Электроснабжение прокатного цеха

t_ф - фиктивное время срабатывания релейной защиты (возможное время прохождения тока через кабель, складывается из времени действия релейной защиты и времени отключения выключателя), взято из задания, с.

Ближайшее большее стандартное сечение кабеля 150 мм².

На основании расчётов для питания цеховой двухтрансформаторной подстанции принимается два кабеля марки АПвП 3х150 с Iд.д = 335 А.



11. Выбор аппаратуры ячейки КРУ на ГПП

КРУ 10 кВ ГПП предприятия собирается на основе ячеек серии КМ.

Ячейки отходящих линий к КТП цеха содержат аппараты: выключатель, трансформатор тока, трансформатор тока (ТЛК-10).

Выбор перечисленных аппаратов производится по следующим условиям:

где U_ном - номинальное напряжение, выбираемого аппарата, кВ;

U_сети - напряжение сети, кВ.

где Iном - номинальный ток аппарата, А.

где Iоткл.ном - номинальный ток отключения выключателя, кА.

где - апериодическая составляющая тока трехфазного короткого замыкания, кА.

где Ta - постоянная времени затухания апериодической составляющей, равная 0,06 с.

где Iтерм - ток термической стойкости, кА;

Bк расч - расчетный тепловой импульс при коротком замыкании, кА²·с.

где iдин - ток динамической стойкости, кА;

- ударный ток короткого замыкания, кА.

где kу - ударный коэффициент, принимаемый равный kу = 1,8.

Выбор аппаратов сводится в таблицу 11.1.

Принимаются ячейки серии КМ1Ф 10-20/630 У3. Выбирается 2 шкафа (для присоединения двух отходящих линий)



Таблица 11.1

Выбор аппаратов ячейки КРУ 10 кВ ГПП отходящей линии

Наименование аппарата	Условие выбора	Паспортные данные	Расчетные данные	Проверка
Ячейка КМ-1	Uном Uсети	Uном = 10 кВ	Uсети = 10 кВ	10кВ=10кВ
	Iном Iр ГПП	Iном = 630 А	Iр ГПП = 98,15 А	630А>98,15 А
Выключатель BB/TEL-10- 25/630 У2	Uном Uсети	Uном = 10 кВ	Uсети = 10 кВ	10кВ=10кВ
	Iном Iр ГПП	Iном = 630 А	Iр ГПП = 98,15 А	630А>98,15 А
	Iоткл.ном I?	Iоткл.ном =25 кА	I? = 16 кА	25 кА>16 кА
	iа.ном i(3)а.t	iа.ном = 10 кА	i(3)а.t = 0,12 кА	10 кА>0,12 кА
	I2терм·tтерм Bк.расч	I2терм·tтерм=202·3= 1200 кА2·с	Bк.расч =83,25 кА2·с	1200 > 83,25 кА2·с
	iдин i(3)у	iдин = 65 кА	i(3)у = 38,07 кА	65 кА>38,07 кА
Трансформатор тока ТЛК-10 (100/5) У3	Uном Uсети	Uном = 10 кВ	Uсети = 10 кВ	10кВ=10кВ
	Iном Iр ГПП	Iном = 100 А	Iр ГПП = 98,15 А	100А>98,15 А
	I2терм·tтерм Bк.расч	I2терм·tтерм=202·3= 1200 кА2·с	Bк.расч =83,25 кА2·с	1200 > 83,25 кА2·с
	iдин i(3)у	iдин = 100 кА	i(3)у = 38,07 кА	100 кА>38,07 кА



12. Построение карты селективной защиты

В данной части проводится расчёт токов трёхфазного и однофазного короткого замыкания и построение карты селективности цепи питания самого удаленного от источника питания приёмника - насоса.

12.1 Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания

Для расчета токов трехфазного короткого замыкания строится расчётная схема и схема замещения (рисунок 12.1).

Рисунок 12.1 Расчётная схема электроснабжения насоса

Рисунок 12.1 Схема замещения электроснабжения насоса



12.1.1 Расчёт сопротивлений элементов сети

Индуктивное сопротивление системы, приведённое к стороне короткого замыкания:

где U_сети = 10 кВ - напряжение питающей сети, кВ;

U_ном = 0,4 кВ - номинальное напряжение в точке короткого замыкания, кВ

Сопротивление кабеля 10 кВ, питающего КТП цеха (АПвП 3Ч150):

где n - число параллельно идущих кабельных линий, шт.;

R_уд, X_уд - удельное активное и индуктивное сопротивление кабеля, мОм/м;

L_КЛ2 - длина кабельной линии, м;

U_КЛ2 - напряжение кабельной линии, кВ.

