4.1 Трансформаторлардың асқын жүктелу қабілеттілігін есептеу

Трансформатор қуатын таңдағанда олардың тек номиналды қуатын негіз етпеу керек, себебі оның орналасу және сыртқы орта температурасы да әсер етеді. Трансформатор жүктемесі тәулік ішінде өзгереді, және егер максималды жүктеме бойынша қуатты таңдасақ, төмендеу кезеңдерінде оның трансформаторы жүктелмей қалады, нақтырақ айтқанда оның қуаты аяғына дейін пайдаланылмай қалады. Егер трансформатор жарты күн номиналды жүктемеден төмен жүктелсе, қалған жарты күн асқын жүктемеге шыдамды болатынын тәжірибеден көруге болады. Әр түрлі режимдердің критериясы трансформатор оқшаулағыштарының ескіруі болып келеді.

Трансформатордың жүктелу қабілеттілігі – бұл шамадан артық жүктелу мен рұқсат етілген жүктеме жиынтығы. Рұқсат етілген жүктеме – бұл ұзақ мерзімді жүктелу кезінде жұмыстың номиналды режиміне сәйкес келетін ескіруден аспайтын, қызудан болатын орама оқшаулағыштарының есептік ескіруі.

Трансформатордың шамадан тыс жүктелуі – бұл ұзақ мерзімді жүктелу кезінде жұмыстың номиналды режиміне сәйкес келетін ескіруден асып түсетін, қызудан болатын орама оқшаулағыштарының есептік ескіруі. Мұндай режим трансформатордың номиналды қуатынан жүктеме көп болғанда немесе қоршаған ортаның температурасы қабылданған есептік температурадан көп болғанда пайда болады.

Әр сатының толық қуаттарының есептеулері негізінде график тұрғызылады, ол бойынша күштік трансформаторды таңдағанда талдау жасауға болады.

Апатты асқын жүктеме коэффициентін ескеретін, трансформатордың алғашқы қуатын шығарғанда, біз алдын-ала 2х10 МВ·А қуатымен күштік трансформаторды қабылдадық. Осы қуатта асқын жүктелу жүктемесі тәулікте 24 сағат созылады, сонымен қатар асқын жүктелу жүктемесі 2,63 МВ·А құрайды.

Трансформатордың рұқсат етілген жүйелі асқын жүктелуі оның номиналды қуатынан көбірек және тәулік ішіндегі жүктеменің біркелкі еместігінің есебінен пайда болуы мүмкін. Жүктелмей қалғанда оқшаулағыштардың ескіруі аз болады, ал асқын жүктелу кезінде біршама жоғарлайды.

4.2 Қосалқы станция жүктемесінің эквивалентті екі сатылы графигін тұрғызу

Трансформатордың рұқсат етілген жүйелі асқын жүктелуін есептеу үшін нақты графигі эквивалентті екі сатылыға түрлендіріледі. Графикте, асқын жүктеме деп жылулық импульс аталады.

Графикті тұрғызу кезінде 3 жағдай қарастырылады:

1-жылулық импульс. Бұл жағдайда ілгері келе жатқан он сағаттық периодтың ұзақтығы асқын жүктеме периоды басталғанға дейін шегеріледі.

2-жылулық импульс, үлкен импульс кіші импульстен кейін болады. Он сағаттық периодтың ұзақтығы жылулық импульсі бойынша азырақ максимум жағына қалдырылады.

3-жылулық импульс, кіші импульс үлкен импульстен кейін болады. Он сағаттық периодтың ұзақтығы дәл осындай жылулық импульсі бойынша азырақ максимум жағына қалдырылады.

Жүктеме графигін талдай отырып келесідей тұжырым жасауға болады, 2 жағдай орын алғанын көреміз.

