Типичные нагрузки, поставляемые
Вспомогательные системы подстанции переменного тока обычно используются для подачи таких нагрузок, как охлаждение трансформатора, масляные насосы и переключатели ответвлений, компрессоры воздушных компрессоров и зарядные двигатели, обогреватели наружного оборудования, наружное освещение и розетки, разъединители и управляющие устройства с двигателем.
Вспомогательные системы переменного тока на силовых подстанциях (требования к конструкции и оборудование)
Контрольный дом обычно включает в себя освещение и розетки, отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха, вход зарядного устройства и водяной насос.
Теперь давайте обсудим следующие темы, касающиеся основных требований к проектированию для обычной вспомогательной системы переменного тока на подстанции и электрооборудования, используемого для реализации:
-
- Требования к дизайну:
- Нагрузка спроса
- Количество первичных каналов
- Накладные расходы или подземный вход
- Критические нагрузки
- Уровень вторичного напряжения
- Схема переноса
- Токи срабатывания вспомогательной системы
- Оборудование для систем переменного тока:
- трансформеры
- Электрические панели
- Осветительное и отопительное оборудование
- Резюме
- Требования к дизайну:
Требования к дизайну
1. Спрос нагрузки
Подключите подключенный кВА всех нагрузок переменного тока подстанции и примените коэффициент спроса к каждому. Требование кВА используется для измерения вспомогательного трансформатора (трансформаторов). В этом случае не следует учитывать разнесение нагрузки и коэффициент нагрузки.
При калибровке вспомогательного трансформатора изучите скорость роста подстанции.
Если планируется расширение в ближайшем будущем, рассмотрим предполагаемую нагрузку на нагрузку расширения в размере трансформатора. Если расширение будет в далеком будущем, экономически выгодно планировать добавление трансформатора во время расширения.
Вернуться к содержанию ↑
2. Количество первичных каналов
В небольших распределительных подстанциях обычно достаточно одного вспомогательного трансформатора. По мере увеличения размера подстанции повышается критичность нагрузки на клиента. Необходимо принять решение об избыточности вспомогательных услуг подстанции в свете экономики и требований клиентов.
Большие трансмиссионные подстанции, обслуживающие большие блоки нагрузки и распределительные станции, должны иметь два питателя, обслуживающих два отдельных вспомогательных трансформатора.
Когда выбраны двойные каналы, найдите два независимых независимых источника, чтобы потеря одного не повлияла на обслуживание другого. Определите наименее надежную альтернативу. Популярным вариантом для рассмотрения в этом случае является использование третичной обмотки силового трансформатора как нормального источника.
Альтернативным источником может быть распределитель питания на уровне обслуживания клиентов, 480 или 240 вольт, один или три фазы. В зависимости от выбранного дополнительного уровня вторичного напряжения это может устранить один трансформатор.
Рисунок 1 - радиальная сеть с двойным питанием MV без соединителя (главный коммутатор питается двумя источниками с соединителем. Распределительные щиты 1 и 2 питаются двумя источниками без соединителя, один из которых поддерживает другой. что нет соединителя источника для коммутаторов 1 и 2, означает, что сеть менее гибкая для использования.)
Вернуться к содержанию ↑
3. Накладные расходы или подземный вход
Вспомогательный источник (источники) могут быть либо верхними, либо подземными линиями распределения. При подходе внутри объекта подстанции, даже из верхнего источника, рекомендуется прямая труба. Для минимизации времени простоя, если происходит сбой кабеля, должен быть установлен запасной, закрытый, кабелепровод.
Неисправный кабель всегда можно удалить после восстановления обслуживания.
Вернуться к содержанию ↑
4. Критические нагрузки
Некоторые низковольтные нагрузки должны поддерживаться постоянно:
- Зарядные устройства для батарей, которые через батареи, выключатели питания и замыкания цепи, а также цепи связи
- Охлаждение трансформатора
- Компрессоры и двигатели силовых выключателей
- Неисправности в сосудах
- Освещение безопасности
- Цепи управления выключателем
- Схема (ы) пожарной тревоги
- Электрическое отопление
- Схема автоматизации подстанции
Критические нагрузки для каждой станции должны быть определены. Эти нагрузки должны подаваться с панели (ов), подаваемой из нормального источника, и представляющей минимальную нагрузку для передачи в альтернативный источник питания.
