Проектирование системы электроснабжения завода станкостроения. 
Электроснабжение цеха обработки корпусных деталей

Министерство образования и науки Республики Казахстан ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ им. Д. СЕРИКБАЕВА Кафедра «Промышленная энергетика»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе Тема: «Проектирование системы электроснабжения завода станкостроения. Электроснабжение цеха обработки корпусных деталей»

Руководитель ст. преподаватель каф."ПЭ"

__________Р.Ж. Темербеков

«___» ____________ 2007 г.

Студент Шевченко П. Ю.

Специальность 50 718

Группа 04-ЭЛ-4

Усть-Каменогорск

1 Введение…5

2 Определение электрических нагрузок от силовых электроприёмников…6

2.1 Расчёт нагрузок на распределительные шкафы и шинопроводы…6

2.2 Расчёт нагрузок по цеху…8

2.3 Расчёт нагрузки электрического освещения по цехам и территории предприятия…12

2.4 Расчёт силовой нагрузки по заводу…13

3 Выбор количества и мощности трансформаторов цеховых подстанций…18

4 Компенсация реактивной мощности…21

5 Потери в силовых трансформаторах…27

6 Расчёт электрических нагрузок на высшем напряжении…29

7 Выбор месторасположения ГПП…35

8 Выбор напряжения электроснабжения…38

8.1 Выбор напряжения питания…38

8.2 Выбор напряжения распределения…39

9 Выбор схемы электроснабжения…40

9.1 Схемы внешнего электроснабжения…40

9.2 Схемы внутриобъектного электроснабжения…41

10 Выбор числа и мощности трансформаторов ГПП…43

11 Технико-экономический расчёт…45

12 Расчёт токов короткого замыкания…48

12.1 Расчёт токов короткого замыкания на стороне ВН…48

12.2 Расчёт токов короткого замыкания на стороне 0,4 кВ…51

13 Выбор и проверка оборудования на ГПП и кабелей отходящих линий…56

13.1Выбор оборудования…56

13.2 Выбор кабелей…68

13.3 Выбор проводниковой продукции и аппаратуры на 0,4 кВ…74

14 Расчёт молниезащиты…79

Заключение

…84

Список литературы

…85

1.

ВВЕДЕНИЕ

Системой электроснабжения вообще называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электрической энергии. Система электроснабжения промышленных предприятий состоит из питающих, распределительных, трансформаторных и преобразовательных подстанций и связывающих их кабельных и воздушных сетей и токопроводов высокого и низкого напряжения. Электрические схемы предприятий строятся таким образом, чтобы обеспечить удобство и безопасность их обслуживания, необходимое качество электроэнергии и бесперебойность электроснабжения потребителей в нормальных и аварийных условиях.

Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников электрической энергии, к которым относятся электродвигатели различных механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и другие промышленные приемники электроэнергии. По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети. Возникает необходимость внедрять автоматизацию систем электроснабжения промышленных предприятий и производственных процессов, осуществлять в широких масштабах диспетчеризацию процессов производства с применением телесигнализации и телеуправления и вести активную работу по экономии электрической энергии.

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ОТ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИЁМНИКОВ Первым этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок. Правильное определение электрических нагрузок является решающим фактором для всего последующего расчета и выбора элементов системы электроснабжения.

Расчет электрических нагрузок выполняется в соответствии с «Указаниями по расчету электрических нагрузок» по формуляру Ф63−6-92.

На стадии проектирования возникает необходимость определить расчетные нагрузки на различных уровнях системы электроснабжения (с первого по шестой уровень): характерными являются 2, 3 и 4, 5 уровни;

— 2 уровень — нагрузка на цеховом распределительном шкафу (ШР) или на распределительном шинопроводе — шиносборке (ШС);

— 3 уровень — нагрузка на шинах 0,4 кВ цеховой подстанции или нагрузка цеха, корпуса;

— 4, 5 уровень — нагрузка на сборных шинах высоковольтного РП или шинах ГПП.

2.1 Расчёт нагрузок на распределительные шкафы и шинопроводы

На уровне 2 рассматриваются нагрузки от электроприемников (ЭП), присоединенных к распределительному шкафу (ШР), распределительному шинопроводу-шиносборке (ШС) или нагрузки отдельного участка с количеством электроприемников не превышающим 20−25 единиц.

По данным, приведенным в справочниках (7, 8, 9, 10), для каждого из присоединенных к ШР ЭП находим коэффициент использования К_и и коэффициент мощности cos .

У электроприемников с повторно-кратковременным режимом работы их номинальные мощности приводим к ПВ=100%.

Сменные нагрузки определяем по формулам

P_СМ = К_и*P_н; (2.1)

Q_СМ = К_и*P_н*tg = P_СМ*tg. (2.2)

Определяем эффективное число ЭП n_э по формуле:

n_э =. (2.3)

Найденное значение n_э округляется до ближайшего меньшего числа.

