POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

PROJEKT URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH

Stacja energetyczna zasilająca zakład

przemysłowy.

Wykonał:

Szczepan Pękała

1994 / 1995

Spis treści

Dane projektu .............................................................................................................3

Ustalenie możliwych warunków zasilania ...................................................................3

Dobór transformatorów w stacji ..................................................................................3

Obliczenia zwarciowe .................................................................................................4

Dobór szyn zbiorczych ................................................................................................7

Dobór izolatorów ........................................................................................................9

Dobór aparatury łączeniowej .....................................................................................10

Dobór aparatury pomiarowej .....................................................................................12

Dobór kabli do stacji oddziałowych ...........................................................................15

Wnioski dotyczące projektu ......................................................................................16

1. Dane projektu.

Moc maksymalna pobierana przez zakład P_max = 12 MW

cosj = 0.9

Napięcie zasilające U_zas = 2 ´ 110 kV

Moc zwarciowa S_z = 300 MVA

Napięcie rozdzielni zakładowej U_SWN = 15 kV

Długości dwóch linii 110 kV wynoszą L₁ = L₂ = 80 km

2. Ustalenie możliwych warunków zasilania.

a) Praca normalna.

Zakład jest zasilany z systemu energetycznego przez dwa transformatory, obydwa na 110 kV, pokrywające zapotrzebowanie na całkowitą moc szczytową.

b) Praca awaryjna.

W przypadku uszkodzenia jednego z transformatorów lub linii zasilającej, drugi transformator pokrywa zapotrzebowanie zakładu na moc potrzebną do utrzymania ciągłości produkcji.

3. Dobór transformatorów w stacji.

3.1 Dobór transformatorów na 110 kV.

Maksymalna moc pozorna pobierana przez zakład wynosi:

Suma mocy dobranych transformatorów musi być S_NT > S_max = 13.4 MVA

Dobieram dwa jednakowe transformatory na 110 kV.

Dane transformatorów:

Typ transformatora TONRb 10000/15

Moc znamionowa S_NT = 10 MVA

Przekładnia u = 115 ± 10% / 15 kV

Układ i grupa połączeń Yy0

Napięcie zwarcia U_Z% = 11%

Producent „Emit”

Suma mocy dobranych transformatorów wynosi:

S_NT = 20 MVA > S_max = 13.4 MVA

Moc dobranych transformatorów jest większa od zakładanej, gdyż w najbliższej przyszłości przewiduje rozbudowę zakładu.

3.2 Dobór transformatorów do stacji oddziałowych (na 15 kV).

Dane dobranych transformatorów:

Typ transformatora TAOa 1600 kVA

Moc znamionowa S_NT = 1600 kVA

Napięcie górne 15,75 kV

Napięcie dolne 400 V

Napięcie zwarcia 6%

Układ połączeń Dy5

Ze względu na moc stacji oddziałowych SO₁, SO₂, SO₃ przekraczającą moc dobranych transformatorów, w tych stacjach oddziałowych transformatory zostaną połączone równolegle w celu zwiększenia mocy. Natomiast w stacjach oddziałowych SO₄,SO₅ zastosowano jeden transformator. W przyszłości przewidziano dołączenie jeszcze jednej stacji oddziałowej SO₆.

4. Obliczenia zwarciowe.

Schemat rozdzielni zasilającej zakład przemysłowy.

4.1 Zwarcie na szynach (wyłącznik W₃ zamknięty, najbardziej niekorzystne warunki).

Reaktancje linii:

X¹¹⁰_L1 = X¹¹⁰_L2 = X₀ * L₁ = 0.4 W / km * 80 km = 32 W

Raktancje linii przeliczone na stronę średniego napięcia.

Rektancje transformatorów:

Reaktancje transformatorów przeliczone na średnie napięcie.

Reaktancja zastępcza wynosi:

Prąd początkowy zwarcia wynosi:

Prąd udarowy:

, gdzie k_U = 1.8 (współczynnik udaru)

Prąd zastępczy I_{tz sekundowy}:

Prąd zastępczy 1-sekundowy dla zakładanego czasu zwarcia t_z=1.5s

Prąd zastępczy 3-sekundowy .

Moc zwarciowa na szynach:

4.2 Zwarcie od strony linii 110 kV przed transformatorem (wyłącznik W₃ zamknięty).

Reaktancja zastępcza:

Prąd zwarciowy początkowy:

Prąd udarowy:

, gdzie k_U = 1.8 (współczynnik udaru)

Prąd zastępczy I_{tz sekundowy}:

I_tz = k_c * I_p = 1.02 * 4.37kA = 4.46kA

Prąd zastępczy 1-sekundowy dla zakładanego czasu zwarcia t_Z = 2s

Prąd zastępczy 3-sekundowy:

5. Dobór szyn zbiorczych.

S_NT = 20 MVA

Prąd roboczy maksymalny.

