Доклад Трансформаторные подстанции 10 0 4 к В Нефедов

Доклад Трансформаторные подстанции 10/0, 4 к. В Нефедов С. С.

Трансформаторные подстанции (ТП) напряжением 10/0, 4 к. В, которые часто называют потребительскими, предназначены для питания распределительных линий напряжением 0, 38 к. В. Они бывают однотрансформаторными и двухтрансформаторными с мощностью от 25 до 630 к. ВА наружной установки (КТП) и закрытые (ЗТП), проходного (КТПП) и тупикового (КТПТ) типов. В эксплуатации находятся также мачтовые ТП наружной установки.

Оборудование ТП 10/0, 4 к. В В общем случае ТП оборудованы: Ø силовыми трансформаторами; Ø устройствами управления и защиты; Ø преобразователями электроэнергии; Ø распределительными устройствами; Ø вспомогательной аппаратурой, которая облегчает эксплуатацию. Также предусмотрены и вводные сети коммуникаций (для воздушных или кабельных линий электропередач).

Оборудование ТП 10/0, 4 к. В Предохранители предназначены для защиты электрических установок от перегрузки и коротких замыканий. В с/х электрических сетях напряжением 380/220 В наибольшее распространение получили предохранители типов ПP (предохранитель с разборным патроном без наполнителя), ПН (разборный с наполнителем), НПН (с наполнителем, неразборный), а также быстродействующие типов ПНБ, ПБВ, ПБФ. Их изготовляют на токи от 15 до 1000 А. В сетях напряжением свыше 1 к. В распространение получили предохранители типов: ПКТ (предохранитель с кварцевым наполнителем, токоограничивающий ), ПКН (предохранитель с кварцевым наполнителем, токоограничивающий, для защиты измерительных трансформаторов напряжения), ПВТ (предохранитель выхлопной трубчатый). Предохранители ПКТ выпускаются на напряжение до 110 к. В и номинальные токи до 400 А.

Оборудование ТП 10/0, 4 к. В Измерительные трансформаторы тока и напряжения используются с целью обеспечения безопасности измерений, регулировки и обслуживания приборов и реле. Трансформаторы тока изготовляют на различные стандартные номинальные токи в первичной обмотке. Ток вторичной обмотки принимается равным 5 А. Однако встречаются трансформаторы тока, изготовленные на номинальный вторичный ток 1 А, предназначенные для специальных измерений. Трансформаторы тока разделяются на 5 классов точности: 0, 2; 0, 5; 1; 3; 10. Трансформаторы напряжения используются в электрических установках напряжением выше 380 В для питания обмоток напряжения измерительных приборов, реле, питания оперативных цепей защиты, автоматики, сигнальных цепей. Трансформаторы напряжения выпускаются четырех классов точности: 0, 2; 0, 5; 1, 0 и 3, 0.

Оборудование ТП 10/0, 4 к. В Разъединителем называется высоковольтный аппарат, предназначенный для включения и отключения электроустановок под напряжением, но при отсутствии нагрузочного тока. Разъединитель обеспечивает видимый разрыв цепи, что позволяет персоналу убедиться в возможности безопасного приближения к отсоединенным частям установки. Выпускаются разъединители типов РЛНД, РЛК. В электроустановках, которые характеризуются относительно небольшой силой токов к. з. (до 400 А) применяются выключатели нагрузки, способные включать и отключать рабочие токи нагрузки, при напряжении 10 к. В — 200 А, 6 к. В — 400 А. Выпускаются выключатели нагрузки типов ВН– 16, ВНП– 16, ВНМ– 10, ВНБ 10/630 и др.

Оборудование ТП 10/0, 4 к. В Короткозамыкатель – коммутационный аппарат, предназначенный для создания искусственных к. з. в электрической цепи. Применяется в упрощенных схемах подстанции для того, чтобы обеспечить отключение поврежденных трансформаторов после создания искусственного к. з. действием релейной защиты. Разрядник — электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях. Используются разрядники различных видов: воздушные, газовые, вентильные и др. Высоковольтные выключатели – служат для включения и отключения цепей переменного тока под нагрузкой и при КЗ. По конструктивным особенностям различают: масляные, воздушные, элегазовые, электромагнитные, вакуумные.

Защита от аварийных режимов Для силовых трансформаторов предусматривается релейная защита от следующих видов повреждении и ненормальных режимов работы: Ø многофазных замыканий в обмотках и на их выводах; Ø витковых замыканий в обмотках; Ø однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью; Ø сверхтоков в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями; Ø сверхтоков в обмотках, обусловленных перегрузкой; Ø понижения уровня масла; Ø частичного пробоя изоляции ввода 500 к. В; Ø однофазных замыканий на землю в сетях 3 − 10 к. В с изолированной нейтралью, если трансформатор питает сеть, в которой отключение однофазных замыканий на землю необходимо по требованиям безопасности.

