Methodological guide to the implementation of a course project on the topic: "Design of an AC traction substation of industrial frequency", MDK 01.01 "Design and maintenance of electric substations"

Citation preview

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Управление учебных заведений и правового обеспечения Федеральное государственное бюджетное учреждение дополнительного профессионального образования «Учебно-методический «У чебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте»

МДК 01.01 Устройство и техническое обслуживание электрических подстанций

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ МЕТОДИЧЕСКОЕ по выполнению курсового проекта на тему: «Проектирование тяговой подстанции переменного тока промышленной частоты»

специальность 13.02.07 Электроснабжение (по отраслям)

базовая подготовка среднего профессионального образования

2020

Методическое пособие рассмотрено и одобр одобре ено на заседании Учебно-методической комиссии по специальности 13.02.07 Электроснабжение (по отраслям) федерального учебно-методического объединения в системе среднего профессионального образования по укрупненным группам профессий специальности 13.02.07 Электроснабжение (по отраслям). Пр едсе Пред седа дате тел ль УМ УМК К Б.Г. Южаков Протокол № 1818-Э Э от 29–30 марта 2018 г.

Автор — Н.П. Щурова Щурова,, преподаватель Читинского техникума железнодорожного транспорта Забайкальского института железнодо железнодо-рожного транспорта — филиала ФГБО ФГБОУ У ВО «Иркутский государственный университет путей сообщения» Эксперт — А.В. Илларионова Илларионова,, преподаватель Санкт-Петербургского техникума железнодорожного транспорта — филиала ФГБО ФГБОУ У ВО «Санкт-Петербургский государственный университет путей сообщения» Предложения и замечания просим направлять в филиал ФГБУ ДПО «УМЦ ЖДТ» в г. Ростове-на-Дону по адресу: 344019, г. Ростов-на-Дону , ул. 99-я я Линия, д. 10, тел. те л.:: 8(863) 253-51-65, е-mail: [email protected].

© Щурова Н.П., 2020 © ФГБУ ДПО «У «Учебно-методический чебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2020

Введение Методическое пособие по выполнению курсового проекта на тему: «Проектирование тяговой подстанции переменного тока промышленной частоты» для обучающихся специальности 13.02.07 Электроснабжение (по отраслям) разработано в соответствии с Федеральным государственным стандартом среднего профессионального образова образования ния (далее — ФГОС СПО) и рабочей учебной программой ПМ 01 Техническое обслуживание оборудования электрических подстанций и сетей МДК 01.01 Устройство и техническое обслуживание электрических подстанций. Успешное освоение учебной программы, добросовестная работа над курсовым проектом — это необходимое условие формирования профессиональной компетенции ПК 1.1. Читать и составлять электрические схемы электрических подстанций и сетей. Цель данного методического пособия — оказание методической помощи обучающимся по выполнению курсового проектирования и закреплению теоретических знаний по основным разделам модуля. В пособии представлены исходные данные для выполнения курсового проекта и методические рекомендации по проектированию, а также рассматриваются задачи, решаемые в ходе выполнения курсового проекта; структура курсового проекта, содержание графической части курсового проекта. В приложениях к методическому пособию представлена следующая информация, необходимая для выполнения курсового проекта: – схемы замещения и параметры отдельных элементов; – шкала средних номинальных напряжений; – график зависимости динамического коэффициента для изоляторов и шин от частоты собственных колебаний шины; – данные по опорным и проходным изоляторам. Трудоемкость, преду предусмотренная смотренная учебным планом и рабочей учебной программой МДК 01.01 Устройство и техническое обслуживание электрических подстанций и сетей для проведения курсового проектирования, составляет 30 часов. Выполнение курсового проекта направлено на формирование общих (далее — ОК) и профессиональных (далее — ПК) компетенций, предусмотренных преду смотренных ФГОС СПО по специальности 13.02.07 Электроснабжение (по отраслям), закрепление знаний, освоение необходимых умений и способов деятельности, формирование первоначального практического опыта: 3

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес. ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество. ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность. ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития. ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности. ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями. ОК 7. Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), за резуль результат тат выполнения заданий. ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации. ОК 9. Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности. ПК 1.1. Читать и составлять электрические схемы электрических подстанций и сетей. ПК 1.2. Выполнять основные виды работ по обслуживанию трансформаторов и преобразователей электрической энергии. ПК 1.3. Выполнять основные виды работ по обслуживанию оборудования распределительных устройств электроустановок, систем релейных защит и автоматизированных систем. ПК 1.4. Выполнять основные виды работ по обслуживанию воздушных и кабельных линий электроснабжения. ПК 1.5. Разрабатывать и оформлять технологическую и отчетную документацию. В резуль результате тате выполнения курсового проекта на тему: «Проектирование тяговой подстанции переменного тока промышленной частоты» обучающийся должен: уметь: – разрабатывать электрические схемы устройств электрических подстанций и сетей; 4

– вносить изменения в принципиальные схемы при замене приборов аппаратуры распределительных устройств; – обеспечивать выполнение работ по обслуживанию трансформаторов и преобразователей электрической энергии; – обеспечивать проведение работ по обслуживанию оборудования распределительных устройств электроу электроустановок; становок; – контролировать состояние воздушных и кабельных линий, организовывать и проводить работы по их техническому обслуживанию; – использовать нормативную техническую документацию и инструкции; – выполнять расчеты рабочих и аварийных режимов действующих электроу электроустановок становок и выбирать оборудование; – оформлять отчеты о проделанной работе; знать: – устройство оборудования электроу электроустановок; становок; – условные графические обозначения элементов электрических схем; – логику построения схем, типовые схемные решения, принципиальные схемы эксплуатиру эксплуатируемых емых электроу электроустановок; становок; – виды работ и технологию обслуживания трансформаторов и преобразователей; – виды и технологии работ по обслуживанию оборудования распределительных устройств; – эксплуатационно-технические основы линий электропередачи, виды и технологии работ по их обслуживанию; – основные положения правил технической эксплуатации электроустановок; троу становок; – виды технологической и отчетной документации, порядок ее заполнения.

5

1. СОДЕРЖАНИЕ И ОФО ОФОРМЛЕНИЕ РМЛЕНИЕ КУРСОВО КУРСОВОГ ГО ПРОЕКТ ПРОЕКТА А Курсовой проект выполняется на основании полученного задания. Основными частями курсового проекта являются: – титульный лист; – пояснительная записка; – графическая часть. 1.1 Содержание и оформление титу титульного льного листа Титульный лист всегда имеет 4 блока: – верхний — «шапка»; – центральный; – правый; – нижний. Шрифт не отличается от того, что применяется для всей работы. Как правило, это Times New Roman, кегль 14, редко — 12. В самом верху верху,, в «шапке», указывается Федеральное агентство железнодорожного транспорта, Управление учебных заведений и правового обеспечения, на следующей строчке — полное название образовательной организации. Чаще всего эти данные печатаются прописными буквами, возможно выделение полужирным шрифтом, интервал одинарный, выравнивание по центру центру.. Центральный блок начинается ниже, через 8–9 строчек. Далее по центру заглавными буквами пишется словосочетание «КУРСОВОЙ ПРОЕКТ», строчными — тема курсового проекта в кавычках с новой строки («Проектирование тяговой подстанции переменного тока промышленной частоты»). В правой части листа находится информация об авторе курсового проекта (ВЫПОЛНИЛ: Обучающийся группы): номер группы, подпись, ФИО; и о руководителе проекта: (РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОЕКТ ПРОЕКТА) А): подпись, должность и ученая степень. Нижний блок выравнивается по центру центру,, здесь пишется город и год защиты. Поля: верхнее — 1,5 см; нижнее — 3 см; правое — 1,5 см; левое — 2,5 см. 6

1.2 Содержание и оформление пояснительной записки В пояснительной записке на первом листе с основной надпи сью 185 ×40 мм помещают содержание, включающее номера и наи менования разделов и подразделов с указанием номеров листов. Слово «Содержание» записывают в виде заголовка симметрично тексту.. тексту Наименования, включенные в содержание, записывают строчными буквами с нового абзаца. Оформление пояснительной записки осуществляется в соответствии с Правилами выполнения конструкторских документов (текстовых) изделий машиностроения и приборостроения, определяемых стандартом с обозначением: ГОСТ 2.106-96. Основная надпись на всех листах (кроме первого) текстового документа должна соответствовать стандарту с обозначением: ГОСТ 2.1042006, форма 2а. А на первом листе пояснительной записки основную надпись надо выполнять по ГОСТ 2.104-2006, форма 2 (185×40 мм). Примерный объем пояснительной записки составляет до 40 страниц печатного текста на одной стороне листа белой нелинованной бумаги основного формата А4 (210×297 мм) при печатании шрифтом Times New Roman с между междустрочным строчным интервалом 1,5 пт пт.. Абзацы в тексте выделяются отступом 1,25 см (десять пробелов) при использовании компьютерных средств печати. Не рекомендуется использование курсивного шрифта и шрифта с подчеркиванием. Вписывание специальных символов в формулы, иллюстрации и т.п. производится теми же размерами, плотностью и цветом, что и в основном тексте. Допускается размер шрифта формул и уравнений увеличивать от размера основного текста не более чем на 2 кегля. Шрифт формул и уравнений — полужирный. Исправления производятся аккуратной подчисткой или закрашиванием белой краской (типа «Штрих») исправляемых символов с последующим нанесением на их месте исправленного изображения. Исправления методом заклеивания не допу допускается. скается. Листы с большим числом исправлений (более 33-хх исправлений) подлежат переоформлению. Подготовленный в соответствии с вышеуказанными требованиями текст курсового проекта оформляется в специальную папку и переплетается так, чтобы все страницы были жестко скреплены в единый том. 6

7

Нумерация листов пояснительной записки сквозная, начиная с титульного листа. На титульном листе и бланках с заданиями на курсовой проект нумерация страниц не проставляется. Текстовую часть курсового проекта разделяют на разделы, подразделы, пункты и подпункты. Разделы имеют сквозную нумерацию в пределах всего курсового проекта, обозначенную арабскими цифрами без точки и записанную с абзацного отступа. Если раздел или подраздел состоит из одного пункта, то он также нумеру нумеруется. ется. Каждый новый раздел должен начинаться с новой страницы и иметь неповторяющийся заголовок, состоящий из номера раздела и названия, разделенных пробелом, без точки. Подразделы нумеруются в пределах каждого раздела и должны иметь неповторяющиеся заголовки. Нумерация включает в себя номер раздела и номер подраздела в составе данного раздела, записываемых через точку точку.. Заголовки должны четко и кратко отражать содержание разделов и подразделов. Заголовок следу следует ет писать строчными буквами (кроме первой прописной) полужирным шрифтом № 14 без точки в конце заголовка и без подчеркивания. Переносы слов в заголовках не допу допускаются. скаются. Если заголовок состоит из двух предложений, их разделяют точкой. Недопустимо Недопу стимо написание заголовка в конце страницы, а последующего текста — на следующей странице. Целесообразно, чтобы под заголовком было написано не менее 33-хх строк. Ссылки на подразделы в основном тексте производятся по типу «(Подраздел 2.1) 2.1)». ». Пункты нумеруются в пределах подразделов и, как правило, заголовков не имеют имеют.. Нумерация пунктов включает в себя номер раздела, номер подраздела, номер пункта, разделенных точками, и за за-писывается с нового абзаца. Ссылки на пункты в основном тексте производятся по типу «(п. 2.1.1) 2.1.1)». ». Подпункты нумеруются в пределах пунктов и оформляются по аналогии с пунктами. Перечисления допу допускается скается выполнять дефисом без нумерации. Перечисления могут начинаться как с прописной буквы — если в конце каждого перечисления ставится точка, так и со строчной буквы — если перечисления записаны через точку с запятой. Пояснительная записка данного курсового проекта должна соответствовать следующему содержанию: 8

– введение; – исходные данные, схема; – основная часть; – заключение; – список литературы; – содержание. 1.2.1 Содержание и оформление введения Во введении к курсовому проекту анализиру анализируется ется состояние железнодорожного транспорта, тенденции и перспективы его развития, дается обоснование актуальности и значимости темы, формулируются цели и задачи выполняемого проекта, приводятся данные по выбранному направлению исследования. Слово «Введение» записывают в виде заголовка (симметрично тексту) заглавными буквами, полужирным шрифтом № 16. Введение не нумеру нумеруется ется и на подразделы не разделяется. Объем введения не должен превышать 22-хх листов пояснительной записки. При изложении текста введения следует стремиться к четкости и краткости формулировок, по возможности избирать тезисный стиль и постановочную форму изложения. 1.2.2 Задачи и содержание основной части В ходе выполнения курсового проекта на тему: «Проектирование тяговой подстанции переменного тока промышленной частоты» в данном — основном разделе пояснительной записки — необходимо решить следующие задачи: 1. Определить суммарную мощность потребителей. 2. Определить мощность подстанции. 3. Выбрать число и мощность силовых трансформаторов и трансформаторов собственных нужд. 4. Составить однолинейную схему подстанции. 5. Рассчитать токи короткого замыкания по присоединениям. 6. Произвести выбор и проверку оборудования для распределительного устройства. Для этого необходимо: • рассмотреть следующие вопросы разработки однолинейной схемы коммутации электрической подстанции: – структурные схемы электрических подстанций; 9

– составление однолинейной схемы проектиру проектируемой емой подстанции; – принципиальная схема подстанции; • провести расчет мощности подстанции: – мощности тяговой нагрузки (тяговые подстанции переменного тока, реактивная мощность потребителей, полная мощность потребителей); – мощности собственных нужд; – мощности нетяговых железнодорожных потребителей, питающихся по линии «два провода–рельс» (ДПР); – полной расчетной мощности для выбора главных трансформаторов; • осуществить выбор главных понижающих трансформаторов; • провести расчет токов короткого замыкания; • провести расчет токов нормального режима; • осуществить выбор токоведущих частей и электрического оборудования подстанции: – гибких шин; – изоляторов; – электрических аппаратов (разъединителей, высоковоль высоковольтных тных выключателей, измерительных трансформаторов напряжения, измерительных трансформаторов тока, ограничителей напряжения). 1.3 Содержание и оформление графической части Графическая часть курсового проекта должна быть органически увязана с содержанием работы и в наглядной форме иллюстрировать основные положения анализа и проектирования. Основное требование к графическим материалам — максимально полное отражение проделанной работы и полученных резуль результатов. татов. Графическая часть курсового проекта состоит из 22-хх листов формата А1, ГОСТ 2.301-68 (594×841): Лист 1. Однолинейная схема проектиру проектируемой емой подстанции. Лист 2. План открытого распределительного устройства (ОРУ) и характерный разрез по плану ОРУ ОРУ.. Допускается Допу скается применение других форматов по ГОСТ 2.301, оставляя постоянной короткую сторону листа (594 мм). Графическая часть курсового проекта по инженерным направлениям подготовки специалистов (чертежи, схемы всех видов и текстовые документы к ним — спецификации, ведомости, таблицы и т.д. — должна 10

выполняться в соответствии с требованиями действующих государственных стандартов, Системы проектной документации для строительства (СПДС) и др. В правом нижнем углу рабочего чертежа (схемы) должна размещаться основная надпись по ГОСТ 2.104. Форма основной надписи называется стандартной и применяется: – для чертежей и схем специальной части курса черчения; – для первого листа текстового документа; – для последующих листов. Шифр курсового проекта состоит из буквенного обозначения (КР — кур курсов совой ой про проект ект), ), номера зачетной книжки обучающегося, вида обучения (ДО — дневное, ЗО — заочное) и года выполнения курсового проекта, разделенных дефисами. Рабочее поле листа иллюстративного материала курсового проекта (графики, диаграммы, таблицы экономических показателей, результатов резуль татов исследований и др.) должно иметь рамку рамку,, состоящую от кромки листа справа, сверху и снизу на 5 мм и слева — на 30 мм. Подписи на листе иллюстративного материала курсового проекта могут быть размещены на обороте листа (по усмотрению кафедры).

