Общие сведения о трансформаторных подстанциях

Трансформаторной подстанцией называется электрическая установка, предназначенная для преобразования и распределения электрической энергии потребителям. На сельскохозяйственных трансформаторных подстанциях высокое напряжение питающих линий понижается до более низкого напряжения, при котором электроэнергия распределяется потребителям. Поэтому основным оборудованием сельской понизительной подстанции является силовой понижающий трансформатор (или трансформаторы). Кроме того, в состав подстанции входят распределительные устройства первичного и вторичного напряжения, устройства управления, сигнализации и защиты.

По своему местоположению в сети понизительные подстанции подразделяются на сетевые (распределительные) подстанции потребителей и районные сельскохозяйственные подстанции. Подстанции потребителей выполняют на напряжение 6—10/0,4 кВ, 20— 35/0,4 кВ, а районные — на напряжение 110—35/6—10 кВ.

В зависимости от конструкции трансформаторные подстанции разделяются на открытые с установкой основного электрооборудования на открытом воздухе и закрытые, электрооборудование которых (включая трансформаторы) монтируется в зданиях или специальных помещениях. К открытым подстанциям относятся так называемые мачтовые подстанции, широко распространенные в сельской электрификации.

Оборудование трансформаторной подстанции можно собирать и монтировать непосредственно на месте ее установки, что требует больших затрат времени и подготовительных работ. Наиболее совершенным является применение комплектных трансформаторных подстанций (КТП), целиком изготовленных на специализированных заводах и доставляемых непосредственно к месту установки в полностью собранном виде. Преимуществом комплектных трансформаторных подстанций является применение типовых схем электрических соединений, качество сборки и регулировки отдельных сборочных единиц, осуществляемых на заводе, быстрота установки и монтажа. Поэтому в сельской электрификации комплектные трансформаторные подстанции, как сетевые, так и районные, широко распространены.

Комплектные подстанции изготовляются как для наружной установки (КТПН), так и для внутренней (КТПВ). Подстанции для наружной установки могут быть выполнены по схеме тупиковых или проходных, в последнем случае они обозначаются КТПП. Эти подстанции предусматривают установку трансформаторов напряжением 6—10/0,4 кВ, мощностью до 400 кВА.

Мачтовые трансформаторные подстанции также могут быть выполнены комплектными, в этом случае они обозначаются КТПМ. Сборные комплектные трансформаторные подстанции напряжением 35/6—10 кВ имеют обозначение СКТП. Передвижные комплектные трансформаторные подстанции обозначаются ПКТПН {ПКТП). Сборные комплектные трансформаторные подстанции в металлическом кожухе (шкафу), стационарные, наружной установки, имеют обозначение СКТПС.

Трансформатор состоит из бака с радиаторами, крышки бака, активной части.

Бак трансформатора ТМ состоит из:

стенок, выполненных из стального листа толщиной 2,5…4 мм.
(в зависимости от мощности трансформатора)

верхней рамы

радиаторов

петель для подъема трансформатора

Бак снабжен пробкой для слива масла и пластиной для заземления трансформатора.
Ко дну бака приварены швеллеры, имеющие отверстия для крепления трансформатора на фундаменте. На швеллерах, по заказу потребителя, устанавливаются транспортировочные ролики, позволяющие производить продольное или поперечное перемещение трансформатора (для трансформаторов мощностью 160 кВА и выше).

На крышке трансформаторов ТМ установлены:

вводы ВН и НН

привод переключателя

расширительный бак (на трансформаторах типа ТМ)

мембранно–предохранительное устройство

Активная часть трансформатора состоит из:

магнитной системы

обмоток ВН и НН

отводов ВН и НН

нижних и верхних ярмовых прессующих балок

переключателя ответвлений обмотки ВН.

Активная часть трансформаторов ТМ имеет жесткое крепление с крышкой трансформатора.

Магнитная система плоская шихтованная, со ступенчатым сечением стержня, собрана из пластин холоднокатаной электротехнической стали.

Обмотки многослойные цилиндрические выполнены из провода круглого или прямоугольного сечения с бумажной, эмалевой или стеклополиэфирной изоляцией. Обмотки изготавливаются из алюминиевых обмоточных проводов. Межслойная изоляция выполнена из кабельной бумаги.

Отводы обмотки ВН выполнены из провода круглого или прямоугольного сечения, отводы обмотки НН - из прямоугольной шины.

Нижние и верхние ярмовые балки изготавливаются из гнутых профилей коробчатого сечения или из швеллеров.

