Расчет максимальных рабочих токов
Токоведущие части и электрическое оборудование подстанций выбирают по условию их длительной работы при номинальной и повышенной нагрузке, не превышающей максимальной рабочей. Для этих целей необходимо рассчитать максимальные рабочие токи Iр.max сборных шин и всех присоединений к ним. Эти значения тока необходимы для определения допустимых токов токоведущих частей и номинальных токов электрического оборудования подстанции.
При расчете наибольших (максимальных) рабочих токов сборных[ шин и присоединений учитывается запас на перспективу развития подстанции, принимаемый равным 30 % расчетной мощности, возможные аварийные перегрузки до 40 %, увеличение значении токов параллельно включенных трансформаторов и линий в случае отключения одного из трансформаторов или одной линии.
Вводы опорных, транзитных подстанций и подстанций,
получающих питание от шин других подстанций
, А, (3.1)
I де SТП — полная мощность подстанции, кВА; Кпр — коэффициент перспективного развития подстанции, увеличивающий рабочий максимальный потребляемый ток на 30%, равный 1,3; Uн1 — номинальное напряжение первичной обмотки главного понижающего трансформатора проектируемой подстанции, кВ (см. главу 2).
Вводы подстанций тупиковых и на отпайках
, А, (3.2)
где КАВ — коэффициент аварийной перегрузки трансформатора, учитывающий его возможную перегрузку до 40 %, равный 1,4; 
— суммарная мощность главных понижающих трансформаторов проектируемой подстанции, кВА; Uн1 — номинальное напряжение первичной обмотки понижающего трансформатора проектируемой подстанции, кВ (см. главу 2).
Сборные шины первичного напряжения опорных подстанций
и перемычки промежуточных подстанций
, А, (3.3)
где Кпр — коэффициент перспективs,см. формулу (3.1); Кр.н — коэффициет распределения нагрузки на сборных шинах первичного напряжения, равный 0,7; SТП; Uн1 — см. формулу (3.1).
Первичные обмотки высшего напряжения
, А, (3.4)
где Sн.тр — номинальная мощность силового трансформатора (главные понижающие, трансформаторы собственных нужд, тяговые трансформаторы), кВА; Uн1, КАВ — см. формулу (3.2).
Вторичные обмотки низшего напряжения
двухобмоточных силовых трансформаторов
, А, (3.5)
где КАВ; Sн.тр — см. формулу (3.4); Uн2 — номинальное напряжение вторичной обмотки (низшее напряжение) силового трансформатора, кВ.
Вторичные обмотки среднего и низшего напряжения
трехобмоточных силовых трансформаторов
, А, (3.6)
где КАВ; Sн.тр — см. формулу (3.4); Uн2 — номинальное напряжение вторичной обмотки среднего напряжения трансформатора, кВ; Uн3 — номинальное напряжение вторичной обмотки низшего напряжения трансформатора, кВ.
Сборные шины вторичного напряжения
главных понижающих трансформаторов
, А, (3.7)
Iгде Кр.н — коэффициент распределения нагрузки на шинах вторичного напряжения распределительного устройства, равный:
0,5 — при пяти и более находящихся в работе присоединений к шинам;
0,7—при находящихся в работе присоединений к шинам менее пяти;
U2(3) — см. формулу (3.6); 
— см. формулу (3.2).
Рабочий максимальный ток на сборных шинах вторичного напряжения можно рассчитать по выражению
, А, (3.8)
Формулой (3.8.) можно воспользоваться, если рассчитывались полные мощности на сборных шинах 10 или 35 кВ вторичного напряжения главных понижающих трансформаторов.
Линии, питающие потребителей
, А, (3.9)
где Рmax — максимальная активная мощность потребителя, определенная в главе 2 по выражению Ртах = Ру ∙ Кс ; соз φ — коэффициент мощности потребителей (см. исходные данные); U2(3) — номинальное наапряжение на сборных шинах, от которых питается потребитель.
Расчет максимальных рабочих токов
для тяговых подстанций постоянного тока
Первичная обмотка тягового трансформатора преобразовательного агрегата:
— при трехфазной мостовой схеме выпрямления
, А, (3.10)
где Sн.тр — номинальная мощность тягового трансформатора, кВА; Uн2 — номинальное напряжение первичной обмотки тягового транс форматора, кВ.
Этот ток можно вычислить по формуле
, А, (3.11)
где Idн — номинальный ток выпрямителя; Кт — коэффициент трансформации тягового трансформатора, равный 3,8;
— при шестифазной нулевой
, А, (3.12)
где Idн — см. формулу (3.11); КТ — коэффициент трансформации тягового трансформатора, равный 1,9.