11

12 № подстанции

2 2 3 4 5 6 7 1 2

№ варианта

1 01 02 03 04 05 06 07 08

I эфА = 350 I эфВ = 400 I эфА = 650 I эфВ = 550 I эфА = 450 I эфВ = 550 I эфА = 700 I эфВ = 500

Sкз кз1 1 = 6500 Sкз кз2 2 = 4900 Sкз кз1 1 = 4600 Sкз кз2 2 = 6200 Sкз кз1 1 = 5500 Sкз кз2 2 = 3100

= 3500 = 5800

Sкз кз1 1 = 6600 Sкз кз2 2 = 5100

I эфА = 700 I эфВ = 500 I эфА=450 I эфВ=550 I эфА= 450 I эфВ= 350 I эфА = 350 I эфВ = 400

= 1350 = 2700

= 3500 = 5800

4

Эффективный ток подстанции по фазам, питающий К С, А

= 5500 = 3100

Sкз кз1 1 Sкз кз2 2 Sкз кз1 1 Sкз кз2 2 Sкз кз1 1 Sкз кз2 2 Sкз кз1 1 Sкз кз2 2

3

Мощность короткого замыкания системы, МВА

220

I р мах мах1 1 = 800: Iр мах мах2 2 = 750 I р мах мах3 3 = 700: Iр мах мах4 4= 650

110

220

I р мах мах1 1 = 450: Iр мах мах2 2= 600 = 500: I I р мах мах3 3 р мах мах4 4= 550

35

220

35

35

35

27,5

35

35

220 220

35

7

UСН

220

6

UВН

220

I р мах мах1 1= 600: Iр мах мах2 2 = 550 = 650: I I р мах мах3 3 р мах мах4 4 = 700

Таблица 1

27,5

27,5

27,5

10

27,5

27,5

27,5

27,5

8

UНН

Напряжение на тяговых трансформаторах, кВ

I р мах мах1 1 = 550: Iр мах мах2 2 = 500 I р мах мах3 3 = 650: Iр мах мах4 4 = 450

= 500: Iр мах = 500 I р мах мах2 2 мах1 1 = 600 = 400: I I р мах р мах мах4 4 мах3 3 = 450: Iр мах = 400 I р мах мах1 1 мах2 2 I р мах мах3 3 = 500: Iр мах мах4 4= 400

= 600 = 500: Iр мах I р мах мах2 2 мах1 1 I р мах мах3 3 = 550: Iр мах мах4 4 = 650 = 750: Iр мах = 650 I р мах мах2 2 мах1 1 I р мах мах4 4 = 550 мах3 3 = 600: Iр мах

5

Максимальные рабочие токи фидеров КС, А

Характеристики подстанций

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

13

2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6

1 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

I эфА = 300 I эфВ = 500 I эфА=400 I эфВ=600 I эфА= 350 I эфВ= 400 I эфА = 450 I эфВ = 550 I эфА = 550 I эфВ = 300 I эфА = 700 I эфВ = 500 I эфА = 350 I эфВ = 550 I эфА = 550 I эфВ = 750 I эфА = 450 I эфВ = 550 I эфА = 350 I эфВ = 400 I эфА = 350 I эфВ = 400

Sкз кз1 1 = 3500 Sкз кз2 2 = 5800 Sкз кз1 1 = 4600 Sкз кз2 2 = 6200 Sкз кз1 1 = 6600 Sкз кз2 2 = 5100 Sкз кз1 1 = 3500 Sкз кз2 2 = 5800 Sкз кз1 1 = 4600 Sкз кз2 2 = 6200 Sкз кз1 1 = 5500 Sкз кз2 2 = 3100 Sкз кз1 1 = 6500 Sкз кз2 2 = 4900 Sкз кз1 1 = 1350 = 2700 Sкз кз2 2 Sкз кз1 1 = 3500 = 5800 Sкз кз2 2 Sкз кз1 1 = 6600 Sкз кз2 2 = 5100

4

Sкз кз1 1 = 3500 Sкз кз2 2 = 5800

3

220

I р мах мах2 2 = 400 мах1 1 = 450: Iр мах = 500: I I р мах мах3 3 р мах мах4 4= 400

I р мах мах1 1= 600: Iр мах мах2 2 = 550 I р мах мах3 3 = 650: Iр мах мах4 4 = 700

220

220

220

I р мах мах2 2= 500 мах1 1 = 500: Iр мах I р мах мах4 4= 600 мах3 3 = 400: Iр мах

I р мах мах1 1 = 800: Iр мах мах2 2 = 700 = 650 = 720: I I р мах мах3 3 р мах мах4 4

220

I р мах мах2 2 = 650 мах1 1 = 750: Iр мах = 600: I I р мах р мах мах4 4 = 550 мах3 3

220

220

I р мах мах2 2 = 600 мах1 1 = 500: Iр мах I р мах мах4 4= 650 мах3 3 = 550: Iр мах

I р мах мах1 1 = 450: Iр мах мах2 2= 650 = 550 = 500: Iр мах I р мах мах3 3 мах4 4

220

I р мах мах2 2 = 765 мах1 1= 820: Iр мах I р мах мах4 4 = 720 мах3 3 = 695: Iр мах

220

220

I р мах мах2 2 = 650 мах1 1 = 500: Iр мах = 700: I I р мах р мах мах4 4 = 750 мах3 3

I р мах мах1 1= 550: Iр мах мах2 2 = 500 = 650: I I р мах мах3 3 р мах мах4 4 = 450

110

6

I р мах мах2 2 = 450 мах1 1 = 400: Iр мах I р мах мах4 4 = 450 мах3 3 = 500: Iр мах

5

35

35

35

35

35

35

35

35

35

35

35

7

27,5

27,5

27,5

27,5

27,5

27,5

27,5

27,5

27,5

27,5

27,5

8

Продолжение табл. 1

14 2 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3

1 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

I эфА = 450 I эфВ = 550 I эфА=350 I эфВ=510 I эфА= 700 I эфВ= 500 I эфА = 300 I эфВ = 500 I эфА = 600 I эфВ = 500 I эфА = 450 I эфВ = 300 I эфА = 350 I эфВ = 500 I эфА = 700 I эфВ = 550 I эфА = 350 I эфВ = 500 I эфА = 450 I эфВ = 550 I эфА = 350 I эфВ = 400

Sкз кз1 1 = 6500 Sкз кз2 2 = 4900 Sкз кз1 1 = 4600 Sкз кз2 2 = 6200 Sкз кз1 1 = 6500 Sкз кз2 2 = 4900 Sкз кз1 1 = 3500 Sкз кз2 2 = 5800 Sкз кз1 1 = 6600 Sкз кз2 2 = 5100 Sкз кз1 1 = 6500 = 4900 Sкз кз2 2 Sкз кз1 1 = 4600 = 6200 Sкз кз2 2 Sкз кз1 1 = 3500 = 5800 Sкз кз2 2 Sкз кз1 1 = 4600 = 6200 Sкз кз2 2 = 6500 Sкз кз1 1 = 4900 Sкз кз2 2

4

Sкз кз1 1 = 5500 Sкз кз2 2 = 3100

3

220

I р мах мах1 1 = 450: Iр мах мах2 2 = 400 = 400 = 500: I I р мах мах3 3 р мах мах4 4

= 550 = 600: Iр мах I р мах мах1 1 мах2 2 = 650: Iр мах = 700 I р мах мах3 3 мах4 4

220

220

220

I р мах мах2 2= 500 мах1 1 = 550: Iр мах I р мах мах4 4= 600 мах3 3 = 400: Iр мах

I р мах мах1 1 = 800: Iр мах мах2 2 = 750 = 650 = 700: I I р мах мах3 3 р мах мах4 4

220

I р мах мах2 2 = 650 мах1 1 = 750: Iр мах = 600: I I р мах р мах мах4 4 = 550 мах3 3

220

220

I р мах мах2 2 = 650 мах1 1 = 500: Iр мах = 550: I I р мах р мах мах4 4= 600 мах3 3

I р мах мах1 1 = 450: Iр мах мах2 2= 600 = 550 = 500: Iр мах I р мах мах3 3 мах4 4

110

I р мах мах2 2 = 765 мах1 1= 820: Iр мах I р мах мах4 4 = 720 мах3 3 = 695: Iр мах

220

110

I р мах мах2 2 = 650 мах1 1 = 600: Iр мах = 700: I I р мах р мах мах4 4 = 750 мах3 3

I р мах мах1 1= 550: Iр мах мах2 2 = 500 = 650: Iр мах = 450 I р мах мах3 3 мах4 4

220

6

I р мах мах2 2 = 450 мах1 1 = 400: Iр мах I р мах мах4 4 = 450 мах3 3 = 500: Iр мах

5

35

35

35

35

35

35

35

35

35

35

35

7

27,5

27,5

27,5

27,5

27,5

27,5

27,5

27,5

27,5

27,5

27,5

8

Продолжение табл. 1

15

2 4 5 6 7

1 31 32 33 34

I эфА = 500 I эфВ = 350 I эфА=300 I эфВ=500 I эфА= 750 I эфВ= 600 I эфА = 700 I эфВ = 500

Sкз кз1 1 = 3500 Sкз кз2 2 = 5800 Sкз кз1 1 = 6600 Sкз кз2 2 = 5100 Sкз кз1 1 = 6500 Sкз кз2 2 = 4900

4

Sкз кз1 1 = 5500 Sкз кз2 2 = 3100

3 220 220 220 110

I р мах мах2 2 = 650 мах1 1 = 600: Iр мах = 700: I I р мах р мах мах4 4 = 750 мах3 3 I р мах мах2 2 = 760 мах1 1= 850: Iр мах I р мах мах4 4 = 750 мах3 3 = 550: Iр мах I р мах мах2 2 = 550 мах1 1 = 650: Iр мах I р мах мах4 4= 750 мах3 3 = 700: Iр мах

6

I р мах мах2 2 = 450 мах1 1 = 400: Iр мах I р мах мах4 4 = 450 мах3 3 = 500: Iр мах

5

35

35

35

35

7

27,5

27,5

27,5

27,5

8

Окончание табл. 1

Таблица 2 Характеристики районных потребителей № Наименование Характеристика районных потребителей вариУстанов- НапряКоэфКоэфКатегоанта ленная жение фициент фициент рия мощлинии спроса kc мощности, cos γ ность Ру, потребикВТ теля U, кВ 1

2

3

4

5

6

7

1

Пищевая промышленность

600

35

0,45

0,93

1

Освещение и бытовая нагрузка

750

27,5

0,6

0,98

2

Машиностроительный завод

4500

35

0,75

0,93

1

Производство стройматериалов

10000

35

0,45

0,97

2

Целлюлознобумажная промышленность

5000

35

0,65

0,93

1

Предприятие торфопереработки

5600

35

0,8

0,93

1

Пищевая промышленность

9500

35

0,4

0,92

1

Производство стройматериалов

10000

35

0,75

1

2

Железнодорожный узел

2000

27,5

0,6

1

1

Машиностроительный завод

4000

10

0,5

0, 93

1

2

3

4

5

16 16

Продолжение табл. 2 1

2

3

4

5

6

7

6

Пищевая промышленность

6000

35

0,6

0,92

1

Производство стройматериалов

3000

35

0,75

0,93

2

Освещение и бытовая нагрузка

500

27,5

0,45

0,93

2

Машиностроительный завод

8000

35

0,65

0,92

1

Целлюлознобумажная промышленность

1250

35

0,6

0,98

1

Пищевая промышленность

3000

35

0,75

0,93

1

Предприятие торфопереработки

800

35

0,45

0,97

1

Машиностроительный завод

5000

35

0,65

0,93

1

Освещение и бытовая нагрузка

700

27,5

0,8

0,93

2

Целлюлознобумажная промышленность

2500

35

0,4

0,92

1

Целлюлознобумажная промышленность

3000

35

0,75

1

1

Пищевая промышленность

5500

35

0,6

0,92

1

Предприятие торфопереработки

1200

35

0,75

0,93

2

7

8

9

10

11

12

17

Продолжение табл. 2 1

13

14

15

16

17

18

18

2

3

4

5

6

7

Освещение и бытовая нагрузка

900

27,5

0,45

0,93

2

Предприятие торфопереработки

6000

35

0,65

0,92

1

Железнодорожный узел

1100

27,5

0,6

0,98

1

Машиностроительный завод

3500

35

0,75

0,93

1

Целлюлознобумажная промышленность

6000

35

0,6

1

1

Освещение и бытовая нагрузка

1000

27,5

0,5

0, 93

2

Производство стройматериалов

3600

35

0,6

0,92

2

Пищевая промышленность

7000

35

0,75

0,93

1

Производство стройматериалов

4500

35

0,45

0,93

2

Локомотивное депо

900

35

0,65

0,92

1

Железнодорожный узел

1000

35

0,45

0,93

1

Пищевая промышленность

3500

35

0,6

0,98

1

Целлюлознобумажная промышленность

6400

35

0,75

0,93

1

Продолжение табл. 2 1

2

3

4

5

6

7

19

Предприятие торфопереработки

8000

35

0,45

0,97

2

Машиностроительный завод

7600

35

0,8

0,93

1

Железнодорожный узел

1000

35

0,4

0,92

1

Освещение и бытовая нагрузка

800

27,5

0,75

1

2

Целлюлознобумажная промышленность

6000

35

0,6

1

1

Машиностроительный завод

7000

35

0,5

0, 93

1

Железнодорожный узел

900

35

0,6

0,92

1

Освещение и бытовая нагрузка

1300

27,5

0,75

0,93

2

Пищевая промышленность

7600

35

0,45

0,97

1

Предприятие торфопереработки

3450

35

0,65

0,93

1

Производство стройматериалов

6000

35

0,45

0,93

2

Целлюлознобумажная промышленность

4500

35

0,6

0,98

1

Локомотивное депо

900

35

0,75

0,93

1

20

21

22

23

24

25

19

Продолжение табл. 2 1

26

27

28

29

30

31

20

2

3

4

5

6

7

Освещение и бытовая нагрузка

1300

27,5

0,45

0,97

2

Машиностроительный завод

9000

35

0,45

0,97

1

Железнодорожный узел

2100

35

0,65

0,93

1

Машиностроительный завод

6500

35

0,8

0,93

1

Локомотивное депо

2300

35

0,4

0,92

1

Освещение и бытовая нагрузка

1050

27,5

0,75

1

2

Пищевая промышленность

3500

35

0,6

0,92

1

Целлюлознобумажная промышленность

4000

35

0,75

0,93

1

Машиностроительный завод

6500

35

0,45

0,97

1

Железнодорожный узел

900

35

0,65

0,93

1

Пищевая промышленность

5600

35

0,8

0,93

1

Целлюлознобумажная промышленность

7000

35

0,4

0,92

1

Освещение и бытовая нагрузка

1300

27,5

0,45

0,97

2

Окончание табл. 2 1

2

3

4

5

6

7

32

Предприятие торфопереработки

4500

35

0,65

0,93

1

Производство стройматериалов

6500

35

0,45

0,97

2

Освещение и бытовая нагрузка

2100

27,5

0,65

0,93

2

Пищевая промышленность

6000

35

0,8

0,93

1

Освещение и бытовая нагрузка

800

27,5

0,4

0,92

2

Машиностроительный завод

6500

35

0,75

1

1

33

34

РП-1 РП1

1

РП-2 РП2

2

3

4

5

6

7

Контактная сеть Рельс

Рис. 1. Схема внешнего электроснабжения

21

3. ОБЩАЯ ЧА ЧАСТЬ СТЬ 3.1 Разработка однолинейной схемы коммутации электрической подстанции Проектирование однолинейной схемы электрических соединений в ходе выполнения проекта осуществляется в три этапа: 1. Составление структурной схемы. 2. Выбор схем электрических соединений распределительных устройств (РУ) всех уровней напряжений. 3. Составление принципиальной схемы. В ходе составления структурной схемы определяются тип подстанции, необходимые РУ высшего, среднего и низшего напряжений, количество главных понижающих трансформаторов, через которые осуществляется связь РУ между собой, количество линий потребителей, получающих питание от подстанции, привязка трансформаторов собственных нужд к РУ РУ.. Возможные и допустимые варианты структурной схемы формируются в соответствии с рекомендациями на проектирование. Затем, для составленной структурной схемы, выбираются возможные допустимые варианты схем РУ всех имеющихся напряжений. Для этого используются соответствующие нормативные указания в отношении принципиальных схем РУ и рекомендации по их компоновке, приведенные в учебной литературе. Однолинейная схема электрических соединений определяет основные качества электрической части спроектированной подстанции. От этой схемы зависят надежность электроснабжения потребителей, ремонтоспособность, удобство технического обслуживания и безопасность персонала, рациональность размещения электрооборудования, гибкость и автоматичность коммутации при восстановлении функционирования после аварий. Простота и наглядность однолинейной схемы во многом предопределяют безошибочность работы оперативного и оперативно-ремонтного персонала. По принципиальной схеме подстанции рассчитываются выдержки времени релейных защит присоединений. 3.1.1 Структурные схемы электрических подстанций Учитывая, что электрифицированная железная дорога является потребителем первой категории, а трансформаторные (нетяговые) под22

станции обеспечивают электрической энергией потребителей именно этой категории, то присоединение их к электрической сети должно быть осуществлено таким образом, чтобы обеспечить бесперебойное питание этих подстанций при нормальном и аварийном режимах работы. Электрические подстанции различаются по многим признакам, но их основу составляют схема присоединения к сети внешнего электроснабжения и схема выполнения распределительных устройств (сборных шин и присоединений к ним). По заданной схеме внешнего электроснабжения определяется тип проектиру проектируемой емой подстанции: – опорная, получающая питание от сети внешнего электроснабжения по трем и более линиям электропередачи, напряжением 110 или 220 кВ; – промежуточная, расположенная между двумя опорными и получающая питание по двум вводам, либо от одной ЛЭП (транзитная подстанция), либо от двух ЛЭП (подстанция на отпайках), напряжением 35, 110 или 220 кВ; – тупиковая, получающая питание по двум линиям электропередачи 35, 110 или 220 кВ от разных секций сборных шин вторичного напряжения тяговой, районной или трансформаторной подстанций. Вводы от линий электропередачи к проектируемой подстанции любого типа присоединяют к распределительному устройству (РУ) питающего (первичного) напряжения открытого типа. Структурная схема проектиру проектируемой емой подстанции помогает соста соста-вить однолинейную схему схему.. На ней указываются количество вводов, все РУ РУ,, силовые трансформаторы и количество потребителей электрической энергии. Необходимо помнить, что на каждой подстанции должна быть предусмотрена преду смотрена возможность питания электроэнергией: – тяговых подстанций электрической тяги поездов, напряжением 27,5 кВ на переменном токе; – нетяговых железнодорожных потребителей по линиям ДПР — на переменном, а также нетяговых (железнодорожных) потребителей; – собственных нужд подстанции. Эта возможность реализу реализуется ется различными способами, зависящими от величины питающего напряжения и типа подстанции.

