Разработка проекта электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Целью данного дипломного проекта является разработка системы электроснабжения ОАО "Автомобильный завод". Дипломный проект включает в себя расчёт электрических нагрузок предприятия, выбор цеховых ТП и трансформаторов ГПП, решение вопросов компенсации реактивной мощности в цехах и в целом по заводу, выбор электрооборудования ГПП, расчет релейной защиты трансформаторов, молниезащиты подстанции и защитного заземления, выполнение технико-экономического сравнения двух вариантов СЭС, и разработку мероприятий по экологичности, безопасности и защите окружающей среды.

При проектировании системы электроснабжения промышленного предприятия предусмотрены гибкость системы и оптимизация параметров путём выбора номинальных напряжений, условий присоединения к энергосистеме, рационального выбора числа и мощности трансформаторов, выбора более современных типов электрооборудования и аппаратуры, схем распределительных и цеховых электрических сетей, средств компенсации реактивной мощности, устройств регулирования напряжения и системы обслуживания.

Большое внимание в проекте уделено вопросам, необходимой надежности электроснабжения, обеспечения качества электроэнергии завода, быстродействия и селективности устройств релейной защиты и оперативной автоматики, принятию технических решений по размещению и компоновке подстанций в соответствии с требованиями ПУЭ, ПТБ, ТБ.

1. Краткое описание завода

1.1 Структура завода

ОАО "Автомобильный завод", для которого проектируется система электроснабжения, относится к предприятиям машиностроительной отрасли промышленности.

Рядом с заводом имеется разветвленная сеть автомобильных и железных дорог. На территории предприятия, занимающего площадь 99,75 га, расположено 11 производственных и вспомогательных зданий и ГПП.

В состав завода входят следующие цеха: механо-сборочный, заготовительный, литейный, термический, прессовый, инструментальный, сварочный.

Наиболее энергоемкими потребителями электроэнергии на заводе являются дуговые печи, суммарная установленная мощность которых составляет 16000 кВА. Режим работы дуговых сталеплавильных печей относится к резкопеременному из-за частых колебаний нагрузки в период плавления шихты следствии так называемых эксплуатационных коротких замыканий в момент обвала шихты, замыкающей электроды накоротко. Ток эксплуатационного короткого замыкания превышает I_н в 2,5-3,5 раза. Совместная работа ДСП и других приемников электроэнергии от общей подстанции допустима, поскольку питание завода осуществляется от мощной энергосистемы и суммарная мощность работающих печей не превышает 40% мощности понизительной подстанции. В отношении бесперебойности электроснабжения эти печи относятся к потребителям второй категории, т.к. не критичны к кратковременным перерывам подачи электроэнергии.

Годовое число часов использования максимума нагрузки на проектируемом заводе Т_м=4950 час. Предприятие работает в две смены. В минимальном режиме нагрузка составляет 25% от нагрузки в нормальном режиме.

Электроснабжение автомобильного завода осуществляется от заводской ГПП, которая получает питание от энергосистемы по двум воздушным ЛЭП. Распределение электроэнергии по заводским потребителям осуществляется по кабельным линиям высоковольтными КРУ 10 кВ и трансформаторными цеховыми подстанциями с низковольтными КРУ 0,4 кВ.

Данный завод находится в зоне умеренного климата, окружающая среда нормальная.

В таблице 1.1 приведен состав цехов завода.

Таблица 1.1 - Состав цехов завода

Номер цеха по плану	Наименование цеха	Площадь цеха, м2
1	Инструментальный цех	20000
2	Прессовый цех	14000
3	Заготовительный цех	35000
4	Механо-сборочный цех	72000
5	Компрессорная	4000
6	Литейный цех	20000
7	Термический цех	24000
8	Склад продукции	20000
9	Насосная + котельная	6000
10	Заводоуправление	16000
11	Сварочный цех	15000

1.2 Состав и характеристика потребителей

В состав ОАО "Автомобильный завод" входят следующие цехи основного производства:

- инструментальный цех;

- прессовый цех;

- сварочный цех;

- механосборочный цех;

- литейный цех;

- термический цех;

а также вспомогательные цеха:

- заготовительный;

- склад продукции;

- компрессорная;

- котельная;

- насосная.

Наибольшая мощность потребляется механосборочным и литейным цехами.

Заготовительном цехе осуществляют процесс подготовки металла для дальнейшей переработки его в механических цехах. В процесс входят такие стадии как: разгрузка-погрузка заготовок, сортировка и резка металла.

В литейном цехе производится первичная переработка металла, то есть переплав металла и разливка металла в машинах непрерывного литья заготовок.

Прессовый цех служит для штамповки и обработки металла давлением. Основными электроприемниками цеха являются прессы. Режим работы прессов продолжительный, напряжение питания переменное - 380 В.

К вспомогательным электроприемникам цеха относятся устройства подачи и укладки металла, а так же электроприемники общепромышленного назначения - насосы, подъемные механизмы и т.д. Режим работы данных устройств - продолжительный, в повторно-кратковременном режиме работают подъемные устройства. Напряжение питания переменное - 380 В.

В термическом цехе осуществляется термическая обработка металлов - закалка, отпуск, и др.

Основными электроприемниками являются индукционные печи низкой частоты, печи сопротивления, транспортеры, автоматические линии, станки, прессы, подъемные механизмы. Режим работы продолжительный. Питание от сети переменного тока напряжением 380 В.

В Механосборочном цехе осуществляется механообработка и сборка конечной продукции. Основными потребителями энергии в таких цехах являются различные станки, сварочно-сборочные линии, краны, различный электроинструмент. Режим работы приводов продолжительный. Напряжения питания трехфазное переменное 380 В.

В Сварочном цехе происходит сварка изделий. Для сварки изделий используется контактная одноточечная сварка. Напряжение питания установок контактной сварки -380 В. График нагрузки имеет импульсный характер.

Инструментальный цех предназначен для изготовления и своевременного ремонта инструмента, задействованного в технологическом процессе, а так же для изготовления составных частей станков.

Основными потребителями электроэнергии являются приводы металлорежущих станков, прессы, сварочные установки, вентиляторы, грузоподъемные механизмы, и другое вспомогательное оборудование. Режим работы станков продолжительный. Питание осуществляется от трехфазной сети переменного тока, напряжением 380 В.

Котельная служит для производства горячей воды и перегретого пара, необходимого как в технологическом процессе, так и в бытовых целях - паровое отопление. Основными электроприемниками котельной являются насосы. Режим работы продолжительный. Напряжение питания насосов трехфазное переменное - 10 кВ.

Насосная станция служат для подачи дистиллированной и технической воды, необходимой в производственном процессе.

Режим работы приводов насосов продолжительный, график нагрузки практически постоянный. Напряжение питания переменное 10 кВ.