Вернуться к содержанию ↑
5. Уровень вторичного напряжения
Для вспомогательных устройств переменного тока доступны несколько уровней вторичного напряжения или уровня использования. Для целей стандартизации на данной энергосистеме лучше всего выбрать только один уровень. Однако это не является ограничивающим правилом. Исключение может быть оправдано.
Возможные уровни вторичного напряжения следующие:
1. 480/240 вольт, трехфазная дельта
Необходимо предусмотреть трехфазные трансформаторные вентиляторы и масляные насосы с напряжением 480 вольт. На практике они рассчитаны на 460/230 вольт, но это напряжение NEMA плюс 10%. Другие нагрузки могут быть указаны либо на 480, либо на 240 вольт, однофазные.
Эта система необоснованна и должна использоваться с системой обнаружения земли, так что «неисправность» или одна нога системы вызовут сигнал тревоги. Система должна срабатывать, когда вторая нога в системе заземлена.
Рисунок 2 - 480/240 вольт, трехфазная дельта
2. 480/277 вольт, соединенный Wye, трехфазный, четырехпроводный
Необходимо предусмотреть трехфазные трансформаторные вентиляторы и масляные насосы с напряжением 480 вольт. На практике двигатели рассчитаны на 460/230 вольт, но это соответствует требованиям NEMA плюс 10% напряжения.
Преимущество здесь заключается в том, что светильники могут быть оснащены 277-вольтовыми балластами, что экономит затраты на трансформатор освещения за счет использования более распространенных ламп с диагональю 120 вольт.
Сосуды для удобства подаются через небольшие трансформаторы на 480-120 вольт сухого типа.
Рисунок 3 - 480/277 вольт и 208/120 вольт Уай подключен, трехфазный, четырехпроводный
3. 208/120 вольт, трехфазный, четырехпроводный
Для охлаждения трансформатора могут использоваться трехфазные 208 вольт или однофазные 120 вольт или их комбинация (рис. 3). Комбинированные силовые и осветительные панели могут использоваться, что приводит к снижению затрат на рабочую силу и материалы. Эта экономия может быть компенсирована более высокими расходами проводников по сравнению с системой на 480 вольт.
Емкости могут подаваться с напряжением 120 вольт напрямую.
4. 240 вольт, трехфазная дельта
Необходимо предусмотреть трехфазные трансформаторные вентиляторы и масляные насосы с напряжением 240 вольт. На практике двигатели рассчитаны на напряжение 230 вольт, но это напряжение питания NEMA плюс 10%.
Эта система необоснованна и должна использоваться с системой обнаружения земли, так что «неисправность» на одной ноге системы вызовет тревогу. Система должна срабатывать, когда вторая нога в системе заземлена.
Рисунок 4 - 240 вольт, трехфазная дельта
5. 240/120 вольт, с треугольником, трехфазный, четырехпроводный
Это наиболее распространенный уровень использования подстанций среднего размера. Одна фаза вспомогательного трансформатора центрирована, чтобы получить 120 вольт.
Могут использоваться комбинированные панели, и можно обслуживать однофазные нагрузки 240 В.
Рисунок 5 - 240/120 вольт, (разомкнутый), треугольный, трехфазный, четырехпроводный
6. 240/120 вольт, Open Delta-Connected, трехфазный, четырехпроводный
Это по существу то же самое, что и закрытое дельта-соединение, за исключением того, что можно использовать только 58 процентов мощности кВА трех трансформаторов. Эта конфигурация (рисунок 5) обеспечит экономию строительства для установки среднего размера или для временного использования.
В однофазных блоках третий трансформатор может быть добавлен в будущем для увеличения мощности кВА.
Он часто используется для мощности конструкции, где требуются как трехфазные, так и однофазные источники.