23

3.1.1.1 Структурная схема тяговой подстанции переменного тока Подстанция получает питание по вводам от сети внешнего электроснабжения (рис. 2). Питающее напряжение подается на первичные обмотки главных понижающих трехобмоточных трансформаторов (ГПТГПТ-1 1 и ГПТГПТ-2). 2). Вторичные обмотки трансформаторов напряжением 27,5 кВ запитывают РУРУ-27,5 27,5 кВ, которое служит для обеспечения электрической энергией железной дороги по фидерам контактной сети (их количество задается), питания нетяговых линейных железнодорожных потребителей по системе «два провода–рельс» (ДПР) и подключения трансформаторов собственных нужд (ТСНСН-1 1 и ТСНСН-2). 2). От третьей обмотки главного понижающего трансформатора запитывается РУРУ-35(10) 35(10) кВ для питания нетяговых потребителей (по заданной категории и общему числу потребителей определяется полное количество питающих линий). Вводы опорной подстанции РУ-110 РУ110 (220) кВ ГПТ-2 ГПТ2 ГПТ-1 ГПТ1 РУ-35 РУ35 (10) кВ РУ – 27,5 кВ ТСНСН-1 1

Нетяговые потребители ТСНСН-2 2

ДПР-З ДПР-В Фидеры контактной сети Рис. 2. Структурная схема тяговой подстанции переменного тока

3.1.1.2 Выбор числа питающих линий (нетяговых) потребителей электрической энергии При составлении структурной схемы проектиру проектируемой емой подстанции число питающих линий потребителей определяется заданной категорией потребителей для каждого РУ РУ.. 24

Для потребителей 11-ой ой категории преду предусматривается сматривается электроснабжение от двух независимых взаимно резервиру резервируемых емых источников питания. К их числу относятся две секции сборных шин одного РУ подстанции, так как каждая секция имеет питание от независимого источника (от главных понижающих трансформаторов ГПТГПТ-1 1 и ГПТ-2), ГПТ2), при этом секции шин имеют связь через высоковоль высоковольтный тный выключатель, который автоматически отключается при нарушении нормальной работы одной из секций шин. Одна питающая линия находится в работе, другая — в резерве и может быть автоматически включена в работу при аварийном режиме на рабочей питающей линии данного потребителя. Питание потребителей 22-ой ой категории может выполняться в двух вариантах: – их рекоменду рекомендуется ется обеспечить электроэнергией от двух независимых взаимно резервиру резервируемых емых источников питания (две секции сборных шин одного РУ), при этом перерыв в питании допускается на время, необходимое для включения резервной линии действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады; – допу допускается скается питание потребителей 22-ой ой категории по одной линии, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более одних суток. Потребители 33-ей ей категории питаются по одной линии от одного источника (одной секции сборных шин). 3.1.2 Составление однолинейной схемы проектиру проектируемой емой подстанции На основании составленной структурной схемы производится разработка однолинейной схемы, которая должна отвечать требованиям потребителей в отношении надежности электроснабжения. Схема должна быть простой и наглядной, обеспечивать надежность в эксплуатации, допу допускать скать безопасное обслуживание и бесперебойное электроснабжение. В каждом из РУ РУ,, которые связаны между собой через ГПТ ГПТ,, указывается все его силовое оборудование и все соединения между РУ в той последовательности, которая обеспечивает его необходимую и надежную работу в эксплуатации. По типам подстанций в учебной литературе имеются типовые однолинейные схемы всех РУ РУ,, и задача проектировщика подстанции использовать их для составления общей схемы всей подстанции с привязкой к своим исходным данным. 25

3.1.2.1 Схема распределительного устройства питающего (первичного) напряжения опорной подстанции Схема распределительного устройства первичного напряжения опорной подстанции выполняется с одной рабочей, секционированной выключателем и разъединителями, и обходной системами сборных шин. Количество вводов на подстанцию определяется заданной схемой внешнего электроснабжения. Схема образована рабочей системой шин, состоящей из двух секций, параллельно которым расположена обходная система шин. Взаимное расположение всех шин и коммутационных аппаратов соответствует ответству ет расположению их на плане подстанции. Параллельное расположение первой и второй секций рабочей системы шин дает возможность при развитии подстанции увеличивать число вводов, а при необходимости перемонтировать их в РУ с двумя рабочими и одной обходной системами сборных шин. Секции шин могут работать совместно или раздельно, для чего их соединяют выключателем, оборудованным устройствами защиты. Обходная система шин позволяет заменить на время обходным выключателем выключатель любого присоединения на период его ремонта, а также собрать схему плавки гололеда на проводах высоковольтной воль тной линии. 3.1.2.2 Схемы распределительных устройств вторичного напряжения РУ-35 кВ. Оно использу РУ-35 используется ется на тяговых и трансформаторных подстанциях для питания (нетяговых) потребителей напряжением этого уровня. На ряде подстанций такого РУ может и не быть, а если оно есть, то выполняется с одинарной системой сборных шин, секционированной выключателем и разъединителями. К секциям шин подключаются вторичные обмотки главного понижающего трансформатора напряжением 35 кВ и потребители электрической энергии согласно рассмотренным выше структурным схемам. РУРУ-35 35 кВ с целью унификации схемных решений выполняется из стандартных присоединений с необходимым на них оборудованием. В общем случае схемы РУРУ-35 35 кВ разных подстанций отличаются друг от друга только числом и типом присоединяемых потребителей. РУ-10 РУ10 кВ. Назначение РУРУ-10 10 кВ хорошо просматривается по струк струк-турным схемам, рассмотренным выше, для различных типов подстанций. Для питания всех указанных потребителей использу используется ется схе26

ма РУРУ-10 10 кВ с одной рабочей, секционированной выключателем и разъединителями, системой сборных шин. Рекоменду Рекомендуется ется РУРУ-10 10 кВ выполнять из комплектных камер с выкатными масляными выключателями, снабженными штепсельными разъемами для создания видимого разрыва цепи при выкатывании выключателя из камеры. Напряжение на сборные шины 10 кВ поступает от обмоток низшего напряжения главных понижающих трансформаторов через ячейки с соответствующим необходимым оборудованием. Схемы ячеек типовые. РУ-27,5 РУ27,5 кВ. Распределительное устройство тягового напряжения переменного тока 27,5 кВ включает в себя сборные шины, вводы от обмоток 27,5 кВ главных понижающих (тяговых) трансформаторов, фидеры контактной сети и ДПР ДПР,, трансформаторы собственных нужд. Шины 27,5 кВ состоят из проводов фаз А и В, секционированных разъединителями, которые нормально включены. Секционирование сборных шин 27,5 кВ двумя разъединителями (фазы А и В) обес-печивает безопасное выполнение работ и на секциях шин. Фаза С представляет собой рельс, уложенный в земле, так называемый рельс заземленной фазы, который соединен с контуром заземления подстанции, рельсом подъездного железнодорожного пути, отсасывающей линией и тяговым рельсом. Питающие линии контактной сети (фидеры) присоединяют к фазе А и фазе В согласно фазировке железнодорожной станции и прилегающих перегонов. Для замены любого фидерного выключателя при выводе его в ремонт или аварийном режиме в схеме РУРУ-27,5 27,5 кВ преду предусмотрена смотрена запасная шина, которая может получить питание через запасной выключатель от фазы А или В сборных шин. Линии ДПР подключаются к разным секциям шин и запитывают оба направления от подстанции. Трансформаторы собственных нужд также подключаются к двум разным секциям сборных шин 27,5 кВ. 3.1.3 Принципиальная схема подстанции На основе разработанной однолинейной схемы (которая вычерчивается в дальнейшем на ватмане формата А1) необходимо составить принципиальную схему схему,, которая представляет собой по сути однолинейную схему схему,, но с указанными на ней только теми присоединениями, где имеются высоковоль высоковольтные тные выключатели. Она необходима 27

для того, чтобы определиться с мощностями, отдаваемыми главным понижающим трансформатором потребителям, и для установки и нанесения на схему времени выдержки релейной защиты t р.з. Для рассмотренных структурных схем подстанций суммарная мощность всех потребителей, получающих питание от главных понижающих трансформаторов, будет определяться следующими мощностями. По рис. 1: – тяговой нагрузки — Sтяг; – нетяговых железнодорожных потребителей, питающихся по линии ДПР — SДПР ; – собственных нужд — Sс.н; – нетяговых потребителей 10 или 35 кВ (10Sили S35). На принципиальной схеме для каждого высоковоль высоковольтного тного выключателя необходимо определить и проставить время выдержки релейной защиты для обеспечения избирательности ее действия по различным присоединениям путем соответствующей настройки реле времени релейных защит защит.. Условно считаем источником питания вводы подстанции. Наиболее удаленными от вводов присоединениями являются питающие линии потребителей. Релейные защиты на них должны иметь наименьшую выдержку временир.зt (для линий потребителей 10 кВ р.з t = 0,5 с; 27,5 и 35 кВ, р.з t = 1,0 с). У следующей по направлению к источнику питания защиты (цепь секционного выключателя) время срабатывания на ступень ∆t = 0,5 с больше, то есть для РУРУ-10 10 кВр.зt + ∆ t = 0,5 + 0,5 = 1,0 с, а для РУТаким образом, двигаясь по схеме к 35 кВ tр.з + ∆t = 1,0 + 0,5 = 1,5 с. Таким вводам подстанции, защиты каждого последующего присоединения будут иметь выдержку времени на ступень ∆t = 0,5 с больше предыдущей. Такая разница во времени срабатывания защит необходима для того, чтобы при повреждении участков подстанции, удаленных от вводов, обеспечивалось срабатывание их защит раньше, чем защит участков, расположенных ближе к вводам подстанции. Например, при коротком замыкании на секции шин 10 кВ всегда должен в первую очередь отключиться секционный выключатель, а затем выключатель ввода 10 кВ, соединяющий аварийную секцию с главным понижающим трансформатором. В работе остается второй трансформатор и другая секция шин 10 кВ. 28

Во всех случаях селективное отключение выключателей поврежденного участка происходит в резуль результате тате срабатывания реле соответствующего избирательного комплекта. Знание времени выдержки срабатывания релейных защит необходимо в дальнейшем для расчета тепловых импульсов короткого замыкания на всех присоединениях подстанции. 3.2 Расчет мощности подстанции Целью расчета является определение суммарной мощности всех потребителей для определения расчетной мощности главных понижающих трансформаторов и выбора их типов, а также определение полной мощности подстанции. Исходные данные, требу требуемые емые для расчета всех типов подстанций, приведены в общих указаниях. Расчетная мощность главных понижающих трансформаторов для различных типов подстанций определяется нагрузкой их вторичных обмоток. В той последовательности, которая представлена на рис. 1, рассмотрим методику определения мощностей потребителей. При расчете мощностей окончательные ответы округляются до целого числа. 3.2.1 Мощность тяговой нагрузки 3.2.1.1 Тяговые подстанции переменного тока Обычно нагрузка подстанции задается действующими значениями токов наиболее (Iэ' ) и наименее (I"э ) загруженных фаз трансформатора. Тогда мощность на тягу поездов, кВА: S= Uш · (2 · Iэ' + 0,65 · I"э) · Кр · Кк · Км,

тяг

(1)

где Uш — номинальное напряжение на шинах тягового электроснабжения, кВ; I' э, I" э — токи фаз трансформатора, А; коэффициент,, учитывающий неравномерность загрузки фаз Кр — коэффициент трансформатора, принимаемый равным 0,9; коэффициент,, учитывающий влияние компенсации реакКк — коэффициент тивной мощности, принимаемый равным 0,93; коэффициент,, учитывающий влияние внутрисуточной неК м — коэффициент равномерности движения на износ обмоток трансформаторов, который можно принять равным для двухпутных участков — 1,45; для однопутных — 1,25. 29

В ряде случаев могут быть заданы среднесуточные действующие значения мощности для наиболее и наименее загруженных плеч питания, соответственно Sтяг' и S "тяг. В этом случае мощность на тягу определяется из выражения, кВА: ' + 0,65 · S "тяг) · Кр · Кк · Км. S= (2 · S тяг

тяг

(2)

В тех случаях, когда известны для каждой фидерной зоны средний ток поезда IП и максимальное число поездов на фидерной зонеф,N значения I'э и I" э, можно определить из выражения, А: I э=

n

( ∑ I ср.ф)

2

n

+ ∑ (I

1

2 д.ф

–I

2

),

ср.ф

1

где n — число фидеров контактной сети; I ср.ф — средний ток фидера: – при одностороннем питании: Iср.ф = I n · Nф; I n . Nф – при дву двустороннем стороннем питании: I ср.ф = ; 2 I д.ф — действующее значение тока фидера: – при одностороннем питании, А: I д.ф = I

n

1,1N 1,1 N фα + N ф (N

ф

− 1);

– при дву двустороннем стороннем питании, А: 0,25N N ф (N ф − 1) . I д.ф = I n 0,35N фα + 0,25 Коэффициент α определяется отношением времени хода поезда по фидерной зоне к времени его хода под током и равен 1,02–1,05. Рассчитанные по выражению (3) значения токов плеч питания позволяют определить мощность на тягу поездов по выражению (1).

Мощность нетяговых потребителей Расчет мощности нетяговых потребителей тяговых подстанций и потребителей трансформаторных подстанций проводится по единой методике для каждого уровня напряжения того распределительного устройства, откуда они получают питание (РУРУ-10 10 или РУРУ-35 35 кВ). Расчет ведется в следующей последовательности. 1. Для каждого потребителя вычисляется наибольшая активная мощность Рmах по заданным значениям установленной мощности пот30

ребителей Ру и коэффициента спроса Кс, учитывающего режим работы, загрузку и КПД потребителей, кВт: mах n

=Р Руn · Ксn,

(4)

где n = 1,2,3 ... номера потребителей электрической энергии. 2. На основании заданных типовых суточных графиков активной нагрузки потребителей и рассчитанных в п. 1 наибольших активных мощностей вычисляют активные нагрузки потребителей для каждого часа суток по выражению, кВт: t

t n

P =

Pn %

Pmax n, 100 где Pnt % — значение мощности в процентах из типового графика для n-го потребителя в t, час; 100 — переводной коэффициент из процентов в относительные единицы. Вычисленные нагрузки по часам суток сводятся в таблицу и для n

∑ P( каждого часа суток определяется суммарное потребление

). Далее

1

необходимо определить наибольшую активную суммарную нагрузку n ∑ Pmax и соответствующий ей час суток, то есть час, когда потребители 1

берут от главного понижающего трансформатора наибольшую активную мощность (в таблице эту строку выделить) и наименьшую акn

тивную мощность ∑ Pmin. 1 Следует Следу ет обратить внимание, что наибольшей суммарной мощности не обязательно в этот час соответствуют максимальные мощности отдельных потребителей. Коэффициенты, характеризующие режим работы подстанции по электрообеспечению (нетяговых) потребителей электроэнергией На основании суммарного суточного графика активной нагрузки нужно определить среднесуточную нагрузку подстанции, кВт: 24

n

∑ Pср = 1

W t сут

∑ Pt =

1

,

(6)

24 31

где W

24

— суточный расход электроэнергии, кВт ч; = ∑1 Pt = 24 ч — время часов суток, ч; сtут сут n ∑ P , ч. t — число часов работы в течение суток с нагрузкой 1 Режим работы характеризу характеризуется ется рядом коэффициентов, которые показывают равномерность нагрузки и лучшее использование оборудования (коэффициент нагрузки), степень загрузки оборудования (коэффициент использования установленной мощности), возможность перегрузки (коэффициент резерва), одновременность загрузки оборудования на полную мощность (коэффициент одновременности). Коэффициент нагрузки — это отношение средней мощности к наибольшей за сутки: n

∑ Pср К

нагр

1

=

n

≤ 1.

(7)

∑ Pmax 1

Коэффициент использования установленной мощности: n

∑ Pср Ки = n

где ∑ Pу

1

n

≤ 1,

(8)

∑ Pу 1

— суммарная установленная мощность потребителей, кВт

1

(см. задание). Коэффициент резерва: n

∑ Pу Кр=

1

n

≥ 1.

(9)

≤ 1.

(10)

∑ Pmax 1

Коэффициент одновременности: n

∑ Pmax Ко =

1 n

∑Pу 1

Для характеристики работы подстанции необходимо определить продолжительность использования наибольшей активной мощности 32

Т max, чтобы показать время, в течение которого должна была бы работать подстанция с неизменной наибольшей нагрузкой, чтобы обеспечить потребителей выработанной за этот период времени электроэнергией W, ч: Tmax =

W n

(11)

.

∑ Pmax 1

3.2.1.2 Расчет реактивной мощности потребителей Для определения наибольшей полной мощности потребителей необходимо рассчитать их реактивные мощности и суммарную реактивную мощность для часа наибольшей суммарной нагрузки. Реактивная мощность отдельного потребителя вычисляется по формуле: n

= PQn · tg ϕn,

(12)

где Рn — активная мощность потребителя, попавшая в час наибольшей суммарной нагрузки, кВт; tg ϕn— тангенс угла ϕ, определяемый для каждого потребителя по заданному коэффициенту мощности Км = cos ϕ, tg ϕ =

2 1− cos ϕ . cos ϕ

Расчет выполняется для каждого потребителя, после чего опредеn

∑ Qmax ляется суммарная реактивная мощность всех потребителей 1 кВар.

в

3.2.1.3 Полная мощность потребителей n ∑ Рассчитанные значения суммарной активной Pmax и реактивной n 1 ≤ 1. ∑ Qmax мощностей позволяют определитьКполную о = мощность (нетягоn 1 ∑ Pу 1 вых) потребителей на шинах вторичного напряжения подстанции (Sп10, Sп35 тяговых подстанций а для трансформаторных — любого уровня в зависимости от задания). Полная мощность определяется с учетом потерь в высоковоль высоковольттных сетях и в трансформаторах подстанции. При этом постоянные потери считаются неизменными в течение суток независимо от времени нахождения трансформатора в работе и принимаются равными 33

1–2 % от полной мощности, а переменные в сетях и обмотках трансформатора, зависящие от изменяющейся в течение суток нагрузки, принимаются в пределах 5–8 %. С учетом этого полная мощность потребителей определяется геометрической суммой активной и реактивной мощностей, кВА: SП 10 или SП 35 =

1+

Р пост + Р пер 100

n

∑ Pmax

2

n

+

1

∑ Q max 1

2

,

где Рпост — постоянные потери, %; Рпер — переменные потери, %; n

∑ Pmax — суммарная активная мощность потребителей, кВт; 1 ≤ 1. К о = nn ∑ Q ∑ Pуmax — суммарная реактивная мощность потребителей, квар. 11 Расчет полной мощности нетяговых потребителей ведется отдельно для каждого распределительного устройства:п10S, Sп35 и т.д. 3.2.2. Мощность собственных нужд Выбор трансформаторов собственных нужд. Мощность трансформаторов собственных нужд (ТСН) выбирают исходя из мощности, необходимой для питания собственных нужд переменного тока, то есть всех вспомогательных устройств, необхо необхо-димых для эксплуатации их в нормальных и аварийных режимах. На подстанциях ycтанавливаются два ТСН с вторичным напряжением 0,4 кВ каждый из которых рассчитан на полную мощность потребителей собственных нужд. На опорных подстанциях для подогрева масляных выключателей устанавливают дополнительно два ТСН специально для подогрева. Подключение первичных обмоток ТСН осуществляется в зависимости от первичного напряжения подстанции: – на тяговых подстанциях переменного тока — к секциям шин 27,5 кВ. Подключение вторичных обмоток ТСН к шинам 0,4 кВ одинаково для всех подстанций. Требу ребуемую емую мощность для питания собственных нужд переменно го тока определяют при наличии однолинейной схемы подстанции, выбранного оборудования, разработки планов подстанции. На дан34

(13)

ном этапе расчета мощности эти вопросы еще не рассматривались, поэтому следу следует ет для определения мощности ТСН и выбора его типа воспользоваться следующими положениями: – для тяговых подстанций переменного тока с.н S принимается равной 0,5–0,7 % от мощности на тягу: с.н

=S(0,005 – 0,007) Sт.