Вторичная обмотка тягового трансформатора преобразовательного агрегата:
— при трехфазной мостовой схеме выпрямителя
, А, (3.13)
— при шестифазной нулевой
, А,
Рабочая шина РУ-3,3 кВ
, А, (3.14)
где N — число преобразовательных агрегатов;
Кр.н — коэффициент распределения нагрузки на сборных шинах РУ – 3,3 кВ. Обычно на подстанциях устанавливается два преобразовательных агрегата, тогда К р.н = 0,8.
Запасная шина РУ-3,3 кВ
, А, (3.15)
где Imax Ф — ток самого нагруженного фидера контактной сети (см. задание).
, А, (3.16)
Рассчитанные значения рабочих максимальных токов потребуются в дальнейшем для выбора токоведущих частей и электрического оборудования подстанции, методика которого рассмотрена в главе 5.
Это важно знать:
ОСНОВНЫЕ ПЕРИОДЫ (СТАДИИ) РАЗВИТИЯ БОЛЕЗНИ В развитии болезни обычно различают четыре периода (стадии): латентный.
Международные организации по защите прав человека Международный механизм защиты основных прав включает как условия их реализации (содействие осуществлению международных договоров в.
Революция 1905 – 1907 гг. в России: причины, события, результаты, последствия Первая русская революция 1905 – 1907 произошла в результате общенационального кризиса, который приобрел масштабный характер.
Примерный образец решения задачи по уголовному праву ЗАДАЧА Бубнов попал в автомобильную аварию и был отправлен в ближайшую больницу.
Структура системы национальной безопасности. Тема. Национальная безопасность государства, её основные элементы 1. Сущность и содержание национальной безопасности С момента своего.
Максимальный рабочий ток силового трансформатора
В соответствии с «Правилами устройства электроустановок» все силовые трансформаторы должны иметь защиту от коротких замыканий и ненормальных режимов [1]. Для выбора видов защиты и расчета их характеристик срабатывания необходимо прежде всего точно знать тип и параметры защищаемого трансформатора.
Самые важные параметры трансформатора отражены в его условном обозначении, которое имеется и в паспорте, и на паспортной табличке, прикрепленной к трансформатору на видном месте. В соответствии с ГОСТ 11677—85 «Трансформаторы силовые» принята единая структурная схема условного обозначения трансформаторов. Буквы в начале обозначают однофазный (О) или трехфазный (Т) трансформатор, указывают вид изолирующей и охлаждающей среды (например, буква М соответствует масляному трансформатору с естественной циркуляцией воздуха и масла, буква С — сухому трансформатору), а также исполнение трансформатора и вид переключения ответвлений: буква 3 — защитное исполнение, Г — герметичное, Н — возможность регулирования напряжения под нагрузкой.
После буквенной части обозначения через тире указывается номинальная мощность трансформатора в киловольт-амперах (кВ-А), затем через дробь — класс напряжения стороны высшего напряжения (ВН) в киловольтах (кВ) и далее через тире — климатическое исполнение и категория размещения оборудования по ГОСТ 15150—69. Согласно этому стандарту буквой У обозначают исполнение для умеренного климата, ХЛ — холодного, Т — тропического. Категории размещения обозначаются цифрами: 1—для работы на открытом воздухе, 2 — для работы в помещениях, где температура и влажность такие же, как на открытом воздухе, 3 — для закрытых помещений с естественной вентиляцией, 4 — для работы в помещениях с искусственным регулированием климата, 5 — для работы в помещениях с повышенной влажностью.
Например, условное обозначение трансформатора трехфазного масляного с охлаждением при естественной циркуляции воздуха и масла, двухобмоточного, мощностью 250 кВ-А, класса напряжения 10 кВ, исполнения У категории 3 (для умеренного климата и закрытых помещений) имеет следующий вид:
Трансформатор трехфазный сухой с естественным воздушным охлаждением при защищенном исполнении, двухобмоточный, мощностью 400 кВ-А, класса напряжения 10 кВ, исполнения У категории 3 имеет такое условное обозначение:
В паспортной табличке указываются и другие параметры трансформатора, необходимые для выбора его защиты:
номинальные напряжения трансформатора (сторон ВН и НН для двухобмоточных трансформаторов);
номинальные токи обмоток ВН и НН;
условное обозначение схемы и группы соединения обмоток;
напряжение короткого замыкания ик (в процентах) на основном ответвлении обмотки ВН (для трехобмоточных трансформаторов указывают напряжение короткого замыкания всех пар обмоток).