Компрессорная служит для производства сжатого воздуха, необходимого в технологическом процессе (для прессов и устройств обработки металла давлением). Основными потребителями компрессорной являются компрессоры и вентиляторы. Режим работы приводов вентиляторов и компрессоров продолжительный, график нагрузки практически постоянный. Напряжение питания переменное - 10 кВ.

Электроосвещение в цехах является однофазным потребителем.

Напряжение питания 220 В. Все светильники в цехах равномерно распределены на три фазы, что позволяет уменьшить мигание источников света и уменьшает несимметрию напряжения цеховых сетей.

Надежность электропитания зависит от принятой схемы электроснабжения, степени резервирования отдельных элементов системы электроснабжения (линий, трансформаторов, электрических аппаратов и др.).

Высоковольтными потребителями электроэнергии являются синхронные двигатели 10 кВ компрессорной, насосной, и очистных сооружений.

В машиностроительной отрасли потребители преимущественно относятся ко второй категории по степени бесперебойности питания и допускаются к непродолжительным отключениям электроснабжения на время включения резервного питания действиями обслуживающего персонала или выездной оперативной бригады.

К нагрузкам первой категории относятся пожарные насосы, электроприемники компрессорной и котельной, аварийное освещение, устройства связи и пожарная сигнализация.

В таблицах 1.2, 1.3 приведены исходные данные по нагрузкам цехов.

Таблица 1.2 - Исходные данные для расчета электрических нагрузок 0,4 кВ

№ цеха	Наименование цеха	Ру, кВт	Кс	cos?
1	Инструментальный цех	6000	0,3	0,7
2	Прессовый цех	7000	0,6	0,8
3	Заготовительный цех	2000	0,4	0,65
4	Механо-сборочный цех	11000	0,35	0,65
5	Компрессорная	1000	0,4	0,75
6	Литейный цех	10000	0,6	0,75
7	Термический цех	8000	0,7	0,6
8	Склад продукции	2000	0,4	0,65
9	Насосная + котельная	600	0,5	0,8
10	Заводоуправление	3000	0,5	0,8
11	Сварочный цех	3500	0,35	0,65

Таблица 1.3 - Исходные данные для расчета электрических нагрузок 10 кВ

№ п/п	Название цеха	Ру, кВт	Кол-во	Кс	cos?
5	Компрессорная (привод компрессоров)	1600	4 / 1	0,7	-0,9
9	Насосная + котельная (привод насосов)	1000	4 / 1	0,75	-0,9
6	Литейный цех (ДСП 12т)	8 МВА	2	0,7	0,8

2. Расчет электрических нагрузок 0,4 кВ

Промышленные предприятия потребляют около двух третей вырабатываемой в стране энергии. Основными элементами систем электроснабжения промышленных предприятий являются электрические сети, а также различные трансформаторные и преобразовательные подстанции. Выбор этих элементов производится по расчетным электрическим нагрузкам. Занижение расчетных нагрузок приведет к перегревам элементов систем электроснабжения и ускоренному их износу, завышение расчетных нагрузок проводит к излишним капиталовложениям и затратам на системы электроснабжения. Из сказанного ясно, какое важное значение имеют разработка и внедрение в практику проектирования систем электроснабжения научно обоснованных и достаточно точных методов расчета электрических нагрузок.

Расчет электрических нагрузок основывается на опытных данных и обобщениях, выполненных с применением методов математической статистики и теории вероятности.

Расчет начинают с определения номинальной мощности каждого электроприемника независимо от технологического процесса, средней мощности (мощности, затраченной в течение наиболее загруженной смены) и максимальной расчетной мощности участка, цеха, завода.

Исходные данные для расчета нагрузок 0,4 кВ приведены в таблице 1.2.

При отсутствии данных о количестве электроприемников допускается определять нагрузку по методу коэффициента спроса. Метод коэффициента спроса наиболее прост, широко распространен.

Пример расчета нагрузок инструментального цеха:

Расчет нагрузок до 1000 В производим по методу коэффициента спроса. Результаты расчета нагрузок цехов сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Результат расчета нагрузки 0,4 кВ

Название цеха	, кВт				, кВт	, кВАр	, кВА
Инструментальный цех	6000	0,7	1,02	0,3	1800,0	1836,4	2571,4
Прессовый цех	7000	0,8	0,75	0,6	4200,0	3150,0	5250,0
Заготовительный цех	2000	0,65	1,17	0,4	800,0	935,3	1230,8
Механо-сборочный цех	11000	0,65	1,17	0,35	3850,0	4501,1	5923,1
Компрессорная	1000	0,75	0,88	0,4	400,0	352,8	533,3
Литейный цех	10000	0,75	0,88	0,6	6000,0	5291,5	8000,0
Термический цех	8000	0,6	1,33	0,7	5600,0	7466,7	9333,3
Склад продукции	2000	0,65	1,17	0,4	800,0	935,3	1230,8
Насосная + котельная	600	0,8	0,75	0,5	300,0	225,0	375,0
Заводоуправление	3000	0,8	0,75	0,5	1500,0	1125,0	1875,0
Сварочный цех	3500	0,65	1,17	0,35	1225,0	1432,2	1884,6

3. Выбор цеховых трансформаторных подстанций

3.1 Выбор числа и мощности цеховых ТП

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов должен быть технически и экономически обоснован, так как это оказывает существенное влияние на рациональное построение схем промышленного электроснабжения. Для удобства эксплуатации систем промышленного электроснабжения необходимо стремиться к применению не более двух - трех стандартных мощностей трансформаторов, что ведет к сокращению складского резерва и облегчает взаимозаменяемость трансформаторов.

Для цеховых понижающих трансформаторов существует экономически выгодная номинальная мощность трансформаторов , которая принимается в зависимости от удельной плотности расчетной нагрузки : = 1000 кВА при < 0,2 кВА/м²; = 1600 кВА при =0,20,3 кВА/м²; = 2500 кВА при > 0,3 кВА/м². При 0,4 кВА/м² следует применять двухтрансформаторные подстанции независимо от категории бесперебойности питания.

,

где - максимальная расчетная нагрузка цеха, кВА;

- площадь цеха, м².

Для каждой технологически концентрированной группы цеховых трансформаторов одинаковой мощности минимальное их число, необходимое для питания наибольшей расчетной активной нагрузки ,

,

где - добавка до ближайшего большего целого числа;

- коэффициент загрузки трансформаторов рекомендуется принимать: = 0,650,7 при двухтрансформаторных подстанциях и преобладании нагрузок I категории по степени бесперебойности питания; = 0,70,8 при двухтрансформаторных подстанциях и потребителях II и III категорий; = 0,90,95 при однотрансформаторных подстанциях и нагрузке II и III категорий. Исходя из выше указанного, принимаем = 0,85 для цехов с потребителями II и III категории и = 0,7 - для цехов с потребителями I категории.

В качестве расчетной нагрузки можно принимать среднесменную нагрузку цеха.