(14)

На опорных подстанциях для подогрева масляных выключателей применяются, как правило, ТСН мощностью 250–400 кВА. Если преду предусматривается сматривается питание от шин собственных нужд трансформаторов автоблокировки аб S, мощность ТСН должна быть увеличена на величину аб S = 50–100 кВА. По рассчитанной мощности на собственные нужды подстанции выбирается трансформатор собственных нужд из условий: Sн.тр ≥ Sс.н (кВА); U1н ≥ U1раб(кВ); U2н ≥ U2раб = 0,4 кВ. 3.2.3 Мощность нетяговых железнодорожных потребителей, питающихся по линии «два провода–рельс» (ДПР) Данная система питания потребителей осуществляется от тяговых подстанций переменного тока по проводам фаз А и В, подвешенным на опорах контактной сети. Функцию третьей фазы С осуществляет тяговый рельс. Мощность, отдаваемая главным понижающим трансформатором для питания этих потребителей, определяется, кВА: S ДПР =

Py . K c

,

(15)

cos ϕ

где Ру — установленная мощность, кВт; Кс — коэффициент спроса; cos ϕ — коэффициент мощности. 3.2.4 Полная расчетная мощность для выбора главных понижающих трансформаторов Для выбора главных понижающих трансформаторов необходимо определить полную мощность, отдаваемую всем потребителямmax(), S 35

составляющие которой приведены на соответствующих рисунках для разных типов подстанций. 3.2.4.1 Тяговые подстанции переменного тока На тяговых подстанциях переменного тока устанавливаются трехобмоточные главные понижающие трансформаторы, одна из вторичных обмоток которых запитывает шины 27,5 кВ (S ), а другая — 27,5 шины 10 или 35 кВ (Sп10 или Sп35). Наибольшая мощность на шинах 27,5 кВ, кВА: 27,5

= S (Sтяг + Sс.н + SДПР ) К р,

(16)

где Sтяг — мощность на тягу поездов; Sс.н — мощность собственных нужд ; SДПР — мощность для питания нетяговых потребителей по линиям ДПР;; ДПР Кр — коэффициент разновременности максимумов нагрузки, рК= 0,95 ÷ 0,98. Расчетная наибольшая мощность для выбора трехфазных трехобмоточных главных понижающих трансформаторов, кВА: max

=S(S27,5 + Snl0) К р,

(17)

где S27,5 — наибольшая мощность на шинах 27,5 кВ (2,20); Snl0 — мощность нетяговых потребителей 10 кВ (2,15); коэффициент,, учитывающий разновременность наступления Кр — коэффициент максимумов нагрузок тяговой обмотки 27,5 кВ и нетяговой нагрузки 10 кВ, Кр = 0,95 ÷ 0,98. 3.2.5 Выбор главных понижающих трансформаторов Число главных понижающих трансформаторов на подстанциях определяется категорией потребителей и, как правило, их устанавливается два (количество может быть задано) с учетом надежного электроснабжения при аварийном отключении одного из трансформаторов. В нормальном режиме в работе могут находиться один или два трансформатора в зависимости от величины нагрузки. При этом Правила устройств электроу электроустановок становок допу допускают скают аварийную перегрузку на 40 % во время максимума общей суточной нагрузки продолжительностью не более шести часов в сутки в течение не более пяти суток. 36

Как правило, на подстанциях оба трансформатора находятся в работе. Мощность их целесообразно принять такой, чтобы при отключении одного из них электроснабжение обеспечивалось оставшимся в работе трансформатором с учетом допу допустимой стимой перегрузки. Поэтому мощность главных понижающих трансформаторов рекомендуется коменду ется определять исходя из условий аварийного режима, кВА: S тр.рас =

Smax , К ав (nтр − 1)

(18)

где Smax — суммарная полная нагрузка первичной обмотки трансформатора; К ав — коэффициент допустимой аварийной перегрузки трансформатора по отношению к его номинальной мощности, Кав = 1,4; nтр — количество главных понижающих трансформаторов, принятое или заданное к установке на подстанции. По расчетной мощности выбирается тип главного понижающего трансформатора по уловиям: S н.тр ≥ S тр.расч для двухобмоточных

U 1н ≥ U 1раб U 2н ≥ U

для трехобмоточных.

2раб

U 3 н ≥ U 3раб 3.2.6 Полная мощность подстанции Полная мощность подстанции зависит от схемы внешнего электроснабжения, определяющей ее тип (опорная, транзитная, на отпайках, тупиковая, трансформаторная, получающая питание от шин другой подстанции), и от количества и мощности главных понижающих трансформаторов. Опорная подстанция 110(220) кВ, кВ: тп

=S(n тр · Sн.тр + ∑Sтранз) · К'р.

(19)

Промежуточная транзитная, кВА: тп

=S(n тр · Sн.тр + ∑Sтранз) · К'р.

(20)

37

Промежуточная на отпайках, кВА: тп

= nSтр · Sн.тр.

(21)

Тупиковая, кВА: тп

= nSтр · Sн.тр.

(22)

В выражениях (19)–(22) приняты следующие обозначения: Sн.тр — мощность главного понижающего трансформатора, кВА; nтр — число установленных на проектиру проектируемой емой подстанции главных понижающих трансформаторов; ∑Sтранз — сумма мощностей подстанций, питающихся через шины проектируемой проектиру емой подстанции. Количество таких подстанций следу следует ет определить по заданной схеме внешнего электроснабжения, а мощность их трансформаторов принимают равной мощности трансформаторов на проектиру проектируемой емой подстанции, кВА; К'р — коэффициент разновременности максимальных нагрузок проектируемой проектиру емой и соседних подстанций. Для тяговых подстанций при однопутных участках Кр' = 0,6 ÷ 0,7, при двухпутных Кр' = 0,7 ÷ 0,8. Для трансформаторных подстанций Кр '= 0,75. После расчета полной мощности подстанции начинается расчет токов всех присоединений подстанции. 3.3 Расчет токов короткого замыкания Знание тока КЗ необходимо для проверки электрических аппаратов и проводников на электродинамическую и термическую стойкость к действию токов КЗ. Расчетным видом КЗ при этом является трехфазное КЗ, за исключением стороны 25 кВ тягового трансформатора, где трехфазные КЗ исключены и поэтому расчетным является двухфазное КЗ. На первом этапе необходимо составить расчетную исходную электрическую схему схему,, отражающую расчетные условия для определяемых КЗ, то есть такие условия работы схемы, которые сформируют наибольшее значение тока КЗ. Это могут быть как рабочие, так и ремонтные или послеаварийные режимы. Например, если имеются параллельные линии или трансформаторы, то именно параллельная работа этих элементов создаст условия получения максимального тока КЗ. Если имеется максимальная и минимальная мощность КЗ на приемных шинах подстанции, то удаленную часть энергосистемы необходимо учесть через максимальную мощность КЗ. 38

После этого составляется расчетная схема замещения, в которой все элементы учитываются своими параметрами в соответствии с существующими методами. В Приложении 1 приведены схемы замещения и уравнения для основных элементов схем. При этом все электрические связи должны быть сохранены без изменения. Выбор метода расчета тока КЗ зависит от того, является КЗ близким по отношению к источникам или удаленным. Поскольку все тяговые подстанции рассматриваемой схемы электрически значительно удалены от ее источников, то КЗ на любой из подстанций можно считать удаленным по отношению к источникам. Поэтому расчет токов КЗ для тяговых подстанций обычно производится аналитическим методом. Рассмотрим правила составления схемы замещения и определения ее параметров. Расчетная схема имеет вид, представленный на рис. 3:

SК max

ВН К1

СН

Т2

Т1

К3

НН К2 Рис. 3. Расчетная электрическая схема

39

Составляем расчетную схему замещения (рис. 4). ЕС

ХС К1

ХТ1В

ХТ2В

ХТ2С

Х Т1С

К3

ХТ1Н

Х Т2Н

К2 Рис. 4. Расчетная схема замещения

Расчет можно производить как в именованных, так и в относительных единицах, с использованием действительных коэффициентов трансформации (то есть точным методом приведения параметров). В качестве метода приведения выбираем именованные единицы, поскольку при расчете через действительные коэффициенты это проще, чем расчет в относительных единицах. Выбираем основную (базисную) ступень, к которой будем приводить параметры всех элементов. Пу Пусть сть это будет ступень высшего напряжения (ВН). Напряжение этой ступени сверяем со шкалой средних номинальных напряжений (Приложение 2): Uб = 230 кВ, тогда: (3)

IК1 =

40

Ec 3 ⋅X c

=

Uc 3⋅Xc

=

230 3⋅28,9

= 4,6 кА ,

2

где X c =

Uб

=

SК max

230

2

1830

= 28,9 Ом. Ес

(3)

I К2 = I

(3) К2

=

Ес

,

(23)

3 ⋅Х К 2

,

где 3 ⋅ Х К 2 — эквивалентное сопротивление схемы относительно точки К 2. Х К 2= Х с +

ХТ 1В 2

+

Х Т 1Н

,

(24)

2

напряже-ХХ Х1НТ1 Н — сопротивления обмоток высшего и низшего напряже Т 1Т В 1В ,Х Т , , = = + + + + КХ2 К 2 Х Х с с ния тягового трансформатора. 22 22 2

Х Т 1В

2

12,5 230 U КВ U б ⋅ ⋅ = = = 165,3 ( Ом ), 100 SНТ 100 40

где UКВ — напряжение КЗ соответствующей обмотки, UКВ = 0,5 · (UКв-с + UКв-н – U Кс-н ) = 0,5 · (22 + 12,5 – 9,5) = 12,5 %. Аналогично определим: Х Т1 Н = где К

ВН

2 НН

27,5 2

9,5

U КН U 2 ⋅ ⋅ К ВН = ⋅ 100 SН 100 40 НН

⋅

230 27,5

2

= 125,6 ( Ом ),

— коэффициент трансформации тягового трансформатора,

НН

необходимый для пересчета сопротивления обмотки НН к базисной стороне; UКН = 0,5 · (UКв-н + U Кс-н – U Кв-с ) = 0,5 · (22 + 9,5 – 12,5) = 9,5 %; Х К 2 = 28,9+

I

(3) К2

=

165,3 2

+

125,6

230 3⋅174,3

2

= 174,3 ( Ом);

= 0,76 ( кА ).

41

Полученный ток приведен к стороне ВН. Необходимо пересчитать его в фактический: I

(3) К 2

(3) К 2 ВН

= I

⋅К

ВН

= 0,76⋅

НН

230 27,5

= 6,4 ( кА ).

На стороне тяговой обмотки в качестве межфазного КЗ может возникнуть лишь двухфазное КЗ, поэтому необходим его расчет: I

(2) К 2

=

3

⋅I

2

(3 ) К2

=

3 2

⋅ 6,4 = 5,55 ( кА ).

Аналогичным образом определим ток на стороне обмотки, питающей районных потребителей, с учетом раздельной работы секций РУ СН: (3)

I К3 =

Ес 3 ⋅Х К 3

;

(25)

Х К 3= ХС +ХТВ +ХТС ;

(26)

2

ХТ С

U КС U СН ⋅ ⋅К = 100 SН

2 ВН

= 0;

СН

UКс = 0,5 · (UКв-с + UКс-н – U Кв-н ) = 0,5 · (9,5 + 12,5 – 22) = 0; ХК з = I

I

(3 ) К 3

(3 ) К 3 ВН

≡I К

3ВН

28,9+ 165,3 = 194,2 ( Ом); =

⋅К

230 3 ⋅194,2

ВН СН

= 0,68( кА );

= 0,68 ⋅

230 38,5

= 4,1( кА ).

Результаты расчетов представим соответствующей схемой замеРезультаты щения (рис. 5) и табл. 3.

42

Е1

1 4600 4002

28,9 К1

2

3

5

165,3

165,3

0

680(4100) 588(3560) К3

4 6

0

7

125,6

125,6 К2 760(6400) 661(5568) Рис. 5. Резуль Результаты таты расчета

Здесь Е1 = Uб = 230 кВ. Дробь возле каждого сопротивления означает: числитель — порядковый номер сопротивления, знаменатель — численное значение: Х1 = ХС = 28,9 Ом; Х2 = Х3 = ХТ1В = ХТ2В = 165,3 Ом; Х4 = Х5 = ХТ1С = ХТ2С = 0 Ом; Х6 = Х7 = ХТ1Н = ХТ2Н = 125,6 Ом. Возле точек КЗ приведены их значения в соответствии со следующим правилом: в числителе — максимальное значение тока КЗ (в скобках приведенное к стороне, где находится точка КЗ); в знаменателе — минимальное значение трехфазного и ниже двухфазного КЗ. Поскольку токи КЗ определяются для проверки оборудования, минимальные значения не рассчитывались. Приведенные на рис. 5 значения являются периодической составляющей тока КЗ. Для проверки электрических аппаратов и токоведу43

щих частей необходимо знание ударного тока КЗ, то есть максимального амплитудного значения полного тока: i уi = К у ⋅

2 ⋅ I К( 3i ),

(28)

(3)

где I Кi — периодическая составляющая тока КЗ в данной точке; Ку — ударный коэффициент коэффициент,, показывающий скорость затухания апериодической составляющей. −

0,01

Та , К у= 1 + е где Та — электромагнитная постоянная времени для данной точки, зависящая от соотношения эквивалентных активных и индуктивных сопротивлений относительно данной точки:

Та =

xΣ , ω ⋅rΣ

(30)

где ω — синхронная угловая частота сети. Расчет ударного тока может производиться и экспертно, исходя из расположения точки КЗ. Например, для шин РУ ВН тягового трансформатора можно принять Ку = 1,8, а для шин РУ СН и НН — Ку = 1,9 ÷ 1,92. Рассчитанные значения ударного тока сводим в табл. 3. Таблица 3 Ударный ток КЗ Точка КЗ

Максимальный ток межфазного КЗ, кА

К1

4,6

11,84

К2

5,57

15,1

К3

4,1

10,8

Ударный ток, кА

3.4 Расчет токов нормального режима Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей должен производиться по условиям длительного режима. Уравнения для определения максимальных рабочих токов присоединений тяговой подстанции приведены в табл. 4. 44

(29)

45

Вводы отпаечной или тупиковой подстанции I рабmax =

I рабmax =

3 ⋅U Н

К пер ⋅ ∑ S ТП

3 ⋅Uн

′ К пр ⋅ ( ∑ S ТП + ∑ S транз ) ⋅К р

2

1 Вводы опорных и транзитных ТП, перемычка между вводами

Расчетная формула

Наименования присоединения 3

Обозначения

допустимой стимой перегрузКпер — коэффициент допу ки принимается равным 1,4.

К пр — коэффициент перспективы, принимается 1,3; ∑ SТП — суммарная мощность трансформаторов подстанции; ∑ Sтранз — суммарная мощность транзита через подстанцию. По схеме внешнего электроснабжения определяется число питаемых подстанций через данную, а мощность каждой из них принимается равной проектиру проектируемой. емой. К′ р — коэффициент разновременности нагрузок проектиру проектируемой емой и соседних подстанций для однопутных участков Кр′ = 0,6 ÷ 0,7, для двухпутных — Кр ′= 0,7 ÷ 0,8; Uн — номинальное напряжение на вводе подстанции.

Уравнения расчета рабочих токов

Таблица 4

46 Сборные шины РУ районной нагрузки тягового трансформатора

Сборные шины тяговой стороны

Вторичная обмотка СН и НН тягового трансформатора

Первичная обмотка тягового

I рабmax =

3 ⋅U Н

∑ S ТП ⋅ К рн 2

3 ⋅U Н

S max

3 ⋅U ВН

′ р

⋅ К рн1

3 ⋅U Н

К пр ⋅∑ S ФРН ⋅ К рн 2

I рабmax =

I рабmax =

I рабmax =

Кпер ⋅ SНТ

3 ⋅U Н

К пр ( ∑ S ТП + ∑ Sтранз ) К

Сборные шины опорной подстанции I рабmax =

2

1

SФРН — максимальная мощность районной нагрузки.

К рн рн2 2 — коэффициент распределения нагрузки по шинам равен 0,5 ÷ 0,7 (0,5 — при числе присоединений 5 и более, при меньшем — 0,7).

Smax — максимальная мощность на шинах подстанции, для тяговой стороны S max = К пер · SНТ ; для районной стороныSmax = К пр ⋅ ∑ SФРН , где Sпер — мощность фидера районной нагрузки; UН — номинальное напряжение рассматриваемой обмотки.

SНТ — номинальная мощность трансформатора.

К рн рн1 1 — коэффициент распределения нагрузки по шинам подстанции, принимается равным 0,6–0,8.

3

Продолжение табл. 4

47

I раб max = 500 ÷ 1000

Фидер контактной сети

3 ⋅U Н

I рабmax =

S max ⋅ К пр

2

Линия районного (нетягового потребителя)

1

Принимается в данном проекте.

Smax — максимальная мощность нагрузки, подключенной к данной линии.

3

Окончание табл. 4

3.5 Выбор токоведущих частей и электрического оборудования подстанции 3.5.1 Выбор и проверка гибких шин К токоведущим частям подстанции относятся сборные шины распределительных устройств, присоединения к ним, ошиновка, соединяющая аппараты друг с другом согласно однолинейной схемы, а также вводы и питающие линии. Сборные шины распределительных устройств и все присоединения к ним напряжением 27,5 кВ и выше выполняются сталеалюминиевыми (реже алюминиевыми) многопроволочными проводами. Медные многопроволочные провода допускается пу скается применять в открытых распределительных устройствах (ОРУ) в районах с агрессивной средой. Сборные шины РУРУ-27,5 27,5 и РУ35 кВ допускается выполнять жесткими шинами трубчатого сечения. В закрытых распределительных устройствах (ЗРУ) напряжением до 10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами прямоугольного сечения (чаще всего плоскими). Сечение сборных шин и ответвлений от них, выполненных из гибких проводов, выбирают из условия: доп

≥ II раб max,

(31)

где Iраб max — максимальный рабочий ток цепи, для которой производится выбор токоведущей части, А; Iдоп — длительно допу допустимый стимый ток выбранного сечения, А. Значение Iдоп для гибких проводов и жестких шин различных сечений и марок приводятся в справочной литературе, для определенной нормированной температуры окружающей среды. Для электрических аппаратов нормированная температура окружающей среды υокр.ном = 35 °С; для проводников, проложенных на воздухе — υокр.ном = 25 °С; для проводников, проложенных в земле или воде — υокр.ном = 15 °С. Если температура окружающей среды значимо отличается от нормированной, то длительно допу допустимые стимые токи должны быть пересчитаны по соответствующим уравнениям. Выбранные гибкие токоведущие части должны быть проверены на термическую стойкость и по условию коронирования (для напряжения 35 кВ и выше). Проверка проводников на термическую стойкость при КЗ заключается в определении их температуры нагрева к моменту отключения 48

КЗ и сравнении этой температуры с предельно допу допустимой стимой температурой нагрева при КЗ. Проводник удовлетворяет условию термической стойкости, если температура нагрева проводника к моменту отключения КЗ υ к не превышает предельно допу допустимую стимую температуру нагрева соответствующего проводника при КЗ к.доп υ , то есть если выполняется условие: к

≤υυк.доп.