Полное сопротивление трансформатора КТП (ТМЗ-1000/10):

где U_к - напряжение короткого замыкания трансформатора, %,

S_ном - номинальная мощность трансформатора, кВА.

Активное сопротивление трансформатора КТП:

где ДPк - потери короткого замыкания трансформатора, кВт.

Индуктивное сопротивление трансформатора КТП:

При расчётах токов короткого замыкания сопротивлениями трансформаторов тока можно пренебречь ввиду их малых значений.

Определяем активное и индуктивное сопротивление магистрального шинопровода КТА1600, L_ШМА = 24 м:

где R_удШ, X_удШ - удельное активное и индуктивное сопротивление шинопровода, мОм/м;

Определяем активное и индуктивное сопротивление распределительного шинопровода KSA400, L_ШРА = 42 м:

Сопротивление кабеля присоединения электродвигателя насоса (кабель марки ВВГ (5х2,5):

Переходные сопротивления согласно [8] принимаются равными:

R_А1 = 30 мОм - переходное сопротивление для точки К1;

R_А2 = 25 мОм - переходное сопротивление для точки К2;

R_А3 = 15 мОм - переходное сопротивление для точки К3.

Расчёт начального действующего значения периодической составляющей тока трёхфазного короткого замыкания без учёта сопротивления электрической дуги производится по формуле:

где U_ном - среднее номинальное линейное напряжение в сети, кВ;

R_У, Х_У - суммарные активное и индуктивное сопротивления до точки КЗ без учёта сопротивления электрической дуги, мОм.

Определяется суммарное сопротивление до точек короткого замыкания:

1. до точки К-3:

2. до точки К-2:

3. до точки К-1:

Результаты расчетов суммарных сопротивлений сведем в таблицу 12.1.



Таблица 12.1

Определение суммарных сопротивлений сети до точки К.З. и тока К.З. без учета сопротивления дуги

Точка К.З.	Суммарное активное сопротивление, RУ мОм:	Суммарное реактивное сопротивление, ХУ мОм:	Ток К.З. без учета сопротивления дуги: , кА
К-1	75,299	15,159	3,042
К-2	32,259	14,399	6,372
К-3	17,296	9,696	10,042

12.2 Расчёт токов однофазного короткого замыкания

В сетях до 1000 В однофазные короткие замыкания наиболее вероятны, поэтому проверку селективности необходимо производить по токам однофазного короткого замыкания.

Для расчета токов однофазного короткого замыкания необходимо также составить схему замещения и определить параметры схемы замещения. Схема замещения для расчета однофазных токов короткого замыкания выглядит аналогично схеме замещения для трехфазных.

Рисунок 12.3 Схема замещения для расчёта однофазных токов короткого замыкания

12.3 Расчёт сопротивлений элементов сети

При расчёте тока однофазного короткого замыкания необходимо дополнительно рассчитать сопротивление трансформаторов и кабелей току однофазного короткого замыкания.

Сопротивление току однофазного короткого замыкания [9] трансформатора ТМЗ-1000/10 с соединением обмоток /Y₀: R_{T ф-0} = 5,7 мОм; X_{T ф-0} = 25,8 мОм.

Сопротивление кабеля петли фаза-ноль, питающего двигатель насоса ВВГ 5Ч4,0 определяется по формулам (12.7) и (12.8):

Сопротивления магистрального шинопровода КТА1600 току однофазного короткого замыкания:

Сопротивления распределительного шинопровода KSA400 току однофазного короткого замыкания:

Определяется суммарное сопротивление до точек короткого замыкания:

1. до точки К-3:

2. до точки К-2:

3. до точки К-1:

Таблица 12.2

Токи короткого замыкания цепи питания вентилятора

Параметр	Точка К.З.
	Точка К-1	Точка К-2	Точка К-3
Активное сопротивление петли «фаза-нуль» до точки К.З., мОм	89,508	40,748	18,82
Реактивное сопротивление петли «фаза-нуль» до точки К.З., мОм	19,392	18,44	9,032
Ток однофазного К.З., кА	2,522	5,164	11,063

12.4 Построение карты селективности

Перед построением карты селективности необходимо выбрать все аппараты защиты цепи питания электроприёмника.