Экономически оптимальное число трансформаторов

,

где - дополнительное число трансформаторов.

Фактический коэффициент загрузки находим по формуле:

,

Для экономичности схемы электроснабжения несколько цехов и зданий с небольшой нагрузкой запитываем от одной подстанции.

Например, от подстанции заготовительного цеха запитываем низковольтных потребителей компрессорной станции, от цеха малых серий запитываем низковольтных потребителей насосной и котельной.

Пример расчета трансформаторов для инструментального цеха:

кВА;

;

.

Результаты выбора трансформаторов приведены в таблице 3.1.

Мощность трансформаторов уточняется после определения необходимости компенсации реактивной мощности и выбора вида компенсирующих устройств.

Таблица 3.1 - Выбор числа и мощности трансформаторов на цеховых подстанциях

Наименование цехов, зданий и наружных установок, питающихся от подстанции	№ КТП	Площадь цеха Fцеха, м2	, кВА	, кВА/м2	, кВА	Kз.ф
Инструментальный цех	КТП1,2	20000	2571,4	0,128	1000	0,643	4
Прессовый цех	КТП3,4	14000	5250,0	0,375	1600	0,820	4
Заготовительный цех; Компрессорная	КТП5	39000	1700,4	0,045	1000	0,850	2
Механо-сборочный цех	КТП6-9	72000	5923,1	0,082	1000	0,740	8
Литейный цех	КТП10-12	20000	8000,0	0,400	1600	0,833	6
Термический цех	КТП13-16	24000	9333,3	0,389	1600	0,729	8
Склад продукции	КТП17	20000	1230,8	0,062	1000	0,615	2
Заводоуправление	КТП18	16000	1875,0	0,117	1600	0,586	2
Сварочный цех; Насосная + котельная	КТП19	21000	2252,1	0,107	1600	0,704	2

Для электроснабжения цехов, других зданий и наружных установок используются комплектные трансформаторные подстанции (КТП). На таких подстанциях установлены трансформаторы с закрытыми вводами (ТМЗ - с масляным охлаждением, ТСЗ - сухие или ТНЗ - с негорючим заполнением). Для электроснабжения цехов и общих для них зданий выбираем трансформаторы ТМЗ.

Тип трансформаторов принимаем ТМЗ (трехфазные, масляные с негорючим диэлектриком), общего назначения, для комплектных трансформаторных подстанций.

Технические данные трансформаторов приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Технические данные трансформаторов

Тип	Номинальная мощность, кВА	Номинальное напряжение обмоток, кВ	Потери, Вт	Напряжение КЗ, %	Ток ХХ, %
		ВН	НН	ХХ	КЗ
ТМЗ-1600/10	1600	10	0,4	3300	16500	5,5	1,3
ТМЗ-1000/10	1000	10	0,4	2450	11000	5,5	1,4

3.2 Компенсация реактивной мощности на стороне 0,4

Компенсация реактивной мощности (КРМ) является неотъемлемой частью задачи проектирования электроснабжения промышленного предприятия. Компенсация реактивной мощности одновременно с улучшением качества электроэнергии в сетях промышленных предприятий является одним из основных способов сокращения потерь электроэнергии.

Передача реактивной мощности вызывает дополнительные затраты на увеличение сечения проводников сетей и мощностей трансформаторов, создаёт дополнительные потери электроэнергии. Кроме того, увеличиваются потери напряжения за счёт реактивной составляющей, пропорциональной реактивной нагрузке и индуктивному сопротивлению, что снижает качество электроэнергии по напряжению.

Поэтому большое значение имеет компенсация реактивных нагрузок и повышения коэффициента мощности в системах электроснабжения предприятия. Под компенсацией подразумевается установка местных источников реактивной мощности, благодаря которой повышается пропускная способность сетей и трансформаторов, а также уменьшаются потери электроэнергии.

При количестве трансформаторов в цехе больше двух суммарную мощность конденсаторных установок напряжением до 1000 В определяют по двум критериям:

1) По минимуму суммарных приведённых затрат на конденсаторные установки и цеховые трансформаторные подстанции.

2) По минимуму суммарных приведённых затрат на конденсаторные установки и потери электроэнергии в сети предприятия напряжением 10 кВ и в трансформаторах.

Основная мощность конденсаторных установок напряжением до 1000 В определяется первым критерием, а по условию минимума потерь электроэнергии в сети предприятия напряжением 10 кВ (второй критерий) находится их дополнительная мощность.

Суммарная (основная и дополнительная) расчётная мощность:

,

где - мощность батарей по первому критерию;

- мощность батарей по второму критерию;

По первому критерию мощность конденсаторных установок напряжением до 1000 В следует определять, исходя из целесообразности уменьшения количества цеховых трансформаторов или снижения их номинальной мощности (при том же количестве).

По первому критерию минимальное число трансформаторов (при их числе больше трех) необходимое для питания расчетной нагрузки, определяется по выражению:

;

где - добавка до ближайшего целого числа.

Выражение (3.6) предполагает полную компенсацию реактивной мощности, однако при этом может получиться большая мощность . Поэтому определяется экономически оптимальное число трансформаторов:

;

где m - дополнительное число трансформаторов, зависящее от значения удельных затрат на передачу Q с учетом постоянных составляющих капитальных затрат и определяется по справочным данным.

По выбранному оптимальному числу трансформаторов вычисляем наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передавать через трансформаторы в сеть напряжением до 1000 В.

где - суммарная активная расчетная нагрузка цеха, кВт;

- количество трансформаторов в цехе, шт;

- коэффициент загрузки трансформатора;

- номинальная мощность трансформатора, кВА;

По значению находят суммарную мощность конденсаторов напряжением до 1000 В, которую необходимо установить для данной группы трансформаторов согласно первому критерию:



где - суммарная реактивная расчетная нагрузка цеха, квар;

Если , то по первому критерию установка конденсаторов не требуется и принимаем .

Дополнительная мощность конденсаторных батарей по второму критерию для данной группы трансформаторов определяется по выражению:

где - расчётный коэффициент, значение которого зависит от показателей , и схемы питания цеховых подстанций, и определяется по справочным данным. Показатели , определяются также по справочным данным.