Переключатель ответвлений обмоток НН реечный типа ПТР-5(6)-10/63-У1 или ПТР-5(6)-10/150-У1, обеспечивает регулирование напряжения обмотки ВН ступенями по 2.5% при отключенном от сети трансформаторе.

Вводы НН трансформаторов мощностью 400кВА и выше комплектуются контактными зажимами. Трансформаторы меньшей мощности комплектуются контактными зажимами по требованию заказчика. Материал контактного зажима - латунь.

 

Sтп = S1линии + S2линии + Sул.осв. = 42+33+0,622 = 75,622 кВА

Выбираю трансформатор на 100 кВА; ТМ 100/10

Номинальная мощность 160 кВА

Номинальное напряжение: ВН-10 кВ

НН-0,4 кВ

Схема соединения Y/ Yn

Напряжение К.З. 4,5 %

Rт = 16,6 Ом

Xт = 41,7 Ом

Zт = 45 ОмСопротивление при однофазном замыкании Zтр = 162 мОм

3.6 Определение токов К.З. первой линии.

Составляем расчетную схему.

 

10 кВ 0,4 кВ

L = 175м.

1 2

К1 К2

 

Sн = 100 кВА

 

Составляем схему замещения.

 

Zс Zт Zа X1-2 R1-2

2

 

 

Тп 10/0,4 кВ К1 К2

 

Определяем трехфазный ток К.З. на шинах РУ 0,4кВ ТП 10/0,4 кВ.

I_к1⁽³⁾ = U_б / 1,73 (Zс + Zт + Zа)

Дано U_н = 380 в. U_б = 400 в. Z_с = 0 Ом принимаем условно.

Z_т = 0,029 Ом

Z_а = 0.015 Ом – сопротивление контактов шин РУ ТП

 

I_к1⁽³⁾ = U_б / 1,73 (Z_с + Zт + Zа)= 400/1.73*(0+0,029+0.015) = 5263 А (Л7, стр. 115)

Находим сопротивление цепи до точки К2.

Zк2 = X_1-2² +R_1-2² = 0,032²+0,681² = 0,68 Ом (Л6, стр. 23)

 

X1-2 = X0* L1-2 = 0,0827* 0,175 = 0,032 Ом

R1-2 = R0* L1-2 = 1,770* 0,175 = 0,681 Ом

X0; R0 – беру из справочника, за счет сечения провода

Определяем трехфазные токи К.З. в конце линии в точке К2.

I_к2⁽³⁾= U_ном /1,73*(Zс + Zт + Zа + Z_к2 ) = 400/ 1,73*(0+0,029+0,015+0,68) = 319А (Л7, стр. 118)

Определяем двухфазный ток К.З. в конце линии в точке К2.

Iк2⁽²⁾ = 0.87* Iк2⁽³⁾ = 0,87* 319 = 278 А

Определяем однофазный ток в точке К2.

Iк2⁽¹⁾ = Uф/ 2*(Rл1+Rл2) ²+ 2*(Xл1+Xл2) ² + ¹/₃Zтр =

= 230/ 2*(680+480) ²+ 2*(31+27) ²+ 0,009 = 0,099 кА = 99 А

 

Rл1 = R0* L = 1,770*0,175 = 0,68 Ом = 680 мОм

Rл2 = R0* L = 1,262*0,175 = 0,48 Ом = 480 мОм

Xл1 = X0* L = 0,0827*0,175 = 0,031 Ом = 31 мОм

Xл2 = X0* L = 0,0703*0,175 = 0,027 Ом = 27 мОм

3.7 Определение токов К.З. второй линии.

Составляем расчетную схему.

10 кВ 0,4 кВ

1 L = 205 м. 2

К1 К2

 

Sн = 100 кВа

Составляем схему замещения.

 

Zс Zт Zа X1-2 R1-2

2

 

Тп 10/0,4 кВ К1 К2

 

Определяем трехфазный ток К.З. на шинах РУ 0,4 кВ ТП 10/0,4 кВ.

I_к1⁽³⁾ = U_б / 1,73 (Zс + Zт + Zа)

Дано U_н = 380 в. U_б = 400 в. Z_с = 0 Ом принимаем условно.

Z_т = 0,029 Ом

Z_а = 0.015 Ом – сопротивление контактов шин РУ ТП

 

I_к1⁽³⁾ = U_б / 1,73 (Z_с + Zт + Zа)= 400/1.73*(0+0,029+0.015) = 5263 А

 

Находим сопротивление цепи до точки К2.