Расчетный ток трансформатора КТП был определен ранее в пункте 9.2: I_{р ГПП 0,4} = 2453,81 А. На ввод в КТП от трансформатора выбран автоматический выключатель серии «Электрон» Э40В-УХЛ3 с номинальным током теплового расцепителя равным 2500 А, ток срабатывания отсечки равен 3·I_Н.Р. = 7500 А. Уставка по времени срабатывания при 3-х кратном токе - 4 с.

Подключение распределительного шинопровода ШРА-1 от магистрального шинопровода ШМА производится через автоматический выключатель Compact NS400N с номинальным током I_{ном.выкл.} = 400 А и уставкой номинального тока электронного расцепителя I_{ном.расц.} = 400 А, ток срабатывания отсечки равен 10·I_Н.Р. = 4000 А.

Выбор автоматического выключателя защиты насоса произведён в пункте 4.2 - выключатель АЕ2046М с номинальным током I_{ном.выкл.} = 63 А и уставкой номинального тока теплового расцепителя I_{ном.т.расц.} = 16 А, ток срабатывания отсечки равен 12·I_Н.Р. = 192 А.

Типы и уставки автоматических выключателей цепи питания насоса представлены в таблице 12.3.

Карта селективности изображена на рисунке 12.3.

Таблица 12.3

Параметры автоматических выключателей цепи питания насоса для построения карты селективности

Место установки автоматического выключателя	Тип автоматического выключателя	IН, А	Iр, А	Iн.р, А	Iс.о, А	tс.о, с	Iс.мгн, кА
Ввод в КТП от трансформатора	Э40С	2500	2453,8	2500	7500	0,25	70
Подключение ШРА-1 от ШМА	Compact NS400N	400	216,69	400	4000	0,1	2,8
Линия к электро-приёмнику	АЕ2046М	63	16	192	480	0,02	-

Проверка аппаратов защиты на селективность производится по следующему условию:

где t₁ - время срабатывания «младшей» защиты, с;

t₂ - время срабатывания «старшей» защиты, с.

Определяется время срабатывания защит по карте селективности (рисунок 12.4) и полученные значения сведем в таблицу 12.4.

Таблица 12.4

Время срабатывания аппаратов защиты

Точка КЗ	Время срабатывания аппарата защиты, с
	А1	А2	А3
К1	0,02	6,1	>1000
К2	-	0,06	11
К3	-	-	0,15

Производится проверка селективности.

Для точки K1: условие селективности выполняется, так как время «старшей» защиты (более 1000) во много раз превышает время срабатывания «младшей» защиты (6,1 с).

На основании проверки на селективность можно сделать вывод, что аппараты выбраны верно, так как они прошли проверку на селективность.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 12.4 Карта селективности

Размещено на http://www.allbest.ru/

13. Расчёт показателей качества электрической энергии

13.1 Расчёт уровня напряжения для режима максимума нагрузки

Выбирается для расчёта приёмник цеха - насос.

Рисунок 13.1 Схема электроснабжения насоса

Расчёт отклонения напряжения проверяем в период максимума нагрузки.

где дU'₁ - уровень напряжения на шинах 10кВ РП, питающей цех в период максимума нагрузки, %;

U'_КЛ - потери напряжения в линии высокого напряжения от РП до цеховой ТП, %;

U'_ТП - потери напряжения в цеховом понижающем трансформаторе, %;

U'_доб - добавка напряжения, которая создается ПБВ цехового трансформатора, %;

U'_КЛ1 - потери напряжения в кабельных линиях, %.

Потери напряжения в высоковольтной кабельной линии КЛ1:



где I_р - расчётный ток линии, А.

Сопротивление кабеля 10 кВ, питающего КТП цеха (АПвП 3Ч150) (пункт 12.1.1):

где Pр.ц. = 1572,48 кВт, Qр.ц. = 584,52 квар, Sр.ц. = 1677,6 кВА - расчётная активная, реактивная и полная мощности в целом по цеху.

Падение напряжения в кабеле, питающем цеховой трансформатор:



Потери напряжения в трансформаторе.

Полное сопротивление трансформатора ТМЗ-1000/10:

где Uк = 5,5 % - напряжение короткого замыкания трансформатора;

Sном - номинальная мощность трансформатора.

Активное сопротивление трансформатора КТП:

где ДPк - потери короткого замыкания трансформатора, кВт.

