Проектирование тупиковой подстанции

Электрические подстанции

Электрические подстанции служат для распределения, преобразования и приема электрической энергии всех уровней напряжения. Они могут быть понижающими, если от них осуществляется снабжение потребителей электроэнергией, а также повышающими, в том случае если они находятся на близком расстоянии от электрических станций и используются для преобразования электроэнергии.

Основными элементами подстанции являются трансформаторы, вводные конструкции, распределительные устройства, система питания, система автоматики и защиты, система заземления, молниезащитные сооружения, вспомогательные системы и бытовые помещения. Примеры структурных схем электрических подстанций изображены на рисунке ниже.

Рисунок 1. Структурные схемы электрических подстанций. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

А - с одним распределительным устройством повышенного напряжения; Б - с двумя распределительными устройствами повышенного напряжения; В и Г - с тремя распределительными устройствами повышенного напряжения; Д - схема переключательного пункта.

Электрические подстанции классифицируются следующим образом:

1. По конструктивному исполнению подстанции делятся на трансформаторные и преобразовательные.
2. По назначению в системе электроснабжения подстанции делятся на комплектные трансформаторные, тяговые, главные понижающие, а также подстанции глубокого ввода.
3. По способу питания подстанции делятся на проходные, тупиковые, ответвительные и узловые.
4. По размещению и исполнению подстанции делятся на мачтовые, встроенные в здание, открытые и закрытые.

Проектирование тупиковой подстанции

Процесс проектирования тупиковой электрической подстанции состоит из:

1. Предварительного анализа необходимой мощности категорий потребителей электроэнергии и нагрузок.
2. Инженерных расчетов, в состав которых входят выбор трансформаторов, выбор электрических соединений, выбор сечений и марок проводов, расчет токов короткого замыкания, подбор основного оборудования, выбор оборудования автоматики и релейной защиты, выбор конструкций распределительных устройств.
3. Технико-экономического обоснования, в состав которого входят анализ экономической эффективности, расчет издержек, а также расчет затрат на монтаж, строительство и проектирование.

Выбор силовых трансформаторов. Выбор марки и сечений проводов

Количество силовых трансформаторов, устанавливаемых на тупиковой понизительной электрической подстанции, как правило, принимается не более двух штук. В случае установки двух трансформаторов и отсутствия резервирования по электрическим сетям низшего напряжения, мощность каждого трансформатора должна подбираться с учетом того, что загрузка каждого из них будет составлять не более 70 % от максимальной нагрузки электрической подстанции, функционирующей в номинальном режиме.

Мощность трансформатора на подстанции должна быть такой, чтобы в случае выхода его из строя второй трансформатор мог принять на себя нагрузку всей подстанции с учетом допустимой перегрузки послеаварийного режима и временного отключения потребителей, относящихся к третьей категории. На основе существующего опыта проектирования тупиковых подстанций трансформаторы выбираются с условием допустимой перегрузки в 40 %, то есть:

$S ≥ Smax / 1.4$

где, Smax - максимальная расчетная мощность электрической подстанции.

Экономическое сечение проводника линии электропередачи рассчитывается по следующей формуле:

$Fэк = Imax / jэк,$

где, Imax - максимальный электрический ток нормального рабочего режима подстанции; jэк - экономическая плотность тока

Максимальный электрический ток нормального режима работы можно рассчитать следующим образом:

Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

где, Smax - максимальная расчетная мощность линии передачи; Uном - напряжение в воздушной линии; n - количество цепей в воздушной линии.

На основе полученных результатов подбирается ближайшее стандартное сечение проводника. Подобранное сечение должно удовлетворять следующему условию.

$Imax ≤ Iдоп,$

где, Iдоп - длительно допустимый ток

Далее провода проверяют по условию коронного разряда. Правильный выбор сечения провода обеспечивает снижение действия коронного разряда до допустимых значений. Таким образом провода не будут коронировать, если у поверхности провода максимальная напряженность не будет превышать 0,9Ео, то есть Еmax ≤ 0.9Eo, при условии расположения проводов треугольником. Максимальная напряженность у провода рассчитывается по формуле.

Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

где, U - линейное напряжение; ro - радиус выбранного провода; Dср - среднее геометрическое значение между проводами фаз.

А значение начальной электрической напряженности электрического поля рассчитывается следующим образом

Рисунок 4. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

где, m - коэффициент, который учитывает шероховатость провода.

Если полученные значения удовлетворяют следующему условию, то подбор проводов произведен верно

$Емах ≤ 0,9Ео$