При числе цеховых трансформаторов менее и равным трём, мощность конденсаторных установок определяется по выражению:

Результаты расчёта мощности компенсирующих устройств приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Результаты расчёта компенсации реактивной мощности в сети 0,4 кВ

Наименование цеха	, кВт	, квар	, шт	m, шт.	, шт	, квар	, квар	?, о.е	, квар	, квар
Инструментальный цех	1800,0	1836,4	3	0	3	1806,2	30,1	0,5	306,2	336,4
Прессовый цех	4200,0	3150,0	4	0	4	3457,4	0	0,52	0	0
Заготовительный цех; Компрессорная	1200,0	1288,1	-	-	-	-	-	-	-	1288,1
Механо-сборочный цех	3850,0	4501,1	5	0	5	1800,0	2701,1	0,5	0,0	2701,1
Литейный цех	6000,0	5291,5	5	0	5	3200,0	2091,5	0,52	0,0	2091,5
Термический цех	5600,0	7466,7	5	0	5	3857,5	3609,2	0,52	0,0	3609,2
Склад продукции	800,0	935,3	-	-	-	-	-	-	-	935,3
Заводоуправление	1500,0	1125,0	-	-	-	-	-	-	-	1125,0
Сварочный цех; Насосная + котельная	1525,0	1657,2	-	-	-	-	-	-	-	1657,2

Производим выбор компенсирующих устройств и уточняем расчётные нагрузки :

где - суммарная мощность компенсирующих устройств, квар;

- суммарная реактивная расчетная нагрузка цеха, квар;

В качестве источников реактивной мощности используем комплексные конденсаторные установки с размещением их на шинах 0,4 кВ трансформаторной подстанции.

Результаты выбора компенсирующих устройств и уточнённые расчёты реактивной мощности в цехах приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Выбор компенсирующих устройств и уточнение расчёта реактивной мощности в цехах

Наименование цеха	, квар	Тип КУ	Количество, шт	, квар	, квар	, квар
Инструментальный цех	336,4	УКМ58-0,4-100	4	400	1836,4	1436,4
Прессовый цех	0	-	-	-	3150,0	3150,0
Заготовительный цех; Компрессорная	1288,1	УКМ58-0,4-536	2	1072	1288,1	216,1
Механо-сборочный цех	2701,1	УКМ58-0,4-402	8	3216	4501,1	1285,1
Литейный цех	2091,5	УКМ58-0,4-402	6	2412	5291,5	2879,5
Термический цех	3609,2	УКМ58-0,4-536	8	4288	7466,7	3178,7
Склад продукции	935,3	УКМ58-0,4-402	2	804	935,3	131,3
Заводоуправление	1125,0	УКМ58-0,4-536	2	1072	1125,0	53,0
Сварочный цех; Насосная + котельная	1657,2	УКМ58-0,4-402	4	1608	1657,2	49,2

3.3 Уточнение числа и мощности цеховых ТП после КРМ

После уточнения расчётных нагрузок цеха уточняем выбор числа и мощности цеховых трансформаторов.

Уточнённая максимальная расчётная нагрузка определяется по формуле:

где - расчётная активная нагрузка цеха, кВт;

- уточнённая реактивная нагрузка цеха, квар;

Коэффициент загрузки трансформатора определяется по выражению:

где - номинальная мощность трансформатора, кВт;

- число трансформаторов в цехе, шт;

Результаты выбора приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 - Уточнение выбора числа и мощности цеховых трансформаторов

Наименование цехов, зданий и наружных установок, питающихся от подстанции	№ КТП	Площадь цеха Fцеха, м2	, кВА	, кВА/м2	, кВА	Kз.ф
Инструментальный цех	КТП1	20000	2302,9	0,115	1600	0,720	2
Прессовый цех	КТП2,3	14000	5250,0	0,375	1600	0,820	4
Заготовительный цех; Компрессорная	КТП4	39000	1219,3	0,031	1000	0,610	2
Механо-сборочный цех	КТП5-7	72000	4058,8	0,056	1000	0,676	6
Литейный цех	КТП8-10	20000	6655,2	0,333	1600	0,693	6
Термический цех	КТП11-13	24000	6439,2	0,268	1600	0,671	6
Склад продукции	КТП14	20000	810,7	0,041	1000	0,811	1
Заводоуправление	КТП15	16000	1500,9	0,094	1000	0,750	2
Сварочный цех; Насосная + котельная	КТП16	21000	1525,8	0,073	1000	0,763	2

4. Расчет электрических нагрузок на стороне 10 кВ

4.1 Расчет электрических нагрузок потребителей 10 кВ

Расчет электрических нагрузок потребителей на стороне 10 кВ выполняем методом коэффициента использования.

Активная расчётная мощность:

,

где - коэффициент использования, определяемый по заданию;

- номинальная мощность электроприемника, кВт;

- число электроприемников, шт;

Реактивная расчётная мощность:

,

Полная расчётная мощность:

Произведем расчёт нагрузок 10 кВ для насосной станции (цех № 9):

Расчет нагрузок 10 кВ для компрессоров компрессорной станции и ДСП литейного цеха производится аналогично.

Результат записываем в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Электрическая нагрузка потребителей на стороне 10 кВ

№	Наименован. цеха	колич. эл. пр. колич. резерв	Ру, кВт			N, шт.	Рр.вп, кВт	Qр.вп, квар	Sр.вп, кВА	Ки, о.е.
5	Компресс-сорная	4/1	1600	6400 1600		5	5600	-2712,2	6222,2	0,7
9	Насосная + котельная	4/1	1000	4000 1000		5	3750	-1816,2	4166,7	0,75
6	Литейный (ДСП по 12т)	2	8 МВА	16 МВА		2	7840	7997	11199	0,7

4.2 Расчет потерь в цеховых трансформаторах

Для расчёта потерь мощности в трансформаторах используем их паспортные данные.

Потери активной мощности в трансформаторах:

где - потери мощности холостого хода трансформатора, кВт;

- потери мощности короткого замыкания, кВт;

- коэффициент загрузки трансформатора, о.е;

- число трансформаторов, шт;

Потери реактивной мощности в трансформаторах:

где - ток холостого хода трансформатора, %;

- напряжение короткого замыкания, %;

- номинальная мощность цехового трансформатора, кВА.

Производем расчёт потерь мощности для инструментального цеха.

Цех № 1 (инструментальный):

;

.

Аналогичные расчеты производим для остальных цехов. Результаты расчетов сводим в таблицу 4.2

Таблица 4.2 - Потери мощности в цеховых ТП

Наименование цехов, зданий и наружных установок, питающихся от подстанции	, о.е.	, шт	, кВА	, кВт	, кВар
Инструментальный цех	0,720	2	1600	23,69	132,22
Прессовый цех	0,820	4	1600	57,61	319,01
Заготовительный цех; Компрессорная	0,610	2	1000	13,08	68,45
Механо-сборочный цех	0,676	6	1000	44,90	233,72
Литейный цех	0,693	6	1600	67,38	376,97
Термический цех	0,671	6	1600	64,34	360,77
Склад продукции	0,811	1	1000	9,68	49,93
Заводоуправление	0,750	2	1000	17,29	89,52
Сварочный цех; Насосная + котельная	0,763	2	1000	17,70	91,59
Итого:				315,68	1722,19

4.3 Определение расчетных нагрузок в целом по заводу

Активная, реактивная и полная нагрузка на напряжение 10 кВ завода определяется по следующим выражениям:



где - активная и реактивная расчётные мощности низковольтных потребителей.

