Проектирование электрических сетей предприятия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Исходные данные к проекту

2. Технология производства и характеристика электроприёмников

3. Определение расчетных электрических нагрузок предприятия

3.1 Расчет силовой нагрузки цехов

3.2 Расчет осветительной нагрузки

3.3 Рачет суммарной электрической нагрузки предприятия

4. Выбор числа, мощности и расположения цеховых трансформаторных подстанций и компенсирующих устройств

4.1 Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов

4.2 Конструктивное выполнение трансформаторных подстанций

4.3 Картограмма нагрузок

4.4 Балансовый расчет компенсированных устройств

5. Выбор схемы питания подстанций и расчет питающих линий

5.1 Выбор схемы внешнего электроснабжения предприятия

5.2 Выбор сечения кабельной линии питающей предприятие

5.3 Выбор схемы внутризаводского электроснабжения предприятия

5.4 Выбор сечения кабельных линий на напряжение выше 1кВ

5.5 Технико-экономическое сравнение вариантов

5.6 Выбор аппаратуры на напряжение выше 1кВ6. Расчет токов короткого замыкания выше 1кВ и проверка на термическую и динамическую устойчивость

7. Расчет заземляющих устройств

8. Измерение и учет электроэнергии на промышленном предприятии

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Электроэнергия применяется буквально во всех отраслях народного хозяйства, особенно для электропривода различных механизмов, а в последнее время и для различных электротехнических установок, в первую очередь для электротермических и электросварочных установок, электролиза, электрозвуковой и электроискровой обработки материалов, электроокраски и др.

Большую часть электроприёмников составляют электроприводы общепромышленных механизмов, применяемые во всех отраслях народного хозяйства: подъемно-транспортные машины, поточно-транспортные системы, компрессоры, насосы, вентиляторы.

Для обеспечения подачи электроэнергии в необходимом количестве и необходимого качества от электросистем промышленным объектам, установкам, устройствам и механизмам служат системы электроснабжения промышленных предприятий, состоящие из сетей напряжением до 1кВ и выше, трансформаторных, преобразовательных и распределительных подстанций.

Потребители электроэнергии имеют свои специфические особенности, чем и обусловлены определенные требования к их электроснабжению; надёжность питания, качество электроэнергии, резервирование и защита отдельных элементов и др. При проектировании, сооружении и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий необходимо правильно накатить в технико-экономическом аспекте, осуществлять выбор посуды, определять электрические нагрузки, выбирать тип, число и мощность трансформаторных подстанций, виды их защиты, систему компенсации реактивной мощности и способы регулирования напряжений.

Исходными данными для проектирования электрических сетей предприятия являются: генеральный план предприятия, установленная мощность цехов, нагрузка поселков городского типа, характеристики источников питания.

В ходе проектирования электирических сетей предприятия необходимо тщательным образом проработать следующие пункты:

описать технологию производства и режимы электроприёмников;

рассчитать электрические нагрузки завода;

выбрать число мощности и расположения цеховых трансформаторных подстанций и компенсирующих устройств;

выбрать схему питания подстанций и рассчитать питающие линии;

рассчитать токи короткого замыкания и проверить на устойчивость токам короткого замыкания основного электрооборудования;

заземление цеховой ТП

измерение и учет электроэнергии

рассчитать основные технико-экономические показатели.

1. Исходные данные к проекту

Текстильный комбинат (задание 2),состоящий из 10 цехов ,электрические нагрузки которых представлены в таблице 1.1,рядом с комбинатом находится посёлок городского типа. Электроснабжение осуществляется от шин генераторного напряжения (вариант 1). Генеральный план завода прилагается.

Таблица 1.1 Электрические нагрузки цехов

Наименование цехов	Установленная мощность, кВт
Прядильный цех	1500
Ткацкий цех (СД 20 % U кВ)	2800
Козлильный цех	1550
Крутильный цех	600
Сушильный цех	2400
Кузнечно-термический цех	1260
Печатный цех	300
Вязальный цех	1250
Административное здание	100
Склад готовой продукции	50
Бытовая нагрузка посёлка ГТ	2500
Осветительная нагрузка посёлка ГТ	2800

№ пп	Показатели	Вариант №3
1	Линии связи ГПП с ТЭЦ	кабель
2	Длина линий связи (км)	3
3	Мощность генератора ТЭЦ (МВт)	4х12
4	Напряжение РП (кВ)	6.3



Рис 1.1 Генеральный план завода

2. Технология производства и характеристика электроприёмников

Текстильный комбинат характеризуется не высокой степенью заполненности суточного графика электрической нагрузки. Неподалеку расположен поселок городского типа, бытовую и осветительную нагрузки которого необходимо учесть при разработке схемы электроснабжения предприятия. Приёмники электроэнергии промышленных предприятий в отношении требований к бесперебойности электроснабжения подразделяются на следующие три категории:

приемники I категории- 100% надёжность, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для людей или значительный ущерб, связанный с повреждением оборудования, массовым бараком продукции или длительным расстройством сложного технологического процесса;

приемники II категории- 100%надёжность, перерыв в электроснабжении которых допускается на время ручного включения резервного питания;

приемники III категории, к которым относятся все нагрузки, не подходящие под определение I и II категорий (приемники вспомогательных цехов и механизмов, цехов несерийного производства и т.п.)

Определение категорий электрических нагрузок производится по приемникам, а не по цехам в целом. При ограниченном числе потребителей I и II категорий вопросы обеспечения бесперебойного их водоснабжения рассматриваются особо, не допуская необоснованного отнесения всех потребителей к высшим категориям. Категория производственной среды оценивается в основном по степени пожарной опасности:

Категория А. Производства, связанные с применением веществ, воспламенение или взрыв которых может последовать в результате воздействия воды или кислорода воздуха, жидкостей с температурой вспышки паров 28?С и ниже, горючих газов,нижний предел взрываемости которых менее 10% к объему воздуха при применении этих газов и жидкостей в количествах, которые могут образовать с воздухом взрывоопасные смеси.