Номинальные напряжения трансформатора. Трансформаторы с высшим номинальным напряжением 10 кВ, которым посвящена эта книга, выпускаются с номинальным напряжением стороны низшего напряжения, равным 0,4 или 0,69 кВ, — для питания электроприемников, а также 3,15 или 6,3 кВ, или 10,5 кВ — для связи питающих электрических сетей разных напряжений, а иногда и для питания крупных электродвигателей напряжением выше 1000 В. Например, на подстанции 110/10кВ электродвигатели напряжением 6 кВ могут работать только через трансформаторы 10/6,3 кВ. Однако большинство трансформаторов 10 кВ выпускается с низшим напряжением 0,4 кВ для питания электроприемников напряжением 380 и 220 В.
В обмотке ВН трансформаторов 10 кВ, как масляных, так и сухих, предусматривается возможность изменения напряжения ВН в диапазоне ±5 % номинального ступенями по 2,5%. Изменяют напряжения переключением ответвлений обмотки ВН, что производится обязательно при отключении всех обмоток трансформатора от сети. Вид, диапазон и число ступеней регулирования напряжения на стороне ВН условно обозначаются буквами и цифрами: ПБВ ± ±2X2,5 %, где ПБВ означает переключение без возбуждения (в отличие от РПН — регулирования под напряжением, которое выполняется на трансформаторах более высоких классов напряжения, начиная с 35 кВ).
Номинальные значения мощности и тока. Номинальные мощности трансформаторов должны соответствовать ГОСТ 9680—77. Трансформаторы масляные 10 кВ для питания электроприёмников выпускаются с номинальной мощностью до 2,5 MB -А, а для связи между электросетями разных напряжений — до 6,3 МВ-А: например, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400, 630 кВ-А, а также 1; 1,6 и 2,5 МВ-А. Трансформаторы сухие (ТСЗ) выпускаются с номинальной мощностью 160, 250, 400, 630 кВ-А, а также 1 и 1,6 МВ-А.
Мощность (в вольт-амперах) трехфазного трансформатора при равномерной нагрузке фаз определяется выражением
где U — номинальное междуфазное напряжение, В; / — ток в фазе, А.
Из выражения (1) по известным из паспортных данных номинальным значениям мощности и напряжений сторон ВН и НН могут быть определены значения номинальных токов (в амперах) обмоток ВН и НН трансформатора
где S ном. указывается в киловольт-амперах (кВ-А), а U ном — в киловольтах (кВ),
Например, для трансформатора мощностью 400 кВ-А с напряжением стороны ВН, равным 10 кВ, и стороны НН, равным 0,4 кВ, номинальные токи обмоток:
Как правило, во время работы трансформаторы не должны перегружаться, т. е. значения рабочих токов в обмотках трансформатора не должны превышать поминальные. Однако допускаются в определенных пределах кратковременные и длительные перегрузки (§ 2).
Схемы и группы соединения обмоток. Трансформаторы 10 кВ выпускаются со следующими схемами и группами соединения обмоток:
звезда — звезда с выведенной нейтралью Y / Y -0; треугольник — звезда с выведенной нейтралью ∆/ Y -11; звезда с выведенной нейтралью — треугольник Y /∆-11; звезда—зигзаг Y / Y
Трансформаторы 10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток Y / Y -0 подключаются к питающей трехфазной сети 10 кВ, работающей с изолированной нейтралью, и питают трехфазную четырех проводную сеть с наглухо заземленной нейтралью, в которой номинальное напряжение между линейными проводами равно 0,38 кВ, а между каждым линейным и нулевым проводом (нейтралью трансформатора)—0,22 кВ. При симметричной нагрузке всех фаз ток в нулевом проводе (нейтрали) невелик и называется током небаланса. Значение тока небаланса у трансформаторов Y / Y не должно превышать 0,25 номинального тока обмотки НН во избежание перегрева и повреждения трансформатора (ГОСТ 11677—85). На практике не всегда удается выполнить это условие. По этой и некоторым другим причинам (см. § 4 и 9) трансформаторы со схемой соединения обмоток Y / Y не должны применяться начиная с мощности 400 кВ-А и более.
Трансформаторы со схемой и группой соединения обмоток ∆/ Y -11 подключаются таким же образом, как и трансформаторы Y / Y -0. Особенность схемы и группы соединения ∆/ Y -11 состоит в том, что между векторами напряжений и токов на сторонах НН и ВН существует фазовый сдвиг на угол 30°, Поэтому трансформаторы ∆/ Y -11 не могут работать параллельно с трансформаторами Y / Y -0, у которых нет фазового сдвига между этими векторами. При ошибочном включении их на параллельную работу фазовый сдвиг на угол 30° между векторами вторичных напряжений этих трансформаторов вызовет уравнительный ток между трансформаторами одинаковой мощности, примерно в 5 раз превышающий номинальный ток каждого из них.