Защита от аварийных режимов В схемах электроснабжения с/х потребителей напряжением до 35 к. В основными видоми релейной защиты являются максимальная токовая защита (МТЗ) и токовая отсечка. Для защиты от многофазных замыканий в обмотках и на выводах трансформаторов мощностью 6300 к. ВА и выше, работающих одиночно, мощностью 4000 к. ВА и выше, работающих параллельно, а также мощностью 1000 к. ВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности, максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0, 5 с и отсутствует газовая защита, предусматривается продольная дифференциальная защита с циркулирующими токами, действующая на отключение выключателей силового трансформатора без выдержки времени. Особенностью дифзащиты трансформаторов является неравенство первичных токов разных обмоток трансформатора и их несовпадение в общем случае по фазе.

Защита от аварийных режимов Для компенсации сдвига токов по фазе вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных со стороны звезды силового трансформатора, соединяют в треугольник, а вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных со стороны треугольника силового трансформатора, — в звезду. Компенсация неравенства первичных токов достигается правильным подбором коэффициентов трансформации трансформаторов тока. Если не предусматривается продольная дифференциальная защита (как правило, на одиночно работающих трансформаторах мощностью ниже 6300 к. ВА и параллельно работающих трансформаторах мощностью ниже 4000 к. ВА), то в этих случаях со стороны источника питания устанавливается токовая отсечка без выдержки времени, охватывающая часть обмотки трансформатора.

Защита от аварийных режимов Для защиты от внутренних повреждений (витковых замыканий в обмотках, сопровождающихся выделением газа) и от понижения уровня масла на трансформаторах мощностью 6300 к. ВА и выше, а также на трансформаторах мощностью 1000 4000 к. ВА, не имеющих дифзащиты или отсечки, и если максимальная токовая защита имеет выдержку времени 1 с и более, применяется газовая защита с действием на сигнал при слабых и на отключение при интенсивных газообразованиях. Газовая защита устанавливается на трансформаторах, автотрансформаторах и реакторах с масляным охлаждением, имеющих расширители, и осуществляется с помощью поплавковых, лопастных и чашечных газовых реле. Газовая защита является единственной защитой трансформаторов от «пожара стали» магнитопровода, возникающего при нарушении изоляции между листами стали.

Защита от аварийных режимов Для защиты от однофазных замыканий на землю повышающих трансформаторов мощностью 1000 к. ВА и более, присоединенных к сетям с большими токами замыкания на землю, а также на понижающих трансформаторах с заземленной нейтралью предусматривается максимальная токовая защита нулевой последовательности от токов внешних замыканий на землю, действующая на отключение. Для защиты понижающих трансформаторов от токов, обусловленных внешними короткими замыканиями, предусматривается максимальная токовая защита без пуска или с пуском от реле минимального напряжения, действующая на отключение выключателя. Вследствие низкой чувствительности максимальная токовая защита без пуска от реле минимального напряжения применяется только на трансформаторах мощностью до 1000 к. ВА.

Защита от аварийных режимов Для защиты повышающих трансформаторов от внешних коротких замыканий применяется максимальная токовая защита с пуском от реле минимального напряжения или токовая защита нулевой последовательности. Максимальная токовая защита с пуском от реле минимального напряжения для повышающих многообмоточных трансформаторов получается довольно сложной (из за наличия нескольких комплектов реле минимального напряжения) и недостаточно чувствительной по току. В этом случае применяется токовая защита нулевой последовательности. Последняя рекомендуется на повышающих трансформаторах мощностью 1000 к. ВА и более с глухозаземленной нейтралью.

Защита от аварийных режимов На многообмоточных трансформаторах с питанием с нескольких сторон для обеспечения избирательности действия защита выполняется направленной. Для защиты от перегрузки параллельно работающих нескольких трансформаторов мощностью по 400 к. ВА и более, а также при раздельной работе и наличии АВР предусматривается однофазная максимальная токовая защита, действующая на сигнал. На необслуживаемых подстанциях защита может выполняться с действием на автоматическую разгрузку или отключение трансформатора.

Схемы соединений обмоток Обмотки трансформатора могут соединяться по трем схемам: а) звезда; б) звезда с нулем; в) треугольник; г) зигзаг. а б в г

Схемы соединений обмоток Выбор схемы соединений зависит от условий работы трансформатора. Токи нулевой последовательности в обмотках, соединенных по схеме “звезда”, могут возникать только при наличии нулевого провода. А в обмотках, соединенных по схеме “треугольник”, токи нулевой последовательности составляют ток, циркулирующий по замкнутому контуру, и линейные токи, как разности токов смежных фаз, не содержат токов нулевой последовательности. Поэтому токи нулевой последовательности в обмотке, соединенной по схеме “треугольник”, могут возникать только в результате индуктирования их другой обмоткой трансформатора.