және коэффициенттерін формуламен анықтаймыз:

Трансформатор қуаты бойынша 1-22 [9] кестесінен v_охл.=20⁰С салқындататын ортаның эквивалентті температурасындағы сызба нөмірін таңдаймыз, №20 сызба. Көбірек жылулық импульсының асқын жүктелу жүктемесінің уақыты 2 сағатты құрайды. Абцисса осінде К₁=0,865 мәнің белгілейміз, желі графигіне 2 сағатты проекциялаймыз және К_{2 доп.}=2,3 аламыз. Асқын жүктеме режимінде трансформатор жұмысы шартынан К₁≤ К_{2 доп.} (0,865≤2,3) шарты орындалуы керек. Бұл шарт орындалады, олай болса, біз осы 2х10 МВ·А қуатты трансформаторды қабылдай аламыз.

Нәтижесінде асқын жүктеме коэффициенттерінің S_1экв.=4,23 МВ·А эквивалентті қуаттарға аударылуымен, 10 сағаттық ұзақтығымен, S_2экв.=16,1 МВ·А, 10 сағаттық ұзақтығымен екісатылы график аламыз.

Жүктеме коэффициенттері S_ном.=10 МВ·А қатысты салыстырмалы бірліктерде ұсынылған.

Осылайша, таңдалған трансформатор асқын жүктеме қабілеттілігінің шарты бойынша өтеді. Ал апаттық жағдайда, бір трансформатордың істен шығуы кезінде, 3 категориялы 10 кВ кернеу тұтынушыларын қорек көзінен ажырату қарастырылады.

Түрі

Uном кВ

шығындар, кВт

iх,%

uк,%

ВН

СН

НН

Рх

Ркт

ВН-СН

ВН-НН

СН-НН

ТДТН- 10000/110

115

38,5

11

17

76

1

10,5

17,5

6,5

5 Қосалқы станцияның электрлік қосылу схемасын таңдау

5.1 Электр қондырғыларының схемалары туралы жалпы мәліметтер

Қосалқы станцияның электрлік қосылуларының негізгі схемасы – негізгі электрқондырғылардың, құрама шиналардың, трансформаторлардың, коммутациялық және басқа бірінші реттік аппараттардың арасындағы өзара байланыстар жиынтығы.

Негізгі схеманы таңдау – қосалқы станцияның электрлік бөліктерін жобалау кезінде анықтаушы рөл атқарады, себебі ол элементтердің толық құрамын және олардың арасындағы байланысты анықтайды. Таңдалған негізгі схема – электрлік қосылулардың принципиалды схемаларын, өзіндік мұқтаж схемасын, екінші ретті қосылулар схемасын тұрғызуда негіз болып табылады.

Қосалқы станцияның электрлік қосылуларының негізгі схемасын энергожүйенің электрлік тораптарын дамыту немесе ауданды электрмен жабдықтау схемасын ескере отырып таңдайды.

Торапқа қосылу әдісі бойынша барлық қосалқы станцияларды мынадай топтарға бөледі: түпкі, тармақталған, өтпелі, түйіндік.

Тармақталған қосалқы станция бір немесе екі өтпелі желіге аралық шықпалар арқылы қосылады.

Қолданылуы бойынша тұтынушы және жүйелік қосалқы станциялар деп ажыратылады. «Рождественка» қосалқы станциясы тұтынушы қосалқы станциясы болып табылады. Қосалқы станцияның схемасы қолданылуына және қоректендіруші торапқа қосылу әдісіне тығыз байланысты. Ол қосалқы станцияның тұтынушыларын электрмен жабдықтау сенімділігін және жүйеаралық немесе магистралді байланыстар арқылы қалыпты, апаттан кейінгі режимдердегі қуат ағындарын қамтамасыз ету; даму перспективасын ескеру; барлық кернеу кластарындағы тарату құрылғысын біртіндеп кеңейту мүмкіндігін, апаттан кейінгі автоматика талаптарын ескеруі қажет; көрші қосылымдардың сөнуінсіз схеманың бөлек жеке элементтерінің жөндеу және пайдалану жұмыстарын жүргізу мүмкіндігін қамтамасыз ете алуы керек.

Осы талаптарға сай кернеуі 6-750 кВ қосалқы станцияларының тарату құрылғыларының типтік схемалары өңделген. Типтік схемалар қосалқы станцияны жобалау кезінде қолданылады.

Типтік емес негізгі схема техника-экономикалық есептеулермен негізделуі керек.

