Проверка на селективность аппаратов защиты

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Российский Государственный Университет нефти и газа им. И.М.Губкина

Кафедра ТЭЭП

Курсовая работа по дисциплине:

«Электрические и электронные аппараты»

Выполнил: студент гр. АЭ-08-3

Матвеев Е.А.

Проверил:   Максютов С. Г.

Москва 2011

Содержание

      Введение…………………………………………………..................3

      Расчёт токов и мощностей...……………………………...............4-5

      Выбор аппаратов…………………………………………................6

      Проверка на селективность аппаратов защиты....….....................16

      Литература.............……...…………………………………….........17

Введение

Исходные данные:

[Вариант 7]

Напряжение низкой стороны 0,4 кВ. Двустороннее питание со стороны 10 кВ.

Цель курсовой работы по дисциплине «Электрические и электронные аппараты» - закрепление изучаемого теоретического материала, а также приобретение практических   навыков выбора аппаратов и пользования справочной литературой по специальности.   Курсовая работа включает следующие этапы:

-  расчет токов во всех режимах электрической сети;

- выбор и обоснование выбора всех элементов сетей и подстанций: силовых и измерительных трансформаторов, коммутационных аппара­тов (ячеек РУ) и аппаратов защиты;

-  проверка на селективность аппаратов защиты.

1.     Расчёт токов и мощностей.

Расчёт токов.

Линия 4: ;  Iнл4 уд кз =17* Iнл4 = 18403,52 А;

Iнл4 уст кз = Iнл4 уд кз /2 = 9201,76 А;

Линия 5: ;   Iнл5 уд кз = 4637,7 А;

Iнл5 уст кз =2318,85 А;

Линия Д2: ;        ;

Iнд2 уд кз = 8460,9 А; Iнд2 уст кз = 4230,45 А;

Линия 4.1: ; Iнл4.1 уд кз = 4637,7 А; Iнл4.1 уст кз = 2318,85 А;

Линия 5.1: ; Iнл5.1 уд кз =11778,3 А; Iнл5.1 уст кз = 5889,15 А;

Линия Д2.1: ;       ;

Iнд2.1 уд кз = 10516,32 А; Iнд2.1 уст кз = 5258,16 А;

Ток QF8.1, QS10, QS10.1: ;

IQF8.1 уд кз = 31502,02 А;                            IQF8.1 уст кз = 15751,01 А;

Линия трансформатора Т2 (линия трансформатора Т2.1):

;(втор)

IТР2нижн уд кз = 43 825,66 А; IТР2нижн уст кз = 21912,83А;

;              , где  Кт=U2/0,4кВ=10кВ/0,4кВ=25 – коэффициент трансформации                       

IТР2верх уд кз = 1753,03 А;   IТР2верх уст кз = 876,51 А; (перв)

Линия 2, линия 3: ; Iнл2 уд кз = Iнл3 уд кз = 1963,05 А;

Iнл2 уст кз = Iнл3 уст кз = 981,52 А;

Линия трансформатора Т1:

;(втор)

IТР1нижн уд кз =3100,27 А; IТР1нижн уст кз = 2129,63А;

, где  Кт=U1/U2=110кВ/10кВ=11 – коэффициент трансформации          (перв)

IТР1верх уд кз = 387,21 А; IТР1верх уст кз = 193,6 А;

Расчёт мощности силовых трансформаторов:

2. Выбор аппаратов.

Выбор силовых трансформаторов.

Так как, исходя из условий, подстанция будет сооружена на крайнем севере, то необходимо построить отапливаемые помещения для силовых трансформаторов и шкафов.

На стороне 10кВ сооружаемой подстанции, в нижней части трансформатора   Т1 выбираем КРУ, т.к при установке КРУ значительно уменьшаются габариты подстанции, объемы строительно-монтажных работ и сокращаются сроки их выполнения, достигается большая экономия трудозатрат, сокращаются объемы и сроки проектирования подстанции.

Для преобразования напряжения с 10/0,4кВ используется КТП. Обоснованием для выбора комплектной трансформаторной подстанции является климатическое исполнение,  категория размещения и схема главных соединений.