Если значение эффективного числа электроприемников n_э получается больше фактического числа n, то принимают n_э равным n. Если мощности всех электроприемников в группе одинаковы или отношение P_н.макс./P_н.мин. 3, то также принимают n_э= n.

Для нахождения расчетного коэффициента К_р определяем групповой коэффициент использования всех присоединенных к ШР электроприемников, который вычисляется по формуле:

К_и = (2.4)

где P_СМ — сумма средних расчетных мощностей всех групп ЭП, присоединенных к ШР.

По найденным значениям К_и и n_э по таблице 1 (1) находим К_р.

Расчетные мощности P_р, Q_р, и S_р по итоговой строке для ШР определяют по формулам:

P_Р = К_рК_иP_н = К_рP_СМ (2.5)

Q_р = 1,1К_иР_нtg = 1,1Q_СМ при n_э 10 (2.6)

Q_р = К_иP_нtg = Q_СМ при n_э > 10 (2.7)

S_р =. (2.8)

Расчет удобнее вести в табличной форме.

2.2 Расчёт нагрузок по цеху

Расчет нагрузок по цеху отличается от расчета по ШР тем, что при количестве ЭП n 20−25, а так же при отсутствии полного перечня мощностей ЭП, эффективное число n_э определяют по упрощенному выражению:

n_э = (2.9)

Расчёт представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Расчет нагрузок по цеху

2.3 Расчёт нагрузки электрического освещения по цехам и территории предприятия

Нагрузка электрического освещения определяется по удельной мощности, Вт/м². Для этого определяется площадь цеха по масштабу генплана в реальном измерении, м². Из таблицы 2 (12) принимаются удельные мощности р_у.о. и типы источников света. Для цехов, помещений, не указанных в таблице 2 (12), значения удельной мощности следует принимать исходя из предполагаемого разряда зрительных работ: при работах высокой точности р_у.о. принимать в диапазоне 18−20, средней точности 15−17, малой 13−15, Вт/м².

Расчетная нагрузка определяется с учетом коэффициента спроса К_с по формулам:

Р_р.о. = P_СМ = К_сР_у (2.10)

Q_p.o. = Q_СМ = P_p.o.tg (2.11) P_у = р_у.o.F (2.12)

где Р_у установленная мощность, кВт., F — площадь помещения, м².

Значения коэффициента спроса (Кc) следует принимать из таблицы 3 (12).

Расчет нагрузки выполняем в таблице 2.2.

Таблица 2.2 — Расчёт нагрузки освещения

Примечание: площадь, освещаемая наружным освещением, определяется как разность между территорией завода в целом и площадью всех цехов, зданий, сооружений.

2.4 Расчёт силовой нагрузки по заводу

Расчёт нагрузки по заводу производится аналогично расчёту по цеху.

К полученным расчетным активным и реактивным мощностям силовых ЭП до 1 кВ прибавляются расчетные мощности осветительной нагрузки P_р.о. и Q_р.о.. Определяется сумма мощностей по цехам. Затем расчёт ведётся в следующей последовательности:

Суммируются значения P_н, Р_СМ., Q_СМ всех присоединенных к ГПП нагрузок.

Определяется групповой коэффициент использования:

К_и = (2.13)

Определяется число присоединений, N (6−10 кВ) на сборных шинах ГПП. В большинстве случаев, пока не разработана схема электроснабжения, N можно принять в диапазоне 9−25 для ГПП. По найденному групповому К_и и числу присоединений N определяется значение коэффициента одновременности К_о по таблице 3 (1). Расчетные мощности Р_р и Q_P определяются по выражениям:

P_p = К_оК_иР_н = К_оР_с.р.(2.14)

Q_p = К_оК_иР_нtg = К_оQ_с.р.;(2.15)

S_p = (2.16)

Расчет нагрузок представлен в таблице 2.3.

Таблица 2.3 — Расчет силовой нагрузки по заводу

3 ВЫБОР КОЛИЧЕСТВА И МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ЦЕХОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ Прежде чем приступить к выбору количества и мощности трансформаторов цеховых подстанций, необходимо определить расчетные нагрузки (до 1 кВ) цехов и категории надежности электроснабжения потребителей этих цехов. Для этого выписываем из таблицы 2.3 расчетные нагрузки Р_р, Q_р, определяем S_р, категории надежности электроснабжения и характер окружающей среды цеха, объекта.

Количество трансформаторов на цеховых подстанциях определяется категорией надежности питаемых ЭП.

Число трансформаторов на подстанциях обычно принимают 1 или 2.

Следует заметить, что в большинстве случаев нагрузка трансформаторов в производственных цехах не однородна по надежности электроснабжения, и даже если указаны потребители I-II категории всегда присутствуют потребители III категории (10−20%), которые в аварийных случаях можно отключить без ущерба для производства.

Двухтрансформаторные подстанции применяются при преобладании ЭП I-II категорий, а также для питания ЭП II-III категорий в энергоемких цехах с удельной плотностью нагрузки более 0,4 кВ. А/м2.