35-220 кВ жоғарғы кернеу жағында ажыратқыштары жоқ қарапайым схемалар қолданылуы керек.

Кернеуі 110 кВ желілерге аралық шықпалар арқылы қосылған тармақталған қосалқы станциялар – трансформаторлар тізбектерінде бөлгіштері және қысқа тұйықтағыштары бар екі блокты схема бойынша орындалады.

10-35 кВ кернеу жағында құрама шиналардың бір секционды жүйелі схемасы электрқондырғылардың қарапайым схемасы болып табылады. Схема өте қарапайым және иілгіш. Кернеуі 10-35 кВ қоректендіру көздері құрама шиналарға ажыратқыштар мен айырғыштар арқылы қосылады. Әр тізбекте бір ажыратқыштан болуы керек. Ол осы тізбекті қалыпты және апатты режимдерде өшіріп-қосу үшін қызмет етеді. Сондай-ақ, құрама шинадағы апат тек бір қоректендіру көзінің және тұтынушылардың тек жартысының сөнуіне ғана мүмкіндік береді, ал екінші секция мен оған кіретін барлық қосылымдар жұмыс режимінде қалады. Мұндай жағдайда екінші қоректендіру көзі жауапты тұтынушыларды электрэнергиясымен қамтамасыз етеді, ал қалалық тораптарды трансформаторлы қосалқы станциялары арқылы резервтеу 3-ші категориялы тұтынушыларды қоректендіруді тоқтатпайды. Схеманың артықшылығы: қарапайым, иілгіш, үнемді, аса жоғары сенімді.

Алайда схеманың кемшіліктері де бар. Бір секцияның зақымдалуы және кезекті жөндеу жұмысына шығарылуы кезінде екі секциядан қоректенетін жауапты тұтынушылар резервсіз қалады. Ал торап бойынша резервтенбеген тұтынушылар жөндеу жұмысы аяқталғанға дейін сөндірулі болады.

5.2 Кернеуі 110/35/10 кВ «Рождественка» қосалқы станциясының схемасы

«Рождественка» қосалқы станциясы кернеулері 110 кВ «ТЭЦ», «Аэропорт» желілерінен қоректенеді және өтпелі қосалқы станция болып табылады. Қалыпты жағдайда қосалқы станция кернеуі 110 кВ «ТТЭЦ» желісі арқылы қоректенеді.

Қосалқы станцияда екі үш орамды ТДТН-10000/110 трансформаторы орнатылған. «ТЭЦ» желісі бірінші Т-1 трансформаторын, ал «Аэропорт» желісі Т-2 трансформаторын қоректендіреді. 110 кВ кернеу жағынан трансформаторлар әуе желісіне желілік айырғыштар мен вакуумды ажыратқыштар арқылы жалғанған. Сонымен қатар асқын кернеуден шектеуіш ОПН-У-110 қосылған. Т-1,2 трансформаторларын оперативті ауыстырып-қосу кезінде осы трансформаторлардың нейтралі кернеуі 110 кВ жерлендіруші бірфазалы пышағының қосылуымен жерлендіріледі.

10 кВ кернеу жағында трансформаторлар 10 кВ шиналарға трансформаторлы айырғыштар, вакуумды ажыратқыштары және шиналы айырғыштар арқылы қосылған. Т-1, Т-2 трансформаторларының 10 кВ ұяшықтары ВВ/ТЕL-10-20Атипті ажыратқыштармен жабдықталған. Екі секциялы шина ажыратқышпен секцияландырылған(Қосалқы станцияның қима жоспары жобаның сызба бөлімінің 4-парағы шығарылған).

10 кВ секционды вакуумды ажыратқыш қалыпты жағдайда өшірілген. Осы секциядан шығатын кернеуі 10 кВ желілер КТҚ (комплектті тарату құрылғысының) ұяшықтарымен жабдықталған. (Қосалқы станцияның электрлік қосылу сұлбасы жобаның сызба бөлімінің 3-парағы шығарылған).