7. 240/120 вольт, однофазный, трехпроводный
Это «жилая» услуга, но применима к малым подстанциям. Можно использовать общие панели с двумя доступными напряжениями.
Рисунок 6 - 240/120 вольт, однофазный, трехпроводный
Вернуться к содержанию ↑
6. Схема переноса
Если два источника, как обычные, так и альтернативные, являются вспомогательными вспомогательными устройствами подстанций, необходимо установить средства для перехода от одного к другому. На обслуживаемой станции это может быть ручная передача. Автоматическая передача должна предоставляться на станции без присмотра.
Передача производится на вторичной стороне для экономии оборудования.
Рисунок 7 - NEC Статья 700: Аварийные системы
В статье 700 Национального электрического кодекса (NEC), как показано на рисунке 7, указаны общие требования к этой схеме. Типичная конфигурация показана на рисунке 8.
Выбор переключателя передачи является важным фактором в проектировании системы. Для предотвращения короткого замыкания двух источников операция должна выполняться с двухтактным режимом «break before make». Должна быть предусмотрена механическая блокировка для обеспечения того, чтобы переключатель мог находиться только в одном из двух положений.
Коммутатор должен иметь стойкость к току при ошибках в точках A, B и C на рисунке 8. Неисправность на C будет самой высокой, импеданс фидера до B и A ограничивает ток повреждения до количества ниже, чем у C.
Вспомогательная система на рисунке 7 предполагает передачу всех нагрузок. Ток полной нагрузки трансформатора 150 кВА составляет 360 ампер, поэтому выбирается 400-амперный переключатель.
Рисунок 8 - Типичная вспомогательная система переменного тока
Предполагая источник 250 000 кВА, два питателя мощностью 500 ккмиль, 3, 05 метра (10 футов) на фазу до переключателя и 4-процентное сопротивление трансформатора, ток повреждения составляет приблизительно 10 000 ампер. Это значение хорошо соответствует стандартным рейтингам производителей для 400-амперных переключателей полной нагрузки.
Автоматические переключатели передачи построены для обнаружения аварийных ситуаций и передачи на альтернативный источник питания, когда нормальное питание падает до 83 процентов от номинального напряжения. Возврат к нормальному питанию осуществляется через регулируемую задержку времени приблизительно от 92 до 95 процентов от номинального напряжения. Доступны различные аксессуары с переключателями передачи.
Данные изготовителей легко доступны, и инженер должен проконсультироваться с такими данными при указании переключателя передачи. Обеспечьте оповещение о потере напряжения от любого источника.
Вернуться к содержанию ↑
7. Ток сбоя вспомогательной системы
Определение токов повреждения в трехфазных вспомогательных системах переменного тока является таким же простым, как определение токов нагрузки в автоматических выключателях или предохранителях. Защитное устройство должно работать или открываться во время сбоев, а также переносить ток нагрузки в нормальных условиях или привести к повреждению оборудования.
Ток симметричного короткого замыкания (ошибки) вычисляется с использованием уравнения 1:
I F = линия-к-линии кВ / (√3 × Ом сопротивление)
Реактивное сопротивление Ом - это полное реактивное сопротивление всех токоведущих частей от источника до отказа.
На рисунке 8 выше источник 250 000 кВА имеет реактивное сопротивление 0, 00023 Ом. Реактивное сопротивление трансформатора 150 кВА составляет 0, 0023 Ом, трансформатор тока 0, 0005 Ом, кабель 3, 05 м (10 футов) около 0, 001 Ом и т. Д. Все реактивные сопротивления суммируются и используются в уравнении 1.
Асимметричный ток короткого замыкания является функцией отношения X / R цепи неисправности. Коэффициент умножения (1.7) для асимметричного тока является удовлетворительным для расчетов вспомогательной энергосистемы.
Изготовители предохранителей и выключателей имеют справочники с значениями X, R и Z для трансформаторов, трансформаторов тока, кабелей и т. Д., А также методы определения рейтингов защитных устройств на основе оцененных токов повреждения.