Коэффициент загрузки силовых трансформаторов определяем по формуле:

(3.1)

где Sp — полная расчётная мощность;

N — количество трансформаторов;

Sнтр — номинальная мощность трансформатора Коэффициент загрузки К_з принимается:

— для двухтрансформаторных подстанций при преобладании нагрузок I категории 0,65−0,7, при преобладании нагрузок II категории 0,7−0,8;

— для однотрансформаторных подстанций с учетом взаимного резервирования нагрузок II категории К_з = 0,7−0,85, а при нагрузках III категории 0,85−0,95.

Указанные коэффициенты загрузки должны находиться в указанных пределах после проведения мер по компенсации реактивной мощности. Поэтому выбор количества и мощности трансформаторов осуществляется в два этапа.

На первом этапе выбирают количество и мощность трансформаторов на подстанциях. Мощности же трансформаторов для цехов со значительным потреблением реактивной мощности (Qс.p. 500−700 квар), там где предполагается проведение компенсации реактивной мощности, намечают из расчета завышенного против нормы коэффициента загрузки.

На втором этапе после проведения расчетов по компенсации реактивной мощности по цехам и предприятию и после уточнения нагрузок следует повторно определить Кз трансформаторов и скорректировать мощности и количество трансформаторов в цехах, где была проведена компенсация реактивной мощности.

При решении вопроса электроснабжения объектов с небольшими нагрузками (до 150−200 кВА, склады, гаражи и т. п.), чтобы не проектировать подстанции с трансформаторами малой мощности, допускается присоединять эти нагрузки к подстанции близлежащего цеха. Оценить целесообразность присоединения указанных нагрузок к подстанции с учетом расстояния L между подстанцией и присоединяемой нагрузкой Sp можно по приближенной эмпирической формуле:

SpL 15 000 кВ.Ам. (3.2)

В случае объединения нагрузок, их расчетные активные и реактивные мощности складываются.

Распределение нагрузки по ТП сводим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 — Выбор трансформаторов цеховых подстанций

4 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Производим расчет мощности компенсирующих устройств, которые необходимо установить в сетях до 1 кВ.

Группируем цеха с трансформаторами мощностью S_н.т. = 1600 кВА.

Таблица 4.1 — Расчет компенсирующих устройств

Определяем минимальное число трансформаторов для данной группы цехов:

N_мин. = + N (4.1)

N_мин = + N = 6,56 + 0,44 = 7

Находим оптимальное число трансформаторов:

N_опт. = N_мин. + m. (4.2)

Значение m находим по графику, m = 0, N_опт. = 7.

Наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передавать в сеть до 1кВ через трансформаторы, определяем по формуле:

Q_макс.т. =; (4.3)

Q_макс.т. = = 3187,5 кВар Суммарная мощность батарей на напряжение до 1 кВ составит:

Q_нк1 = Q_p — Q_макс.т (4.4)

Q_нк1= 5175,8−3187,5 = 1988,3 кВар Определяем дополнительную мощность в целях оптимального снижения потерь:

Q_нк2 = Q_p — Q_нк1 — · N_опт.·S_н.тр. (4.5)

Q_нк2= 5175,8−1988,3−0,45· 7·1600 = -1852,5 кВар Практические расчеты показали, что для Западной Сибири с достаточной степенью точности при магистрально радиальной схеме внутризаводского электроснабжения можно принимать значения = 0,45 при напряжении 6 кВ.

Так как получилось, что Q_нк2 < 0, то для данной группы Q_нк2 принимаем равной нулю.

Находим суммарную мощность низковольтных конденсаторных батарей:

Q_нк = Q_нк1 + Q_{нк2 .} (4.6)

Q_нк = 1988,3 + 0 = 1988,3 кВар Распределяем конденсаторные батареи между цехами пропорционально потребляемой ими реактивной мощности:

Q_нбкi =; (4.7)

Принимаем стандартные значения комплектных конденсаторных установок из номинального ряда:20; 40; 50; 75; 100; 135; 150; 200; 300; 450; 600.

Для цехов № 2+Н осв, 3,4,7+8.

Q_бк1 = 2 75 = 150 кВар

Q_бк2 = 2 300+2 50 = 700 кВар

Q_бк3 = 2 300+2 50 = 700 кВар

Q_бк4 = 2 200+2 75 = 550 кВар Тип конденсаторных батарей:

2 УКБН-0,38−75−50 УЗ Q_н = 75 кВар

2 УКБН-0,38−50 — 50УЗ Q_н = 50 кВар

2 УКБН-0,38−200−50 УЗ Q_н = 200 кВар

2 УКБН-0,38−300−50 УЗ Q_н = 300 кВар Уточняем количество и мощность трансформаторов.

Для этого определяем полную расчетную мощность цеха:

S_pi = (4.8)

Определяем коэффициент загрузки:

К_з = .(4.9)

Группируем цеха с трансформаторами мощностью S_н.т. = 1000 кВА.