5.3 Схема сенімділігін талдау

Қарапайым схема электр қондырғы, құрылыс материалдарын аз шығындауға, сондай-ақ тарату құрылғысының құнын төмендетуге мүмкіндік береді. Қалыпты режимде трансформаторды ажырату үшін, мұндай схемада, кірме ұяшықтың 10, 35 кВ кернеу жағынан жүктеме ажыратқышын, содан соң бөлгішпен трансформатордың магниттелу тогын сөндірген жеткілікті. Трансформаторда зақымдалу болған жағдайда релелік қорғаныс көмегімен кірме ұяшықтың 10, 35 кВ кернеу жағындағы ажыратқышты өшіреді және энергожүйенің қосалқы станциясындағы ажыратқышты сөндіруге импульс жіберіледі. Импульсті алғаннан кейін ажыратқыш сөндіріледі, содан соң автоматты түрде бөлгіш сөндіріледі. Трансформатор қосылған транзитті желі кернеу әсерінде қала береді, сондықтан бөлгіш ажырағаннан кейін энергожүйенің қосалқы станциясындағы ажыратқыш автоматты түрде сөндіріледі.

Автоматты қайта қосылу (АҚҚ) схемасындағы пауза бөлгіштің ажыратылу уақытымен келісілген болуы керек. Қарсы жағдайда желі- трансформатордағы аяқталмаған зақымдануға қарамастан қосылуы мүмкін.

Қоректендіруші ажыратқыштың өшіру сигналынсыз ажырауын қамтамасыз етуге болады. Ол үшін қосалқы станциянын жоғарғы кернеу жағында қысқа тұйықтағыш орнатылған. Трансформатордың қорғаныс жүйесі іске қосылғанда электр жетекке импульс береді. Жетек қосылғаннан кейін жасанды қысқа тұйықталуды тудырады. Желінің релелік қорғанысы іске қосылады және қоректендіруші ажыратқышты сөндіреді. Желінің релелік қорғанысы трансформатор ішіндегі зақымдалуларды сезбей қалуы мүмкін, сондықтан қысқа тұйықтағыштарды орнату қажет.

6 Қоректендіруші ЭБЖ тексеру есептері

6.1Кернеуі 110 кВ ЭБЖ электрлік есептеулері

«Рождественка» қосалқы станциясы кернеулері 110 кВ екі желі бойынша қоректенеді. 110 кВ ЭБЖ-гі жүктемені одан қоректенетін қосалқы станциялардың қуаты бойынша анықтаймыз:

S_ЭБЖ = S_НС-1КИК + S_{Казгородок} = 2∙6300+ 2·10000=32600 кВ∙А.

I_max=

АС-70/11 маркалы сымды таңдаймыз.

Таңдалған қиманы қызуға тексереміз [1]: I_max=163,86A<I_рұқ=265А.

Қысқа тұйықталу тогының термиялық әсеріне тексеру жүргізілмейді, себебі сымдар оқшауланбаған және ашық ауада орналасқан. Сондай-ақ, эл.динамикалық әсерге де тексерілмейді, себебі соққы ток 50 кА-ден төмен.

Сымдарды тәжге тексеру кернеулері 35 кВ және одан төмен иілмелі өткізгіштер үшін қажет. Тәждік разряд электр өрісінің кернеулігі жоғары болғанда сымдардың айналасында түзіледі. Сымның айналасындағы ауаның ионизация процесі энергияның қосымша шығындарына, радио тосқауылдарды тудыратын электр-магнитті тербелістің пайда болуына және контактілі қосылымдардың беткі қабатына жағымсыз әсер ететін озонның түзілуіне әкеледі. Сымдардың дұрыс таңдалуы тәждік әсерді рұқсат етілген мәніне дейін төмендеуін қамтамасыз ету керек. Біздің жағдайда тәждік тексеру жүргізілмейді, себебі ЭҚЕ-не сай кернеуі 110 кВ әуе желілері үшін минималды қима-70 .

6.2 Кернеуі 35 кВ әуе желілерін есептеу

«Рождественка» қосалқы станциясынан екі әуе желісі шығады: «Рождественка -Целиноградская», «Рождественка -Романовка».