- активная и реактивная расчётные мощности высоковольтных потребителей.

- потери активной и реактивной мощности в трансформаторах цеховых подстанций;

- коэффициент разновременности максимумов нагрузки;

- число цехов, шт;

- число высоковольтных потребителей, шт;

- число цеховых трансформаторов, шт;

Результаты расчёта нагрузок 10 кВ и в целом по заводу приведены в таблице 4.3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 4.3 - Нагрузки на стороне 10 кВ и в целом по заводу

№ цеха	Наименование цеха	, кВт	, кВар	, кВт	, кВар	, кВт	, кВар	, кВт	, кВар	, кВт	, кВА
1	Инструментальный	1800	1436,4	23,69	132,22			1823,7	1568,6
2	Прессовый цех	4200	3150,0	57,61	319,01			4257,6	3469,0
3	Заготовительный цех	1200	216,1	13,08	68,45			6813,1	-2427,6
5	Компрессорная					5600	-2712,2
4	Механо-сборочный цех	3850	1285,1	44,90	233,72			3894,9	1662,1
6	Литейный цех	6000	2879,5	67,38	376,97	7840	7997	13907,4	11253,5
7	Термический цех	5600	3178,7	64,34	360,77			5664,3	3539,5
8	Склад продукции	800	131,3	9,68	49,93			809,7	181,2
10	Заводоуправление	1500	53,0	17,29	89,52			1517,3	142,5
9	Насосная + котельная	1525	49,2	17,70	91,59	3750	-1816,2	5292,7	-1675,4
11	Сварочный цех
ИТОГО:							43980,67	17713,34	39582,6	43365,3

Размещено на http://www.allbest.ru/

4.4 Решение вопросов компенсации реактивной мощности на стороне 10 кВ

Основными типами компенсирующих устройств в сетях 10 кВ промышленных предприятий являются конденсаторные установки и синхронные электродвигатели.

На предприятии имеются синхронные двигатели, их мощность достаточно велика (1600 и 1000 кВт), поэтому экономически целесообразно использование их для компенсации реактивной мощности. Однако реактивной мощности вырабатываемой синхронными двигателями недостаточно. Для решения вопроса компенсации реактивной мощности дополнительно используем высоковольтные конденсаторные батареи.

Энергосистемой задается экономически оптимальное значение коэффициента мощности предприятия . Экономически оптимальное значение реактивной мощности, которая может быть передана предприятию в период максимальной нагрузки энергосистемы, определяется по выражению:

(квар).

Суммарная расчетная мощность высоковольтных конденсаторных установок определяется из условия баланса реактивной мощности:

(квар).

В качестве компенсирующих устройств применяем комплектные конденсаторные установки типа УКМ-10,5-900 в количестве 2 штук. Суммарная мощность установок:

Q_ВКУ=900?2=1800 квар.

Суммарная реактивная нагрузка на шинах 10кВ:

квар.

Уточняем значение полной расчетной мощности:

5. Выбор трансформаторов ГПП

5.1 Выбор числа и мощности трансформаторов ГПП

релейный трансформатор электроснабжение

В связи с тем, что на предприятии находятся потребители I категории по бесперебойности электроснабжения, устанавливаем на ГПП два трансформатора. Номинальная нагрузка каждого трансформатора двухтрансформаторной подстанции, как правило, определяется аварийным режимом работы подстанции: при установке двух трансформаторов их мощность выбирается такой, чтобы при выходе из строя одного трансформатора другой оставался в работе и с допустимой аварийной перегрузкой мог обеспечить нормальное электроснабжение потребителей.

Номинальная мощность трансформатора определяется по выражению:

где S_р.т - расчётная мощность трансформатора, кВА;

S_р.з - полная расчётная мощность завода, кВА;

n_т = 2 - число трансформаторов на ГПП, шт;

K_з.т - коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме работы (K_з.т = 0,65 ? 0,7 при питании от ГПП потребителей I и II категории, K_з.т = 0,75 ? 0,85 при питании от ГПП потребителей II и III категории).

Принимаем K_з.т = 0,7.

При аварийных режимах допускается перегрузка трансформаторов на 40 % на время максимума общей суточной продолжительностью не более 6 ч в течение не более 5 суток.

Из ряда стандартных мощностей трансформаторов выбираем двухобмоточный трансформатор типа ТРДН-40000/110 номинальной мощностью .

Т - Трёхфазный трансформатор;

Р - Расщепленная обмотка низшего напряжения;

Д - Масляное охлаждение с принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла;

Н - Выполнение одной из обмоток с устройством РПН;

40000 - Номинальная мощность трансформатора, кВА;

110 - Класс напряжения обмотки ВН, кВ;

Технические данные трансформатора приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Технические данные трансформатора

Тип трансформатора		,шт	Напряжение обмоток, кВ	Потери мощности, кВт			Пределы регулирования
			ВН	НН
ТРДН-40000/110	40000	2	115	11	52	175	10,5	0,7	±9x1,78%

Коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме:

Коэффициент загрузки трансформатора в аварийном режиме:

5.2 Построение картограммы нагрузок завода и определение места расположения ГПП, РП и цеховых ТП

Правильный выбор типа и мощности трансформаторов, а также правильное размещение подстанции на предприятии является основой для рационального построения схемы распределения электрической энергии.

Особенно важен вопрос о размещении ГПП, которая определяет схему предприятия. В этом случае проектирование систем электроснабжения осуществляется на основе генерального плана предприятия, на который нанесены все производственные цеха и отдельные участки предприятия. Расположение цехов на генеральном плане предприятия определяется технологическим процессом производства, а также архитектурно-строительными и эксплуатационными требованиями.

Место расположения ГПП определяется геометрическим центром нагрузок предприятия. Для определения геометрического центра нагрузок строится картограмма нагрузок (рисунок 5.1).

Предполагается, что нагрузки цехов равномерно распределены по площади цеха, тогда расчетную нагрузку можно совместить с геометрическим центром цеха.

Для наглядности нагрузку цехов изображают с помощью кругов. Центр круга совмещают с геометрическим центром цеха, а радиус круга находят по выражению:

где ? = 3,14

m- масштаб нагрузки (принимаем масштаб m = 1 кВА/м²).

В цехах, где имеется нагрузка как до, так и выше 1000 В делаются два круга с разными масштабами.

Определяется геометрический центр нагрузок всего предприятия по выражению:



где - координаты центров нагрузки цехов;

n - число цехов.