Схемы соединений обмоток

Схемы соединений обмоток В электрических сетях 0, 4 к. В с большим удельным весом однофазных потребителей очень сложно равномерно распределить нагрузки по фазам, поскольку они включаются не зависимо друг от друга в разные моменты времени. Главной причиной увеличения потерь в таких сетях является несимметричная нагрузка, под действием которой значительно увеличиваются потери энергии в трансформаторе, и ухудшается качество выходного напряжения. Увеличение этих потерь и ухудшение качества отпускаемой энергии сильно зависят от применяемой схемы соединения обмоток трансформатора.

Схемы соединений обмоток Работа трансформатора со схемой соединения Y/Yн при несимметричной нагрузке. Во вторичной цепи нагружена только одна обмотка и, следовательно, созданная вторичной обмоткой намагничивающая сила размагничивает только один стержень, но первичный ток, компенсирующий размагничивающее действие вторичной обмотки, протекать только по одной нагруженной фазе не может, это связано с отсутствием нейтрального провода на первичной стороне (ВН). Первичный ток в различной степени протекает через все три обмотки ВН. Созданная им намагничивающая сила неравномерно распределяется между стержнями магнитопровода и не компенсируется в не нагруженных фазах магнитное равновесие нарушено.

Схемы соединений обмоток Последствия этого нарушения сводятся к возникновению в трех стержнях магнитного потока рассеяния, направленного в одну сторону. Он замыкается через масло, бак и дно трансформатора и нагревает его. Кроме того, магнитный поток рассеяния значительно увеличивает сопротивление магнитно неуравновешенной части первичной обмотки. Это приводит к неравномерному распределению первичного напряжения между обмотками. Но если первичные напряжения отличаются, то и вторичные напряжения не могут быть равными. Следствием всего этого является смещение нейтрали фазных ЭДС первичной и вторичной обмоток, что приводит к значительным дополнительным активным потерям в трансформаторе.

Схемы соединений обмоток Работа трансформатора со схемой соединения Y/Zн при несимметричной (однофазной) нагрузке. Соединение в зигзаг применяется, чтобы более равномерно распределить неравномерную нагрузку вторичных обмоток между фазами первичной сети и даже при неравномерной нагрузке сохранять магнитное равновесие. Особенностью данной схемы соединения является то, что каждая фаза вторичной обмотки (НН) одновременно располагается сразу на двух стержнях магнитопровода. Следовательно, при однофазной нагрузке созданная вторичной обмоткой н. с. размагничивает сразу два стержня, и первичный ток, компенсирующий это размагничивающее действие, распределяется по фазам первичной обмотки. Магнитное равновесие практически не нарушается, не возникает однонаправленный магнитный поток рассеяния (обмотки включены встречно), отсутствуют его негативные последствия.

Схемы соединений обмоток В трансформаторе со схемой соединения Y/Yн происходит искажение величин фазных напряжений (смещение нейтрали), увеличение активных потерь энергии, очень малые токи однофазного короткого замыкания. Трансформатор со схемой соединения Y/Zн позволяет питать мощных однофазных потребителей без ухудшения качества электрической энергии и риска аварии, а также значительно снизить потери электрической энергии, правильно выбрать защиту трансформатора от однофазных коротких замыканий, повысить надежность электроустановки в целом, увеличить резерв мощности за счет снижения добавочных потерь, возникающих в распределительных трансформаторах.

Несимметричные и нелинейные потребители В сельских электрических сетях удельный вес однофазных нагрузок значителен. В основном это осветительно бытовые приборы и мелкомоторные установки. При проектировании и строительстве низковольтных сетей стремятся равномерно распределить их по фазам. Однако каждый потребитель может быть включен или отключен в зависимости от случайных обстоятельств. В силу этого количество и мощность потребителей, включенных в отдельные фазы в каждый конкретный момент времени, будет не одинаковым. Вследствие этого в сельских электрических сетях существует несимметрия нагрузок, которая вызывает значительную несимметрию напряжений, что приводит к увеличению потерь электроэнергии. В электрических сетях источниками несимметрии напряжений являются электросварочные агрегаты, специальные однофазные нагрузки, осветительные установки, коммунально бытовые нагрузки, индукционные и дуговые электрические печи и др.

Несимметричные и нелинейные потребители Электроприёмники с нелинейной вольт амперной характеристикой потребляют ток, форма кривой которого отличается от синусоидальной. А протекание такого тока по элементам электрической сети создаёт на них падение напряжения, отличное от синусоидального, это и является причиной искажения синусоидальной формы кривой напряжения. В сельском хозяйстве нелинейными потребителями являются тиристорные регуляторы, выпрямительные установки, сварочные трансформаторы, люминисцентные лампы и др. Электронные приемники электроэнергии и газоразрядные лампы создают во время работы невысокий уровень гармонических искажений на выходе, но так как общее количество таких электриприемников велико, то они оказывают значительное влияние на искажение формы кривой напряжения.