Категория Б. Производства, связанные с применением жидкостей с температурой вспышки паров 28-120?С, горючих газов, нижний предел взрывоопастности которых более 10% к объему воздуха, при применении этих газов и жидкостей в количествах, которые могут образовать с воздухом взрывоопасные смеси. Производства, в которых выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие волокна или пыль в таком количестве, что они могут образовать с воздухом взрывоопасные смеси.

Категория В. Производства, связанные с обработкой или применением твердых сгораемых веществ и материалов, а также жидкостей с температурой вспышки паров 120?С.

Категория Г. Производства, связанные с обработкой несгораемых веществ и материалов в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, сопровождающейся выделением лучистого тепла, систематическим выделением искр и пламени, а также производства, связанные с сжиганием твердого, жидкого или газообразного топлива.

Категория Д. Производства, связанные с обработкой несгораемых веществ и метериалов в холодном состоянии.

Таблица 2.1 Категории цехов по требуемой бесперебойности электроснабжения

№ цеха	Наименование цеха	Категория производственной среды	Категория по бесперебойности питания
1	Прядильный цех	Г	III
2	Ткацкий цех (СД 20 % U кВ)	Г	I
3	Красильный цех	Г	III
4	Крутильный цех	Г	III
5	Сушильный цех	Г	III
6	Кузнечно-термический цех	В	II
7	Печатный цех	Г	III
8	Вязальный цех	Г	III
9	Административное здание	Г	III
10	Склад готовой продукции	Д	III

3. Определение расчётных электрических нагрузок предприятия

3.1 Расчёт силовой нагрузки цехов

Расчётная нагрузка (активная и реактивная) приёмников каждого цеха и бытовая нагрузка посёлка определяются из выражений:

где: КС - коэффициент связи данной группы электроприёмников, принимаемый по справочным материалам [2];

РН - суммарная установленная мощность всех приёмников цеха, принимаемая по исходным данным;

tg - соответствует характерному для данной группы приёмников cos, определённому по справочным материалам.

Приёмники напряжением выше 1[ кВ] каждого цеха учитываются отдельно. Расчётные активная и реактивная нагрузки приёмников выше 1[ кВ] определяются аналогично приёмникам ниже 1[ кВ].

Примечание. Так как расчёт компенсации реактивной мощности ещё не произведён, то расчётная реактивная мощность, от синхронных двигателей выше 1[ кВ], принимается равной 0.

3.2 Расчёт осветительной нагрузки

Расчёт осветительной нагрузки при определении нагрузки предприятия производится по удельной плотности осветительной нагрузки на квадратный метр производственных площадей и коэффициенту спроса.

По этому методу расчётная осветительная нагрузка принимается равной средней мощности освещения за наиболее загруженную смену и определяется по формулам:

где: КС.О. - коэффициент связи по активной мощности осветительной нагрузки.

tg О - коэффициент реактивной мощности, определяется по известному cosО осветительной установки; tg О=0, т.к. используем для освещения лампы накаливания.

РУ.О. - установленная мощность приёмников освещения по цеху определяется по удельной осветительной нагрузке на 1[м2 ]поверхности пола и известной производственной площади.

где: F - площадь пола производственного помещения в[ м2];

О - предельная расчётная мощность в кВт на м2.

Величина О зависит от рода помещения и выбирается по справочнику.

Все расчёты сводим в таблицу 3.1.

3.3 Расчёт суммарной электрической нагрузки предприятия

Так как количество и мощность трансформаторных цеховых подстанций, и параметры высоковольтной сети ещё не выбраны, то приближенно потери мощности в них определяются из выражений:



где: SРv - расчётная мощность нагрузки предприятия на шинах напряжения до 1[ кВ] за максимально загруженную смену.

Расчетная нагрузка предприятия отнесенная к шинам 6.3 [кВ]:

где: КРМ - коэффициент равнозначности максимумов со стороны высшего напряжения трансформаторов электроприёмников.

Оптимальное значение реактивной мощности предприятия:

где: а - коэффициент, величина которого зависит от уровня подводимого к заводу напряжения: UН=6,3 [кВ] а=0,6;

РФIV - 30 - минутный максимум активной нагрузки завода в часы максимума энергосистемы в IV квартале прошлого года (РФIV=РР);

QФIV - 30 - минутный максимум реактивной нагрузки завода в те же часы (QФIV=QР);

QСД - возможное увеличение генерации реактивной мощности синхронных двигателей в те же часы.

В цехе №2 установлен 1 синхронный двигатель:

Тип: СДН - 14 - 44 -6;

Напряжение питания: UН = 6[ кВ];

Номинальная мощность: РНОМ = 400 [кВт]

Коэффициент мощности: cos = 0,9

КПД: = 92,66 %

где: б - возможная перегрузка по реактивной мощности ,среднее значение коэффициента берется из таблицы 4.5[1]. Для синхронных двигателей (при в=1) должен быть меньше 0,86 .

Величина QЭ1 определяется как большее из значений QЭ1/ и QЭ1// т.е. QЭ1 = 4410,19[ квар].

Мощность компенсирующих устройств определяется:

Sр.з. = (P2p+(Qp-Qэ1)2) ? = (7250.332+ (5546.48-4410.19) 2) ? = 7338.83[KBA]

Совмещаем нагрузку по комбинату с нагрузкой посёлка. Расчетные нагрузки сборных шин определяются с учётом несовпадения нагрузки предприятия и посёлка, т.к. отношение расчетной нагрузки предприятия к нагрузке посёлка составляет:

SК /SП=(8399*100%) /5124=163,9%

Ксов=0,89-определяем по таблице 3.2[1].