Благодаря соединению обмотки ВН в треугольник для этих трансформаторов допускается продолжительная несимметрия нагрузки и ток в нейтрали обмотки НН до 0,75 номинального тока в обмотке НН (ГОСТ 11677—85). Соединение обмотки ВН в треугольник обеспечивает также значительно большие значения токов при однофазных КЗ на землю в сети НН, работающей с заземленной нейтралью, чем при питании сети НН через трансформатор с такими же параметрами, но со схемой соединения Y / Y -0. Это способствует падежной работе устройств релейной защиты от однофазных КЗ (§ 3). Поэтому начиная с мощности 400 кВ-А должны применяться трансформаторы 10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток ∆/ Y -11 (как сухие, так и масляные). Трансформаторы с этой схемой соединения обмоток могут выпускаться также с номинальным напряжением обмотки НН, равным 0,69 кВ.
Для связи между сетями разных напряжений и для питания крупных электродвигателей выше 1000 В выпускаются трансформаторы 10/3,15, 10/6,3 и 10/10,5 кВ со схемой и группой соединения обмоток Y /∆-11; некоторые трансформаторы для специального назначения могут иметь схемы соединения Y / Y -0, ∆/∆-0, а также Y /∆-11 (обмотки ВН с выведенной нейтралью применяются в трансформаторах, например для включения дугогасящего реактора в сети 10 кВ с компенсированной нейтралью). Особую группу составляют трансформаторы для собственных нужд электростанций, релейная защита которых в этой книге не рассматривается.
Трансформаторы 10 кВ небольшой мощности для сельских электросетей могут выпускаться с особой схемой соединения обмотки НН, называемой зигзаг. Обмотка ВН при этом соединяется в звезду: Y / Y . Соединение вторичной обмотки понижающего трансформатора в зигзаг обеспечивает более равномерное распределение несимметричной нагрузки НН между фазами первичной сети ВН. При этом обеспечиваются наиболее благоприятные условия работы трансформатора. Для выполнения схемы зигзаг вторичная обмотка каждой фазы составляется из двух половин, одна из которых расположена на одном стержне магнитопровода, вторая — на другом. Выполнение трансформаторов со схемой соединения обмотки НН в зигзаг обходится дороже, чем со схемой соединения обмотки НН в звезду ( Y / Y ), так как соединение в зигзаг требует большего (на 15%) числа витков обмотки НН. Это объясняется тем, что ЭДС обмоток, расположенных на разных стержнях, складываются геометрически под углом 120° и их суммарное значение на 15% меньше, чем при алгебраическом сложении ЭДС двух обмоток, расположенных на одном стержне магнитопровода. Чтобы получить ЭДС одного и того же значения при соединении в зигзаг, нужно на 15 % больше витков, чем при соединении обмотки НН в звезду. Из-за большей сложности изготовления и более высокой стоимости трансформаторы звезда — зигзаг применяются редко.
Напряжение короткого замыкания. Этот важнейший параметр трансформатора необходим для расчетов токов КЗ на выводах вторичной обмотки НН трансформатора и в питаемой сети НН. Напряжение короткого замыкания соответствует значению междуфазного напряжения, которое надо приложить к выводам обмотки ВН трансформатора для того, чтобы при трехфазном замыкании на выводах НН через трансформатор прошел ток КЗ, равный его номинальному значению. Напряжение короткого замыкания обозначается U k и выражается в процентах номинального значения напряжения обмотки ВН. Если, например, U k = 5 %, это означает, что к обмотке ВН трансформатора 10 кВ при закороченной обмотке НН надо приложить напряжение 0,5 кВ, чтобы ток трансформатора был равен номинальному.
По значению напряжения короткого замыкания, как следует из определения этого параметра, можно вычислить максимальное значение тока при трехфазном КЗ на стороне НН трансформатора, причем как без учета сопротивления питающей энергосистемы до шин 10 кВ, где включен трансформатор, так и с учетом этого сопротивления. По значению U k вычисляется и полное сопротивление трансформатора Z тр (§ 3). Значения U k приводятся в стандартах, а также в паспортах и на паспортных табличках каждого трансформатора (по результатам заводских испытаний). Средние значения U k для масляных трансформаторов 10 кВ равны примерно 4,5 % —при мощности до 400 кВ-А, 5,5% — при мощности 630 кВ-А и 1 MB -А и 6,5 % — при мощности более 1 МВ-А. У сухих трансформаторов мощностью от 160 кВ-А до 1,6 MB -А значения напряжения короткого замыкания равны примерно 5,5 %.