Вернуться к содержанию ↑
Оборудование для систем переменного тока
1. Трансформаторы
ANSI Std. C57.12.25 и ANSI Std. C57.12.26 применимы для выбора трансформаторов на вспомогательной системе переменного тока. Этот тип трансформатора хорош для использования подстанций большой подстанции
Уровни вторичного напряжения, перечисленные выше в разделе «Уровень вторичного напряжения», являются стандартами производителей. Рассмотрите возможность создания напряжения вспомогательной системы подстанции на том же уровне, что и для обслуживающих подпольных клиентов. При такой стандартизации запасные трансформаторы могут быть запасаны, а обслуживание клиентов и подстанций поддерживается с минимальными затратами.
Навесные трансформаторы могут быть приобретены с помощью плавких выключателей на первичной стороне для защиты от тока защиты трансформатора. Высоковольтные предохранители, в этом использовании, рассчитанные для первичных токов первичной нагрузки, по своей сути имеют достаточные номинальные токи для защиты трансформаторов в условиях сбоя. Также доступны переключатели основной нагрузки.
Если нормальные и альтернативные источники являются надземными, монтируемыми на полюсе и управляемыми крюком, плавкие переключатели являются возможным решением для первичной защиты трансформатора. Подводный кабель используется для подключения от переключателей к панели трансформатора.
ANSI Std. C57.12
ANSI Std. C57.12.25 - распределительные трансформаторы с изолированным корпусом с автономным охлаждением, однофазные с изолированными высоковольтными соединителями; Высокое напряжение, 34500 GRD Y / 19920 вольт и ниже; Низкое напряжение, 240/120 вольт; 167 кВА и Меньше.
ANSI Std. C57.12.26 - автономные тепловые трехфазные распределительные трансформаторы с автономным охлаждением для использования с изолированными высоковольтными разъемами с изолированным изоляцией, высокое напряжение, 34500 GRD Y / 19920 вольт и ниже; 2500 кВА и Меньше.
Панельные трансформаторы и ранее упомянутые номиналы кВА относятся к довольно большой подстанции. Для небольших установок могут использоваться структурированные распределительные трансформаторы, правильно применяемые.
Вернуться к содержанию ↑
2. Электрические панели
Определение распределительной панели в NEC (статья 384) - это устройство, имеющее более 10 процентов его сверхтоковых устройств номинальной мощностью 30 ампер или менее, для которых предусмотрены нейтральные соединения. Кроме того, количество устройств ответвлений в одном корпусе ограничено 42 полюсами.
Распределительные щиты отличаются от панелей тем, что распределительные щиты свободны. Передний или задний доступ к терминалам линии и нагрузки являются опциями поставщика. Филиалы могут монтироваться или монтироваться отдельно, с барьерами или без них.
Ограждения должны быть указаны NEMA 1, общее обслуживание для использования внутри помещений или NEMA 3R, для использования на открытом воздухе.
Панели доступны для монтажа на потолке или на поверхности, с плавкой или разветвительной цепью. Основные выключатели, если требуется, могут быть оборудованы. Значения напряжения для любого уровня, выбранного выше, могут быть указаны в разделе «Уровень вторичного напряжения».
Основное решение, которое необходимо сделать при выборе панели, - использовать ли плавкие или ветви выключателя. Устройство ответвления используется для защиты проводки ответвлений, поэтому решение должно основываться на первой стоимости и ремонтопригодности. Для очень маленькой установки с несколькими схемами предохранители будут означать более низкую первоначальную стоимость.
Если выбраны предохранители, на подстанции необходимо поддерживать инвентарь. Всегда есть возможность, хотя и отдаленная, что неправильный размер можно использовать в качестве замены для перегоревшего предохранителя.
Эти проблемы не существуют с автоматическими выключателями, плюс фактор относительно ремонтопригодности.
Только для системы освещения, в установке с умеренным размером, панель выключателя предлагает преимущество переключения огней, тем самым устраняя выключатели освещения.
Для наружного освещения инженер может рассмотреть возможность монтажа трехполюсного магнитного контактора с атмосферостойкостью, подаваемого с соседней наружной панели.