Таблица 4.2 — Расчет компенсирующих устройств

Определяем минимальное число трансформаторов для данной группы цехов:

N_мин = + N = 4,35 + 0,65 = 5

Находим оптимальное число трансформаторов:

N_опт. = N_мин. + m = 5+0 = 5

Значение m = 0 находим по графику.

Наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передавать в сеть до 1кВ через трансформаторы, определяем по формуле:

Q_макс.т. = = 2242,5 кВар Суммарная мощность батарей на напряжение до 1 кВ составит:

Q_нк1= 3031−2242,5 = 788,1 кВар Определяем дополнительную мощность в целях оптимального снижения потерь:

Q_нк2= 3031−788,1−0,45· 5·1000 = -1461,5 кВар Так как получилось, что Q_нк2 < 0, то для данной группы Q_нк2 принимаем равной нулю.

Находим суммарную мощность низковольтных конденсаторных батарей:

Q_нк =788,1 + 0 = 788,1 кВар Распределяем конденсаторные батареи между цехами пропорционально потребляемой ими реактивной мощности.

Для цехов № 5+11+Носв, 1+6+Н осв, 12:

Q_бк1 =2 135 = 270 кВар

Q_бк2 =2 135 = 270 кВар

Q_бк3 =2 135 = 270 кВар Тип конденсаторных батарей:

2 УКБН-0,38−135 -50УЗ Q_н = 135 кВар Уточняем количество и мощность трансформаторов.

Для этого определяем полную расчетную мощность цеха:

Определяем коэффициент загрузки:

К установке принимаем 6 трансформаторов номинальной мощностью:6 1000

5 ПОТЕРИ В СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ Определение коэффициента загрузки трансформатора: среднесменный К_зсм = (5.1)

— расчётный определяем по формуле (3.1)

Определение реактивных потерь холостого хода и короткого замыкания

?Qxx =, (5.2)

где Iхх — ток холостого хода

?Qкз =, (5.3)

где Uкз — напряжение короткого замыкания Определение среднесменных потерь в трансформаторах

?Рсм = n· (?Рхх + К²_зсм· ?Ркз), (5.4)

где ?Рхх — активные потери холостого хода;

?Ркз — активные потери короткого замыкания;

?Qсм = n· (?Qхх + К²_зсм· ?Qкз) (5.5)

Определение расчётных потерь в трансформаторах

?Рр = n· (?Рхх + К²_зр· ?Ркз) (5.6)

?Qр = n· (?Qхх + К²_зр· ?Qкз) (5.7)

Расчёт представлен в таблице 5.1

Таблица 5.1 — Потери в силовых трансформаторах

6 РАСЧЁТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ВЫСШЕМ НАПРЯЖЕНИИ Результирующую нагрузку на стороне ВН по заводу определяют с учетом средств компенсации реактивной мощности и потерь мощности в цеховых трансформаторах. Расчет представлен в таблице 6.1.

Если потери в трансформаторах определяются в целом по заводу, то они могут рассчитываться по упрощенным формулам:

Р_т^/ = 0,02S^/_р.;(6.1) и Q^/_т = 0,1S^/_p.;(6.2)

где S^/_р — расчетная мощность нагрузки низковольтной и высоковольтной, питающейся через трансформаторы, за исключением нагрузки от высоковольтных электродвигателей, которые подключаются к внутризаводской сети без трансформаторов.

Для определения S^/_р, а впоследствии и S_р находим коэффициенты использования и реактивной мощности в целом по заводу:

(6.3)

(6.4)

К_и =

По найденному значению K_u и предполагаемому числу высоковольтных присоединений на ГПП находим значения коэффициента одновременности К_о = 0,9

Расчетные мощности для вычисления потерь в трансформаторах находим по формулам:

(6.5)

(6.6)

(6.7)

кВт

кВар

По этим нагрузкам будем рассчитывать и выбирать напряжение внешнего электроснабжения, необходимую мощность компенсирующих устройств и мощности трансформаторов ГПП.

(6.8)

(6.9)

После определения расчётной нагрузки рассчитываем компенсацию реактивной мощности на высокой стороне.

Для расчета необходимой мощности компенсирующих устройств (КУ), необходимо знать полную расчетную мощность Р_р, Q_p и S_p по заводу с учетом потерь мощности в трансформаторах цеховых и ГПП.

Потери мощности в трансформаторах ГПП определяется с учетом мощности и коэффициента загрузки трансформаторов. Для диапазона мощностей от 4 до 40 МВА при коэффициенте загрузки 0,7 потери мощности можно определить по приближенным формулам:

P_т = 0,007S_p (6.10)

Q_т = 0,09S_p(6.11)

Уточняем расчетную нагрузку завода и коэффициент реактивной мощности на границе раздела между предприятием и энергоснабжающей организацией по формулам:

(6.12)

(6.13)

(6.14)

Далее определяем значение входной реактивной мощности, т. е. разрешенной мощности передаваемой из сети энергосистемы в сеть предприятия в режиме наибольших активных нагрузок энергосистемы.