Нагрузка по предприятию с учетом нагрузки посёлка:

Sp=Sр.з.+Ксов*SПГТ=7338,83+0,89*5124=11899,19[КВА].

4. Выбор числа мощности и расположения цеховых трансформаторов и компенсирующих устройств

4.1 Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов

Определяется плотность нагрузки:

у = Sрзv/Fз,

где Fз - площадь прядильного цеха, [м2.]

Т.к плотность нагрузки у<0,2[ кВА/м2], то экономически целесообразная номинальная мощность трансформатора Sнэ=10000[ Ква].

Средневзвешенное значение коэффициента загрузки цеховых трансформаторов:

где Р1,Р11,Р111-активная мощность потребителей первого, второго и третьего цехов.

Кз1,Кз11,Кз111-коэффицеенты загрузки трансформаторов для соответствующих потребителей.

Максимальное число цеховых трансформаторов

Минимальное число цеховых трансформаторов

Наибольшая реактивная мощность, которую целесообразно передать через цеховые трансформаторы (QТ) NT=11

Qнкб = Qрv- Q Ti= 4702.3 -1456,2-1 =3246,2[ квар].

Распределение суммарной мощности НБК пропорционально реактивным нагрузкам цеховых трансформаторов.

Расчет производится по формуле:

Qнкi = QрivQнкбv / УQр,

где Qрiv - реактивная мощность i-цеха, [квар];

УQр - распределенная реактивная мощность предприятия на напряжение до 1 кВ,[ квар].

Таблица 4.1 Выбор ККУ на стороне ниже 1кВ

	Наименование цеха	Расчетная нагрузка Qрi, квар	Расчетная мощность Qнкi, квар	Принимаемая фактическая мощность, тип ККУ
				Qнкi, квар	НБК
1	Прядильный цех.	793,7	547,9	2х300	УКЛН-0,38-300
2	Ткацкий цех.	1008	695,8	2х450	УКЛН-0,38-450
3	Сушильный цех + кузнечно-термический цех + печатный цех.	1412	974,9	3х400	УКЛН-0,38-400
4	Красильный + крутильный цех.	806	556	2х324	УКЛН-0,38-324
5	Вязальный цех + административное здание + склад готовой продукции.	673,1	464	2х300	УКЛН-0,38-300

Уточнение мощности и количества цеховых трансформаторов производится в табл.4.2

Таблица 4.2

№ цеха	Расчетная активная мощность цеха Ррi, кВт	Расчетная реакт. мощность цеха Qрi, квар	Фактичес-кая мощ-ность ККУ, Qнкфi,квар	Qрi -Qнкфi, квар	Полная мощность цеха Sр, кВА
1	1053,9	793,7	600	163,7	1066,5
2	1455	1008	900	108	1459
3	1918,4	1412	1200	212	1930
4	1247,4	806	648	158	1257,3
5	748,4	673,1	600	73,1	751,9

На основании табл. 4.2 выбирается число и мощность цеховых трансформаторов, определяется коэффициент загрузки:

Кз=Sрiv /(n*Sнт)где n - количество трансформаторов;

Sнт - номинальная мощность трансформатора,[ кВА].

Таблица 4.3 Выбор трансформаторов ЦТП

№ ЦТП	Расчетная мощность цеха Sр, кВА	Число и мощность трансформаторов ЦТП	Коэффициент загрузки, Кз	Тип трансформаторов ЦТП
1	1066,5	2х1000	0,53	ТСЗ-1000
2	1459	2х1000	0,72	ТСЗ-1000
3	1930	2х1000	0,96	ТСЗ-1000
4	1257,3	2х1000	0,62	ТСЗ-1000
5	751,9	1х1000	0,75	ТСЗ-1000

4.2 Конструктивное выполнение трансформаторных подстанций

Конструктивное выполнение трансформаторных подстанций и распределительных пунктов определяется их главной схемой. В настоящее время в цехах промышленных предприятий наибольшее распространение имеют комплектные трансформаторные подстанции КТП 6 - 10/0,4 - 0,69 кВ. КТП состоит из РУ или вводного устройства первичного напряжения, одного или двух силовых трансформаторов и РУ НН , по схеме БТМ в цеховых КТП РУ НН не предусматриваются. Комплектные трансформаторные подстанции изготавливаются для внутренней (КТП) и наружной установки (КТПН).

4.3 Картограмма нагрузок

Подстанции всех мощностей, напряжения и тока должны быть максимально приближены к центрам подключенных к ним нагрузок (ЦЭН). Это обеспечивает наилучшие технико-экономические показатели СЭС по расходу электроэнергии и дефицитных проводниковых материалов, т.е. минимум приведённых затрат. Для того чтобы найти наиболее выгодный вариант расположения понижающих подстанций и источников питания, составляют картограмму нагрузок.

Картограмма нагрузок представляет собой размещённые на генплане площади, ограниченные кругами, которые в выбранном масштабе соответствуют нагрузкам цехов. Центр каждого круга цеха должен совпадать с центром нагрузок этого цеха. Расчётная максимальная нагрузка i - го цеха Рi, кВт,

,[ кВт/см2,]

где: m - масштаб для определения площади круга (1 см = 1000 кВт);

ri - радиус круга, [см2], равный

Нагрузка выше 1[кВ] изображается сектором в круге:

где: Р - суммарная низковольтная и осветительная нагрузка цеха.