35 кВ «Рождественка -Целиноградская» әуе желісің максималды жүктемелері мына өрнек бойынша анықталады:

мм²

Бірақ та оқшауланбаған алюминий сымы үшін 1,3-ке тең болғандықтан, =50мм² АС-50 сымын таңдаймыз.

35 кВ «Рождественка -Романовка» әуе желісің максималды жүктемесі мына өрнек бойынша анықталады:

мм²

Бірақ та оқшауланбаған алюминь сымы үшін 1,3-ке тең болғандықтан, =49,5 мм² АС-50 сымын таңдаймыз.

Каталогтық берілгендер бойынша АС-50 маркалы сымы үшін , яғни таңдалған сымдар шартты қанағаттандырады.

7 Қысқа тұйықталу токтарын есептеу

7.1 Қысқа тұйықталу туралы қысқаша мәліметтер

Қысқа тұйықталу – бұл электр қондырғысы сымдары фазаларының арасындағы тұйықталулар, нейтралі толық және тиімді жерлендірілген тораптардағы фазаның жерге тұйықталуы және электр машиналар орамалары арасындағы тұйықталулар.

Қысқа тұйықталуларға электр тізбектерінің оқшауламаларының бұзылуы себепкер. Осындай бұзылулардың себептеріне оқшауламаның ескіріп тесілуі, электр беріліс желілерінің сымдарына сымдардың түйісуі, сымдардың үзіліп жерге түсуі, жерді қазған кезде кабель желілері оқшауламаларының механикалық зақымдалулары, электр беріліс желілеріне найзағайдың түсуі жатады.

Үш фазалы электр қондырғыларында үш және екі фазалы қысқа тұйықталулар пайда болуы мүмкін. Сонымен қатар, нейтральдері жерге қосылған үшфазалы тораптарда бір және екі фазалы жерге қысқа тұйықталулар пайда болуы мүмкін. Қысқа тұйықталулар, әдетте зақымдалған фазадағы токтардың оның номинал шамасынан өте жоғары болуымен сипатталады.

Жиі жағдайда қысқа тұйықталулар өтпелі кедергі арқылы пайда болады, мысалы оқшауламаның зақымданған жерінде жойылатын электрлік доғаның кедергісі арқылы. Кейбір кезде өтпелі кедергісіз металды қысқа тұйықталулар пайда болады. Тұйықталу токтарын есептеуді жеңілдету үшін көптеген жағдайларда өтпелі кедергіні ескермей, тек металды қысқа тұйықталуды қарастырады.

Қысқа тұйықталу токтарының өтуі өткізгіштердегі және түйіспелердегі электр энергиясы шығынының көбеюіне, ал ол олардың жоғары температураға дейін қызуына әкеледі. Қызу оқшауламаның тез ескіріп бұзылуын жылдамдатады және түйіспелердің жануына, шиналар мен өткізгіштердің механикалық беріктілігінің жоғалуына әкеледі. Өткізгіштер мен аппараттар термиялық берік болуы қажет, яғни берілген есептеме уақыт ішінде қысқа тұйықталу әсерінен пайда болатын қызуды ешбір зақымданусыз көтеруі керек.

Қысқа тұйықталу токтары өткен кезде өткізгіштер арасындағы елеулі электрлік-динамикалық күштер пайда болады. Егер де оған сәйкес шаралар қолданылмаса, осы күштердің әсерінен ток өткізгіш бөліктері мен олардың оқшауламалары бұзылуы мүмкін. Ток өткізгіш бөліктері, аппараттар мен электр машиналары электрлік-динамикалық берік болуы керек, яғни қысқа тұйықталу әсерінен пайда болатын осы күштерге төзімді болуы керек.

Қысқа тұйықталулар электр тораптарындағы, әсіресе зақымдалу орнына жақын жерлерде, кернеу деңгейін төмендетеді.

Қысқа тұйықталу токтарын есептеу электр қондырғылардың параметрлерін таңдау немесе тексеру үшін, релелік қорғаныс пен автоматиканы таңдау немесе тексеру үшін керек.