Выбор КРУ

Таблица 1

В соответствии с данными выбираем КРУ/ЭЛ-10-3150 УХЛ1. Данные взяты из источника №1 (см. список литературы)

Выбор КТП производится аналогично КРУ, за исключением трансформаторов Т2 и Т2.1, которые входят в состав этого КТП. Проведя аналогичный выбор в соответствии с критериями, указанными в таблице 1, выбор приемлем для КТПУБ -10/0,4-4000 ХЛ1. Сторона высшего напряжения комплектуется ячейками КСО-366.Сторона низшего напряжения комплектуется ячейками ЩО-70. Данные взяты из источника №1 (см. список литературы).

Выбор силового трансформатора Т1.

Из расчёта Sн=8508,52 кВА; (U1н = 110 кВ; U2н = 10 кВ);

ТДН-10000/110 ХЛ1 – трёхфазный масляный трансформатор с принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла.

Параметры:

1) Номинальная мощность Sн=10000 кВА;

В аварийном режиме при питании трансформатором обеих сетей 0,4 кВ перегрузка его по мощности составит (10000-8508,52)/10000 = 14,9%, что допустимо в правилах эксплуатации.

2) U1н = 110 кВ;

3) U2н = 10 кВ;

4) Uк% = 10,5%;

5) ∆Pxx = 14 кВт;

6) ∆Pк = 58 кВт;

7) I0% = 0,9%;

8) Габаритные размеры (мм): 5300x5800x3500;

9) Масса: 31 т;

10) Схема и группа соединения обмоток Yн/∆-11;

Данные взяты из источника №1 (см. список литературы)

Выбор силового трансформатора Т2 (Т2.1).

              Так как выбор производится с учётом возможного аварийного режима, при котором трансформатор Т2 (или Т2.1) питает обе стороны 0,4 кВ, то выбор Т2 и Т2.1 будет идентичным.

Из расчёта Sн=3175,19 кВА; (U1н = 10 кВ U2н = 0,4 кВ);

ТМГ-4000/10 ХЛ1 – трёхфазный масляный трансформатор.

Параметры:

1) Номинальная мощность Sн=4000 кВА;

В аварийном режиме при питании трансформатором обеих сторон 0,4 кВ перегрузка его по мощности составит (4000-3175,19)/4000 = 20,6%, что допустимо в правилах эксплуатации.

2) U1н = 10 кВ;

3) U2н = 0,4 кВ;

4) Uк% = 7,5%;

5) ∆Pxx = 5,2 кВт;

6) ∆Pк = 33,5 кВт;

7) I0% = 0,9%;

8) Схема и группа соединения обмоток Y/Yн-0;

9) Климатическое исполнение и категория размещения ХЛ1;

10) Габаритные размеры (мм): 3150x2220x2700;

11) Масса: 9,04 т;

Данные взяты из источника №1 (см. список литературы)

Выбор рубильников

Где РПЦ-4 У3– рубильники с предохранителями на общей плите с центральным приводом (без вспомогательных контактов).

Данные взяты из источника №1 (см. список литературы)

Выбор автоматов.

Выбор QF7.

Uн.сети = 0,4 кВ;  Iн.цепи = 497,7 А;

Выбираем А3796Н

1)     Uн = 380 В;   

2)     Iн =630 А;     Iн ≥ Iн.цепи;   630 A ≥ 497,7 A;

3)     Iмакс.расц = 1,6 кА;

4)     Iпуск = 7*Iн.цепи = 3483,9 А;

Iмакс.расц / Iпуск = 6300/3483,9 =1,8; [1,5…1,8];

5)     Iуст.кз = 4230,45 А;

Iмакс.расц / I.кз = 6300/4230,45 = 1,3; [1,25…1,4];

6)     f = 50 Гц

7)     Исполнение по виду защиты – токоограничивающий.

8)     Количество полюсов: 3.

9)     Климатическое исполнение ХЛ3.

10) Степень зашиты: IP00.

Данные взяты из источника №1 (см. список литературы)

Выбор предохранителей.

Выбор FU4…FU6

Uн.сети = 0,4 кВ; Iн.цепи = 272,8 А; по назначению:

ППН-37 – предохранитель плавкий с наполнителем быстродействующий, для защиты электрооборудования промышленных установок и электрических сетей трёхфазного переменного тока с номинальным напряжением до 380 В от токов перегрузки и к.з.

1)     Uн = 660 В;    Uн ≥ Uн.сети;  660 В ≥ 0,4 кВ;

2)     Iн = 400  А;     Iн ≥ Iн.цепи;   400A ≥ 272.798A;

3)     Iн.пл.вст. =400 А;   Iн.пл.вст. ≥ Iн.цепи;    400 A ≥ 272.8A;

4)     Климатическое исполнение УХЛ .