Координаты центра электрических нагрузок Рис.4.1. (ЦЭН) предприятия (цеха) определяются из соответствующих выражений (ЦЕН всего предприятия определяется для схемы с ГПП):

где: Рi - активная мощность i - го цеха.

Таблица 4.4

	P, кВт	X, м	Y, м	r, мм	бвн,°	бо,°
1	1053.9	192	356	8,2	52,6
2	1455	440	356	9,6	27,5	83,1
3	885.2	528	300	7,5	32,5
4	362.2	480	120	4,8	61,8
5	1232.9	334	120	8,9	9,6
6	483.8	248	120	5,6	31,8
7	202.6	154	120	3,6	93,5
8	684.7	464	40	6,6	31,4
9	68.4	316	40	2,1	96,8
10	31.3	158	40	1,4	98,6

Рис. 4.1 Картограмма электрических нагрузок.

4.4 Балансовый расчет компенсирующих устройств

Мощность компенсирующих устройств предприятия на границе балансового раздела

Qку = Qр - Qэ1

Для каждой подстанции определим нескомпенсированную реактивную мощность на стороне 6,3 [кВ].

Qт.нагр = Qmax.т-Qнк+ДQт,

где Qmax.т - расчетная реактивная нагрузка;

Qнк - фактически принятая мощность НКБ;

ДQт - суммарные реактивные потери в трансформаторах с учетом его коэффициента загрузки.

Расчеты сводим в таблицу 4.4

Таблица 4.4

Qmax.т	Qнк	ДQт	Qт.нагр
793,7	600	60	253,7
1008	900	58	166
1412	1200	78	290
806	648	72	230
673,1	600	90	163,1

Суммарная расчетная реактивная мощность высоковольтных компенсирующих устройств:

Qвк = ?Q нагрv + ?Q^ нагр- Qэ1 =252 +3851,5- 4410,19 = -306,69? 0.

Установка высоковольтных компенсирующих устройств требуется.

5. Выбор схемы питания подстанций и расчет питающих линий

5.1 Выбор схемы внешнего электроснабжения предприятия

В соответствии с заданием на курсовой проект предприятие получает питание с шин генераторного напряжения ТЭЦ по кабельным линиям. Электроснабжение с шин генераторного напряжения предусматривает установку на РУ ТЭЦ четырёх КРУ с автоматическими выключателями, прокладку кабельных линий в земле. На территории предприятия формируется закрытое распределительное устройство на напряжение 6,3кВ. К установке на РУ также рекомендуются КРУ или КРУН различного исполнения

5.2 Выбор сечения кабельной линии, питающей промпредприятие

Сечение КЛ, согласно ПУЭ выбирается:

1. По экономической плотности тока

(5.1)

где - расчётный ток(5.2)

jэк - экономическая плотность тока, выбирается по табл.5.5 jэк =1,6[ А/мм2].

выбирается стандартное сечение 185[ мм2]

2. По нагреву током минимального режима:

Iдоп > Iр,(5.3)

где Iдоп - допустимый ПУЭ ток для этого сечения.

Согласно ПУЭ: Iдоп=310[А], т.е по допустимому нагреву током КЛ подходит

3.По нагреву током послеаварийного режима:

Кпер Iдоп > Iп,ав,(5.4)

где Кпер - коэффициент допустимой перегрузки проводов (Кпер=1.3)

Iн,ав=11899/(1,73*6,3*3)=363[A]-расчетный ток при выходе из строя одной линии

1,3*310 = 403 > 363 [А]

4.На действие тока КЗ

Проверка производится в следующем пункте

5. На падение напряжения:

U2=((U1+(P1*R1+Q1*X1)/U1)2+((P1*R1+Q1*X1) /U1)2)1/2

?U =(U1-U2)/U1(5.5)

где R,X - параметры линии, [Ом].при сечении 185[мм2]

U - напряжение в начале линии, [КВ]

U2=5.8[КВ]; ?U=7%

Выбранный кабель подходит по всем показателям, окончательно принимаем кабель сечением 185[мм2]

5.3 Выбор схемы внутризаводского электроснабжения предприятия

Характерной особенностью схем внутризаводского распределения электроэнергии является большая разветвленность сети и наличие большого количества коммутационно-защитной аппаратуры, что оказывает значительное влияние на технико-экономические показатели и на надежность системы электроснабжения.

При проектировании схемы важное значение приобретает правильное решение вопросов питания силовых и осветительных нагрузок в ночное время, в выходные и праздничные дни. В общем случае схемы внутризаводского распределения электроэнергии имеют ступенчатое построение. Считается нецелесообразным применение схем с числом ступеней более двух - трех, так как в этом случае усложняется коммутация и защита сети. На небольших по мощности предприятиях рекомендуется применять одноступенчатые схемы.

Схема распределения электроэнергии должна быть связана с технологической схемой объекта. Питание телеприемников электроэнергии разных параллельных технологических потоков должно осуществляться от разных источников: подстанций, РП, разных секций шин одной подстанции. Это необходимо для того, чтобы при аварии не останавливались оба технологических потока. В то же время взаимосвязанные технологические агрегаты должны присоединяться к одному источнику питания, чтобы при исчезновении питания все приемники электроэнергии были одновременно обесточены.

При построении общей схемы внутризаводского электроснабжения необходимо принимать варианты, обеспечивающие рациональное использование ячеек распределительных устройств, минимальную длину распределительной сети, максимум экономии коммутационно-защитной аппаратуры.

Внутризаводское распределение электроэнергии выполняют по магистральной, радиальной или смешанной схеме. Выбор схемы определяется категорией надежности потребителей электроэнергии, их территориальным размещением, особенностями режимов работы.

Радиальными схемами являются такие, в которых электроэнергия от источника питания передается непосредственно к приемному пункту. Чаще применяют радиальные схемы с числом ступеней не более двух.