Zк2 = X_1-2² +R_1-2² = 0,023²+0,49² = 0,49 Ом (Л6, стр. 25)

X1-2 = X0* L1-2 = 0,0827* 0,205 = 0,023 Ом

R1-2 = R0* L1-2 = 1,770* 0,205 = 0,49 Ом

X0; R0 – беру из справочника, за счет сечения провода

 

Определяем трехфазные токи К.З. в конце линии в точке К2

I_к2⁽³⁾= U_ном /1,73*(Zс + Zт + Zа + Z_к2 ) = 400/ 1,73*(0+0,029+0,015+0,49) = 434 А (Л7, стр. 120)

 

Определяем двухфазный ток К.З. в конце линии в точке К2.

Iк2⁽²⁾ = 0.87* Iк2⁽³⁾ = 0,87* 434 = 377 А

Определяем однофазный ток в точке К2.

Iк2⁽¹⁾ = Uф/ 2*(Rл1+Rл2) ²+ 2*(Xл1+Xл2) ² + ¹/₃Zтр =

= 230/ 2*(490+350) ²+ 2*(23+19) ²+ 0,009 = 0,136 кА = 136 А

(Л6, стр. 30)

Rл1 = R0* L = 1,770*0,205 = 0,49 Ом = 490 мОм

Rл2 = R0* L = 1,262*0,205 = 0,35 Ом = 350 мОм

Xл1 = X0* L = 0,0827*0,205 = 0,023 Ом = 23 мОм

Xл2 = X0* L = 0,0703*0,205 = 0,019 Ом = 19 мОм

 

 

3.8 Определяю защиту ВЛ для каждой линии.

Определяю для первой линии.

Выбираем комбинированный автоматический выключатель.

Определяем тепловой расцепитель автоматического выключателя по формуле:

Iтр = 1,1*Iр.макс = 1,1* 63,6 = 69,9 А (Л11, стр. 26)

Где: Iтр – ток теплового расцепителя автоматического выключателя

Iр.макс = S_тп-1 / (1,73 * Uн ) = 42/ ( 1,73 * 0,38 ) = 63,6 А

Определяем электромагнитную защиту.

Iэ.м = 1,25*Iкп = 1,25 * 278 = 347 А

Iэ.м - ток электромагнитного расцепителя

Iкп – ток двухфазного К.З. в конце линии

 

Проверяем защиту на чувствительность.

I_{пл. вставки расч.} <= Iтр = 63,6 А>I_к2⁽¹⁾/3 = 99/3 = 33 А

 

Выбираю из каталога автоматический выключатель марки ВА-32 3Р 100А с

техническими характеристиками:

Максимальный номинальный ток (базовый габарит) I_nm, A 125

Номинальный ток (уставка теплового расцепителя), I_n, А 100

Уставка электромагнитного расцепителя I_m ,А 500

Определяю защиту для второй линии.

Выбираем комбинированный автоматический выключатель.

Определяем тепловой расцепитель автоматического выключателя по формуле:

Iтр = 1,1*Iр.макс = 1,1* 50,8 = 55,9 А

Где: Iтр – ток теплового расцепителя автоматического выключателя

Iр.макс = S_тп-1 / (1,73 * Uн ) = 33/ ( 1,73 * 0,38 ) = 50,8 А

 

Определяем электромагнитную защиту.

Iэ.м = 1,25*Iкп = 1,25 * 377 = 471 А

Iэ.м - ток электромагнитного расцепителя

Iкп – ток двухфазного К.З. в конце линии

 

Проверяем защиту на чувствительность.

I_{пл. вставки расч.} <= Iтр = 77 А > I_к2⁽¹⁾/3 = 136/3 = 45 А

 

Выбираю из каталога автоматический выключатель марки ВА-32 3Р 80А с

техническими характеристиками:

Максимальный номинальный ток (базовый габарит) I_nm, A 125

Номинальный ток (уставка теплового расцепителя), I_n, А 80

Уставка электромагнитного расцепителя I_m ,А 500

 

 

Выбираю защиту ВЛ наружного освещения.

Nул.осв. = Робщ./Рсв. = 560/80 = 7 шт. - кол-во светильников

Sул.осв. = Робщ./cosf = 560/0,9 = 622 ВА - мощность наружного освещения

Выбираю автоматический выключатель из каталога марки ВА47-29 3Р 10А х-ка С (Л15. https://ieprof.ru)