(6.15)

tg_э1 = 0,340,42 при напряжении 35 кВ Находим необходимую мощность компенсирующих устройств (КУ) в целом для завода:

Q_ky = Q_pу — Q_э1 (6.16)

Q_ky = 8378,6−5715,8 =2662,8 кВар Определяем расчётную реактивную мощность после компенсации

Qр' = Q_р — Q_ку (6.17)

Qр' = 8816,4 — 2662,8 =5486 кВар Определяем расчётную полную мощность после компенсации

Sp =

Устанавливаем высоковольтные конденсаторные батареи:

2 УК- 6 — 300Л УЗ Q_н = 300 кВар

2 УКЛ — 6 — 450УЗ Q_н = 450 кВар

7 ВЫБОР МЕСТОРАСПОЛОЖЕНИЯ ГПП Для определения места расположения ГПП завода, необходимо определить центр электрических нагрузок. Для определения условного центра электрических нагрузок на генплане отмечают место расположения центров электрических нагрузок цехов. Их координаты выносятся на оси ОХ и ОУ, и по формуле определяем координаты условного центра электрических нагрузок.

Таблица 7.1 — Определение места расположения ГПП

Координата Х центра электрических нагрузок:

(7.1)

Координата Y центра электрических нагрузок:

(7.2)

С целью определения места расположения ГПП завода, строят картограмму электрических нагрузок, она представляет собой, размещенную на генплане или плане цеха окружность, радиус которой соответствует в выбранном масштабе расчетным нагрузкам. Целесообразно строить картограммы для активной и реактивной мощности. Отдельным сектором выделяем активную мощность осветительной нагрузки.

К примеру, для цеха 1:

(7.3)

(7.4)

Сектор осветительной нагрузки вычислим по формуле:

(7.5)

Расчет картограмм электричесих нагрузок приведен в таблице 7.2

Таблица 7.2 — Расчет картограмм электрических нагрузок

Для остальных цехов расчет выполняется аналогично.

В графической части лист 2 приведен генплан рассматриваемого завода c нанесенными на нем ЦЭН и картограммами.

В фактическом центре нагрузок мы не можем поставить ГПП, поэтому переносим ГПП в сторону источника питания.

8 ВЫБОР НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

8.1 Выбор напряжения питания

Выбор напряжения питания, т. е. внешнего электроснабжения, зависит от мощности, потребляемой предприятием, его удаленности от источника питания, напряжения, имеющегося на источнике питания.

Для приближенного определения рационального напряжения U_рац, кВ можно воспользоваться формулами Илларионова или Стилла:

U_рац= (8.1)

U_рац=4,34 (8.2)

где P передаваемая мощность, МВт; - расстояние, км.

В большинстве случаев, напряжение полученное по формулам, оказывается нестандартным и для определения рационального стандартного напряжения принимают два ближайших стандартных напряжения и на основе технико-экономических расчетов определяют рациональное стандартное.

Для рассматриваемого завода рациональное напряжение, найденное по эмпирическим формулам будет

U_рац=

U_рац=

Следовательно, для электроснабжения завода выбираем напряжение 35 Кв, так как напряжение 35 кВ имеет экономические преимущества для предприятий средней мощности при передаваемой мощности 5−15 МВт на расстояние до 10−15 км.

8.2 Выбор напряжения распределения

Для распределительных сетей промышленных предприятий в основном применяются напряжения 10 и 6 кВ.

Для распределения электроэнергии применяем напряжение 6кВ, так как на ГПП устанавливаем трансформаторы мощностью до 16 МВА, и на предприятии имеются электроприемники 6 кВ.

9 ВЫБОР СХЕМЫ ВНЕШНЕГО И ВНУТРИОБЪЕКТНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

9.1 Схемы внешнего электроснабжения

Для предприятий средней или большой мощности возникает необходимость сооружения одной или нескольких ГПП (ПГВ). Схема присоединения ГПП к питающей линии показана на рис. 9.1

При радиальном питании (тупиковая линия) глухое присоединение ВЛ к трансформатору через разъединитель или через разъединитель и короткозамыкатель при более значительном удалении ГППП от источника питания.

Рисунок 9.1 — Схема присоединения ГПП при радиальном питании Перемычка между питающими линиями может применяться как при радиальном так и при магистральном присоединении ГПП.

Перемычка может быть как с автоматическим ее включением так и неавтоматическим. Она применяется в основном в тех случаях когда один из трансформаторов при послеаварийном режиме т. е. при отключении второго трансформатора, не позволяет полностью покрыть нагрузку потребителей I-II категорий.

Следует избегать применение перемычек на предприятиях с загрязненной средой так как большее число аппаратов и токоведущих частей повышает вероятность возникновения аварий.

