Электрические станции и подстанции
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВОЛОГОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Электрооборудование»
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ И ПОДСТАНЦИИ
Методические указания для выполнения контрольных работ и
практических заданий
Институт машиностроения, энергетики и транспорта
Направление 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
Профиль: «Электроснабжение»
ВОЛОГДА
2020
УДК 621 2/4/0.75.8/
Утверждено экспертным советом
по учебным изданиям ВоГУ
Рецензент
канд. техн. наук, доцент кафедры АВТ Е.Н. Давыдова
Электрические станции и подстанции: Методические указания для выполнения контрольных работ и практических заданий. / [составители: О.С. Вяткина, А.Н. Алюнов]; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Вологодский государственный университет. – Вологда, ВоГУ, 2020. – 16 с.
Методические указания предназначены для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника».
ВВЕДЕНИЕ
Электрическая энергия является наиболее удобным и дешевым видом энергии. Широкое распространение электрической энергии обусловлено относительной легкостью ее получения, преобразования и возможностью ее передачи на большие расстояния. Огромную роль в системах электроснабжения играют электрические подстанции — электроустановки, предназначенные для преобразования и распределения электроэнергии. Электрическая подстанция — часть системы передачи и распределения электрической энергии, в которой происходит повышение или понижение значения электрического напряжения с использованием трансформаторов.
Представленные методические указания служат руководством по выполнению контрольных работ и практических заданий по дисциплине «Электрические станции и подстанции» направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника». В них изложены основные требования к выполнению контрольных работ, их содержанию, оформлению, представлены варианты заданий, определен список рекомендуемой литературы.
Номер варианта определяется порядковым номером обучающегося в списке группы. Исходные данные для выполнения заданий находятся в приложениях к данной методичке.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1
«Выбор потребителей и расчет нагрузок в системе собственных нужд подстанции»
Задание:
1. Привести принципиальные схемы распределительных устройств высшего, среднего и низшего напряжений подстанции в соответствии с типом подстанции, указанным в исходных данных (ориентируясь на стандарт организации ОАО «ФСК ЕЭС» [1]). В качестве схем распределительных устройств среднего и высшего напряжения при количестве присоединений меньше двенадцати выбирается схема с одной секционированной системой шин, при количестве присоединений двенадцать и более – схема с двумя секционированными системами шин.
2. Определить количество потребителей собственных нужд (перечень потребителей приведен в таблице П1.1).
3. Рассчитать установленные мощности потребителей собственных нужд. При расчете учесть, что на стороне 110 кВ (220 кВ), 35 кВ устанавливаются элегазовые выключатели (например, ВГТ-УЭТМ [2]), а на стороне 10 кВ – вакуумные (например, ВВ-TEL с управлением через блок БУ-TEL [3]). Для определения установленной мощности приводов разъединителей 110, 220 и 35 кВ (например, РПД-УЭТМ) можно воспользоваться литературой [2]. На стороне 10 кВ разъединители не устанавливаются, так как распределительное устройство низшего напряжения выполняется в виде закрытого распределительного устройства (ЗРУ), и выключатели, установленные на каждой линии, являются выкатными. Для определения установленной мощности остальных потребителей воспользоваться можно воспользоваться литературой [4].
4. Определить полную мощность потребителей собственных нужд. В ориентировочных расчетах можно принять коэффициент спроса Кс=0,8 [4, стр.475]. Для двигательной нагрузки принять cosφ=0,85 [4, стр.475-477].
5. Выбрать трансформаторы собственных нужд
6. Выбрать сечения и марку кабелей для каждого из потребителей собственных нужд (длина линий указана в таблице П1.2)
7. Выбрать автоматические выключатели для каждой линии, питающей потребителей собственных нужд. Выбор осуществить по максимальному рабочему току каждой линии (без расчета токов короткого замыкания).
8. Сделать чертеж системы собственных нужд на листе формата А1
Исходные данные представлены в таблицах П1.1 и П1.2 приложения 1.
Контрольная работа оформляется на листах формата А4.
Чертеж оформляется на листе формата А1.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2
«Расчет устройств заземления и молниезащиты подстанции»
Задание 1: Рассчитать заземляющее устройство проектируемой подстанции (определить количество горизонтальных и вертикальных заземлителей). Заземляющую сетку изобразить на рисунке с указанием заземлителей и размеров контура заземления.
Заземлители:
- Естественные
- Искусственные:
a. Вертикальные стержни: длина l=3-5 м, диаметр d=12-20 мм.
b. Горизонтальные стальные полосы: сечение 40х4 мм.
Размещение искусственных заземлителей производится таким образом, чтобы достичь равномерного распределения электрического потенциала на площади, занятой электрооборудованием. С этой целью прокладываются продольные и поперечные горизонтальные заземлители (заземляющая сетка). Глубина заземления: t = 0.5-0.7 м. Контур заземления прокладывается на расстоянии 1-2 м от фундаментов или основания оборудования.
Порядок расчета:
1. Определяется сопротивление естественных заземлителей (Re)
2. Определяется сопротивление заземляющего устройства (Rз). При расчете устройства заземления для электроустановок 110 кВ и выше согласно [5] сопротивление заземляющего устройства не должно превышать значение 0,5 Ом
3. Если 
, то вертикальных заземлителей не требуется, на территории прокладывается горизонтальный заземлитель.
4. Если 
, то определяется сопротивление искусственных заземлителей:
5. Определяется расчетное удельное сопротивление грунта
,
где Кс – коэффициент сезонности
6. Предварительно определяется конфигурация заземлителя
7. Определяется сопротивление горизонтальных заземлителей
где l – общая длина полосы горизонтальных заземлителей, м;
b – ширина полосы, м;
t – глубина заложения, м.
8. Определяется сопротивление горизонтальных заземлителей с учетом коэффициента использования сопротивления полосы ( 
)
9. Определяется общее сопротивление вертикальных заземлителей
10. Определяют сопротивление одного вертикального стержня
где 
– расчетное удельное сопротивление грунта, 
;
l – длина стержня, м;
d – диаметр стержня, м;
t – глубина заложения, м.
11. Определяют количество вертикальных заземлителей
где 
– коэффициент использования вертикальных заземлителей.
Задание 2. Рассчитать устройство молниезащиты. Изобразить зону защиты одиночного стержневого молниеотвода, а также зону защиты, состоящую из нескольких стержневых молниеотводов с указанием всех расстояний и радиусов.
Исходные данные представлены в таблице П2.1 приложения 2.
Контрольная работа оформляется на листах формата А4. Чертеж устройства заземления и молниезащиты оформляется на листах формата А4. Пример представлен в приложении 3.
Площадь подстанции:
Узловая – 110х200 м2
Проходная – 70х100 м2.
Концевая (тупиковая) - 78х108 м2.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Таблица П1.1 – Исходные данные