 Молниезащита подстанции ПС2

Удар молнии - это явление природы. И совершенно понятно, что носит оно случайный характер: может попадет, а может и не попадет. Однако, если все-таки попадет, последствия его могут быть очень печальными.

Защита от прямых попаданий молнии осуществляется с помощью молниеотвода. Через молниеотвод ток молнии, минуя объект защиты стекает в землю. Молниеотвод состоит из молниеприемника, непосредственно воспринимает на себя удар молнии, токоотвода и заземления. Эти устройства могут иметь различный внешний вид, но все они должны выполнять очень важную задачу - не пропустить молнию к поверхности ЗРУ и ее элементов.

Защитное действие молниеотвода характеризуется его зоной защиты, т.е. пространством вблизи молниеотвода, вероятность попадания молнии в который не превышает определенного достаточно малого значения.

Молниеотводы по типу молниеприемников разделяются на стержневые и тросовые. Стержневые молниеотводы выполняются в виде вертикально установленных стержней, соединенных с заземлителем, а тросовые - в виде горизонтально подвешенных проводов. По опорам, к которым присоединяется трос, прокладываются токоотводы, соединяющие трос с заземлителем.

Закрытые распределительные устройства подстанций защищаются стержневыми молниеотводами, а линии электропередачи - тросовыми. Для защиты шинных мостов и гибких связей большой протяженностью также могут использоваться тросовые молниеотводы.

Молниеотводы образуют общую зону защиты, т.е. представляют собой многократный молниеотвод. Зона защиты многократного стержневого молниеотвода определяется как зона защиты попарно взятых стержневых молниеотводов.

Молниезащиту ПС2 выполняем с помощью двух пар стержневых молниеотводов. Рассчитаем зону защиты каждой из пар молниеотводов. Выходные данные ПС2 для проверки молниеотводов: длина = 56 м, ширина = 47 м, виота h = 6 м. Высота молниеотводов 20 м, расстояние между молниеотводами L = 32 м.

Расчет предусматривает выполнение следующих обязательных условий:

- Высота молниеотводов не должна превышать 60 м;

- Должно выполняться соотношение:

(4.1)

где - расстояние между молниеотводами в соответствии с планом;

- высота молниеотвода.

По формуле 4.1 получаем:

Приняв высоту молниеотводов можем рассчитать перпендикуляр, установленного с середины расстояния между молниеотводами по формуле:

(4.2)

м.

Оптимальную высоту молниеотводов определяем по формуле:

, (4.3)

м.

Ширина зоны защиты каждой из пар молниеотводов определяется высотой защитного объекта по формулам:

(4.4)

при условии, что ;

(м).

Радиус зоны защиты на высоте защищаемого объекта находим по формуле:

(4.5)

м.

Результаты расчетов занесены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Результаты расчетов зон защиты установленных на подстанции

Итак, как видно из расчетов, установленная система стержневых молниеотводов на ПС2 охватывает всю ее территорию и не требует замены после реконструкции. Молниезащита ПС соединена с контуром заземления. Эскизы заземления защиты изображенные на рисунке 4.2-4.3.