9.2 Схемы внутриобъектного электроснабжения

При сооружении на предприятии ГПП, схему внутриобъектного электроснабжения принимаем одноступенчатой. При одноступенчатой схеме вся электроэнергия распределяется с шин ГПП по радиальной схеме.

В целом же выбор схемы внутреннего электроснабжения (схемы распределения) зависит от многих факторов в частности таких как: взаимное расположение ГПП, высоковольтных электроприемников, количества и мощности трансформаторов на цеховых подстанциях, возможных направлениях прохождения трасс и ряда других факторов.

Трансформаторы мощностью 1600 кВА при напряжении 6 кВ и 2500 кВА при напряжении 10 кВ рекомендуется подключать по радиальной схеме.

В целях более полного использования мощности выключателей при подключении к ним трансформаторов малой мощности (250−630 кВА) отходящих от РП, ГПП в разных направлениях допускается и рекомендуется подключать эти трансформаторы под один выключатель.

При разработке схемы распределения следует помнить о соответствующей категории надежности электроснабжения трансформаторных подстанций по которой выбирали количество и мощности трансформаторов на них и выбирать соответствующие схемы резервирования. Так двухтрансформаторные ТП необходимо подключать от разных секций ГПП. От разных же секций необходимо питать и однотрансформаторные подстанции одного цеха.

В Приложении 1 и 2 приведены генплан рассматриваемого в данном пособии предприятия с нанесенными подстанциями и кабельными трассами к ним и схема электроснабжения его.

При наличии на предприятии, значительной мощности потребителей с резкопеременной нагрузкой, существуют некоторые особенности разработки схемы на низшем напряжении ГПП.

Приемники с резко переменной нагрузкой подключаем к одному плечу сдвоенного реактора при двухобмоточных трансформаторах на ГПП.

10 ВЫБОР ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ГПП В большинстве случаев на ГПП промышленных предприятий устанавливают два трансформатора. Однотрансформаторные ГПП применяют для предприятий, на которых отсутствуют потребители I категории и при наличии централизованного резерва трансформаторов. Установка трех трансформаторов на ГПП возможна и допустима в случаях электроснабжения потребителей с резкопеременной нагрузкой от отдельного трансформатора, если невозможно применить трансформаторы с расщепленными обмотками или сдвоенный реактор.

Выбор мощности трансформаторов ГПП производится на основании расчетной нагрузки предприятия S_p с учетом проведенной компенсации реактивной мощности.

Если на ГПП устанавливается два трансформатора, то расчетная мощность каждого из них определяется по условию:

S_р.т.S_р/20,7 (10.1)

По получившейся расчетной мощности из ряда номинальных мощностей трансформаторов выбирают ближайшее стандартное значение мощности трансформатора и проверяют его на допустимую перегрузку в послеаварийном режиме при отключении одного из трансформаторов с учетом ограничения потребителей III категории.

1,4 · S_н.т. S_p — S_p^III (10.2)

Для рассматриваемого завода:

С учётом отключения потребителей третьей категории:

1,4· 16 000 16 704,5−2710,64

14 000 кВА 8703 кВА

Выбираем трансформатор мощностью 16 000 кВА

Проводим технико-экономический расчет.

Выбираем сдвоенный реактор:

Тип реактора:

РБСД — 10 — 2 1600 — 0,20 Номинальный ток 1600 А.

11 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

Технико-экономическое сравнение проводят по минимуму приведенных затрат, при этом в капитальных затратах учитывается стоимость трансформаторов и их монтаж, так как вся остальная схема электроснабжения мало чем будет отличаться в вариантах. В эксплуатационных затратах учитывают стоимость потерь электрической энергии и амортизационные отчисления.

Приведенные потери электроэнергии в трансформаторах определяют по формуле

Э_n=n ((P_xx+K_и.п. Q_xx)T_год+K_з²(P_кз+K_и.п. Q_к.з.)T_м), кВтч (11.1)

где n — количество трансформаторов;

P_xx — потери холостого хода трансформаторов, кВт.

P_кз — потери короткого замыкания трансформаторов, кВт.

Потери холостого хода и короткого замыкания реактивной мощности определяем по формулам:

Q_xx= (11.2)

Q_к.з= (11.3)

K_и.п = 0,050,07кВт/квар — коэффициент изменения потерь активной мощности при передаче реактивной;

K_з — коэффициент загрузки трансформаторов;

— принимается по справочным данным в зависимости от сменности работы предприятия.

Э_n=2· ((18 + 0,06· 96)·8760 + 0,4²· (85+0,06·1600)·4340)=655 113,6 кВтч

Q_xx=

Q_к.з=

Стоимость потерь электроэнергии в трансформаторах вычисляется по выражению:

(11.4)

где = 2,89 тенге/кВт час — стоимость потерь электроэнергии Таблица 11.1 — Капитальные затраты на оборудование

Капитальные затраты на основное оборудование состоят из стоимости трансформатора и монтажа:

Стоимость трансформатора — 2 5375 тыс. тг.