Үш фазалы қысқа тұйықталу токтарын есептеу үшін қарастырылып отырған энергожүйенің бастапқы есептеу сұлбасын тұрғызады, осы сұлбасында қысқа тұйықталу орындарын көрсетеді, осы сұлба бойынша электрлік орынбасу сұлбасын тұрғызады, түрлендірулер арқылы сұлбаны таңдалған қысқа тұйықталу нүктесімен бір Е"қор қорытынды электр қозғаушы күшінен және бір Хқор қорытынды кедергісінен тұратын қарапайым түрге келтіреді.

Қорек көзінің қорытынды ЭҚК мен қорытынды кедергісімен Ом заңы бойынша қысқа тұйықталу тогының Iп.о периодтық құраушысын анықтайды. Содан кейін соққы тогын, қажет жағдайда берілген t уақыт мезгіліндегі қысқа тұйықталу тогының периодикалық және апериодикалық құраушыларын анықтайды.

Қысқа тұйықталу токтарын есептеу үшін, бастапқы есептеу сұлбасын тұрғызу керек.

Қондырғының бастапқы есептеу сұлбасы – қысқа тұйықталу тогына әсер ететін барлық элементтері және олардың параметрлері көрсетілген электр қондырғының қарапайым бір сызықты сұлбасы. Осы сұлбада немесе арнайы қосымшаларда номиналды параметрлері көрсетіледі.

Есептеулерді жеңілдету үшін есептеу сұлбасында шиналардағы кернеудің нақты шамаларының орнына келесі шкалаға сәйкес кернеудің орта Uорт (кВ) мәнін көрсетеді: 515; 340; 230; 115; 37; 10,5; 6,3. Әр электрлік сатыға орта кернеуді қабылдағаннан кейін барлық элементтердің номиналды кернеуін осы сатыдағы орта кернеуге тең деп есептейді.

Қысқа тұйықталу тогы келесі формула арқылы есептеледі:

Мұндағы: Uорт – қысқа тұйықталу нүктесіндегі орта кернеуі, кВ, Хж- жүйенің кедергісі, Ом.

Егер кедергі салыстырмалы бірлікте берілген болса, онда формула мына түрге келеді:

Мұндағы: Х_(ном) – жүйенің салыстырмалы кедергісі, с.б. I_ном – қысқа тұйықталу пайда болған трансформатордың номинал тогы, А.

Соққы ток, әдетте қысқа тұйықталу басталғаннан кейін 0,01 секундттан кейін пайда болады. Оның шамасы келесі формула арқылы анықталады:

Мұндағы I_по – қысқа тұйықталу тогы құраушысының бастапқы мәні, А;

K_с – қысқа тұйықталу тогының апериодикалық құраушысының өшуінің уақыт тұрақтысынан тәуелді соққы коэффициенті.

Т_а уақыт тұрақтысы мен К_с коэффициенті арасында келесі қатынас болады:

Өткізгіштер бойымен қысқа тұйықталу тогы өткенде, оларды электрлік- динамикалық әсерге тексереді.

Токтардың бағыты бір болғанда өткізгіштер бір-біріне тартылады, ал токтардың бағыты қарама-қарсы болса, онда өткізгіштер бір-бірінен тебіледі.

ЭҚЕ-не сәйкес, балқымалы сақтандырғыштармен қорғалған аппараттар мен өткізгіштер шамасы 60 А-ден төмен токтан электрлік-динамикалық беріктілікке тексерілмейді. Иілмелі сымдарда соққы тогының шамасы 50 кА-ден көп болған жағдайда оларды шатасуына тексеру керек.

Қысқа тұйықталу процесінің ұзақтығы, әдетте өте аз (бірнеше секунд) болғандықтан, өткізгіште бөлінетін жылу қоршаған ортаға беріліп үлгермейді де өткізгіштің қызуын тудырады.

Қысқа тұйықталу тогы жұмыс режиміндегі ток шамасынан өте көп болғандықтан, өткізгіштің және ток өткізгіш бөліктердің қызуы мен деформациясына келтіретін қауіпті шамаларға дейін жетуі мүмкін. Өткізгіштің термиялық беріктілік критериі – оның қысқа тұйықталу токтарының әсерінен қызуының рұқсат етілген температурасынан аспауы.