I_N = 1040 A > I_{r max} = 770 A

Dobieram szyny aluminiowe, malowane, płaskie, symbol AP - 40 × 10, o przekroju

S = 400mm²

Sprawdzenie przekroju szyn ze względu na cieplne oddziaływanie prądu zwarciowego.

i_U = 15.5 kA

I_tz = k_c* I_p = 1.02 * 6.2 kA = 6.32 kA

t_z = 2s

stąd S = 400 mm² > S_min = 60.2 mm²

Sprawdzenie na oddziaływanie dynamiczne prądu zwarciowego.

Odległość między izolatorami wsporczymi l = 1.5m

Odległość między szynami a = 0.3m

Wysokość szyny h = 4cm

Szerokość szyny b = 1cm

Siła działająca na szyny:

Współczynnik

> 2, a więc k = 1

Moment gnący:

Wskaźnik wytrzymałości:

Naprężenia zginające:

s

czyli s_dop = 700KG/cm² > s_g = 403.4KG/cm²

Sprawdzenie drgań własnych szyny:

Stosunek częstotliwości drgań własnych szyny do częstotliwości sieci wynosi:

Zgodnie z polską normą PN E-05025 szyny zostały dobrane prawidłowo.

6. Dobór izolatorów.

a) Izolatory wsporcze

Warunki doboru izolatorów wsporczych:

Napięcie izolacji U_ni > U_ns

Siła działająca na izolator ma spełniać warunek F_iz < F_dop = 0.6 F_t

h_iz wysokość izolatora

h/2 połowa wysokości szyny

F_dop = 0.6 F_t = 0.6*4000/ 9.81= 244.6kG ,czyli F_iz = 23.3kG < F_dop = 244.6kG

Dobrałem izolator wnętrzowy produkcji polskiej typu SW4 - 20Tg

Dane znamionowe izolatora:

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 20kV > U_ns = 15kV

Napięcie probiercze przemienne 55 kV

Napięcie probiercze udarowe 125 kV

Wysokość izolatora 210mm

Masa izolatora < 1.9 kg

b) Izolatory przepustowe

Warunki doboru izolatorów przepustowych:

Napięcie znamionowe izolacji U_ni > U_ns

Dopuszczalna obciążalność prądem roboczym I_{r max}

Dobrałem izolator przepustowy napowietrzno-wnętrzowy typu FID20 produkcji firmy FRAUENTHAL (Austria).

Dane znamionowe izolatora przepustowego:

Napięcie znamionowe izolacji U_ni = 20kV > U_ns = 15kV

Prąd znamionowy do 1000A > I_{r max} = 770A

7. Dobór aparatury łączeniowej.

7.1 Dobór wyłączników.

Warunki doboru wyłączników:

U_n > U_ns

I_n > I_{r max}

I_nt3 > I_t3

I _nt1 > I_t1

I_nws > I_ws

a) dobór wyłączników W₁, W₂, W₃ , W₄, W ₅ na 110 kV,

Prąd roboczy:

obliczenia zwarciowe według punktu 4.2

i_u = 11.1kA

I_t1 = 6.31kA

U_ns = 110kV

Dobieram wyłącznik napowietrzny SF₆ typu FL 1A firmy „DELLE”.

Dane dobranego wyłącznika:

U_n = 110kV > U_ns = 110kV

I_n = 2000A > I_{r max} = 52.5A

i_{n szcz} = 53.7kA > i_u = 11.1kA

I_nt1 = 21kA > I_t1 = 6.31kA

b) dobór wyłączników W₆, W₇, W₈ , W₉ , W_S10, W₁₁, W₁₂, W₁₃ na 15kV,

Prąd roboczy:

Obliczenia zwarciowe według punktu 4.1

i_u = 15.5kA

I_t1= 7.62kA

U_ns = 15kV

Dobieram wyłącznik wnętrzowy, małoolejowy typu IO-20/1250 produkcji rumuńskiej.

Dane dobranego wyłącznika:

U_n = 20kV > U_ns = 15kV

I_n =1250A > I_{r max} = 770A

i_{n szcz} =76.5kA > i_u = 15.5kA

I_nt1 =30kA > I_t1 = 7.62kA

7.2 Dobór odłączników.

Warunki doboru:

U_ni > U_s

I_n > I_{r max}

I_{n szcz} > I_U

I_nt3 > I_t3

a) dobór odłączników na 110kV.