Одноступенчатые радиальные схемы применяют на небольших и средних по мощности предприятиях для питания сосредоточенных потребителей (насосные станции, печи, преобразовательные установки, цеховые подстанции), расположенных в различных направлениях от центра питания. Радиальные схемы обеспечивают глубокое секционирование всей системы электроснабжения, начиная от источников питания и кончая сборными шинами до 1 кВ цеховых подстанций.

Питание крупных подстанций и подстанций или РП с преобладанием потребителей I категории осуществляют не менее чем тремя радиальными линиями, отходящими от разных секций источника питания.

Двухступенчатые радиальные схемы с промежуточными РП применяют на больших и средних по мощности предприятиях для питания через РП крупных пунктов потребления электроэнергии, т.к. нецелесообразно загружать основной центр питания предприятия с дорогими ячейками РУ большим количеством мелких отходящих линий

Магистральные схемы распределения электроэнергии применяют в том случае, когда потребителей много и радиальные схемы нецелесообразны. Основное преимущество магистральной схемы заключается в сокращении звеньев коммутации.

Недостатком магистральных схем является более низкая надежность по сравнению с радиальными схемами, так как исключается возможность резервирования на низшем напряжении однотрансформаторных подстанций при питании их по одной магистрали.

При магистральных схемах питания цеховых подстанций на вводе к трансформатору устанавливают более дешевую коммутационную аппаратуру в виде выключателя нагрузки или разъединителя. Если требуется обеспечить избирательное отключение трансформатора при его повреждении или если защита на головном выключателе не чувствительна при повреждении трансформатора, то последовательно с выключателем нагрузки или разъединителем устанавливают предохранитель типа ПК, предназначенный для отключения поврежденного трансформатора без нарушения работы остальных.

В соответствии с вышеуказанным разработанная схема внутризаводского электроснабжения предприятия является радиально - магистральной.

Исходя из расчета, от ЦРП проводятся кабельные линии для питания всех цехов завода .(1 вариант - рис. 5.1, 2 вариант - рис. 5.2). Электрическая схема внутризаводского электроснабжения предприятия изображена на рис. 5.3.

5.4 Выбор сечения кабельных линий на напряжение выше 1 кВ

Прокладка кабеля на территории предприятия и вне его осуществляется в земле (траншее) или по инженерным сооружениям, в которых кабельные линии не соприкасаются с землей (эстакады, галереи, туннели и т.д.).

Сечение КЛ выбирается по следующим пунктам:

1. По экономической плотности тока

,

где: JЭ - экономическая плотность тока,[А/мм2];

IН - рабочий ток одной линии в нормальном режиме:



где: SР - расчётная мощность протекающая по всей линии;

UН - номинальное напряжение линии;

n - число цехов.

2. По нагреву током IН нормального режима

где: КПР - коэффициент прокладки, учитывающий количество кабелей,

проложенных в одной траншее.

IДОП - длительно допустимый ток для данного сечения.

3.По нагреву током послеаварийного режима с учётом перегрузочной способности КЛ

где: КПЕР коэффициент перегрузки КЛ, на период ликвидации послеаварийного режима для кабелей до 10 кВ с бумажной изоляцией допускаются перегрузки в течение, 5 суток в пределах таблиц, указанных в ПУЭ, на стадии начального проектирования допускается принимать 30% перегрузку КЛ (КПЕР=1,3);

IМ.АВ. - максимально возможное значение тока по КЛ в послеаварийном режиме, величина IМ.АВ. в основном определяется конфигурацией электрических сетей, возможной загрузкой силового оборудования, категорией по надёжности потребителей электрической энергии.

Для однотрансформаторных подстанций и потребителей, которые получают питание по одной линии, послеаварийный режим не рассматривается. Для двухтрансформаторных подстанций ЦТП предельное значение IМ.АВ. будет определятся пропускной способностью силового трансформатора с учётом его возможной перегрузки в послеаварийном режиме

IМ.АВ. =1,4IН ТР. (номинальный ток трансформатора). IМ.АВ. можно уменьшить за счёт отключения потребителей третьей и частично второй категорий, что решается отдельно для каждой конкретной ситуации. Для высоковольтного распределительного пункта РП: IМ.АВ. для кабельной линии будет равен IН РП.

4. На термическую устойчивость к токам КЗ.

Кабельные линии как внешнего, так и внутреннего электроснабжения обязательно проверяются на термическое действие токов КЗ (ПУЭ).

где: ВК - тепловой импульс тока КЗ, кА2с, для систем неизменного напряжения при времени действия тока КЗ (tКЗ РАСЧ) и большой постоянной времени затухания апериодической составляющей Та равен:

где: IПО - начальное значение периодической составляющей тока КЗ, А. Значение GТ определяется по справочной литературе;

Та - постоянная времени:

где: х ,r суммарное значение реактивного и активного сопротивления до точки КЗ;

- круговая частота, равная 314 с -1

Провода и кабели на термическую стойкость проверяются по току трёхфазного КЗ в начале линии. Расчётная длительность КЗ принимается различной в зависимости от назначения расчёта.

5.При проверке проводников и аппаратов на термическую стойкость она согласно ПУЭ принимается равной сумме времени действия основной защиты (tРЗ ОСН.) и времени отключения выключателя соответствующей цепи (tВ ОТКЛ.) ближнего к месту КЗ

tКЗ РАСЧ = tОТКЛ = tРЗ ОСН. +tВ ОТКЛ.

Для защит, действующих без выдержки времени, в зависимости от типов реле и выключателей, время отключения составляет

tКЗ РАСЧ=tРЗ. +tВ.=(0,020,04)+(0,040,2)=0,060,24с

Полученное значение сечения FТ округляют до ближайшего меньшего значения.