Монтаж — 2240,75 тыс. тг К = 10 750 + 467,5=11 217,5 тыс.тг.

Стоимость отчислений на амортизацию ремонт и обслуживание

(11.5)

где — норма амортизационных отчислений от капитальных затрат;

— норма отчислений на обслуживание К — сумма полученных капитальных затрат.

Определяем ежегодные эксплуатационные издержки:

U_э = C_э + U_а (11.6)

U_э = 18 932,2 + 1043,23 = 3342,49 тыс. тг Приведённые затраты вычисляются по формуле

(11.7)

где — нормативный коэффициент экономической эффективности.

12 РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

12.1 Расчёт токов короткого замыкания на стороне ВН

Расчет токов К.З. необходим для выбора и проверки коммутационных аппаратов по отключающей способности, на динамическую и термическую стойкость, на стойкость к токам К.З. кабельных линий и измерительных трансформаторов, для расчета токов срабатывания и коэффициентов чувствительности релейной защиты. При расчете токов К.З. на напряжении выше 1000 В принимают следующие расчетные условия:

Все источники участвующие в подпитке места К.З. работают одновременно и с номинальной нагрузкой.

Все синхронные машины работают с АРВ и форсировкой возбуждения.

При расчете токов К.З. учитывают влияние синхронных и асинхронных электродвигателей за исключением электродвигателей мощностью до 100 кВт если они отделены одной ступенью трансформации от места К.З. и электродвигателей любой мощности если отделены двумя и более трансформациями.

В расчетной схеме точки КЗ выбирают такими в которых токи КЗ будут иметь максимальные значения, а элементы сети нормально работающие раздельно на схеме принимаются работающими через секционный выключатель.

В большинстве случаев такими точками являются: на вводах силового трансформатора — точка К1; за выключателем пассивного элемента на стороне НН ГПП (линия к ТП) — точка К2; на вводе цехового силового трансформатора от которого питается расчетный цех точка К3.

Составляем схему замещения.

Рисунок 12.1 — Схема замещения для расчета токов КЗ Расчет ведем в относительных единицах, для чего принимаем базисные условия: ;

Технические данные трансформатора: ТДНС — 16 000/35

; ;

Определяем базисные токи:

(12.1)

Определяем сопротивления элементов схемы замещения:

— энергосистемы

(12.2)

где Sкз — мощность короткого замыкания

— воздушной линии

(12.3)

х_уд — удельное сопротивление воздушной линии;

l — длина линии.

— трансформатора

(12.4)

Точка К1:

Периодическая составляющая тока короткого замыкания

(12.5)

где — ЭДС энергосистемы Амплитудное значение ударного тока короткого замыкания с учетом апериодической составляющей

(12.6)

где К_уд = 1,608 — ударный коэффициент — система, связанная со сборными шинами, где рассматривается КЗ, воздушными линиями напряжением 35 кВ (11, табл.3.8)

Точка К2:

Периодическая составляющая тока короткого замыкания Амплитудное значение ударного тока короткого замыкания с учетом апериодической составляющей где К_уд = 1,956 — ударный коэффициент — ветви, защищенные реактором с номинальным током 1000 А и выше (11, табл.3.8)

12.2 Расчёт тока короткого замыкания на стороне 0,4 кВ

Сети промышленных предприятий напряжением до 1 кВ характеризуются большой протяженностью и наличием большого количества коммутационно-защитной аппаратуры. При напряжении до 1 кВ даже небольшое сопротивление оказывает существенное влияние на ток КЗ, поэтому в расчетах учитываются все сопротивления короткозамкнутой цепи, как индуктивной, так и активной. Кроме того, учитываются активные сопротивления всех переходных контактов этой цепи (разъемные контакты на шинах, на вводах и т. д.). Расчёт токов короткого замыкания на стороне 0,4 кВ производится в именованных единицах, т. е. все сопротивления выражаются в мОм. Если все эти сопротивления не известны, то согласно руководящих указаний по электроснабжению промышленных предприятий совокупно эти сопротивления берутся на шинах ТП — 15 мОм, на шинах РП — 20 мОм.

Составляем схему замещения Рисунок 12.2 — Схема замещения для расчёта тока КЗ на стороне 0,4 кВ Расстояние от ТП-5 до ГПП составляет 188 м.

Выбираем кабель напряжением 6кВ сечением 95 мм². Активное сопротивление кабеля r_УД = 0,326 Ом/км, индуктивное х_УД = 0,078 Ом/км.

Определяем сопротивление кабеля

— активное (12.7)

индуктивное

(12.8)

Определяем результирующее сопротивление:

— активное: R_рез = R_к = 1,222

— индуктивное:

Х_рез=Х_с+Х_л+Х_т+Х_р+Х_к=0+2,36+10+0,2=12,56

Приводим результирующее сопротивление к стороне 0,4 кВ в мОм по формулам:

(12.9)

где Uст. кз — напряжение ступени короткого замыкания.