Несимметричные и нелинейные потребители Влияние несинусоидальности напряжения на работу электрооборудования: Ø Фронты несинусоидального напряжения воздействуют на изоляцию кабельных линий электропередач, — учащаются однофазные короткие замыкания на землю. Аналогично кабелю, пробиваются конденсаторы. Ø В электрических машинах, включая трансформаторы, возрастают суммарные потери. Ø Возрастает недоучёт электроэнергии, вследствие тормозящего воздействия на индукционные счётчики гармоник обратной последовательности. Ø Неправильно срабатывают устройства управления и защиты.

Несимметричные и нелинейные потребители Функцию, описывающую несинусоидальную кривую напряжения, можно разложить в ряд Фурье синусоидальных (гармонических) составляющих, с частотой в n раз превышающих частоту сети электроснабжения — частоту первой гармоники. В связи с различными особенностями генерации, распространения по сетям и влияния на работу оборудования, различают чётные и нечётные гармонические составляющие, а также составляющие прямой последовательности (1, 4, 7 и т. д. ), обратной последовательности (2, 5, 8 и т. д. ) и нулевой последовательности (гармоники кратные трём).

Несимметричные и нелинейные потребители Влияние гармоник на вращающиеся машины. Гармоники напряжения и тока приводят к дополнительным потерям в обмотках статора, в цепях ротора, а также в стали статора и ротора. Потери в проводниках статора и ротора из за вихревых токов и поверхностного эффекта при этом больше, чем определяемые омическим сопротивлением. Токи утечки, вызываемые гармониками в торцевых зонах статора и ротора, приводят к дополнительным потерям. В индукционном двигателе с ротором со скошенными пазами и пульсирующими магнитными потоками в статоре и роторе высшие гармоники вызывают дополнительные потери в стали. Величина этих потерь зависит от угла скоса пазов и характеристик магнитопровода. Среднее распределение потерь от высших гармоник характеризуется следующими данными; обмотки статора 14 %; цепи ротора 41 %; торцевые зоны 19 %; асимметричные пульсации 26 %. Дополнительные потери одно из самых отрицательных явлений, вызываемое гармониками во вращающихся машинах. Они приводят к повышению общей температуры машины и к местным перегревам, наиболее вероятным в роторе.

Несимметричные и нелинейные потребители Влияния высших гармоник на трансформаторы. Гармоники напряжения вызывают в трансформаторах увеличение потерь на гистерезис и потерь, связанных с вихревыми токами в стали, а так же потерь в обмотках. Сокращается также срок службы изоляции. Увеличение потерь в обмотках наиболее важно в преобразовательном трансформаторе, так как наличие фильтра, присоединяемого обычно к стороне переменного тока, не снижает гармоники тока в трансформаторе. Поэтому требуется устанавливать большую мощность трансформатора. Наблюдаются также локальные перегревы бака трансформатора. Отрицательный аспект воздействия гармоник на мощные трансформаторы состоит в циркуляции утроенного тока нулевой последовательности в обмотках, соединенных в треугольник. Это может привести к их перегрузке.

Несимметричные и нелинейные потребители Влияние высших гармоник на устройства защиты энергосистем. Гармоники могут нарушать работу устройств защиты или ухудшать их характеристики. Характер нарушения зависит от принципа работы устройства. Цифровые реле и алгоритмы, основанные на анализе выборки данных или точки пересечения нуля, особенно чувствительны к гармоникам. Чаще всего изменения характеристик несущественны. Большинство типов реле нормально работает при коэффициенте искажения до 20%. Однако увеличение доли мощных преобразователей в сетях может в будущем изменить ситуацию.

Несимметричные и нелинейные потребители Влияние гармоник на измерение мощности и энергии. Измерительные устройства обычно калибруются при чисто синусоидальном напряжении и увеличивают погрешность при наличии высших гармоник. Величина и направление гармоник являются важными факторами, так как знак погрешности определяется направлением гармоник. Погрешности измерения, вызываемые гармониками, сильно зависят от типа измерительной аппаратуры. Обычные индукционные счетчики, как правило, завышают показания на несколько процентов (по 6%) при наличии у потребителя источника искажения. Точное измерение энергии независимо от формы кривых тока и напряжения обеспечивается электронными счетчиками, имеющими более высокую стоимость. Гармоники оказывают воздействие и на точность измерения реактивной мощности, которая четко определена лишь для случая синусоидальных токов и напряжения, и на точность измерения коэффициента мощности. Гармоники оказывают влияние на точность поверки и калибровки приборов в лабораториях.