Если кабельные линии или проводники защищаются от токов КЗ токоограничивающими предохранителями, то на термическую устойчивость КЛ и проводники не проверяются. На потерю напряжения от тока в нормальном и послеаварийном режимах.

Обычно считают допустимым принимать U=57% в нормальном режиме при отсутствии специальных средств регулирования и U=1214% - в послеаварийном, у конкретного потребителя или узла.

Напряжение нагрузки на конце линии с учётом поперечной составляющей равно:



где: Р1 и Q1 - передаваемая по линии мощность с учётом нормального и аварийного режимов;

R1 и X1 - активное и реактивное сопротивление линии;

U1 - напряжение в начале линии.

Если длина КЛ или проводников менее 400 метров в сетях выше 1 кВ, то проверку на потерю напряжения можно не производить.

Кабели, защищаемые плавкими токоограничивающими предохранителями, на термическую стойкость не проверяются, так как время срабатывания заградителя мало и выделившееся тепло не в состоянии нагреть кабель до опасной температуры. Расчёт токов КЗ будет приведён в разделе 6.

Рассмотрим два варианта прокладки КЛ - рис.5.1 и 5.2

Рис.5.1 Первый вариант прокладки КЛ



Рис.5.2 Второй вариант прокладки КЛ

электрическая сеть электроприемник трансформаторная подстанция

Для примера выберем кабель для линии ЦРП -ТП1:

Рабочий ток одной линии в нормальном режиме:

1. Выбор сечения по экономической плотности тока:

округляем до ближайшего стандартного :

F =185[мм2]; кабель марки АСБ.

2. По нагреву током нормального режима:

т.е.

3. По нагреву током послеаварийного режима с учётом перегрузочной способности КЛ:

Принимаем сечение одного кабеля F = 185[мм2] марки АСБ.

4. Длина линии ЦРП - ТП1 меньше 400 метров, проверку по падению непряжения не производим.

5. На термическую устойчивость к току КЗ

Выбор кабелей сводим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 Выбор кабельных линий

Наименова ние линии	Способ прокладки и длина КЛ, м	Кол-во КЛ и марка	Расчётная нагрузка на один кабель, А	Сечение КЛ, мм2	Выб-ранное сечение КЛ
			в нормальном режиме	в после-аварий- ном режиме	по экон. плот-ности тока	по доп. нагр.в норм. реж.	по доп. нагр. в авар. реж.	по терм. устойч. к КЗ	по потере напря-жения
Первый вариант
ЦРП-ТП1	в земле 88	2 СБ	207,2	415	185	185	185	185	-	185
ТП1- РП1	в земле 280	2 СБ	158	317	185	185	185	185	-	185
ЦРП-ТП3	в земле 300	2 СБ	88,4	176,8	50	50	50	50	-	50
ТП4-ТП2	в земле 180	2 СБ	57,6	115,2	35	35	35	35	-	35
РП1-ТП5	в земле 280	2 СБ	34,4	68,9	35	35	35	35	-	35
РП1- ТП2	в земле 10	2 СБ	66,8	133,6	50	50	50	50	-	50
Второй вариант
ЦРП- РП1	в земле 360	2 СБ	158	317	185	185	185	185	-	185

Примечание :все кабели прокладываются в земле на расстоянии 100 [мм]друг от друга.

5.5 Технико-экономические расчёты в электроснабжении

Технико-экономические расчёты выполняют для выбора:

наиболее рациональной схемы электроснабжения цехов и предприятия в целом;

экономически обоснованного числа, мощности и режима работы трансформаторов ТП;

рациональных напряжений в системе внешнего и внутреннего электроснабжения предприятия;

экономически целесообразных средств компенсации реактивной мощности и мест размещения компенсирующих устройств;

электрических аппаратов и токоведущих устройств;

сечений проводов, шин и жил кабелей;

целесообразной мощности собственных нужд электростанций и генераторных установок в случае их необходимости;

трасс и способов прокладки электросетей с учётом коммуникаций электрохозяйства в целом.

Целью технико-экономических расчётов является определение оптимального варианта схемы, параметров электросети и её элементов. Для систем электроснабжения промышленных предприятий характерна многовариантность решения задач, которая обусловлена широкой взаимозаменяемостью технических решений. В связи с этим требуется выполнение значительного числа трудоёмких вычислений, для автоматизации которых рекомендуется широко применять электронно-вычислительные машины (калькулятор).

При технико-экономических расчётах систем промышленного электроснабжения соблюдают следующие условия сравнения вариантов:

технические, при которых сравнивают только взаимозаменяемые варианты при оптимальных режимах работы и оптимальных параметрах, характеризующих каждый рассматриваемый вариант;

экономические - при которых расчёт сравниваемых вариантов ведут применительно к одинаковому уровню цен ,и одинаковой достижимости принятых уровней развития техники с учётом одних и тех же экономических показателей, характеризующих каждый рассматриваемый вариант. При разной надёжности сравниваемых вариантов дополнительно учитывают народно - хозяйственный ущерб от снижения надёжности.