Индуктивное сопротивление трансформатора КТП:

Падение напряжения в цеховом трансформаторе КТП:

где Rт, Xт - активное и индуктивное сопротивление трансформатора, приведенное к напряжению 400 В, мОм.(глава 12.2)

Потери напряжения в кабеле присоединения электродвигателя насоса (кабель марки ВВГнг 5х2,5):

Данные электродвигателя АИР160М2, установленного для насоса:

Потери напряжения в ШМА:

Потери напряжения в ШРА:

Отклонение напряжения в период максимума нагрузки:

где дU'1 = 3 % (из задания на курсовой проект); дU'доб = 5 %.

Согласно ГОСТ 32144-2013 отклонения напряжения допускаются в пределах 10% в точке присоединения электрической сети (шины РУ-10 кВ ГПП). Допустимое напряжение на зажимах электроприёмника согласно ГОСТ 32144-2013 должно определяться техническими характеристиками самого электроприёмника, таким образом на зажимах электроприёмника 0,4 кВ должно поддерживаться отклонение напряжения в пределах 5%.

Полученный результат входит в диапазон допустимого отклонения напряжения на зажимах электроприёмника ±5%. Требование ГОСТ 32144- 2013 выполняется. Таким образом, в период минимума нагрузки нет необходимости в регулировании напряжения.



13.2 Расчёт уровня напряжения для режима минимума нагрузки

Расчёт отклонения напряжения проверим в период минимума нагрузки. Минимальную нагрузку принимается равной 36% (из задания) от расчётной нагрузки.

где дU''₁ - уровень напряжения на шинах 10кВ РП, питающей цех в период минимума нагрузки, %;

U''_КЛ2 - потери напряжения в линии высокого напряжения от РП до цеховой ТП, %;

U''_ТП - потери напряжения в цеховом понижающем трансформаторе, %;

U''_доб - добавка напряжения, которая создается ПБВ цехового трансформатора, %;

U''_КЛ1 - потери напряжения в кабельных линиях, %.

Потери напряжения в высоковольтной кабельной линии КЛ:

Потери напряжения в трансформаторе:

Потери напряжения в кабеле присоединения электродвигателя насоса:

Отклонение напряжения в период минимума нагрузки:

где дU''1 = 5 % (из задания на курсовой проект); дU'доб = 5 %

Поскольку отклонение напряжения больше допустимого, необходимо регулирование напряжения посредством РПН, которым оснащён трансформатор на ГПП. Трансформатор на ГПП оснащён РПН может иметь диапазон регулирования (в нейтрали ВН) ±16% по ±9 ступеней по 1,78%.

В данном случае необходимо отрегулировать РПН на 2 ступени, т.е. понизить напряжение, чтобы уровень напряжения попал в необходимый диапазон ±5%:

Полученный результат входит в диапазон допустимого отклонения напряжения на зажимах электроприёмника ±5%. Требование ГОСТ 32144- 2013 выполняется.



14. Расчёт заземляющего устройства

Для установок, имеющих напряжение до 1000 В и выше, получаются два значения нормативных сопротивлений заземляющего устройства:

R_ЗУ = 4 Ом - для стороны до 1000 В;

R_ЗУ 125/I_з - для стороны выше 1000 В.

Так же, сопротивление заземляющего устройства для электроустановок 6-35 кВ не должно превышать 10 Ом.

В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства в любое время года должно быть не более 4 Ом (при мощности источника свыше 100 кВ·А) [11].

За расчётное значение должно быть принято меньшее из этих двух значений, как обеспечивающее безопасность. Определяем сопротивление заземляющего устройства:

где I_З = 8 А (из задания на курсовой проект).

Таким образом, определяющим для расчёта является следующее требование:

Заземляющее устройство выполняем в виде выносного контура (прямоугольника 15х15 м) из горизонтальных и вертикальных заземлителей. В качестве вертикальных электродов используем стальные стержни диаметром 12 мм и длиной L_в = 5 м. Верхний конец электрода находится ниже уровня земли на 0,7 м.

Горизонтальные электроды выполняем из полосовой стали 40х4 мм. Общая длина полосы L_г = 60 м.

Рисунок 14.1 Конструкция заземляющего устройства

Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов:

где b = 0,04- ширина полосы, м;

t = 0,7 - глубина заложения полосы, м;

с_р = k_с • с - расчётное сопротивление грунта;

k_с = 2 для горизонтальных электродов длиной 15 м [13];

с = 98 Ом•м (из задания на курсовой проект).