Определяем сопротивление цехового трансформатора:

(12.10)

Приводим сопротивление трансформатора к ступени 0,4 кВ:

(12.11)

(12.12)

Определяем полное сопротивление:

(12.13)

(12.14)

(12.15)

Определяем сверхпереходное значение тока короткого замыкания:

Амплитудное значение ударного тока короткого замыкания с учетом апериодической составляющей Действующее значение ударного тока Определяем мощность короткого замыкания:

Таблица 12.1 — Токи короткого замыкания

На основании полученных данных токов короткого замыкания будем выполнять проверку оборудования на динамическую, термическую стойкость к токам КЗ и отключающую способность.

13 ВЫБОР И ПРОВЕРКА ОБОРУДОВАНИЯ НА ГПП И КАБЕЛЕЙ ОТХОДЯЩИХ ЛИНИЙ

13.1 Выбор оборудования

Высоковольтное оборудование выбирают по номинальному напряжению и номинальному длительному току и проверяют по току послеаварийного режима, по отключающей способности токов К.З., по динамической и термической стойкости к токам К.З.

Выбор выключателя 35кВ По напряжению установки: (13.1)

По длительному току: ;

(13.2)

(13.3)

(13.4)

Принимаем к установке выключатель: ВВК — 35Б — 20

Технические данные:

Номинальное напряжение, кВ — 35

Номинальный ток, А — 1000

Номинальный ток отключения, кА — 20

Номинальный ток включения — = 20кА Наибольший пик тока включения = 52кА Содержание апериодической составляющей ,% - 50

Параметры сквозного тока КЗ, кА

· Ток электродинамической стойкости:

— 51 кА

— 20 кА Ток термической стойкости, кА — 20

Время протекания тока термической стойкости, с — 3

Полное время отключения, с — 0,7

Собственное время отключения, с — 0,03

Привод — встроенный.

Производим проверку по отключающей способности по условию:

(13.5)

Проверяем на возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ:

(13.6)

Номинальное допустимое значение апериодической составляющей в отключаемом токе:

Апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов:

(13.7)

где ;

= 0,02 — постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ (11).

Расчетное время, для которого требуется определить токи КЗ.

(13.8)

Проверка отключающей способности по полному току КЗ:

(13.9)

Проверка по включающей способности:

(13.10)

(13.11)

— ударный ток КЗ в цепи выключателя

— начальное значение периодической составляющей тока КЗ в цепи выключателя

— номинальный ток включения

— наибольший пик тока включения Проверка на электродинамическую стойкость:

(13.12)

(13.13)

— ток электродинамической стойкости

— действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока КЗ.

Проверка на термическую стойкость:

(13.14)

(13.15)

(13.16)

Выключатель удовлетворяет всем параметрам.

Выбор выключателей представлен в таблице 13.1.1

Таблица 13.1.1 — Выбор выключателей напряжением 10 кВ

Выбор разъединителя 35кВ Принимаем к установке разъединитель РВЗ-35/630У1 Технические характеристики:

Номинальное напряжение, кВ — 35

Наибольшее напряжение, кВ — 40,5

Номинальный ток, А — 630

Стойкость при сквозных токах КЗ, кА

· Амплитуда предельного сквозного тока, кА — 51

· Предельный ток термической стойкости, кА — 20

Время протекания наибольшего тока термической стойкости, с

· Главных ножей — 4

· Заземляющих ножей — 1

Выбор производится по следующим условиям:

По напряжению установки:

(13.17)

По току:

(13.18)

(13.19)

По роду установки: наружной установки, с заземляющими ножами.

Проверка по электродинамической стойкости:

(13.20)

(13.21)

— амплитуда предельного сквозного тока Действующее значение предельного сквозного тока определяем:

(13.22)

Проверка по термической стойкости:

(13.23)

(13.24)

(13.25)

Разъединитель удовлетворяет всем условиям.

Выбор ячеек КРУ РУ 6кВ ГПП выполняем комплектно. Применение КРУ резко сокращает габариты распределительных устройств, повышает их монтажную готовность, надежность работы и удобство эксплуатации.

Принимаем к установке серийные КРУ общепромышленного назначения КВ-1−10−20УЗ Технические характеристики шкафов КРУ:

Номинальное напряжение, кВ -10;

Номинальный ток главных цепей шкафов КРУ, кА — 630; 1000; 1600; 2500;

Номинальный ток сборных шин: 630; 1000; 1600; 2500;

Номинальный ток отключения выключателя при частоте 50Гц, кА — 20;

Стойкость главных цепей к токам КЗ:

· Электродинамическая, кА — 51;

· Термическая, кА/с — 20/3

Габарит, мм — 750×1200×2310;

Вид встраиваемого выключателя — вакуумный.

Шкафы КРУ выполняются с выкатными элементами.

Таблица 13.1.2 — Выбор ячеек КРУ типа КВ-1−10У3 напряжением 10кВ