(32)

Определение температуры нагрева проводников к моменту отключения КЗ следу следует ет производить с использованием кривых зависимости температуры нагрева проводников υ от величиныυ,Аявляющейся функцией удельной теплоемкости материала проводника, его удельного сопротивления и температуры нагрева. Расчет целесообразно вести в следующей последовательности: – выбирается справочная кривая, соответствующая материалу проверяемого проводника и по ней находится значение , соотАυ ветствующее начальной температуре проводника. В качестве этой температуры использу используется ется значение продолжительно допу допустимой стимой температуры нагрева данного проводника. Например, для проводов и окрашенных шин неизолированных такая температура составляет 70 °С; – определяется значение интеграла Джоуля при расчетных условиях КЗ. Рассматривается неравенство: H

откл

≥ t3 · Таэ,

(33)

где tоткл — расчетная продолжительность КЗ, определяется: откл

= t tрз + t в,

(34)

где tрз — время работы релейной защиты в данной части схемы; t — полное время отключения выключателя, принимается по пасв портным данным выбранного типа выключателя; Таэ — электромагнитная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, связанная с ударным коэффициен коэффициен-том соотношением: −

К у= 1 + е

0,01 Та

,

соответственно, для Ку = 1,8; Таэ = 0,05. 49

В случае выполнения соотношения интеграл Джоуля определяется по упрощенному уравнению: B Ki = I

2 Ki

⋅ ( t откл + Таэ),

(36)

где IKi — периодическая составляющая тока КЗ в рассматриваемой точке схемы; в противном случае: 2 − t откл 2 B Ki = I Ki ⋅ t откл + Таэ ⋅ 1 − е

Т аэ

,

(37)

– находится значение величиныА υк , соответствующее конечной температуре нагрева проводника: ВК , 2 S где S — площадь поперечного сечения проводника, выбранная по рабочему току току,, а для сталеалюминиевых проводов — площадь поперечного сечения алюминиевой части провода; – по найденному значению Аυк с помощью выбранной кривой определяется кυ и сравнивается с предельно допустимойк.доп υ . Например, для алюминиевой части сталеалюминиевых проводов эта величина составляет к.доп υ = 200 °С. Если проверка дала отрицательный резуль результат тат,, то есть выбранное по нормальным условиям работы сечение проводника не проходит по условию термической стойкости к токам КЗ, то необходимо рассчитать минимально возможное сечение, удовлетворяющее этому условию: Aυ к = Аυ н +

ВК , ВК Аυ доп − А υ н , = где Аυ доп − — по значению предельно допу допустимой стимой темпеА υ определяется н ратуры при КЗ с помощью соответствующей кривой либо по условию: ВК , Sтер. мин = СТ где СТ = Аυ доп − Аυ н — может быть принято по сп справочной равочной литер литераатуре. Sтер. мин =

Sтер. мин

50

(38)

(39)

(40)

Далее, используя шкалу стандартных сечений шин или проводов, выбирается ближайшее большее сечение: S ≥ .S

(41)

тер.мин

В случае, если проверка проводника на термическую стойкость оказалась положительной, выбранное по нормальным условиям работы сечение принимается к установке. В случаях, когда нагрузка проводника до КЗ близка к продолжительно допу допустимой, стимой, минимальное сечение проводника, отвечающее условию термической стойкости, сразу можно определять по уравнению: Sтер.мин =

ВК

.

(42)

СТ

Следует учесть, что исходя из условия удобства монтажа, сечение Следует 2 гибкой ошиновки ОРУ не должно быть меньше 70 мм , даже если по расчетам оно получается меньшим. Провода сечением АСС-70 70 и выше при НU= 110 кВ и АСС-240 240 и выше при UН = 220 кВ по условию коронирования могут не проверяться. Сечения проводов 110, 220 кВ, выбранные по экономической плотности тока и потере напряжения, также могут не проверятся по условию коронирования. Условие отсутствия коронирования: 0

≥ 1,07 0,9 Е Е,

(43)

где Е0 — максимальное значение начальной критической напряженности электрического поля, при котором возникает разряд в виде короны, кВ/см. E0 = 30,3 ⋅m

1+ 0,299 , r пр

(44)

где mn — коэффициент коэффициент,, учитывающий состояние поверхности провода; для многопроволочных проводов nm= 0,83 – 0,87; — радиу радиус с провода, см, определяется по принятому сечению или rпр пр из справочных таблиц; Е — напряженность электрического поля около поверхности провода, кВ/см; 51

Е=

0,354 ⋅ UН rпр ⋅ lq

,

(45)

Д ср

r пр Дср — среднегеометрическое расстояние между осями проводов, см, находится через расстояние Д между осями проводов, принимаемое по справочнику: Дср = 1,26 Д. При невыполнении условия необходимо увеличить сечение провода. На электродинамическое действие токов КЗ гибкие проводники не проверяются. 3.5.2 Выбор и проверка изоляторов Для крепления и изоляции гибких шин ОРУ используют подвесные изоляторы, которые собирают в подвесные или натяжные гирлянды. Количество подвесных изоляторов в гирлянде, в зависимости от класса напряжения, выбираются по справочным данным. Для натяжных гирлянд количество изоляторов увеличивается на один. Подвесные изоляторы на термическую и электродинамическую стойкость по режиму КЗ и по разрушающей нагрузке не проверяются. Выбор жестких шин ЗРУЗРУ-10 10 кВ и проверка их на термическое действие токов КЗ производится по методике, изложенной ранее для гибких шин. Кроме этого, шинные конструкции 10 кВ должны быть проверены на электродинамическое действие токов КЗ. В конструкциях ЗРУЗРУ-10 10 кВ используются опорные и проходные изоляторы. Опорные изоляторы служат для крепления и изоляции жестких шин ЗРУ ЗРУ.. Выбираются эти изоляторы по номинальному напряжению электроу электроустановки: становки: Н

≥ UUЭУ,

(46)

где UН — номинальное напряжение изолятора, кВ; UЭУ — напряжение электроустановки в месте установки изолятора, кВ. Проверка изолятора выполняется по условию (при расположении шин в одной плоскости с высокой жесткостью изолятора): (3)

(3)

F факт ≥ F доп , 52

(47)

(3)

(3)

где Fфакт , Fдоп , соответственно, фактическая и допу допустимая стимая нагрузка на изолятор, изо лятор, Н. Величина допу допустимой стимой нагрузки определяется с коэффициентом запаса 60 % от разрушающей нагрузки разр F на изгиб изолятора, Н, принимаемой по справочной литературе в зависимости от выбранного изолятора: доп

=F0,6 · Fразр.

(48)

Максимальная фактическая нагрузка на изолятор определяется: (3 )

F факт =

3 ⋅10

−7 2 ⋅ i⋅ у ⋅К 1

расп

⋅К

ф

⋅β ⋅η,

(49)

а где iу — величина ударного тока КЗ, А; Красп — коэффициент коэффициент,, зависящий от взаимного расположения проводников, принимается равным 1; β — коэффициент коэффициент,, зависящий от расчетной схемы, для защемленной шины на жестких опорах равен 1; а — расстояние между осями проводников, м, должно превышать допустимое допу стимое изоляционное расстояние для данного рабочего напря= 10,5 кВ можно принять а ≥ 0,25 ); жения по условиям пробоя (для U Н 1 — длина пролета между изоляторами, для РУРУ-10 10 кВ можно принять 1 ÷ 1,25 м; Кф — коэффициент формы, определяемый для шин прямоугольного сечения в зависимости от их размеров и величины; η — динамический коэффициент коэффициент,, определяемый в зависимости от частоты собственных колебаний шины 1,f Гц по Приложению 3 настоящей работы. Величина η определяется в зависимости от отношения: f1

,

(50)

fc где fc — собственная частота сети, 50 Гц; f1 — основная гармоника колебаний шин, определяемая: 2

⋅ r1 ⋅ E ζ, f1 = 2 2⋅ π⋅1 m

(51)

53

где r1 — коэффициент коэффициент,, определяемый по справочной литературе в зависимости от взаимного расположения шин, для защемленной шины на жестких опорах r1 = 4,73; E — модуль упругости, для шин из алюминия и его сплавов E = 7 · 1010 Па; ζ — момент инерции, зависящий от формы и расположения шин, 3 b⋅ h , 4, где для горизонтальных шин прямоугольного сеченияζ = м 12 b и h соответственно, короткая и длинная сторона сечения шины, м; кг m — масса одного погонного метра шины, , принимаемая по спрам вочной литературе или Приложению 6 настоящей работы. В случае, если проверка не выполняется, необходимо либо увеличить а, либо уменьшить 1. Проходные изоляторы применяются на подстанциях для соединения частей электроустановки внутри и снаружи ячеек РУ РУ,, для соединения наружных и внутренних частей электрических аппаратов. Выбор и проверка проходных изоляторов производится по условиям: – по номинальному напряжению: ≥ UUЭУ,

(52)

≥ I раб.max I ,

(53)

≤F 0,6 ·Fразр.

(54)

Н

– по номинальному току: Н

– по допу допустимой стимой нагрузке: факт

Поскольку проходные изоляторы воспринимают лишь половину усилия, приходящегося на длину пролета, то для них: 3

⋅10− 10 ⋅1 i⋅ 2у ⋅К

⋅ ⋅ β⋅ η . расп К ф 2 ⋅а Кроме этого, проходные изоляторы необходимо проверять на термическое действие токов КЗ, определив наименьшее возможное се2 чение токоведущего стержня, мм : F факт =

S ≥ Smin = 54

ВК С

.

(55)

(56)

Наиболее распространенные марки проходных и опорных изоляторов приведены в Приложении 4. 3.5.3 Выбор и проверка электрических аппаратов Выбор электрических аппаратов производится по условиям нормального режима: ≥UUЭУ,

(52)

≥I I раб.max,

(53)

ном

ном

где Uном, I ном — номинальные паспортные параметры выбираемого аппарата; UЭУ, I раб.max — номинальное напряжение электроу электроустановки становки и максимальный рабочий ток в месте установки аппарата. После выбора производится проверка электрических аппаратов на термическую и электродинамическую стойкость к токам КЗ. Расчетным видом КЗ при этом является: – в электроу электроустановках становках 110 кВ и выше — трехфазное или однофазное КЗ (где ток КЗ больше); – в электроу электроустановках становках 10 и 35 кВ — трехфазное КЗ; – в электроу электроустановках становках 27,5 кВ — двухфазное КЗ. Расчетная продолжительность КЗ при проверке проводников и электрических аппаратов на термическую стойкость следует определять сложением времени действия основной релейной защиты, в зону действия которой входят проверяемые проводники и аппараты, и полного времени отключения ближайшего к месту КЗ выключателя. При проверке кабелей на невозгораемость — сложением времени действия резервной релейной защиты и полного времени отключения соответствующего выключателя. При наличии устройства АПВ необходимо учитывать суммарное термическое действие тока КЗ. 3.5.3.1 Выбор и проверка разъединителей Разъединитель — это контактный коммутационный аппарат используемый пользу емый в электроу электроустановках становках выше 1000 В, основное назначение которого — создание видимого разрыва и изолирование части электроустановки, троу становки, отдельного аппарата от смежных частей, находящихся под напряжением, для безопасного ремонта. Поскольку контактная система разъединителя не имеет дугогасительного устройства, с его по55

мощью нельзя отключать ток нагрузки, а тем более КЗ. Однако для упрощения схем электроу электроустановок становок допу допускается скается использовать разъединители для производства следующих операций: – отключения и включения нейтралей трансформаторов и заземляющих дугогасящих реакторов при отсутствии в сети замыкания на землю; – отключения и включения зарядного тока шин и оборудования всех напряжений (кроме батарей конденсаторов); – отключения и включения нагрузочного тока до 15 А трехполюсными разъединителями наружной установки при напряжении 10 кВ и ниже; – разъединителем разрешается также производить операции, если он надежно шунтирован низкоомной параллельной цепью (шиносоединительным или обходным выключателем); – разъединителем разрешается отключать и включать незначительный намагничивающий ток силовых трансформаторов и зарядный ток воздушных и кабельных линий. Выбор разъединителей производится по приведенным выше условиям нормального режима, виду установки (наружной — для ОРУ ОРУ,, внутренней — для ЗРУ) и климатическому исполнению. При этом необходимо соблюдать правило, согласно которому производится выбор аппарата из стандартного ряда выпу выпускаемых скаемых промышленностью с ближайшим большим номинальным током по отношению к полученному рабочему расчетному для этого места подстанции. В структуре условных обозначений разъединителей наружной установки основных серий принято обозначать: Р — разъединитель; Л — линейный; Н — наружной установки; Д — двухколонковый; Г — горизонтального типа; З — с заземляющими ножами; 1, 2 — количество заземлителей; 35, 110, 230 — номинальное напряжение, кВ; Б — усиленное исполнение изоляции (для разъединителей с фарфоровой изоляцией); II, IV — степень загрязненности атмосферы (для разъединителей с полимерной изоляцией); 200, 400, 630, 1000 — номинальный ток, А; Н — повышенной надежности; УХЛ — климатическое исполнение; 1 — категория размещения (наружное). Например, РДЗН 1-35-10001-35-1000-УХЛ УХЛ 1. При выборе разъединителей наружной установки следует учесть происходящую в настоящее время замену разъединителей серии РДЗ на новую серию РГ РГ,, имеющую повышенную электрическую прочность 56

или серии РГН с нормальным уровнем изоляции. Паспортные данные современных разъединителей приведены в Приложении (табл. 4). Линейные разъединители должны, как правило, иметь 2 заземляющих ножа, шинный может быть и с 1, и с 2 ножами, в зависимости от того, откуда может быть подано высокое напряжение. Проверка выбранных разъединителей проводится: – по электродинамической стойкости: iпр.с ≥ iу; – по термической стойкости: IТ2 ⋅ tT ≥ ВК , где iпр.с — амплитудное значение предельного сквозного тока согласно паспорту паспорту,, кА; I Т — ток термической стойкости по паспорту паспорту,, кА; tT — длительность протекания тока термической стойкости по паспорту,, с. порту Выбор и проверку разъединителей рекоменду рекомендуется ется выполнить в виде таблицы следующей формы: Таблица 5 Резуль Резу льтаты таты выбора разъединителей Место Тип Условия выбора Условия проверки установки разъеди2 UН i ПР С I ⋅ tT I разъедини- нителя Н T , кВ ,А , кА теля iу Uраб I раб.max ВК кА 2 · с Ввод в РУРУ-10 10 кВ

РКВ 10/400 УХЛ 2

,

10

400

51

20 ⋅ 3 = 1200

10

178

12

64

2

Разъединители должны быть выбраны для каждого места их установки согласно принципиальной электрической схеме (вводы всех классов напряжений подстанции, перемычки, шины, ТСН, фидер контактной сети, фидер ДПР ДПР,, трансформатор напряжения). Если для одного присоединения выбрано 2 разъединителя (линейный и шинный), это должно быть отражено в таблице. 3.5.3.2 Выбор и проверка высоковольтных выключателей Назначением высоковоль высоковольтных тных выключателей является отключение и включение электрической цепи во всех режимах: нормальном, аварийном, ремонтном, резервном, под напряжением. 57

Выбор включателей производится по тем же условиям, что и разъединителей: номинальному напряжению и максимальному рабочему току в месте установки, роду установки. В одном распреду распредустройстве стройстве следует следу ет устанавливать однотипные выключатели из числа перспективных (вакуумные и элегазовые), что значительно упрощает их эксплуатацию и обслуживание. В общем случае выбор и проверка высоковоль высоковольтных тных выключателей производится более чем по десятку параметров. Однако, учитывая, что заводами-изготовителями гарантиру гарантируется ется определенная зависимость параметров друг от друга, допу допускается скается производить проверку лишь по важнейшим из них: – на электродинамическую стойкость к действию токов КЗ: 1) по предельному периодическому току КЗ: пр.с

≥ IIК ,

(59)

где Iпр.с — эффективное значение периодической составляющей предельного сквозного тока КЗ по каталогу каталогу,, кА: IК — ток трехфазного (для РУРУ-27,5 27,5 кВ двухфазного) КЗ, рассчитанный ранее, кА; 2) по ударному току КЗ: пр.с

≥ iiу,

(60)

где iпр.с — амплитудное значение предельного сквозного тока КЗ по каталогу,, кА; каталогу – на термическую стойкость: I T2 ⋅ tT ≥ В К ,

(61)

где IT — предельный ток термической стойкости по каталогу каталогу,, кА; каталогу,, с; tT — время протекания тока термической стойкости по каталогу 2 ВК — тепловой импульс тока КЗ, рассчитанный ранее, кА· с; – по отключающей способности: 1) по номинальному периодическому току отключения: I ≥ IК,

ном.откл

(62)

где Iном.откл — номинальный ток отключения выключателя по каталогу,, кА; гу 58

2) по полному току отключения: 2⋅ I

ном .откл

( 1+ βном ) ≥ ( 2 ⋅ I К + i a τ) ,

(63)

где βном — номинальное относительное значение апериодической составляющей в отключаемом токе КЗ, определяемое по справочной кривой (Приложение 4) на момент размыкания контактов выключателя τ, с: τ рз = min t + t соб,

(64)

где tрз min — минимальное время действия основной защиты, принимается равным 0,01 с; t — собственное время отключения выбранного выключателя по соб каталогу,, с; каталогу i τ — апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения a контактов выключателя, с: −

ia τ =

2 ⋅IК ⋅ e

τ Tаэ

(65)

,

где Таэ — электромагнитная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ для рассматриваемого РУ подстанции. Если величина τ превышает 0,1 с, то апериодическая составляющая тока КЗ успевает затухнуть и проверка по полному току отключения примет вид: 2 ⋅ I ном .откл ≥

2⋅ I К .