Вернуться к содержанию ↑
3. Осветительное и отопительное оборудование
Осветительные приборы
Наружное освещение выполняет две основные цели: безопасность и безопасность подстанций. В зависимости от площади некоторые светильники могут использоваться в часы темноты для обеспечения безопасности подстанции. Они фотоэлектрически контролируются. Для микроволновой башни может потребоваться освещение FAA. Это также контролируется фотоэлектрически.
Лампы для наружного использования - это, по сути, лампы накаливания, ртути или натриевые лампы. За исключением необычного условия, лампы, которые в настоящее время используются в данной системе, должны продолжать использоваться, упрощая инвентарь. Необычным условием может быть новая большая подстанция, где желателен другой источник, и можно сохранить отдельный инвентарь на станции.
Доступны светильники для использования подстанций, начиная с основного плоского купольного отражателя до рефракторов рисунка иллюминационного инженерного общества (IES). Возможно использование кронштейнов для полюсов или кронштейнов.
Инженер, имеющий надлежащие данные поставщика, может разработать макет освещения для удовлетворения требуемой цели. Дизайн освещения ярд выходит за рамки настоящего руководства. Основными требованиями являются одна или две фута-свечи в областях оборудования.
Освещение подстанции (фото кредит: Genlux Lighting)
Сосуды для удобства должны быть в шкафах оборудования, а также стратегически расположены, чтобы обслуживать 50-футовые удлинители с лампами аварийной сигнализации. Сосуды для удобства во дворе подстанции должны иметь защиту от замыкания на землю.
Внутреннее освещение должно быть рассчитано на максимальное удобство оператора. Светильники должны располагаться так, чтобы правильно освещать фронты реле и панели управления. При использовании люминесцентных ламп рекомендуется использовать 4-футовые лампы, поскольку хранение легче, чем для 8-футовых ламп. Обеспечьте дуплексные розетки для подсветки шнура питания для начальных работ по подключению панели, настройке реле и обслуживанию оборудования.
Отопление и вентиляция
Обеспечьте электрическое отопление контрольного дома для комфорта и предотвращения замораживания. Это можно сделать с потолочными или настенными электронагревателями и / или электрическими нагревательными панелями.
Обеспечьте питание вентилятора (ов) крыши, а также напольные решетки с ручным управлением, чтобы обеспечить от трех до пяти изменений воздуха в час. Жалюзи должны быть снабжены плавкой связью как средство, в случае пожара, чтобы не допустить повреждения до минимума. Для предотвращения концентрации водорода в аккумуляторных комнатах всегда должны устанавливаться вентиляторы крыши Gravity.
Кондиционирование в контрольном доме, где это необходимо, лучше всего обеспечивается упакованным блоком (-ами) на стенке. Упакованные стеновые блоки накачивают энергосберегающий вариант отопления / охлаждения для большинства климатов и могут иметь дополнительную теплоту сопротивления.
В некоторых из них встроены резисторные нагреватели для обеспечения всесезонного использования. Данные поставщика доступны в качестве помощи при выборе таких устройств.
Вернуться к содержанию ↑
Резюме
Вспомогательная система подстанции переменного тока состоит в основном из следующих частей:
- Один или два входных первичных питания (ов) редко превышают уровень 34, 5 кВ, один назначенный нормальный источник, другой назначенный альтернативный источник. Источники должны быть как можно более независимыми.
- Один или два вспомогательных трансформатора для снижения первичного напряжения до уровня использования.
- Главный распределительный щит, обычно расположенный на открытом воздухе между двумя трансформаторами. В этом распределительном щите размещены переключатели передачи и предохранители или автоматические выключатели для питания как контрольных, так и дворовых панелей.
Панели (внутренние или наружные) с автоматическими выключателями или предохранителями, имеющими размеры для задействованных нагрузок, должны иметь приблизительно 20% запасных выключателей или предохранителей. Все ответвители, питающие цепи переменного тока, должны быть заземлены (GFI). Когда выбраны плавленые панели, ящики для дворов должны быть типа GFI.
Вернуться к содержанию ↑
Ссылка // Руководство по проектированию сельских подстанций Департамента сельского хозяйства США