I_{r max} = 52.5A

Obliczenia zwarciowe według punktu 4.2

i_u = 11.1kA

I_t3 = 3.64kA

U_ns = 110kV

Dobieram odłączniki trójbiegunowe typu ON III 110W/6, U z napędem silnikowym.

Dane dobranych odłączników.

U_ni = 110kV > U_ns = 110kV

I_n = 630A > I_{r max} = 52.5A

i_{n szcz} = 50kA > i_U = 11.1kA

I_nt3 = 20kA > I_t3 = 3.64kA

b) dobór odłączników na 15kV.

I_{r max} = 770A

Obliczenia zwarciowe według punktu 4.1

i_U = 15.5kA

I_t3 = 4.4kA

U_ns = 15kV

Dobieram odłączniki trójbiegunowe typu OW III-20/12, UG, UD z napędem pneumatycznym.

Dane dobranych odłączników:

U_ni = 20kV > U_ns = 15kV

I_n = 1250A > I_{r max} = 770A

i_{n szcz} = 50kA > i_U = 15.5kA

I_nt3 = 20kA > I_t3 = 4.4kA

7.3 Dobór uziemników.

a) uziemniki na napięcie 110kV

Dobieram uziemniki typu UN III S110

b) uziemniki na napięcie 15kV

Dobieram uziemniki typu UN III na napięcie 20kV

8. Dobór aparatury pomiarowej.

8.1 Przekładniki prądowe.

a) po stronie napięcia 110 kV

Dobieram przekładnik prądowy typu J-110-3a

Dane znamionowe przekładnika:

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 110 kV > 110 kV

Znamionowy prąd pierwotny I_1N = 4* 100A > I_{r max} = 52.5 A

Znamionowy prąd wtórny I_2N = 5A

Znamionowy prąd szczytowy I_dyn = 200*I_1N > i_U = 11.1 kA

Znamionowy prąd jednosekundowy I_nt1 = 80*I_1N > I_t1 = 6.31 kA

b) po stronie napięcia 15 kV

Dobieram przekładnik prądowy typu J 30-2MOc , wykonanie małoolejowe napowietrzne.

Dane znamionowe przekładnika:

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 30 kV > 15 kV

Znamionowy prąd pierwotny I_1N = 1200 A > I_{r max} = 770 A

Znamionowy prąd wtórny I_2N = 5A

Znamionowy prąd szczytowy I_dyn = 75 kA > i_U = 15.5 kA

Znamionowy prąd jednosekundowy I_nt1 = 30 kA > I_t1 = 7.62 kA

Klasa dokładności 0.5

c) na odejściach do stacji oddziałowych:

Dla stacji SO₁, SO₂, SO₃, oraz dla stacji SO₄, SO₅

Dobrałem przekładnik prądowy typu J-30-2MO

Dane znamionowe przekładnika:

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 30 kV > 15 kV

Znamionowy prąd pierwotny I_1N = 150 A > I_{r max} = 123.2 A

I_1N = 150 A > I_{r max} = 61.6 A

Znamionowy prąd wtórny I_2N = 5A

Znamionowy prąd szczytowy I_dyn = 36 kA > i_U = 15.5 kA

Znamionowy prąd jednosekundowy I_nt1 = 12 kA > I_t1 = 7.62 kA

8.2 Przekładniki napięciowe.

a) po stronie napięcia 110 kV (sieć ze skutecznie uziemionym punktem zerowym)

Dobieram przekładnik typu U110a

Dane znamionowe przekładnika:

Układ pełnej gwiazdy.

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 110kV >

Znamionowe napięcie pierwotne U_1N = 110kV

Znamionowe napięcie wtórne

Moc znamionowa S_n = 500VA

Moc graniczna S_gr = 2000VA

b) po stronie napięcia 15 kV . Dla układu połączeń „V” musi być spełniony warunek

U_1N > U_ns = 15 kV

Dobieram przekładnik napięciowy typu U30-MO, wykonanie małoolej. napowietrzne

Dane znamionowe przekładnika:

Znamionowe napięcie pierwotne U_1N = 15kV

Znamionowe napięcie wtórne U_2N = 100V

Moc znamionowa S_n = 80VA

Moc graniczna S_gr = 800VA

Klasa dokładności 0.5

8.3 Dobór bezpieczników do przekładników napięciowych.

Zabezpieczenie po stronie pierwotnej przekładnika jest stosowane do napięcia 30kV.

a) Dobór wkładki zabezpieczającej stronę wtórną przekładnika typu U110a

Prąd wkładki powinien spełniać warunek:

Wyszukiwarka