(66)

Паспортные данные наиболее распространенных типов высоковольтных воль тных выключателей приведены в [2, 3, 6, 8]. Результаты Резуль таты выбора и проверки выключателей всех присоеди присоеди-нений целесообразно свести в таблицу таблицу.. В столбцах против каждого выключателя пишется дробь, в числителе которой проставляются номинальные параметры выключателя, а в знаменателе — расчетные параметры рабочего или аварийного режима. При этом таблица должна завершать проектные расчеты для всех выключателей, а не заменять их. Предварительно, до рассмотрения всех условий выбора и проверки выключателей, необходимо для каждого РУ выбрать три разных ти59

па выключателя. Провести их сравнительный анализ по наиболее важным характеристикам (срок службы, климатическое исполнение, число циклов ВО, межремонтные интервалы и т.д.), оформленный таблично. И дальнейшую проверку проводить только в отношении аргументировано выбранного исполнения выключателя. При этом можно считать, что все остальные присоединения данного РУ оснащены подобным типом выключателя. 3.5.3.3 Выбор и проверка измерительных трансформаторов Контрольно-измерительные приборы устанавливаются для контроля за изменением электрических параметров в схеме подстанции и расчетов за электроэнергию, потребляемую и отпускаемую подстанцией. На тяговой подстанции преду предусмотрен смотрен следующий объем измерений: – измерение тока (амперметром) на вводах силовых трансформаторов со стороны всех ступеней напряжения, на всех питающих и отходящих линиях, фидерах контактной сети, ДПР ДПР,, отсасывающей линии; – измерение напряжения на всех шинах РУ РУ;; – измерение энергии счетчиками ЕвроАльфа на вводах подстанции, а также отходящих фидерах. Требования к измерительным приборам на тяговых подстанциях: 1. Средства измерения электрических величин должны удовлетворять следующим основным требованиям: – класс точности измерительных приборов — не более 2,5; – класс точности шунтов, добавочных резисторов — не более 0,5; – пределы измерений приборов следует выбирать с учетом возможных наибольших длительных отклонений измеряемых величин от номинальных значений; – класс точности измерительных трансформаторов при классе прибора 1,0 – не более 0,5. При классе прибора 1,5 – 0,5 (допускается 1,0). При классе прибора 2,5–1,0 (допу допускается скается 3,0); 2. Устанавливать измерительные приборы необходимо, как правило, на щитах, откуда осуществляется управление оборудованием. 3. Допу Допускаемые скаемые классы точности расчетных счетчиков активной энергии: – на трансформаторах мощностью 63 МВА и выше — 0,5; – на трансформаторах мощностью 10–40 МВА — 1,0; – на прочих объектах учета — 2,0. 60

Класс точности счетчиков реактивной энергии может быть выбран на одну ступень ниже соответствующего класса точности счетчиков активной энергии. Класс точности трансформаторов тока и напряжения для присоединения расчетных счетчиков электроэнергии должен быть не более 0,5. Допу Допускается скается использовать трансформаторы напряжения класса точности 1,0 для включения счетчиков класса точности 2,0.

РУ – 220 кВ

PI PI PI

РУ – 10 кВ V

А

ФРН PI

А

А

А

V

А

V

А

PI

А

PI

А

А

V

А

А

А

Wh

Wh

РУ – 27,5 кВ V А

А PI

PI

ДПР1 ДПР 1

ТСН СН1 1

А А

А

А

А

А

PI

PI

PI

PI

PI

V А

PI

PI

ДПР2 ДПР 2

ТСН СН2 2

ФКС V

V

Рис. 6. Схема измерений токов, напряжений и активной энергии

61

4. Каждый установленный расчетный счетчик должен иметь пломбы на винтах, крепящих кожух счетчика с клеймом государственной поверки, а на зажимной крышке — пломбы энергоснабжающей организации. На вновь устанавливаемых трехфазных счетчиках должны быть пломбы государственной поверки с давностью не более 11-го го года, а на однофазных счетчиках — с давностью не более 22-хх лет лет.. 5. В каждой ячейке управления присоединением должны быть предусмотрены преду смотрены зажимы и контрольные точки для подключения приборов диагностики оборудования в объеме, оговариваемом в задании на проектирование. Схема измерений токов, напряжений и активной энергии амперметрами, воль вольтметрами, тметрами, счетчиками активной энергии представлена на рис. 6. 3.5.3.3.1 Выбор измерительных трансформаторов напряжения Выбор измерительных трансформаторов напряжения производится по конструкции и схеме соединения обмоток, по классу точности, номинальному напряжению, а также по нагрузке вторичной цепи, ВА [8]; согласно условию: 2ном

≥SS2,

(67)

где S2ном — номинальная мощность трансформаторов напряжения в выбранном классе мощности, ВА; S2 — мощность, потребляемая всеми приборами и реле, присоединенными к вторичной обмотке трансформаторов напряжения, ВА. При соединении двух однофазных трансформаторов в неполный (открытый) треугольник S2ном = 2 · S2ном, а трех — в трехфазную звезду S2ном = 3 · S2ном, где S2ном — номинальная мощность одного однофазного трансформатора: S2 расч =

2

2

( ∑ Pприб ) + ( ∑ Qприб ) ,

где ΣPприб — сумма активных мощностей приборов и реле, Вт; ΣQприб — сумма реактивных мощностей приборов и реле, ВАр. Нагрузки трансформаторов приведены в табл. 6.

62

(68)

Таблица 6 Нагрузки трансформатора РУ

Прибор

Тип Ти п

Число катушек напряжения в приборе, шт.

Число приборов, шт шт..

Потребление мощности одной катушки, ВА

Суммарная потребляемая мощность, ВА

ОРУ-220 ОРУ-220 кВ

Счетчик

EA05 EA 05 RAL-B-3 RAL-B-3

1,0

2,0

4,0

8,0

Вольтметр

Э-545 Э545

1,0

1,0

2,0

2,0

Ваттметр

Д-305 Д305

2,0

2,0

2,0

4,0

ОРУ-220 ОРУ-220 кВ

Реле напряжения

РН-54 РН54

1,0

3,0

1,0

Итого:

3,0

17,0

3.5.3.3.2 Выбор измерительных трансформаторов тока Трансформаторы тока в первичных схемах устанавливаются непосредственно на оборудовании или сборных шинах распределительных устройств в зависимости от назначения. Выполнение вторичных цепей и способы подачи вторичного тока на измерительный прибор, релейную защиту защиту,, автоматику автоматику,, измерительный преобразователь зависят от конкретных условий и определяются особенностями той или иной схемы и решаемой задачи. Однако существу существует ет ряд общих положений, которые необходимо учитывать при выполнении вторичных цепей трансформаторов тока: 1. Одну точку вторичной обмотки необходимо заземлять в соответствии с требованиями охраны труда. 2. Должна обеспечиваться возможность включения во вторичные цепи контрольно-измерительного прибора без разрыва цепи. Измерительные трансформаторы тока предназначены для подключения измерительных приборов (амперметров), токовых цепей счетчиков активной и реактивной энергии и устройств релейной защиты. Рекоменду Рекомендуется ется совместное подключение счетчиков, измерительных приборов и релейной защиты, если трансформатор не выхо63

дит из класса точности 0,5. Расчетная схема для проверки трансформаторов тока по классу точности приведена на рис. 7. РI Q

РА "0,5"

ТА КА1а КА 1а

КА2а КА 2а

КА1с КА 1с

КА2с КА 2с

"Р"

К потребителю Рис. 7. Расчетная схема для проверки трансформатора тока по классу точности

Выбор измерительных трансформаторов тока производится по конструктивному выполнению (опорные или проходные, внутренней или наружной установки), по номинальному напряжению и току согласно условиям. Выбранные аппараты проверяются по току КЗ согласно условиям, а также по нагрузке вторичных цепей, Ом. Анализ производится по следующим условиям: – по номинальному напряжению: ном

≥UUр,

(68)

– по номинальному току: первичный: ≥ II 1н,

(69)

≥ 5А, I

(70)

расч

– вторичный: 2н

– по электродинамической стойкости: 64

2 ⋅ i дин ≥ i у,

(71)

– по термической стойкости: I Т2 ⋅ tТ ≥ В К ,

(72)

– по классу точности, – по климатическому исполнению. Также по нагрузке вторичных цепей, Ом, согласно условию (73): 2ном

≥Z Z2расч,

(73)

где Z2ном — номинальная допу допустимая стимая нагрузка проверяемой обмотки трансформатора тока в выбранном классе точности по каталогу каталогу,, Ом; прове-Z2расч — вторичная расчетная нагрузка, присоединенная к прове ряемой обмотке трансформатора тока, Ом. Сопротивление Z2расч определяется по формуле (74): Z= Zприб + Zпров + Zконт,

2расч

(74)

где Zприб — сопротивление приборов, подключенных ко вторичной обмотке, Ом; Zконт — сопротивление переходных контактов, принимаемое 0,05 Ом при двух-трех приборах и 0,1 Ом при большем числе приборов; Zпров — сопротивление соединительных проводов между трансформатором тока и приборами, Ом. Сопротивление соединительных проводовпров Z , Ом, можно определить по формуле (75): Z пров= R пров =

l

расч

(75)

,

γ ⋅qпров

где lрасч — расчетная длина соединительных проводов, зависящая от схемы соединения трансформатора с приборами, м; γ — удельная проводимость материала соединительных проводов (для медных проводовмγ= 53 М·см/м, для алюминиевых γм = 32 М·см/м); 2 (для алюминиевых qпров — сечение соединительных проводов, м -6 2 -6 2 жил qпров = 4 · 10 м , для медных qпров = 2,5 · 10 м ). 65

Выбранные трансформаторы тока проверяются по току КЗ на динамическую и термическую стойкость по условиям (76) и (77): i

дин

=

2 ⋅ I 1 ном⋅ К дин≥ i у ,

(76)

где I1ном — первичный номинальный ток выбранного трансформатора тока, кА; К дин — коэффициент динамической стойкости по паспорту трансформатора. i

дин

=

2 ⋅ I 1 ном⋅ К дин≥ i у ,

(77)

где Ктер — коэффициент термической стойкости по паспорту трансформатора тока; tТ — время термической стойкости по паспорту; I T = I 1ном · Ктер — ток термической стойкости. Встроенные трансформаторы тока на электродинамическую и термическую устойчивость не проверяются, поскольку они согласовываются заводом с соответствующими параметрами. Класс точности трансформаторов тока должен соответствовать его назначению: при питании приборов расчетного учета энергии класс точности не должен быть ниже 0,5; для питания приборов технического учета и релейной защиты применяются трансформаторы тока класса точности 1 и ниже. 3.5.3.4 Выбор ограничителей перенапряжения Защита оборудования подстанций от прямых ударов молнии осуществляется тросовыми молниеотводами, кабельными вставками и ограничителями перенапряжения (ОПН). Для защиты оборудования от набегающих перенапряжении со стороны ВЛ и коммутационных перенапряжении необходимо выбрать для каждого РУ тип ОПН и место их подключения. Выбираются ограничители перенапряжения в зависимости от вида защищаемого оборудования, рода тока и значения рабочего напряжения по условию: ном

≥UUр.

(78)

Вид защищаемого оборудования влияет на серию устанавливаемого ОПН в связи с тем, что разные виды оборудования имеют различные виды изоляции. Выбранные ОПН сводятся в табл. 7. 66

Таблица 7 Выбор ограничителей перенапряже перенапряжения ния Наименование РУ

Тип ОПН

Условие выбора

ОРУ-220/110 ОРУ220/110 кВ

Uном ≥ Uр

ОРУ 27,5 кВ

Uном ≥ Uр

ОРУ-10/35 ОРУ10/35 кВ

Uном ≥ Uр

3.6 Охрана труда и электробезопасность Охрана труда осуществляется посредством реализации системы по сохранению жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включая правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и другие мероприятия. Электробезопасность обеспечивается системой правовых, организационных и технических мер и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества. При попадании в зону работы железнодорожного транспорта, человек подвергается повышенной опасности: механического травматизма, вредного воздействия шума, вибрации, электромагнитных полей, микроклиматических факторов, загрязненным воздухом и т.д. Обеспечение электробезопасности обеспечивается знанием ПТБ и ПТЭ; присвоением квалификационной группы по безопасности с 1 по 5 группу; знанием межотраслевых правил по охране труда при эксплуатации электроустановок (ПОТ Р.М.М.-016-2001, 016-2001, РД РД153-034.0153-034.003.150-00); соблюдением инструкции по техническому обслуживанию и ремонту оборудования тяговых подстанций электрифицированных железных дорог (ЦЭЦЭ-936); 936); правил технической эксплуатации электроустановок электроу становок потребителей (ПТЭ). В службе электрификации и электроснабжения вопросы охраны труда ведет инженер по охране труда. В дистанции электроснабжения (ЭЧК, ЭЧЭ, ЭЧС) ответственными за охрану труда являются руководители этих подразделений.

67

3.6.1 Организация эксплуатации электрооборудования Персонал для работы в электроу электроустановках становках готовится специально. К работам могут быть допущены лица, достигшие 1818-летнего летнего возрас возрас-та, прошедшие медицинскую комиссию и имеющие удостоверение на право производства работ работ.. В удостоверении указывается группа по охране труда, соответствующая тем работам, которые могут быть доверены данному лицу лицу.. Для персонала, непосредственно работающего в электроу электроустановках, становках, производится повторная проверка знаний раз в год. Для безопасности работ в электроу электроустановках становках осуществляются организационные и технические мероприятия. Организационными мероприятиями являются: – оформление работы нарядом и распоряжением; – допу допуск ск к работе, надзор во время работы, оформление перерывов в работе, переводов на другое рабочее место, окончания работы. Работы в электроу электроустановках становках до 1000 В могут производиться по распоряжению устному или письменному (заданию на производство работы, определяющему место, время, меры безопасности и лиц, которым поручено ее выполнение с указанием группы по электробезопасности), в отдельных случаях по наряду (письменному заданию на работу,, составленное на бланке установленной формы, определяюработу щее содержание, место, время, меры безопасности, категорию, условия ее выполнения, время начала и окончания, необходимые меры безопасности, состав бригады и лиц, ответственных за безопасность проведения работ), а работы со снятием напряжения специально закрепленным персоналом могут производиться единолично, причем работы на высоте более 2,5 м должны производиться в присутствии второго лица. Работы в электроу электроустановках становках выше 1000 В, как правило, производятся по наряду наряду,, и лишь в отдельных случаях — по распоряжению. Независимо от категории работ работ,, они должны производиться в составе не менее двух лиц, включая производителя работ работ.. При допу допуске ске к работам на электроу электроустановке становке производителю работ проводит инструктаж допу допускающий, скающий, а членам бригады уже на рабочем месте проводит инструктаж, соответственно, производитель работ.. За проведения инструктажа производителю работ работ работ,, он расписывается в журнале нарядов и распоряжений и в самом наряде. За проведение инструктажа члены бригады расписываются также в журнале и в наряде. Только после этого приступают к работе. Наряд68

допуск составляется в двух экземплярах, один из них находится у произдопуск водителя работ работ,, а другой сдается на проверку инженеру по охране труда. Во время выполнения служебных обязанностей работник должен иметь удостоверение при себе. Помимо удостоверения, производитель работ должен иметь при себе наряд-допуск. Инструктаж целевой — указание по безопасному выполнению работы в электроу электроустастановках, охватывающее категорию лиц, определенных нарядом или распоряжением, от выдавшего наряд и лиц отдавшего члену бригады. Работник, выдающий наряд, определяет необходимость и возможность безопасного выполнения работы. Право выдачи наряда предоставляется административно-техническому персоналу персоналу,, имеющему 5 группу по электробезопасности выше 1000 В и 4 группу — до 1000 В. К техническим мероприятиям относятся: – производство необходимых отключений, переключений и принятие мер, препятствующих ошибочному или самопроизвольному включению; – вывешивание плакатов и, при необходимости, установка ограждений, присоединение к заземленным частям переносных заземлений, включение заземляющих ножей и т.д. В электроу электроустановках становках выше 1000 В с изолированной, глухозаземленной нейтралью тока для защиты от поражения электрическим током применяется защитное заземление (заземляющие ножи, а при их отсутствии — переносные заземления, шунтирующие штанги, заземляющие штанги). 3.7 Пожарная безопасность Ответственность за пожарную безопасность в подразделениях и в железнодорожном подвижном составе несут их руководители, которые назначают лиц, ответственных за пожарную безопасность отдельных помещений или оборудования из числа ИТР (инженерно-технических работников), служащих, рабочих и обслуживающего персонала. Таблички с указанием лиц, ответственных за пожарную безопасность, должны быть вывешены на видных местах при входе в помещение. Руководители подразделений и лица, ответственные за пожарную безопасность в железнодорожном подвижном составе и в помещениях (изолированных рабочих местах), обязаны: – обеспечить соблюдения установленного противопожарного режима, правил пожарной безопасности и инструкций о мерах пожарной 69

безопасности; не допускать к работе лиц, не прошедших инструктаж по соблюдению мер пожарной безопасности; – проводить периодические осмотры территории, зданий, производственных и служебных помещений с целью контроля за содержанием путей эвакуации, противопожарных преград, разрывов, подъездов и дорог дорог,, средств пожаротушения (гидрантов, внутренних пожарных кранов, огнетушителей) и принимать срочные меры по устранению обнаруженных нарушений и недостатков; – обеспечить исправное состояние, постоянную готовность к действию установок пожаротушения, пожарной сигнализации, оповещения и связи; – следить за исправностью приборов отопления, вентиляции, электроустановок, электроу становок, технологического и производственного оборудования и немедленно принимать меры по устранению обнаруженных неисправностей, которые могут привести к возникновению пожара; – знать пожарную опасность технологических процессов, технологического и производственного оборудования, находящихся в помещении и использу используемых емых в производстве веществ и материалов, категории помещений производственного и складского назначения по взрывопожарной и пожарной опасности, требования безопасности, предъявляемые к ним, обеспечивая строгое их соблюдение, а также безопасное хранение, применение и транспортировку взрывоопасных и пожароопасных веществ и материалов; – следить за своевременной уборкой помещений и рабочих мест мест,, а также за отключением бытовых электроприборов, за исключением дежурного освещения после окончания работы; – в случае возникновения пожара или обнаружения его признаков немедленно сообщить об этом в пожарную охрану охрану,, известить руководителей объекта и приступить к его ликвидации. Лица, виновные в нарушении правил пожарной безопасности, в зависимости от характера нарушений и их последствий, несут дисциплинарную, материальную, административную и уголовную ответственность в соответствии с законодательством Российской Федерации. Каждый работник обязан: – четко знать и выполнять установленные правила пожарной безопасности, не допу допускать скать действий, которые могут привести к пожару; – строго выполнять требования инструкций по обеспечению пожарной безопасности технологических процессов и в железнодорожном подвижном составе; 70