Каждый рассматриваемый вариант должен соответствовать требованиям, предъявленным к системам промышленного электроснабжения соответствующими директивными материалами, отраслевыми инструкциями и ПУЭ. В данной работе производим сравнение вариантов по отличающимся элементам т.е. по кабельным линиям от ЦРП до РП1

Таблица 5.1 Технико-экономическое сравнение вариантов сети

Наименование линии	Длина линии, км	Сечение, мм2	Удельная стоимость, тыс.руб/км	Общая стоимость, тыс.руб
Первый вариант
ЦРП-ТП1	0,08	185	16,4	1,312
РП1-ТП1	0,28	185	16,4	4,592
ЦРП-ТП3	0,3	50	4,35	1,305
ТП2-ТП4	0,18	35	2,77	0,498
РП1-ТП5	0,28	35	2,77	0,775
РП1-ТП2	0,01	50	4,35	0,043
Второй вариант
ЦРП-ТП1	0,08	185	16,4	1,312
ЦРП-ТП1	0,36	185	16,4	5,904
ЦРП-ТП3	0,3	50	4,35	1,305
ТП2-ТП4	0,18	35	2,77	0,498
РП1-ТП5	0,28	35	2,77	0,775
РП1-ТП2	0,01	50	4,35	0,043

Капиталовложения для первого варианта:

К1= 8,525[т .руб.]

Капиталовложения для второго варианта:

К1= 9,837 [т .руб.]

Вывод: второй вариант электроснабжения является менее выгодным, чем первый.

Принимаем к установке шкафы типа КРУ2-10П и КСО-366. Технические параметры шкафов приведены ниже.

Таблица 5.2 Основные технические параметры шкафов типа КРУ

Показатели	Величина
Номинальное напряжение, кВ	10
Номинальный ток, А	630
Отключаемая мощность, МВА	350
Динамическая устойчивость, кА	52
Термическая устойчивость, кА	14
Тип выключателя	ВМПЭ10
Тип привода	ПЭ-11

Таблица 5.3 Основные технические параметры шкафов типа КСО

Показатели	Величина
Номинальное напряжение, кВ	10
Номинальный ток, А	600
Электродинамическая стойкость, кА	30
Тип разъединителя	РВЗ-10
Тип выключателя нагрузки	ВН-16
Тип привода	ПР-17
Тип трансформатора напряжения	НТМИ-6

6. Расчет токов короткого замыкания выше 1 кв и проверка на термическую и динамическую устойчивость

Выбираемые по условиям нормального режима коммутационные аппараты, токоведущие части, изоляторы схем электроснабжения для повышения надежности должны проверяться на динамическую и термическую устойчивость от действия токов короткого замыкания, которые могут возникнуть в аварийных ситуациях. Расчет токов КЗ начинается с составления расчетной схемы замещения. При составлении схемы учитывалось то, что все цеха за исключением цеха №4 не имеют двигателей и генераторов, то есть в расчетную схему замещения войдут только их сопротивления.

Принимаем за базисные единицы:

мощность Sб = 1 [МВА]

напряжение Uб =6,3 [кВ]

ток Iб = Sб /(1,73 Uб) = 1 /1,73*6,3=0,0 91[А]

Определение сопротивлений схемы замещения

Генератор Т2-12-2

Pген=4*12[МВт], Х «d=0.114[о.е.],cosц=0.8

!

кабельная линия ТЭЦ-ЦРП

l=3 [км]

ro = 0,16 [Ом/км]

xo = 0,08 [Ом/км]



Реактор для упрощения расчетов на данном этапе принимаются одной серии:

Uр =10.5[кВ]

Iр =4000 [А]

Хр=0,25 [Ом]

Ток КЗ в точке К1:

Х3=1/ХЛ8+1/ХСД =1/0,62+1/8,6=0,57[о.е.]

Х4=1/Х3+1/Х2=1/0,57+1/3,566=0,49[о.е.]

Х5=Хл4+Хл5=0,56+0,56=1,12[о.е.]

Х6=Х5+Х4 =1,12+0,49=1,61[о.е.]

Х7=1/Х л10+1/Х6=1/0,6+1/1,61=0,43[о.е.]

Хэ=1/Х1+1/Х7=1/4,17+1/0,43=0,38[о.е.]

Еэ=1,77[о.е.]

ток КЗ: Iк1=Еэ/Хэ=4,65

Ударный ток короткого замыкания:

Апериодическая составляющая тока к.з. составляет:

0 кА.

Результаты расчета приведены в табл.6.1.

Таблица 6.1 Расчет токов короткого замыкания

	К-1	К-2	К-3	К-4	К-5	К-6
I”	7,34	7,25	6,96	6,91	5,12	6,96
iу	11,61	11,42	10,80	10,71	7,53	10,80
iа т	0	0	0	0	0	0
В к	2,94	2,87	2,63	2,59	1,39	2,63

I” - начальное значение периодической составляющей тока,[кА];

iу - ударный ток КЗ, [кА];

iа т - апериодическая составляющая тока КЗ, [кА];

В к - тепловой импульс тока КЗ, [кА2/с]

7. Расчет заземляющих устройств

С целью обеспечения безопасности людей, по условиям режимов работы сетей, защиты электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений в электроустановках напряжением до и выше 1кВ должны быть сооружены заземляющие устройства и заземлены корпуса электрооборудования. Одно и то же заземляющее устройство на подстанции выполняет различные функции, являясь и защитным, и рабочим, и грозозащитным.

Заземляющие устройства подстанции нормируются по величине сопротивления растеканию тока заземлителя.

Расчёт произведём для заземления ЦРП

Ток короткого однофазного замыкания на напряжение 6,3 кВ:

где: ?=10 км - протяженность электрически связанных кл.

Сопротивление заземлителя растеканию тока:

В соответствии с ПУЭ сопротивление заземлителей у электроустановок U=6,3кВ должно быть не более 4 Ом.

Выполняем вертикальные заземлители из круглых стальных стержней диаметром 15мм и длиной 2м, которые погружают в грунт методом ввертывания. Размещаем электроды в ряд на глубине 0,7м от поверхности земли. К ним привариваются горизонтальные электроды ,стержневого типа из той же стали, что и вертикальные. Тип почвы - суглинок (УД=100 Омм)

Предварительно с учётом площади, занимаемой ЦРП, намечаем расположение заземлителей - по периметру с расстоянием между вертикальными электродами 4м.