5)     Категория размещения 3.

6)     Степень защиты IP00.

7)     Iпред откл=50 кА.

где ПКТ - предохранитель кварцевый для защиты силовых трансформаторов.

Данные взяты из источника №1 (см. список литературы)

Выбор трансформаторов тока.

Выбор ТА1…ТА3.

Uн.сети = 110 кВ;  Iн.цепи = 22,78 А;

Выбираем ТФ ЗМ-110Б

1)     Uн = 110 кВ;   Uн ≥ Uн.сети; 110 кВ ≥ 110 кВ;

2)     Iн =50 А;   Iн ≥ Iн.цепи;    50 А ≥ 22,78 A;

3)     I2н =5 А;

4)     S2н = 10 ВА ≥ 10 ВА (по требованиям работы);

5)     Предельная номинальная кратность n = 20

Iуст.к.з/Iном=193,6/50=3,872<10;

6)     Iэ.д.ст.=10 кА ≥ Iуд.к.з =387,21 А;

7)     Iтер.ст.3 с=2 кА ≥ Iуст.к.з=193,6 А;

8)     f=50 Гц;

Данные взяты из источника №1 (см. список литературы)

Выбор трансформатора напряжения ТН1.

Uн.сети = 10 кВ;

              ТН1 в схеме предназначен для питания электрических измерительных приборов (в конкретном случае – для щитовых приборов).

НТМИ-10-66 У4 – трансформатор напряжения трёхфазный с естественным масляным охлаждением для измерительных цепей.

1)     U1н =10 кВ = Uн.сети = 10 кВ; (линейное, т.к. сеть с изолированной нейтралью).

2)     В;

3)     Класс точности 1, в соответствии с назначением (см. выше).

4)     Номинальная вторичная мощность в соответствии с кл. точности

S2н = 200 ВА>10 ВА (нагрузка не превышает допустимую при заданном кл. точности).

5)     Предельная мощность Sпред=1000 ВА.

6)     Схема и группа соединения обмоток Yн/Yн/∆-0.

7)     Максимальная погрешность напряжения U%=±1%.

8)     Максимальная угловая погрешность ±40 мин.

9)     Климатическое исполнение и категория размещения У4.

Данные взяты из источника №1 (см. список литературы):

Выбор ограничителей перенапряжения.

Выбор FV1…FV3

Uн.сети = 110 кВ;

ОПН-У/TEL 110/77

1)     Uн = 110 кВ  = Uн.сети =110 кВ;

2)     Uост = 245 кВ;

3)     BIL – уровень изоляции оборудования при грозовом воздействии;

4)     BIL=5*Uн=550 кВ;

5)     Uост 10кА < BIL/1,4   245 кВ < 393 кВ;

6)     Климатическое исполнение ХЛ1;

Данные взяты из источника №1 (см. список литературы)

Выбор высоковольтных выключателей.

Выбор QF1, QF2, QF3, QF4.

ВВ/TEL-10-12,5-630 У4.

1)     Uн=10 кВ  Uн ≥ Uн.сети = 10 кВ;

2)     Uн длит раб =12,5 кВ;

3)     Uиспыт = 42 кВ (~5*Uн);

4)     Iн=630А  (в схеме токи через все выключатели менее 630А);

5)     Iн откл=12,5 кА  Iн откл ≥ Iуст.кз  (выполняется для всех выключателей);

6)     Iдин =32 кА   Iдин ≥ Iудар.кз  (выполняется для всех выключателей);

7)     Iтерм стойк 3 сек=12,5 кА;

8)     t собс.отк  =0,015 с;

9)     tполн.откл =0,025 с;

10) t собс.вкл  =0,07 с;

11) Климатическое исполнение и категория размещения У4.

12) Коммутационная стойкость при Iн : 50000 ВО.

13) Операций «О» при Iн.отк : 100.

14) Циклов «ВО»  при Iн.отк : 100.

15) Межполюсное расстояние: 200/250 мм.

16) Масса: 35/37 кг.

17) Габаритные размеры (мм): 556х265х474.

18) Тип привода – электромагнитный.

19) Гарантийный срок службы: 25 лет;

Данные взяты из источника №1 (см. список литературы)

Выбор отделителей и короткозамыкателей.