– не допу допускать скать использования неисправных инструментов, приборов, оборудования, соблюдать правила безопасности по их эксплуатации, а также указания руководителей и лиц, ответственных за пожарную безопасность при проведении пожароопасных работ; – убирать рабочие места и отключать бытовые электроприборы после окончания работы; – уметь применять имеющиеся в подразделении (железнодорожном подвижном составе) средства пожаротушения; – в случае возникновения пожара или обнаружения его признаков немедленно сообщить об этом в пожарную охрану охрану,, а в железнодорожном подвижном составе в пути следования — начальнику (механику-бригадиру) поезда или машинисту локомотива и принять меры к ликвидации пожара и эвакуации пассажиров. Организация противопожарной подготовки ИТР ИТР,, рабочих, служащих и обслуживающего персонала: – ИТР ИТР,, рабочие и служащие железнодорожного транспорта должны проходить специальную противопожарную подготовку для изучения: – правил пожарной безопасности и инструкций о мерах пожарной безопасности, распространяющихся на объект и его подразделения; – характеристик пожарной опасности зданий, сооружений, технологических процессов, технологического и производственного оборудования, а также систем предотвращения пожара и противопожарной защиты; – показателей пожарной опасности хранимых и использу используемых емых в производстве веществ и материалов; – правил содержания и применения средств пожаротушения; – действий в случае возникновении пожара. Противопожарная подготовка должна включать противопожарный инструктаж (вводный, первичный, повторный, внеплановый и текущий) и занятия по пожарно-техническому минимуму минимуму.. Руководитель объекта в приказе устанавливает: – порядок и сроки противопожарного инструктажа и занятий по программе пожарно-технического минимума; – порядок направления вновь принимаемых на работу сотрудников для прохождения противопожарного инструктажа; – перечень подразделений или профессий, работники которых должны проходить обучение по программе пожарно-технического минимума; 71

– место проведения противопожарного инструктажа и обучение по программе пожарно-технического минимума; – перечень должностных лиц, на которых возлагается проведение противопожарного инструктажа и занятий по программе пожарнотехнического минимума. Вводный противопожарный инструктаж должен проводиться со всеми вновь принимаемыми на работу (в том числе и временно) ИТР ИТР,, рабочими и служащими, независимо от образования, стажа работы по данной профессии или должности, а также с прикомандированными, обучающимися, прибывшими на производственное обучение или практику практику.. Вводный противопожарный инструктаж проводится работниками пожарной охраны объекта или другими специально подготовленными лицами, назначенными приказом руководителя объекта. Факт проведения вводного противопожарного инструктажа и проверки знаний фиксиру фиксируется ется в журнале регистрации вводного инструктажа с обязательной подписью инструктиру инструктируемого емого и инструктировавшего. Журнал должен храниться на объекте (в подразделении). Первичный противопожарный инструктаж должен проводиться непосредственно на рабочем месте со всеми вновь принятыми на работу,, переведенными из одного подразделения в другое, прикоманботу дированными, обучающимися, прибывшими на производственное обучение или практику практику,, а также со строителями, при выполнении строительно-монтажных работ на территории объекта (подразделения). Первичный инструктаж проводит лицо, ответственное за пожарную безопасность подразделения с каждым индивидуально. Повторный противопожарный инструктаж должен проходить ИТР,, рабочие и служащие независимо от квалификации, образоваИТР ния и стажа работы не реже одного раза в шесть месяцев. Повторный противопожарный инструктаж проводится по программе первичного инструктажа с работником или группой работников одной профессии с целью проверки или повышения уровня их знаний правил пожарной безопасности и инструкций по пожарной безопасности. Внеплановый противопожарный инструктаж проводится в случаях: – изменения правил пожарной безопасности и инструкций о мерах пожарной безопасности; – нарушений ИТР ИТР,, рабочими и служащими правил пожарной безопасности и инструкций о мерах пожарной безопасности; 72

– перерыва в работе более 60 календарных дней, а для работ работ,, к которым предъявляются повышенные требования пожарной безопасности — более 30 календарных дней. 3.7.1 Содержание территории, зданий, помещений и сооружений Территория объектов железнодорожного транспорта должна постоянно содержаться в чистоте и систематически очищаться от производственных и бытовых отходов, му мусора, сора, опавших листьев, сухой травы и тополиного пуха. Промасленные обтирочные концы и другие пожароопасные производственные отходы должны храниться на специально отведенных участках в закрываемых металлических ящиках. Производственные отходы, не подлежащие утилизации, необходимо регулярно убирать и вывозить с территории объекта. Ко всем зданиям и сооружениям объекта должен быть обеспечен свободный доступ. Проезды и подъезды к зданиям, сооружениям и пожарным водоисточникам, а также подступы к пожарному инвентарю и оборудованию должны быть свободными. Дороги и проезды на территории объекта необходимо содержать в исправном состоянии, своевременно ремонтировать, а в зимнее время очищать от снега. На территории объектов железнодорожного транспорта запрещается: – разводить костры, – выжигать сухую траву и сжигать му мусор. сор. Сжигание отходов допу допускается скается только в специально оборудованных и согласованных с пожарной охраной местах, под контролем обслуживающего персонала. Содержание зданий и помещений Запрещается: – производить перепланировку производственных, административных, складских и вспомогательных помещений без предварительной разработки проекта, утвержденного в установленном порядке; – закрывать на замок двери эвакуационных выходов во время работы запрещается, допу допускается скается применение внутренних легко открываемых замков. У входа в производственные и складские помещения, а также внутри этих помещений должны быть вывешены знаки безопасности, согласно требованиям действующих стандартов, а также таблички с 73

указанием категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности и их класса по Правилам устройства электроу электроустановок становок (ПУЭ). Установку и конструкцию решеток на окнах следу следует ет выполнять в соответствии с проектом, утвержденным в установленном порядке. Установку дополнительных решеток на окнах и их конструктивное исполнение необходимо согласовывать с пожарной охраной. Порядок содержания оконных решеток определяет руководитель объекта. 3.7.2 Требования к энергетическому оборудованию Электрические сети и электрооборудование, находящиеся в эксплуатации на объекте, должны отвечать требованиям действующих ПУЭ, Правил технической эксплуатации электроу электроустановок становок потребителей, Правил охраны труда при эксплуатации электроу электроустановок становок потребителей, а также специальных правил, разработанных ОАО «РЖД». Лица, ответственные за состояние электроу электроустановок становок (главный энергетик, начальник электроцеха, инженерно-технический работник соответствующей квалификации, назначенный приказом руководителя объекта), обязаны: – организовывать и своевременно проводить профилактические осмотры и планово-предупредительный ремонт электрооборудования, аппаратуры и электросетей, а также своевременно устранять неисправности, в резуль результате тате которых может возникнуть пожар; – следить за правильностью выбора и применения кабелей, электропроводов, двигателей, светильников и другого электрооборудования в зависимости от классификации зон в соответствии с ПУЭ и характеристик окружающей среды; – систематически контролировать состояние аппаратов защиты от токов короткого замыкания, перегрузок и других аварийных режимов работы; – следить за исправностью автоматических установок и средств, предназначенных для ликвидации пожаров в электроу электроустановках становках и кабельных помещениях; – организовывать систему обучения и инструктажа дежурного персонала по вопросам пожарной безопасности при эксплуатации электроустановок; электроу становок; – принимать участие в расследовании случаев пожаров и загорания от электроу электроустановок, становок, разрабатывать и осуществлять меры по их предупреждению. 74

Дежурный электрик обязан проводить плановый профилактический осмотр электрооборудования, проверять наличие и исправность аппаратов защиты и принимать немедленные меры к устранению нарушений, которые могут привести к пожару или загоранию. Резуль Результат тат осмотра электроу электроустановок, становок, обнаруженные неисправности и принятые к их устранению меры фиксируются в оперативном журнале. Проверка изоляции кабелей, проводов, надежности соединений, защитного заземления, режима работы электродвигателей должна производиться в сроки, установленные ПТЭ электроу электроустановок становок потребителей и ПТБ при эксплуатации электроу электроустановок становок потребите лей. Электроустановки Электроу становки должны быть защищены аппаратами защиты от токов короткого замыкания и других аварийных режимов, которые могут привести к пожару пожару.. Плавкие вставки предохранителей должны быть калиброваны с указанием клейма номинального тока вставки (клеймо ставит завод-изготовитель или электротехническая лаборатория). Аппараты защиты должны содержаться в работоспособном состоянии. Соединения, оконцевания и ответвления жил проводов и кабелей во избежание в пожарном отношении переходных сопротивлений необходимо производить при помощи опрессовки, сварки, пайки и специальных зажимов. Устройство и эксплуатация электросетей-времянок, как правило, не допускаются. Исключением могут быть временные иллюминационные установки и электропроводки, питающие места производства строительных и временных ремонтно-монтажных работ работ,, выполненные в соответствии с ПУЭ. Не допу допускается скается проводить воздушные линии электропередачи и наружные электрические провода над кровлями зданий, навесами, штабелями леса, складами волокнистых материалов, торфа, дров и других горючих материалов. Осветительные прожекторы на объектах следует устанавливать на отдельных опорах. Запрещается устанавливать их на сгораемых кровлях строений и зданий. Переносные светильники должны быть оборудованы защитными стеклянными колпаками и сетками. Для этих светильников и другой переносной электроаппаратуры необходимо применять гибкие кабели и провода, предназначенные для этой цели. 75

В производственных и складских помещениях с наличием горючих материалов, а также изделий в сгораемой упаковке электрические светильники должны иметь степень защиты, преду предусмотренную смотренную ПУЭ для соответствующих зон. Конструкция светильников должна исключать возможность выпадения колб ламп, а у светильников с люминесцентными лампами — стартеров. Осветительная электросеть должна быть смонтирована так, чтобы светильники не соприкасались со сгораемыми конструкциями зданий и горючими материалами. Светильники должны находиться на расстоянии не менее 0,3 м от сгораемых конструкций и не менее 0,5 м от горючих материалов. Электродвигатели, светильники, проводка и распределительные устройства должны очищаться от пыли не реже двух раз в месяц. Установленное в зданиях маслонаполненное электрооборудование должно быть защищено стационарными и передвижными установками пожаротушения в соответствии с требованиями ПУЭ. При эксплуатации электроу электроустановок становок запрещается: – использовать кабели и провода с поврежденной изоляцией и изоляцией, потерявшей в процессе эксплуатации защитные изоляционные свойства; – применять для отопления помещений нестандартные (самодельные) нагревательные электропечи и электрические лампы накаливания, а также приборы с открытыми нагревательными элементами; – оставлять без присмотра включенные в сеть электронагревательные приборы; – сушить горючие материалы на электронагревательных приборах; – пользоваться электронагревательными приборами технологического назначения без подставок из огнестойких материалов; – пользоваться неисправными электроу электроустановками; становками; – оставлять под напряжением электрические провода и кабели с неизолированными концами. Неисправности в электросети и электроаппаратуре, которые могут вызвать искрение, короткое замыкание, сверхдопу сверхдопустимый стимый нагрев горючей изоляции кабелей и проводов, должны быть немедленно устранены дежурным персоналом электроцеха. Неисправные электросети и электроаппараты следу следует ет отключить до приведения их в пожаробезопасное состояние. 76

3.8 Теоретические сведения Системы однофазного тока промышленной частоты получили широкое распространение во всем мире после Второй мировой войны. По этой системе электрифицировано около 25 % общей протяженности электрических железных дорог мира. В нашей стране первый участок (Ожерелье–Павелец) был электрифицирован на переменном токе в 1956–57 годах. Протяженность его составила 137 км. Он стал опытным участком, на котором проходило проверку новое оборудование и электровозы системы переменного тока. Система переменного тока напряжением 25 кВ имеет более высокое напряжение в контактной сети и возможность легко понизить его трансформатором электровоза, что является его главным достоинством. Электровоз мощностью 6000 кВт на постоянном токе потребляет из тяговой сети 2000 А, а на переменном — лишь 300 А. Поэтому контактная сеть на переменном токе более легкая, опорные конструкции для ее крепления также более легкие, требуют меньше материала, а значит — дешевле. Конструкция подстанций переменного тока, по сравнению с подстанциями постоянного тока, более простая благодаря отсутствию преобразовательных агрегатов, понижающих и выпрямляющих переменное напряжение. Количество подстанций при системе переменного тока значительно меньше, оно составляет менее 400 на всей сети электрифицированных железных дорог страны. Эксплуатационная же длина линий, электрифицированных на переменном токе, составляет более 20 тыс. км. Среднее расстояние между подстанциями переменного тока превышает 50 км. Для экономии эксплуатационных расходов некоторые участки, электрифицированные ранее на постоянном токе, переводятся на переменный. Так, в 1995 г. впервые в мире на действующем, интенсивно работающем участке протяженностью почти 400 км (ЗимаСлюдянка Восточно-Сибирской дороги) практически без остановки движения поездов произведено переключение электрической тяги с постоянного тока на переменный, что позволило решить многие тех ехнические нические проблемы и снизить эксплуатационные расходы. На рис. 8 приведена схема питания участка железной дороги, электрифицированного на переменном токе напряжением 25 кВ. К линии электропередачи трехфазного переменного тока ЛЭПЛЭП-110 110 кВ подключен по77

нижающий трансформатор подстанции Т, который понижает напряжение 110 до 27,5 кВ для питания тяги, а также до 35 или 10 кВ для питания нетяговых потребителей НП. ЛЭП-110 ЛЭП110 кВ

Тяговая подстанция ТСЦБ

СН

35 (10) кВ

ВЛ СЦБ 10 кВ

0,4 кВ Т

НП

ТСН

ТСТА Релейный шкаф СЦБ

Q1

Q2

Q3

С Т В 27,5 кВ КТП А Q4

ТV ДПР

В

ИС

В

НВ

25 кВ

С Железнодорожная станция

А В

Контактная сеть ЭПС Q5 LR

А

ТЭ

UD M

Рельс Перегон

Рис. 8. Упрощенная схема питания тяги и нетяговых потребителей от ТП однофазного переменного тока 25 кВ

Напряжение трансформатора Т подается на шины А, В, С 27,5 кВ и использу используется ется для питания ЭПС через тяговую сеть. Для равномерной загрузки всех трех фаз системы внешнего электроснабжения в тяговую сеть железнодорожной станции и перегона слева подается напряжение, отличающееся по фазе от напряжения, подаваемого в тяговую сеть перегона справа. Контактная сеть перегона слева от железнодорожной станции получает питание от шины фазы В через выключатель Qx по питающей линии, тяговый рельс подключен к шине фазы С, которая на подстанции заземляется, контактная сеть станции получает питание от шины фазы В через выключатель2, Q перегон справа питается от фазы А через выключатель . Q y 78

Контактная сеть железнодорожной станции отделяется от перегона слева изолирующим сопряжением ЕС, а от перегона справа — ней тральной вставкой НВ, состоящей из двух изолирующих сопряжений. Нейтральная вставка позволяет токоприемнику ЭПС переходить с фазы В железнодорожной станции на фазу А перегона, не создавая короткого замыкания между фазами, так как изолирующие сопряжения НВ перекрываются токоприемником поочередно. После подачи напряжения в тяговую сеть выключателями1,QQv, может,, подняв токоприемник электровоза и включив Q3 машинист может выключатель Qs, подать напряжение на первичную обмотку тягового трансформатора электровоза. Напряжение, снимаемое со вторичной обмотки Тэ, выпрямляется выпрямителем UD и через сглаживающий реактор LR подводится к тяговым двигателям М, через которые протекает ток. Вращение двигателей приводит ЭПС в движение. От шин 27,5 кВ тяговой подстанции получают питание также нетяговые потребители. Для этого через выключатель4 кQшинам А и В подключены два провода, проложенные на опорах контактной сети с полевой стороны, третьим проводом этой системы является рельс. Система получила название ДПР (два провода–рельс). Понижающие трансформаторы комплектных трансформаторных подстанций потребителей ТКТП подключаются к проводам и рельсу системы ДПР ДПР,, понижают напряжение до величины необходимой потребителю. Электроэнергию для собственных нужд подстанции СН (питание цепей управления, сигнализации, защиты, автоматики, освещения, отопления, вентиляции) получают от трансформатора собственных нужд Тт. От шин собственных нужд через трансформатор ГСЦБ напряжение подается в линию ВЛ СЦБ 10 кВ, предназначенную для питания устройств СЦБ. От ВЛ СЦБ получают электроэнергию трансформаторы сигнальных точек автоблокировки ГСТ СТА, А, которые, в свою очередь, питают релейные шкафы СЦБ, а через них — лампы светофоров. Так как от работы устройств СЦБ зависит бесперебойное движение поездов на участке, они должны иметь резервный источник питания. В качестве резервного источника использу используется ется трансформатор напряжения ТV, подключенный к одному из проводов линий ДПР и рельсу рельсу.. Система электроснабжения переменного тока имеет и ряд недостатков. Один из них заключается в значительном электромагнитном влиянии тяговой сети на линии связи, проходящие вдоль железных до79