Результаты расчётов сводим в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 - Построение картограммы электрических нагрузок

№ цеха	Наименование цеха	, кВА	, мм	, м	,м	, кВА м	, кВА м
Нагрузка 0,4 кВ
1	Инструментальный	2571,4	40,5	165	750	424286	1928571
2	Прессовый цех	5250,0	57,8	435	750	2283750	3937500
3	Заготовительный цех	1230,8	28,0	850	710	1046154	873846
4	Компрессорная	5923,1	61,4	240	515	1421538	3050385
5	Механо-сборочный цех	533,3	18,4	750	530	400000	282667
6	Литейный цех	8000,0	71,4	735	290	5880000	2320000
7	Термический цех	9333,3	77,1	950	300	8866667	2800000
8	Склад продукции	1230,8	28,0	435	130	535385	160000
9	Заводоуправление	375,0	15,5	120	120	45000	45000
10	Насосная + котельная	1875,0	34,5	815	60	1528125	112500
11	Сварочный цех	1884,6	34,6	180	285	339231	537115
Нагрузка 10 кВ
5	Компрессорная	6222,2	62,9	750	530	4666665	3297777
6	Насосная + котельная	11199,0	84,4	735	290	8231265	3247710
9	Литейный (ДСП по 12т)	4166,7	51,5	120	120	500000	500000
ВСЕГО:	59795,2				36168065	23093071

Центр нагрузок находится в точке с координатами:

,

.

По расчетным данным центр электрических нагрузок предприятия (ЦЭН) находится на территории предприятия вблизи литейного цеха. Если ГПП располагать в данном месте, то по территории предприятия будут проходить воздушные линии 110 кВ, которые не принадлежат предприятию, что не рекомендуется. Таким образом ГПП размещаем в точке с новыми координатами: ,

Расстояние от шин 10 кВ ГПП до высоковольтных потребителей литейного цеха и компрессорной станции не превышает 300 м, поэтому эти потребители запитываются от ГПП. Расстояние от шин 10 кВ ГПП до высоковольтных потребителей насосной и котельной составляет 900 м, поэтому эти потребители необходимо запитывать от РП.

Цеховые трансформаторные подстанции применяем внутрицеховые или встроенные в здание цеха. Они должны быть максимально приближены к геометрическому центру нагрузок цеха и, размещаться со стороны ГПП, чтобы не было обратных перетоков мощности.



Рисунок 5.1 - Картограмма нагрузок завода

6. Выбор схемы электроснабжения завода с технико-экономическим обоснованием

6.1 Выбор схем электроснабжения завода

Система электроснабжения предприятия состоит из источников питания, линий электропередач, осуществляющих подачу электроэнергии к предприятию, понизительных, распределительных и преобразовательных подстанций и связывающих их кабелей и воздушных линий.

Требования, предъявляемые к электроснабжению предприятий, в основном зависят от потребляемой ими мощности, характера электрических нагрузок, особенностей производства, климатических условий и других факторов. Схема электроснабжения должна удовлетворять следующим требованиям: надежность, экономичность, удобство и безопасность эксплуатации, а также обеспечение необходимого качества электроэнергии у приемников и возможность дальнейшего развития сети.

Надежность сети определяется категорией потребителей. Экономичность сети характеризуется стоимостными показателями (приведенными затратами). Кроме того необходимо учитывать такие требования, как характер размещения нагрузок по территории предприятия, а также его потребляемую мощность.

Автомобильный завод относится к предприятиям средней установленной мощности (то есть мощность предприятия находится в пределах от 5 до 75 МВт). В связи с этим принимаем схему электроснабжения с одним приемным пунктом электроэнергии (ГПП). Ввиду наличия потребителей I-ой категории по степени бесперебойности питания предусматриваем секционирование шин приемного пункта и питание каждой секции по отдельной линии.

При построении схемы электроснабжения исходим из принципа максимально-возможного приближения высшего напряжения к электроустановкам потребителей и применения минимального количества ступеней промежуточной трансформации.

Резервирование питания для отдельных категорий потребителей должно быть заложено в самой схеме электроснабжения. Для этого все элементы схемы (линии, трансформаторы, аппаратура) должны нести в нормальном режиме постоянную нагрузку, а в послеаварийном режиме (после отключения поврежденных участков) принимать на себя питание оставшихся в работе потребителей с учетом допустимых для этих элементов нагрузок.

При секционировании всех звеньев системы электроснабжения, начиная от шин ГПП, должна быть предусмотрена установка на них системы АВР (автоматического ввода резерва) для повышения надежности питания. При этом в нормальном режиме работы следует обеспечивать раздельную работу элементов системы электроснабжения, что снижает уровень токов короткого замыкания, облегчает и удешевляет коммутационную аппаратуру и упрощает релейную защиту.

Радиальная схема рекомендуется когда нагрузка разнесена в разных направлениях от центра питания, кроме того, эта схема применяется для питания мощных РП.

Магистральная схема целесообразна при распределенных нагрузках, ее достоинство в том, что питая от одной ячейки несколько подстанций, мы экономим на выключателях, то есть более экономичная схема. От одной магистральной линии может питаться две - три подстанции мощностью от 1000 до 2500 кВА, а если меньшей мощности 400-630 кВА, то до пяти подстанций.

Смешанная схема получается, когда часть подстанций питаются по радиальной схеме, а часть по магистральной.

Питание цеховых подстанций осуществляется по смешанной схеме.

В принятой схеме электроснабжения питание КТП 4, КТП 5, КТП 8, КТП 14 и КТП 15, а также электродвигателей компрессорной и двух печей ДСП 12 т осуществляется от шин РУ 10 кВ ГПП кабельными линиями по радиальной схеме, питание КТП 1, КТП 2, КТП 3, КТП 6, КТП 7, КТП 9, КТП 10, КТП 11, КТП 12 и КТП 13 осуществляется также от шин КРУ 10 кВ ГПП по кабельным линиям, но уже по магистральным схемам.

Питание же КТП 16 и высоковольтных электродвигателей насосной и котельной возможно по двум вариантам:

1) питание КТП 16 по радиальной схеме от шин РУ 10 кВ ГПП и высоковольтных двигателей насосной и котельной по радиальной схеме от РП-10 кВ;

2) питание КТП 16 и высоковольтных двигателей насосной и котельной по радиальной схеме от РП-10 кВ.

Выбор наилучшего варианта производится на основании технико-экономических расчетов и рассмотрен в подразделе 6.2.

Все распределительные сети выполнены кабельными линиями, проложенными в траншеях.

6.2 Технико-экономическое сравнение вариантов схем

Технико-экономическое сравнение производится для двух вариантов построения схемы электроснабжения (рисунок 6.1, 6.2).



Рисунок 6.1 - Схема питания КТП 16 и высоковольтных электродвигателей (вариант 1)

Рисунок 6.2 - Схема питания КТП 16 и высоковольтных электродвигателей (вариант 2)

Вариант 1. Предусматривается питание КТП 16 от шин РУ-10 кВ ГПП радиальными линиями, выполненными кабелем марки ААШв, проложенными в траншеях.

Вариант 2. Предусматривается питание КТП 16 по радиальной линии от распределительного пункта котельной+насосной, от которого также получают питание высоковольтные синхронные двигатели. Расстояние от ГПП до РП - 725 м.