Предварительно принимая в контуре 4 вертикальных заземлителя, по таблице 7.4 [11] для a/L_в = 3 находится коэффициент использования полосы з_г = 0,7, тогда сопротивление полосы в контуре из 4 вертикальных заземлителей:

Необходимое сопротивление вертикальных заземлителей:

Сопротивление одного вертикального заземлителя:

где с_р = k_С • с = 1,15 • 98- расчётное сопротивление грунта, Ом•м;

k_С = 1,15 [11] - коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и пересыхание грунта для вертикальных электродов длиной 3ч5 м;

с = 98 Ом•м - удельное сопротивление грунта, измеренное при нормальной влажности;

L_В = 5 м - длина электрода;

d = 0,012 м - внешний диаметр электрода;

t - расстояние от поверхности земли до середины электрода, м.



Количество вертикальных заземлителей находится, приняв коэффициент использования з_В = 0,84 по таблице 7.5 [11]:

Окончательно принимается в контуре 4 вертикальных заземлителя.

Находится сопротивление заземляющего устройства из 4 вертикальных электродов:

Основные технические показатели проекта

Наименование показателя	Значение
Установленная мощность	4425,71 кВт
Напряжение цеховой электрической сети	380/220 В
Коэффициент мощности:
до компенсации	tg ц = 0,753; cos ц = 0,621
после компенсации	tg ц = 0,372; cos ц = 0,937
Тип, число и мощность трансформаторов цеховой подстанции	ТМЗ 1000/10 2шт.
Коэффициент загрузки трансформаторов	0,84
Расход электрической энергии за год:
активной	Wa = 1572,48·8000 = 12579838,57 кВт·ч
реактивной	Wр = 584,52·8800 = 5143787,104 кВт·ч
Удельная плотность нагрузки	Pуд = Pрц/Fц = 1572,48/4032 = 0,39 кВт/м2
Напряжение питания цеховых подстанций	10 кВ

Установленная мощность:

где k_С = 0,3 - коэффициент спроса.



Заключение

В работе решены вопросы выбора напряжения цеховой сети, схемы электроснабжения, электродвигателей, пусковой и защитной аппаратуры. Рассчитано рабочее и аварийное освещения цеха, электрические нагрузки силовых электроприемников. Выбрана мощность цеховых трансформаторов, а также выбрано компенсирующее оборудование. Выбраны питающие кабели, аппаратуры ячейки КРУ на ГПП, построена карта селективности защиты, рассчитаны показатели качества электрической энергии, рассчитано заземляющее устройство.



Список использованных источников

1. Правила устройства электроустановок. Новосибирск.: Норматика, 2013. 464с.

2. Справочник по проектированию электроснабжения/ Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. М.: Энергоатомиздат, 1990. 576 с.

3. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования под ред. Ю. Г. Барыбина и др. М.: «Энергоатомиздат», 1991 г. 240 с.

4. Рожкова Л.Д., Карнеева Л.К., Чиркова Т.В. Электрооборудование электрических станций и подстанций. Учебник для сред. проф. образования. М.: Академия, 2004. 448 с.

5. Федоровский Н.Л. Электрическое освещение: Учеб. пособие. Н.Новгород: НПИ, 1992. 160 с.

6. Шидловский А.К., Вагин Г.Я., Куренный Э.Г. Расчёты электрических нагрузок систем электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1992. 224 с.

7. «Электрическая часть станций и подстанций» справочные материалы под ред. Б. Н. Неклепаева, М.: Энергия, 1978 г. 21 с.

8. Защитное заземление электроустановок: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию / НГТУ; Сост.: Т.М.Щеголькова, Е.И.Татаров и др. Н.Новгород, 2001. 19 с.

9. Киреева Э. А., Орлов В. В., Старкова Л. Е. Электроснабжение цехов промышленных предприятий. М.: НТФ "Энергопрогресс", 2003. 120 с.; ил. [Библиотечка электротехника, приложение к журналу "Энергетик", Вып. 12(60)].

10. «Расчеты токов короткого замыкания в электрических сетях» / Методические указания. Н. Н., 1991 г. 67 с.

11. Методические указания к выполнению графической части курсовых и дипломных проектов / НГТУ; Сост.: Т.М.Щеголькова, Е.И.Татаров. Н.Новгород, 2002. 33 с.

12. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Введен с 01.07.2014. М.: Стандартинформ, 2014. 5 с.

13. Каталог ОАО "АСТЗ" 2017 [Электронный ресурс]. www.astz.ru/en/company/news/news-0139/.

Размещено на Allbest.ru