рог, что заставляет выполнять их не воздушными, как на постоянном рог, токе, а кабельными. Это приводит к увеличению стоимости электрификации железных дорог дорог.. Возникают также проблемы несимметрии токов и напряжений, как в тяговой, так и во внешней системе электроснабжения из-за того, что электровозы потребляют однофазный ток, а линии электропередачи трехфазные. Так как перегоны, прилегающие к железнодорожной станции, на которой находится тяговая подстанция, питаются от разных фаз системы внешнего электроснабжения, то появляется необходимость монтажа нейтральных вставок ИВ (см. рис. 8) у каждой подстанции. На нейтральную вставку напряжение не подается, поэтому ЭПС может потреблять ток при своем движении только до НВ. После перехода токоприемника на нейтральную вставку протекание тока через двигатели ЭПС должно прекратиться. Однако при большом токе это сразу не происходит происходит,, за токоприемником тянется электрическая дуга, которая за доли секунды может пережечь контактный провод. Во избежание этого машинист обязан отключить ток, подъезжая к нейтральной вставке. Однако преждевременное отключение тока может вызвать остановку поезда на нейтральной вставке. Следовательно, проезд нейтральной вставки требует требу ет от машиниста большого внимания, а наличие таких вставок увеличивает вероятность пережога контактного провода. К недостаткам системы переменного тока можно отнести усложнение и удорожание электровозов, так как на них перенесены с подстанций постоянного тока тяговые трансформаторы эТи выпрямители UD. Система однофазного переменного тока 2×25 кВ появилась в результате зуль тате стремления повысить напряжение для существенного увеличения передаваемой по тяговой сети электрической мощности, снизить потери напряжения в тяговой сети и одновременно использовать стандартный электроподвижной железнодорожный состав на напряжение 25 кВ. При этой системе электроэнергия от тяговой подстанции к ЭПС передается в два этапа: сначала от подстанции до автотрансформаторных пунктов (АТП) напряжением 50 кВ, затем от АТП до ЭПС напряжением 25 кВ. На рис. 9 приведена схема участка железной дороги, электрифицированного по системе 2×25 кВ. К линии электропередачи ЛЭПЛЭП-110 110 кВ подключены однофазные трансформаторы тяговой подстанции Г, 80

и Т г, понижающие напряжение до 55 кВ. Вторичные обмотки транс форматоров подключены к шинам РУРУ-55 55 кВ: Г, к К{ и /7,, Т2 к К2 и П2. Средние точки этих обмоток соединены между собой и подключены к рельсам. Таким образом между рельсами и шинами Я, К2, Я2 напряжение 27,5 кВ, а между К1 и Я — 55 кВ, между /С, и Я2 — 55 кВ. Шины К1 и К2 служат для питания контактного провода на железнодорожной станции и перегонах слева и справа от железнодорожной станции, а к шинам Я, и Я2 подключены питающие провода, проложенные на опорах контактной сети перегонов. ЛЭП-110 ЛЭП110 кВ

А В С

Т1

Т2

0,4 кВ

55 кВ 27,5 кВ 27,5 кВ 55 кВ

К1 К2 П1 П2

Q1

Q2

ВЛ СЦБ 10 кВ

ТСЦБ

СН

Тяговая подстанция ТСН

Q3

ТСТА

Релейный шкаф СЦБ

РУ-55 кВ РУ-55 Q4

ТV

Т КТП

ДПР П1

АТП АТ П2

АТП АТ П1

П2

50 кВ

К1

ИС

НВ

К2 Q5 ТЭ

Рельс Железнодорожная станция

ЭПС LR 25 кВ М

UD Перегон

Рис. 9. Упрощенная схема питания тяги и нетяговых потребителей от ТП переменного тока системы 2×25 кВ

81

На межподстанционной зоне (между двумя подстанциями) на расстоянии от 8 до 15 км располагаются автотрансформаторные пункты А ТПХ, А ТП ТП2 2 и т.д., подключенные к проводам контактной сети и питающему проводу проводу.. Автотрансформаторы А ТП получают электро электро-энергию напряжением 50 кВ от тяговых подстанций и отдают ее ЭПС напряжением 25 кВ. Питание контактной сети перегонов осуществляется через двухфазные выключатели Q и Qv, а питание железнодорожной станции — чеx рез однофазный выключатель rQ . Система ДПР (два провода–рельс) для питания нетяговых потребителей, расположенных вдоль железной дороги, подключена к шинам подстанции через выключатель QA, провода ее закрепляются на опорах контактной сети с полевой стороны, как и питающие провода Я, и Я2. К проводам системы ДПР и рельсу подключаются трансформаторы комплектных трансформаторных подстанций, которые понижают напряжение до величины необходимой потребителю. К системе ДПР подключаются трансформаторы напряжения TV резервного питания релейных шкафов СЦБ. Основное питание релейных шкафов осуществляется от воздушной линии СЦБ 10 кВ через трансформатор сигнальной точки автоблокировки ГСТ ГСТА. А. ВЛ СЦБ 10 кВ получает электроэнергию от шин собственных нужд СН тяговой подстанции через повышающий трансформатор ГСЦБ. На шины собственных нужд электроэнергия поступает от распределительного устройства 55 кВ (РУРУ-55 55 кВ) через трансформатор собственных нужд. Трансформатор собственных нужд получает электроэнергию напряжением 27,5 кВ от шин 77, и П2 РУРУ-55 55 кВ и от средних точек трансформаторов Г и Т2, понижает напряжение до 0,4 кВ и питает этим напряжением потребителей собственных нужд СН и трансформатор СЦБ. Подключение Гсн и проводов ДПР может осуществляться и к другим шинам РУРУ-55 55 кВ, например, Я, и К2 при условии, что между ними напряжение 27,5 кВ. Перегон слева от подстанции и контактная сеть железнодорожной станции получают питание от трансформатора Г, и отделяются друг от друга изолирующим сопряжением ИС. Перегон справа от подстанции получает питание от трансформатор Т2, который подключен в отличии от Г, к другим фазам ЛЭПЛЭП-110 110 кВ, поэтому контактная сеть железнодорожной станции отделяется от перегона нейтральной вставкой НВ, обеспечивающей переход токоприемника ЭПС с одной 82

фазы контактной сети на другую без короткого замыкания между фазами. Более подробно процесс этого перехода описан в пояснении к рис. 8. ЭПС, находящийся между двумя автотрансформаторными пунктами Л ГЯ, и А ГЯ ГЯ2 2 получает от двух автотрансформаторов ток, цепь прохождения которого показана на рис. 9 пунктирной линией. Когда же ЭПС располагается между тяговой подстанцией и А ТПГ то питается от них. При этом ток подстанции идет от трансформатора Т2 через полюс выключателя vQконтактный провод, токоприемник, выключатель электровоза sQ , первичную обмотку трансформатора Т3, колесную пару пару,, рельс, отсасывающую линию на среднюю точку вторичной обмотки трансформатора Т2. Система электроснабжения 2×25 кВ имеет ряд достоинств по сравнению с системой переменного тока 25 кВ: – меньшие нагрузки на провода контактной сети; – снижение потерь напряжения и энергии в тяговой сети; – уменьшение влияния на воздушные линии связи; – увеличение расстояния между тяговыми подстанциями до 80– 90 км, что дает возможность располагать их в наиболее удобных для эксплуатации местах. Положительные свойства этой системы дают возможность применять ее для усиления устройств электроснабжения при возрастающем грузопотоке без увеличения числа тяговых подстанций, для электрификации линий, пролегающих в малонаселенных районах страны.

83

Список рекоменду рекомендуемой емой литера литературы туры Печатные издания: 1. Бурякова Е.А Е.А.. МДК 01.01. Устройство и техническое обслуживание электрических подстаций. Метод. пособие по выпол. курсового проекта / Е.А. Бурякова. — М.: ФГБО ФГБОУ У «УМЦ ЖДТ», 2015. 2. ГОСТ Р 51559-2000 Трансформаторы силовые масляные классов напряжения 110 и 220 кВ и автотрансформаторы напряжением 27,5 кВ для электрических железных дорог переменного тока. Введ. 2000-12-27. — М.: Государственный стандарт Российской Федерации: Изд-во стандартов, 2000. 3. ГОСТ Р 52565-2006 Выключатели переменного тока на напря напря-жения от 3 до 750 кВ. Общие технические условия. Введ. 2007-04-01. — М.: Национальный стандарт Российской Федерации: Изд-во Стандартинформ, 2007. 4. ГОСТ 8.216 - 2011 Трансформаторы напряжения. Методика поверки.Введ. 2013-01-01. — М.: Межгосударственный стандарт: Издво Стандартинформ, 2013. 5. ГОСТ 14209-97 Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов. Введ. 2002-01-01. — М.: Межгосударственный стандарт: Изд-во стандартов, 1997. 6. ГОСТ Р 52735-2007 Короткие замыкания в электроу электроустановках. становках. Методы расчета в электроу электроустановках становках переменного тока напряжением свыше 1 кВ. Введ. 2008-07-01. — М.: Национальный стандарт Рос Рос-сийской Федерации: Изд-во Стандартинформ, 2007. 7. ГОСТ 28249-93 Короткие замыкания в электроу электроустановках. становках. Методы расчета в электроу электроустановках становках переменного тока напряжением до 1 кВ. Введ. 1995-01-01. — М.: Межгосударственный стандарт: Изд-во стандартов, 1994. 8. ГОСТ IEC 60044-1-2013 Трансформаторы измерительные. Часть 1. Трансформаторы тока. Введ. 2014-01-01. — М.: Межгосударственный стандарт: Изд-во Стандартинформ, 2014. 9. Кожунов В.И В.И.. Устройство электрических подстанций / В.И. Кожунов. — М.: ФГБУ ДПО «УМЦ ЖДТ», 2016. 10. Правила технической эксплуатации электроустановок. /Минэнерго РФ. — М.: Энергоатомиздат Энергоатомиздат,, 2016. 11. Правила устройства электроустановок. /Минэнерго РФ. — М.: Энергоатомиздат,, 2002. Энергоатомиздат 84

12. РД 153-34.0-20.527-98 Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. Введ. 1998-0323. — М.: ЕЭС России: Изд-во НЦ ЭНА ЭНАС, С, 2002. 13. СО 153-34.20.187-2003 Рекомендации по технологическому проектированию подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ. Введ. 2003-06-30. — М.: Министерство энергетики Российской Федерации: Изд-во НЦ ЭНА ЭНАС, С, 2004. 14. СТ СТО О 56947007-29.240.30.010-2008 Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций 35–750 кВ. типовые решения.Введ. 2007-12-20. — М.: стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС»: Изд-во ОАО «ФСК ЕЭС», 2007. 15. СТ СТО О РЖД 07.016-2013 Методика выбора мощности трансформаторов собственных нужд тяговых подстанций, трансформаторных подстанций и линейных устройств тягового электроснабжения. Введ. 2014-01-01. — М.: Трансиздат рансиздат,, 2014. 16. СТ СТО О 56947007-29.130.15.114-2012 Руководящие указания по проектированию заземляющих устройств подстанций напряжением 6-750 кВ/Введ. 2012-02-03. — М: стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС»: Изд-во ОАО «ФСК ЕЭС», 2012. 17. Филиппов С.А. Тяговые и трансформаторные подстанции: Методические указания с заданием по выполнению курсового проекта для студентов 3 курса очной и 4 курса заочной форм обучения специальности 190401(01) Электроснабжение железных дорог / С.А. Филиппов. — Чита: ЗабИЖТ ЗабИЖТ,, 2007. Электронные издания (электронные ресурсы): 1. Сибикин, Ю.Д. Электрические подстанции: учеб. пособие/ Ю.Д. Сибикин. — М.: Директ-Медиа, 2014. — 414 с. — ISBN 978-54458-5749-5; то же [Электронный ресурс] http://biblioclub.ru/index. php?page=book&id=22924. php?page=book&id= 22924. 2. http://umczdt.ru/books/ http://umczdt.ru/books/44/18731/ 44/18731/ — ЭБ «УМЦ ЖДТ».

85

ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИЛ ОЖЕНИЯ Приложение 1 Таблица 1 Схема замещения и параметры от отдельных дельных элементов Элемент сети

Схема

Расчетное уравнение

исходная

замещения

2

3

1 Линия

ХL

WL(KL) Генератор

4

G

Er

ХЛ = ХУД · 1

Xr

"

E = 1+ х0 r

⋅U Н

sin ϕН

2 "

Xr = X d ⋅

UН SН

Е = (1 + Х "d ⋅sin ϕ ) ⋅U Н Система

С

SK

EС

ЕС = UН

XС

2

XC = Двухобмоточный трансформатор

Т

Трехобмоточный трансформатор

Т ВН

ХТ

СН

ХТВ

ХТ = Х ТС

Х Тв =

UН SК

UК %

2

⋅

100 U Кв

SН 2

⋅

Х Тс =

ХТн =

86

U Нв

100

SН

UКс

U Нс

Х ТН НН

UН

2

⋅

100

SН

UКн

U Нн

100

2

⋅

SН

Окончание табл. 1 1

2

3

4 UКв = 0,5 · (UКв-с + U Кв-н – UКс-н ) UКс = 0,5 · (UКв-с + U Кс-н – UКв-н ) UКн = 0,5 · (UКв-н + U Кс-н – UКв-с )

87

88 3 3,5 3,15

Номинальное напряжение Uн ,кВ Рабочее максимальное напряжениер.Umax, кВ Среднее напряжение U cp, кВ 6,3

6,9

6

10,5

11,5

10

21

23

20

35

26,2

37

27,5 40,5

25

115

126

110

Шкала средних номинальных напряжений, кВ

162

172

150

230

252

220

515

525

500

770

787

750

1180

1200

1150

Таблица 2

Приложение 2

Приложение 3 η трехфазное КЗ

2,0 двухфазное КЗ

5 4

1,0

3 2 1

0,02

0,05

0,1

0,2

0,5

1

2

5

/ff c

1

Зависимость динамического коэффициента для изоляторов и шин от частоты собственных колебаний шины, где 1 при Куд ≥ 1,60; 2 при Куд = 1,40; 3 при Куд = 1,25; 4 при Куд = 1,10; 5 при Куд = 1,00

89

Приложение 4 Таблица 3 Изоляторы опорные Марка изолятора

Номинальное напряжение, кВ

Наибольшее допустимое допу стимое напряжение, кВ

Минимальная разрушающая сила при изгибе, не менее, кН

ИО-10-3,75 ИО10-3,75 II УЗ

10

12

3,75

ИО-10-7,5 ИО10-7,5 II УЗ

10

12

7,5

ИОР-10-7,5 ИОР10-7,5 II УХЛ 2

10

12

7,5

Таблица 4 Изоляторы проходные Марка изолятора

Номинальное напряжение, кВ

Номинальный ток, А

ИПУ-10/630 ИПУ-10/630 -7,5 УХЛ 1

10

630

7,5

ИПУ10/1000-7,5 УХЛ 1

10

1000

7,5

ПП-10/1600ПП-10/16007,5 УХЛ 2

10

1600

7,5

Наружновнутренняя установка

ИП-10/1000ИП-10/100012,5 УХЛ 1

10

1000

12,5

Наружновнутренняя установка

ИП-10/2000ИП-10/200012,5 УХЛ 1

10

2000

12,5

Наружновнутренняя установка

90

МинимальПрименение ная разрушающая сила на изгиб, кН Наружновнутренняя установка Внутренняя установка

Содержание Введение .................................................................................... 3 1. Содержание и оформление курсового проекта .................... 6 1.1 Содержание и оформление титульного листа ...................... 6 1.2 Содержание и оформление пояснительной записки ........... 7 1.2.1 Содержание и оформление введения ................................... 9 1.2.2 Задачи и содержание основной части .................................. 9 1.3 Содержание и оформление графической части ................... 10 2. Исходные данные .................................................................. 12 3. Основная часть ...................................................................... 22 3.1 Разработка однолинейной схемы коммутации электрической подстанции ............................................................ 22 3.1.1 Структурные схемы электрических подстанций .................. 22 3.1.1.1 Структурная схема тяговой подстанции переменного тока ............................................................................ 24 3.1.1.2 Выбор числа питающих линий (нетяговых) потребителей электрической энергии ............................................ 24 3.1.2 Составление однолинейной схемы проектируемой проектиру емой подстанции ............................................................ 25 3.1.2.1 Схема распределительного устройства питающего (первичного) напряжения опорной подстанции ........................... 26 3.1.2.2 Схемы распределительных устройств питающего вторичного напряжения .................................................................. 26 3.1.3 Принципиальная схема подстанции ..................................... 27 3.2 Расчет мощности подстанции ................................................ 29 3.2.1 Мощность тяговой нагрузки ................................................. 29 3.2.1.1 Тяговые подстанции переменного тока .............................. 29 3.2.1.2 Расчет реактивной мощности потребителей ...................... 33 3.2.1.3 Полная мощность потребителей ......................................... 33 3.2.2 Мощность собственных нужд ................................................ 34 3.2.3 Мощность нетяговых железнодорожных потребителей, питающихся по линии «два провода–рельс» (ДПР) ....................... 35 3.2.4 Полная расчетная мощность для выбора главных трансформа ........................................................................ 35 3.2.4.1 Тяговые подстанции переменного тока ............................... 36 3.2.5 Выбор главных понижающих трансформаторов .................. 36 3.2.6 Полная мощность подстанции .............................................. 37 91

3.3 Расчет токов короткого замыкания ...................................... 38 3.4 Расчет токов нормального режима ....................................... 44 3.5 Выбор токоведущих частей и электрического оборудования подстанции ............................................................. 48 3.5.1 Выбор и проверка гибких шин ............................................ 48 3.5.2 Выбор и проверка изоляторов ............................................. 52 3.5.3 Выбор и проверка электрических аппаратов ..................... 55 3.5.3.1 Выбор и проверка разъединителей ................................... 55 3.5.3.2 Выбор и проверка высоковоль высоковольтных тных выключателей .......... 57 3.5.3.3 Выбор и проверка измерительных трансформаторов ....... 60 3.5.3.3.1 Выбор и проверка измерительных трансформаторов напряжения ...................................................... 62 3.5.3.3.2 Выбор и проверка измерительных трансформаторов тока .................................................................... 63 3.5.3.4 Выбор ограничителей напряжения ..................................... 66 3.6 Охрана труда и электробезопасность .................................... 67 3.6.1 Организация эксплуатации электрооборудования .............. 68 3.7 Пожарная безопасность ......................................................... 69 3.7.1 Содержание территории, зданий, помещений, сооружений ..................................................................................... 73 3.7.2 Требования к энергетическому оборудованию .................... 74 3.8 Теоретические сведения ......................................................... 77 Список рекоменду рекомендуемой емой литературы .......................................... 84 Приложения ............................................................................... 86

Ответственный за выпу выпуск ск А.Е. Боковня Редактор М.Н. Середа Компьютерная верстка М.Н. Середа ___________________________________________________ Подписано в печать 22.05.2020 Формат 60×90/16. Печ. л. 5,75 ФГБУ ДПО «У «Учебно-методический чебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте» 105082, Москва, ул. Бакунинская, 71 Тел.: (495) 739-00-30, e-mail: [email protected] http: //www www..umczdt.ru ___________________________________________________ 92