Выбор QR1.

ОД(З)-110/630

1)     Uн = 110 кВ  Uн ≥ Uн.сети = 110 кВ;

2)     Uн.раб = 115 кВ;

3)     Iн = 630 А;  Iн ≥ Iн.цепи = 22,78 A;

4)     Iдин = 80 кА;

5)     Iтерм = 12,5 кА;

6)     tполн.откл =0,5 с;

7)     tполн.вкл =0,5 с;

8)     Тип привода:

      главных ножей − ШПОМ;

      заземляющих ножей − ПРН-110М;

9)     Масса: 69 кг;

10) Габариты: 850x816

Данные взяты из источника №3 (см. список литературы)

Выбор QN1.

КРН-110У1   (короткозамыкатель рубящего типа, наружной установки, двухфазное к.з. на землю; заземляющий нож вертикально-рубящего типа).

1)     Uн=110 кВ;

2)     Uн длит раб=115 кВ;

3)     Iпред сквозной =32 кА;

4)     Iтерм стойк 4 сек=12,5 кА;

5)     tоткл полн=0,1 с;

6)     tвкл полн=0,1 с;

7)     Тип привода – ПРК-1У1;

8)     Масса: 48 кг;

9)     Габариты: 610x700

Данные взяты из источника №3 (см. список литературы)

Выбор разъединителей.

Выбор QS6-QS7.

QS6-QS7(QS6.1-QS7.1) - разъединитель с заземляющими ножами.

РВЗ-10/400 II УХЛ3 ПР-10

Uн.сети = 10 кВ;  Iн.цепи = 103,12 А;

1)     Uн =  10 кВ;  Uн ≥ Uн.сети = 10 кВ;

2)     Iн = 400А;   Iн ≥ Iн.цепи=103,12 А;

3)     Iдин = 40кА;  Iдин ≥ Iуд.кз = 1753,03 A;

4)     Iтерм = 16 кА;   Iтерм ≥ Iуст.кз = 876,51 A;

Данные взяты из источника №1 (см. список литературы):

Выбор заземляющих ножей (разъединителей).

Выбор QS1, QS2, QS3, QS4, QS5: РВ-6/400 ХЛ3.

Данные взяты из источника №1 (см. список литературы)

Распределительные устройства.

Выбираем шкафы ШВВ − шкаф вводного выключателя (выкатной элемент с вакуумным выключателем, проходные трансформаторы тока, быстродействующий заземлитель), которые изготавливаются при указании заказчиком тех аппаратов, которые должны в них входить. Данные шкафы выберем для всех отдельных участков цепи там, где они требуются. Заказ шкафов производится на низкую и высокую сторону схемы.

Так как климат в исходных данных «крайний север», то необходимо построить отапливаемые помещения для силовых трансформаторов и шкафов.

3. Проверка на селективность аппаратов защиты.

      Короткое замыкание в одной из отходящих линий от автоматического

выключателя QF5.1. (Время срабатывания  tср = 0,18+0,04 = 0,22 с):

- к. з. в отходящей линии 4.1. Время срабатывания автоматического выключателя QF6.1: tср. = 0,04 c;

- к. з. в отходящей линии 5.1. Время срабатывания предохранителей FU4.1…FU6.1: tср. = 0,05~ 0,08 c;

- к. з. в отходящей линии Д2.1. Время срабатывания автоматического выключателя QF7.1: tср. = 0,04 c;

      То есть, имеем, что при к. з.  в одной из отходящих линий, защита в этой

линии сработает раньше, чем сработает автоматический выключатель QF5, который должен отключить все три линии только при к.з в его ветви.

Литература

1.      Максютов С. Г. Справочник по электрическим аппаратам и силовым трансформаторам: Справочник.- М.: “Издательский дом “Академия”, 2006.-123с.

2.      Справочник по проектированию электроснабжения ./Под ред.В.И.Круповича, Ю.Г.Барыбина ,М.Л.Самовера. -М.:Энергия ,1980-с. 456;

3.      Справочник по проектированию электроснабжения ./Под ред.А.А.Федорова.- М.:Энергоатомиздат,1987-с. 592;

4.      Максютов С.Г. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Электрические и электронные аппараты». М.: РГУ нефти и газа, 1999.

5.      Чунихин А.А. Электрические аппараты. М.: Энергия, 1975.

7