Сопротивление искусственного заземлителя при отсутствии естественных заземлителей принимаем равным допустимому сопротивлению заземляющего устройства RИ=RЗ=4Ом

Определим сопротивление естественных заземлителей. Сопротивление оболочки кабелей и трубопровода R1=10[Ом],неизолированного трубопровода R2=12[Ом]:

Rc=(R1*R2)/(R1+R2)=5.45[Ом]

Тип почвы - суглинок (для Сибири с уд =250[Ом *м])

Определим расчетное удельное сопротивление для заземлителей:

с р.г .= с уд* К п г = 250*2=500 [Ом* м]

Расчетное сопротивление растеканию горизонтальных электродов:

Rгор = ((0,366*срг) / l)* lg (2l2/bt) = ((0.366*500)/0.4) * lg (2*0.42/0.04*1.7) = 2.32[Ом]

Общее сопротивление заземляющего устройства:

Rобщ.=Rгор.*Rc /( Rгор.+Rc)=(2,32*5,45)/(2,32+5,45)=1,62[Ом]

Так как Rобщ.? 4[Ом],вертикальные заземлители не требуются:

Размещено на http://www.allbest.ru/

рис.7.1 Схема заземления ЦРП : 1-контур заземления. 2-ЗРУ ЦРП.

8. Измерение и учет электроэнергии

Приборы учета активной энергии устанавливаются для всех потребителей, независимо от величины присоединенной мощности, для денежного расчета за полученную энергию от системы. Эти приборы используются для расчетного учета электроэнергии. Приборы учета реактивной энергии должны быть для потребителей с присоединенной мощностью 100 КВА и более. Кроме того, на промышленных предприятиях предусматриваются приборы учета активной энергии для контроля за выполнением удельных норм расхода электроэнергии по цехам и отдельным энергоемким установкам, а так же для учета расхода энергии на хозяйственные и подсобные нужды. Такой учет называется техническим (контрольным).

Класс точности расчетных счетчиков непосредственного включения (без измерительных трансформаторов) должен быть не ниже 2.5 для учета активной энергии и 3.0 - для реактивной энергии. Если расчетные счетчики включены через измерительные трансформаторы, то класс точности должен быть для счетчиков активной энергии не ниже 2.0 или 3.0. Паровые вентили, устанавливаемые для технического учета, называются контрольными счетчиками (класс точности - 2.5).

Для потребителей с присоединенной мощностью 10 МВт и более рекомендуется применение счетчиков активной энергии класса 1.0 и выше.

Трансформаторы тока и напряжения для расчетного учета имеют класс точности 0.5.

Для измерения активной энергии в трехфазных сетях при неравномерной нагрузке применяются двух и трех системные счетчики. В трехфазных сетях с нулевым проводом сумма токов отдельных фаз не равна нулю и поэтому двухсистемные счетчики не пригодны.

В четырехпроводных сетях при неравномерной нагрузке применяются трехсистемные счетчики или двухсистемные счетчики с тремя токовыми катушками.

Для измерения реактивной энергии применяются специальные счетчики с последовательными дополнительными катушками.

Заключение

В данном курсовом проекте разработана схема электроснабжения промышленного предприятия - текстильный комбинат. По исходным данным, представленным в пункте 1, для заданного комбината были проработаны следующие пункты:

описана технология производства и дана характеристика электроприемников (в пояснительной записке приведены категории цехов производственного предприятия и описаны основные параметры, по которым происходит разделение на категории);

определены расчетные нагрузки предприятия (силовая и осветительная нагрузка для напряжений до 1кВ и выше 1кВ, для всех цехов и территории предприятия), найдены расчетные мощности нагрузки предприятия на шинах до 1кВ и выше 1кВ.

был произведен выбор мощности и расположения цеховых трансформаторов, компенсирующих устройств, были выбраны компенсирующие устройства на стороне ниже 1кВ

была рассчитана и изображена картограмма нагрузок предприятия и найден ЦЭН - центр электрической нагрузки предприятия;

для сравнения были выбраны две схемы внутрицехового электроснабжения предприятия , и на основе упрощенных технико-экономических расчетов, был произведен выбор наиболее оптимального варианта;

был произведен выбор сечения кабельных линий питающих промпредприятие, а также сечение КЛ на напряжение выше 1кВ;

произведен выбор основного оборудования для цехового электроснабжения, рассчитаны токи КЗ в указанных преподавателем точках и на основе этих данных был произведен расчет на термическую стойкость КЛ;

для ЦРП произведен расчет заземления (заземляющих устройств) с целью обеспечения безопасности обслуживающего персонала по условиям режимов работы сетей.

Список литературы

1. А.А Фёдоров, Л.Е. Старкова «Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования». М. «энергоатомиздат» 1987 г.

2. Борбат В.С. Разработка схемы электроснабжения промышленного предприятия: Учебное пособие - Братск: БРИИ, 1998г.

3. Электро-технический справочник 1 под общей редакцией профессоров Московского энергетического института П.Г. Грудинского, Г.Н. Петрова, М. М. Соколова и т.д. «энергия» М. 1974

4. Б.Н. Неклкпаев, И.П. Крючков «Электрическая часть электростанций и подстанций». Москва, Энергоатомиздат 1989 г.

5. Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин «Электрооборудование станций и подстанций» Москва, Энергоатомиздат 1987 г.

6. В.И. Ленин Н.К. Крупская Полное собрание сочинений -М.: Мысль 1934г.

7. В.М. Блок, Г. К. Обушев Пособие по курсовому и дипломному проектированию для электроэнергитических специальностей. М. Высшая школа 1981г.

Размещено на Allbest.ru