Достоинства 1 варианта:

- Простота и надежность;

- Меньше выдержка времени срабатывания РЗ;

Недостатки 1 варианта:

- Увеличенный расход кабеля;

- Увеличенный объем монтажных работ;

Достоинства 2 варианта:

- Уменьшение количества высоковольтного кабеля;

- Уменьшение объема строительно-монтажных работ.

Недостатки 2 варианта:

- Увеличение времени действия РЗ;

Наиболее экономичным решением электроснабжения будет вариант, отвечающий техническим требованиям и имеющий наименьшие приведенные затраты. Выбор наилучшего варианта производится в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов», Москва, 2000 г. Выбор варианта осуществляется в соответствии с этими рекомендациями сопоставлением экономических эффектов. Технико-экономические обоснования базируются в общем случае на методических рекомендациях по оценке эффективности инвестиционных проектов, то есть главным критерием оценки таких проектов является максимум эффекта:

Э_т = Р_т - З_т = max

Однако, данные проекты характеризуются тем, что выгоды по ним, которые определяются как произведение объемов сбываемой продукции на ее цену, не изменяются, то есть Р_т = const. Это объясняется тем, что конечный результат определяют технологи, а не проектировщики систем электроснабжения предприятий.

Таким образом, при постоянстве полезного результата, максимум эффекта будет при минимуме затрат по проекту, то есть:

З_т = min

Если предположить, что по годам затраты так же будут неизменными, то критерий сравнительной экономической эффективности принимает вид:

З_т = р · К + С_э = К_г + С_э

где К - капитальные затраты сравниваемых вариантов электроснабжения, руб;

К_г - годовые приведённые капитальные затраты, руб;

Р - суммарный коэффициент отчислений от капитальных затрат:

p = r + p_a + p_ро

где р_а - коэффициент отчислений на амортизацию (норма амортизации);

р_ро - коэффициент отчислений на текущий ремонт и эксплуатацию;

Реальная процентная ставка r рассчитывается при следующих значениях

n_н = 0,25 1/год - номинальная процентная ставка;

b = 0,085 1/год - уровень инфляции;

С_э - стоимость годовых потерь электроэнергии, руб;

Коэффициенты отчислений для разных элементов электроснабжения сводим в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 - Коэффициенты отчислений для различных элементов системы электроснабжения

Элементы системы электроснабжения	Значения коэффициентов, доли ед.
	ра, 1/год	рро, 1/год	r, 1/год	p = r + pa + pро, 1/год
Кабельные линии 10 кВ в траншее	0,03	0,015	0,152	0,197

Приведённые затраты определяются только для тех элементов, которые различаются в сравниваемых вариантах. Наиболее экономичным считается вариант, который при прочих равных условиях имеет наименьшие приведённые затраты. Сравниваемые варианты схемы электроснабжения могут различаться надежностью, под которой понимается способность бесперебойного обеспечения потребителей электроэнергией заданных качества и количества. В этом случае эффективность капиталовложений оценивается с учетом народнохозяйственного ущерба, возникающего при перерывах электроснабжения или недопустимых отклонениях показателях качества электроэнергии. Мы в расчетах не учитываем значение годового ущерба, так как считаем надежность схемы электроснабжения обоих вариантах одинаковой.

Определение капитальных затрат

Определяем цены на оборудование и заносим найденные значения в таблицу 6.2.

Пересчёт цен 1984-го года в цены 2010-го проводим по формуле:

С₂₀₁₀ = С₁₉₈₄ а

где а = 36,14 - коэффициент для перевода цен с 1984 на 2010 г;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 6.2 - Капитальные затраты на электрооборудование

Кабель в цепи	Марка,сечение кабеля и способ прокладки	Длина КЛ, км	Капитальные затраты на сооружение 1 км КЛ, включая стоимость КЛ и монтажа, руб	Капитальные затраты на длину КЛ, руб	Общие капитальные затраты на сооружение КЛ в траншее, руб
Вариант 1
ГПП - РП	Кабель силовой ААШв (3x120) в траншее	0,725	180700	262015,0
ГПП - КТП 16	Кабель силовой ААШв (3x50) в траншее	0,680	133718	181856,5
РП - СД 9.1 - СД 9.5	Кабель силовой ААШв (3x50) в траншее	0,08	133718	53487,2
Итого				497358,7
Вариант 2
ГПП - РП	Кабель силовой ААШв (3x185) в траншее	0,725	222261	322278,4
РП - КТП 16	Кабель силовой ААШв (3x50) в траншее	0,110	133718	29418,0
РП - СД 9.1 - СД 9.5	Кабель силовой ААШв (3x50) в траншее	0,08	133718	53487,2
Итого				405183,6

Определение стоимости потерь электроэнергии

Годовые затраты на потери электроэнергии С_э определяются:

где - годовые потери электроэнергии, кВт•ч;

где - средние потери активной мощности рассматриваемого элемента электрооборудования, кВт;

Т_г - годовое время работы предприятия, ч; Т_г = 7248 ч.

- стоимость 1 кВт ч электроэнергии, руб/(кВт•ч).

где ?, ? - основная и дополнительная ставки двухставочного тарифа на электроэнергию, определяемые в зависимости от энергосистемы по положению;

- число часов использования максимума нагрузки предприятия, ч; .

Значения ? и ? на основании решения «Региональной службы по тарифам».

Для потребителей оплачивающих электроэнергию по двухставочному тарифу:

- по напряжению 10 кВ = 708,77 руб/кВтмес, = 1,27 руб/кВтч.

Средние потери активной мощности могут быть определены следующим образом

где - максимальные потери активной мощности, кВт;

- относительное время использования максимума потерь.

При относительное время использования максимума потерь определяется:

Потери активной мощности в кабельных линиях сравниваемых вариантов определяются:

где - ток, протекающий в линии в нормальном режиме, А.

- сопротивление кабельной линии, Ом:

где - длина кабельной линии, км;

- удельное сопротивление кабеля, Ом/км;

- число кабельных линий, питающих электроприёмник (ТП, РП), шт;

Потери активной мощности в кабельных линиях и стоимость потерь представлены в таблицах 6.3 и 6.4.

Таблица 6.3 - Потери активной мощности в кабельных линиях

Кабель в цепи	Марка,сечение кабеля и способ прокладки	, км	, Ом/км	, Ом	, А	, шт	, кВт
Вариант 1
ГПП - РП	Кабель силовой 2хААШв (3x120) в траншее	0,725	0,245	0,178	115,61	2	14,24
ГПП - КТП 16	Кабель силовой ААШв (3x50) в траншее	0,680	0,592	0,403	57,80	2	8,07
РП - СД 9.1 - СД 9.5	Кабель силовой ААШв (3x50) в траншее	0,08	0,592	0,047	57,80	5	2,37
Итого:						24,69
Вариант 2
ГПП - РП	Кабель силовой 3хААШв (3x185) в траншее	0,725	0,162	0,117	173,41	2	21,19
РП - КТП 16	Кабель силовой ААШв (3x50) в траншее	0,110	0,592	0,065	57,80	2	1,31
РП - СД 9.1 - СД 9.5	Кабель силовой ААШв (3x50) в траншее	0,08	0,592	0,047	57,80	5	2,37
Итого:						24,87

Таблица 6.4 - Стоимость потерь в кабельных линиях

Вариант	, кВт	, кВт	, кВт ч	, руб
№ 1	24,69	16,89	122389,7	364721,3
№ 2	24,87	17,01	123294,9	367418,8

Определение наиболее экономичного варианта

Результаты технико-экономического расчёта по выбору схемы электроснабжения моторного завода приведены в таблице 6.5.

Таблица 6.5 - Определение приведённых затрат на сооружение системы электроснабжения

	Общие капитальные затраты на сооружение КЛ, руб	, 1/год	, 1/год	, 1/год	, руб/год	, руб/год	, руб/год
Вариант 1
Кабельные линии 10 кВ в траншее	497358,7	0,03	0,015	0,152	97979,7	364721,3	462701,0
Вариант 2
Кабельные линии 10 кВ в траншее	405183,6	0,03	0,015	0,152	79821,2	367418,8	447240,0

Из результатов расчета по таблице 6.5 видно, что наиболее экономически выгодным является второй вариант схемы электроснабжения, так как приведенные затраты на него меньше.

Поэтому принимаем второй вариант схемы электроснабжения с питанием КТП 16 от РП-10 кВ.

7. Расчет токов короткого замыкания для выбора электрооборудования

В электрических установках могут возникать различные виды коротких замыканий, сопровождающиеся резким увеличением тока. Поэтому электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения, должно быть устойчивым к токам короткого замыкания и выбираться с учетом величин этих токов.

Основными причинами возникновения таких коротких замыканий в сети могут быть:

- повреждение изоляции отдельных частей электроустановки;

- неправильные действия обслуживающего персонала;

- металлические перекрытия токоведущих частей установки.

Короткое замыкание в сети может сопровождаться:

- прекращением подачи питания потребителям, присоединенных к точкам, в которых произошло короткое замыкание;

- нарушение нормальной работы других потребителей, подключенных к участкам сети, вследствие понижения напряжения на этих участках;

- нарушение нормального режима работы энергосистемы.

Для предотвращения коротких замыканий и уменьшения их последствий необходимо:

- устранить причины вызывающие короткое замыкание;

- уменьшить время действия защит, действующих при коротких замыканиях;

- применять быстродействующие выключатели;

- правильно вычислять величины токов короткого замыкания, и по ним выбирать необходимую аппаратуру, защиту и средства для ограничения токов короткого замыкания.

Расчётным видом короткого замыкания для выбора оборудования является трёхфазное короткое замыкание.

Расчет токов короткого замыкания производят в таких точках системы, в которых при коротком замыкании токи будут иметь наибольшее значение. Расчет производится для случая: режим системы рабочий, на ГПП в работе один трансформатор, секционный выключатель включен.

В расчетную схему (рисунок 7.1) включаем участвующие в питании места КЗ источники и все элементы схемы между ними и местом КЗ.

Рисунок 7.1 - Расчётная схема

При выполнении расчетов не учитываем:

- сдвиг по фазе ЭДС и изменение частоты вращения роторов синхронных машин;

- ток намагничивания систем генераторов, трансформаторов и электродвигателей;

- насыщение магнитных систем генераторов, трансформаторов и электродвигателей;

- емкостную проводимость ВЛ и КЛ;

- различие значений сверхпереходных сопротивлений по продольной и поперечной осям синхронных машин;

- возможную несимметрию трехфазной системы;

- влияние недвигательной нагрузки на токи КЗ;

- подпитку места КЗ со стороны электродвигателей напряжением до 1000 В при расчете токов КЗ в сети выше 1000 В.

Кроме того в сетях и электроустановках выше 1000 В не учитываем активные сопротивления элементов, если активное сопротивление ветви не превышает 30% её идуктивного сопротивления.

Схема замещения (рисунок 7.2) представляет собой расчетную схему, в которой все электрические и магнитные связи представлены электрическими сопротивлениями. При расчетах токов трехфазных КЗ генерирующий источник (энергосистема) вводится в схему замещения как ЭДС, а пассивные элементы, по которым проходит ток КЗ, индуктивными сопротивлениями.



Рисунок 7.2 - Схема замещения

Параметры элементов схем замещения определяются в относительных единицах при базисных условиях.

В целях упрощения расчетов вместо действительных напряжений на отдельных ступенях трансформации принимаются средние номинальные напряжения.

Так как выбор сечений ЛЭП и кабельных линий пока не производился, то их удельное индуктивное сопротивление принимается:

1) Кабельные линии 6-10 кВ 0,08 Ом/км;

2) Воздушные линии 35-110 кВ 0,425 Ом/км;

Расчет производим в относительных единицах. В целях упрощения расчетов вместо действительных напряжений на отдельных ступенях трансформации принимаем средние номинальные напряжения.

,

.

При определении параметров схемы замещения в относительных единицах задаемся базисной мощностью и вычисляем значения базисного тока и базисного сопротивления на отдельных ступенях трансформации:

где - базисный ток на i-ой ступени, кА;

- базисная мощность, МВА;

Принимаем .

- базисное напряжение на i-ой ступени, кВ.

Рассчитываем сопротивления элементов схемы замещения в относительных единицах при базисной мощности .

Сопротивление системы:

где - мощность короткого замыкания, МВА;

- номинальный ток отключения выключателя ВГТ-110II-40/2500 У1 на подстанции энергосистемы, кА;

.

Сопротивление воздушной линии:

где - удельное реактивное сопротивление ВЛ, Ом;

- длина ВЛ, км;

Сопротивление трансформатора ГПП с расщепленной обмоткой НН:

где - напряжение короткого замыкания трансформатора ГПП;

- номинальная мощность трансформатора ГПП;

K_P - коэффициент расщепления.



Сопротивление кабеля питающего РП:

где - удельное реактивное сопротивление КЛ, питающей РП, Ом/км;

- длина КЛ питающей РП, км;

Сопротивление кабеля питающего РП:

Сопротивление кабеля питающего КТП определяется по формуле

- длина КЛ питающей КТП 1, км;

Сопротивление кабеля питающего КТП 1:

Сопротивление синхронного двигателя:

где - сверхпереходное сопротивление двигателя по продольной оси, о.е;

- номинальная мощность двигателя компрессорной;

- номинальная мощность двигателя насосной;

Сопротивление синхронного двигателя компрессорной:

Сопротивление синхронного двигателя насосной: