Розробка і обрахунок схем електропостачання підприємств

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Розробка і обрахунок схем електропостачання підприємств

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ

АВР - автоматичне вмикання резерву

ВН - висока напруга

ГПП - головна понижувальна підстанція

ДРЛ - дугова ртутна лампа

ДРП - джерело реактивної потужності

ЕА - електричний апарат

ЕП - електроприймач

ЕРС - електрорушійна сила

КБ - конденсаторна батарея

КЗ - коротке замикання

ККУ - комплексні конденсаторні установки

КТП - комплексна трансформаторна підстанція

КУ - конденсаторна установка

ЛЕП - лінія електропередачі

НН - низька напруга

РП - розподільчий пункт

СД - синхронний двигун

СЕП - система електропостачання

ТЕО - техніко-економічне обґрунтування

ТН - трансформатор напруги

ТП - трансформаторна підстанція

ЦЕН - центр електричних навантажень

ЦРП - центральний розподільчий пункт

ВСТУП

Метою даного курсового проекту є набуття практичних навичок з розрахунку електропостачання промислового підприємства, засвоєння і повторення теоретичних знань набутих в процесі вивчення дисципліни «Електропостачання». В результаті виконання данного проекту буде вивчена структура розподільчої мережі підприємства, методи визначення, вибору і перевірки кабелів та дротів, способи проведення техніко-економічних порівнянь схем електропостачання, методика вибору потужності та кількості трансформаторів, розрахунок струму короткого замикання, методика визначення кількості і місця установлення комплексних конденсаторних установок та інше.

Системою електропостачання називають комплекс пристроїв для виробництва, передачі і розподілу електричної енергії.

Система електропостачання промислових підприємств забезпечує електричною енергією промислових споживачів. Основними споживачами є електроприводи різних машин і механізми, електричне освітлення, електричні нагрівальні пристрої, в тому числі електричні печі.

Раціонально виконана сучасна система електропостачання промислового підприємства повинна задовольняти ряд вимог: бути економною і надійною, безпечною і зручною в експлуатації, забезпечити належну якість електроенергії, рівні напруги, стабільність частоти та ін. Повинні передбачатися стислі терміни виконання будівельно-монтажних робіт і необхідна гнучкість системи, що забезпечує можливість розширення при розвитку підприємства без істотних ускладнень і подорожчання первинних варіантів. При цьому повинні по можливості прийматися рішення, що вимагають мінімальних витрат кольорових металів і електроенергії.

Для покращення техніко-економічних показників систем промислового електропостачання необхідно:

- вдосконалення нового стандарту номінальних потужностей силових трансформаторів, що застосовуються зараз. Це створить умови для економії електроенергії в трансформаторах;

- випускання трансформаторів із з'єднанням обмоток зірка-зигзаг або трикутник-зигзаг, що знизить капіталовкладення і зменшить втрати електроенергії;

- створення ефективного математичного забезпечення автоматизованих систем управління електропостачанням, що включає в себе розробку найбільш універсальних алгоритмів і програм по розрахунку режимів і надійності СЕП, що дозволяли би враховувати реальні умови функціонування систем і її динамічність.

Все це повинно сприяти скороченню капіталовкладень і економії електроенергії в умовах експлуатації.

Система електропостачання в цілому повинна бути побудована таким чином, щоб в умовах післяаварійного режиму, після відповідних переключень вона була здатна, як правило, забезпечити живлення навантажень підприємства (з певним обмеженням) з врахуванням використання всіх додаткових джерел і можливостей резервування (перемички, зв'язки по вторинній напрузі, аварійні джерела та ін), перевантажувальної здатності обладнання та ін. При цьому можливі короткочасні перерви живлення електроспоживачів 2ї категорії на час виконання необхідних переключень і перерви в живленні електроспоживачів 3ї категорії на час до 1 доби.

При виконанні курсового проекту було розроблено схема електропостачання заданого підприємства. Як джерело живлення було використано мережу з напругою 110 кВ. Як внутрішньозаводські схеми були використані радіальна і змішана схеми при підрахунках. За основу була взята схема №1, виходячи з техніко-економічних характеристик. ГПП знижує вхідну напругу 110 кВ і на виході отримана напруга рівна 6 кВ. Далі через трансформатори, які розміщуються в кожному цехові, або живлять групу цехів напруга знижується до 0,4 кВ. Подача напруги відбувається по двом паралельним і незалежним гілкам, що забезпечує відповідне резервування. Для реалізації даної схеми вибране відповідне обладнання (трансформатори, ККУ, кабелі, електричні апарати) і прорахована його вартість.

1. ВИЗНАЧЕННЯ РОЗРАХУНКОВИХ НАВАНТАЖЕНЬ ЦЕХІВ ТА ПІДПРИЄМСТВА

1.1 Визначення розрахункового силового навантаження цехів

Визначення розрахункових навантажень цехів підприємства здійснюється методом коефіцієнта попиту. Цей метод дозволяє визначити розрахункове максимальне навантаження вузла електропостачання на стадії проектного завдання при невідомій потужності окремих ЕП [4].

Розрахункове силове активне навантаження для окремого цеху при напрузі 0,38/0,22 кВ можна одержати з формули:

,

де К_п.і - коефіцієнт попиту і-го цеху (Таблиця В.3 додатку); Р_уст.і - установлена активна потужність і-го цеху (Таблиця В.2 додатку).

кВт;

кВт;

кВт;

кВт;

кВт;

кВт;

кВт.

Розрахункове силове реактивне навантаження і-го цеху визначається з формули:

,

де tgц_і - значення коефіцієнта потужності cosц_і і-го цеху (Таблиця В.4 додатку).

квар;

квар;

квар;

квар;

квар;

квар;

квар.

Розрахункове силове повне навантаження і-го цеху визначається з формули:

.

кВА;

кВА;

кВА;

кВА;

кВА;

кВА;

кВА.

Таблиця 1.1 Визначення розрахункового силового навантаження цехів

Номер цеху	Назва цеху	Руст. і кВт	Кп. і в. о.	cosці/tgці	Результати розрахунків
					, кВт	, квар	, кВА
1	Механічний цех 1	6600	0,16	0,62/1,265	1056	1336	1703
2	Механічний цех 2	6000	0,11	0,68/1,078	660	711	970
3	Механічно-складальний цех	5500	0,14	0,67/1,108	770	853	1149
4	Інструментальний цех	4500	0,19	0,63/1,233	855	1054	1357
5	Цех дрібних серій	4700	0,15	0,62/1,265	705	892	1137
6	Ремонтно-механічний цех	5900	0,20	0,62/1,265	1180	1493	1903
7	Компресорна стація	2100	0,20	0,67/1,108	420	465	626
Усього	5646	6804	8845

1.2 Визначення розрахункового навантаження загального електричного освітлення цехів

Установлене (номінальне) навантаження приладів освітлення і-го цеху визначається так:

,

де k - коефіцієнт, що враховує потужність пускових приладів залежно від джерела світла:

- для ламп розжарювання k=1,0;

- для ламп типу дугових ртутних ламп (ДРЛ) k=1,1;

- для люмінесцентних ламп низького тиску стартерних k=1,2;

Р_п.о.і - питоме навантаження загального освітлення і-го цеху, Вт/м² (орієнтовані значення в табл. 9 [1]); F_і - площа і-го цеху, що підлягає освітленню, м² (розміри цеху беруться з генплану підприємства).

 кВт;

кВт;

кВт;

кВт;

кВт;

кВт;

кВт.

Розрахункове активне навантаження загального освітлення і-го цеху визначається за формулою:

,

де К_п.о - коефіцієнт попиту загального освітлення (К_п.о=0,95).

кВт;

кВт;

кВт;

кВт;

кВт;

кВт;

кВт.

Розрахункове реактивне навантаження загального освітлення і-го цеху визначається за формулою:

,

де tgц_о.і - відповідає значенню коефіцієнта потужності cosц_о.і і-го цеху залежно від типу джерела світла (величина коефіцієнта потужності для різних типів ламп задається у примітці до табл. 5 [1]).

квар;

квар;

квар;

квар;

квар;

квар;

квар.

Розрахункове повне навантаження загального освітлення і-го цеху визначається за формулою:

.

кВА;

кВА;

кВА;

кВА;

кВА;

кВА;

кВА.

Таблиця 1.2 Визначення розрахункового навантаження загального електричного освітлення цехів

Номер цеху	Площа цеху F, м2	Тип ламп	Рп.о, Вт/м2	Результати розрахунків
				Руст.о,кВт	Рр.о,кВт	Qр.о,квар	Sр.о,кВА
1	7500	Розжарювання	11	82,5	78,4	0	78,4
2	6750	Люмінесцентні	11	89,1	84,6	27,8	89,1
3	23970	ДРЛ	19	501	476	824	952
4	5000	Розжарювання	16	80	76	0	76
5	7500	Люмінесцентні	18	162	153,9	50,6	162
6	7500	ДРЛ	11	90,7	86,2	149	172
7	6750	Розжарювання	18	121,5	115,4	0	115
Усього	1127	1071	1052	1501

1.3 Визначення розрахункового навантаження компресорної станції

Кількість робочих електродвигунів обчислюється за формулою:

,

де N - задана кількість електродвигунів; 2 - кількість резервних електродвигунів.

шт.

Розрахункова активна потужність СД з напругою 10 (6) кВ визначається за формулою:

,

де в_СД - коефіцієнт завантаження СД активною потужністю, в.о. (в_СД=0,8); Р_ном.СД - номінальна активна потужність СД.

кВт.

Мінімальна реактивна потужність, що генерується СД, визначається як:

,

де tgц_{ном. СД} - відповідає значенню номінального коефіцієнта потужності СД cosц_{ном. СД} (cosц_{ном. СД}=0,9).

квар.

Розрахункова реактивна потужність визначається так:

.

квар.

Загальне розрахункове активне навантаження компресорної станції з СД визначається так:

.

кВт.

Загальне розрахункове реактивне навантаження компресорної станції з СД визначається так:

.

квар.

Загальне розрахункове повне навантаження компресорної станції з СД визначається так:

кВА.

Отже:

=2 шт.

=3095 кВт.

= -774 квар.

=3191 кВА.

1.4 Визначення розрахункового навантаження підприємства

Загальне розрахункове активне навантаження і-го цеху визначається за формулою:

.

кВт;

кВт;

кВт;

кВт;

кВт;

кВт;

кВт.

Загальне розрахункове реактивне навантаження і-го цеху визначається за формулою:

.

квар;

квар;

квар;

квар;

квар;

квар;

квар;

Розрахункове повне навантаження і-го цеху визначається за формулою:

.

кВА;

кВА;

кВА;

кВА;

кВА;

кВА;

кВА.

Загальне розрахункове активне і реактивне навантаження декількох груп або цехів усього підприємства визначаються з урахуванням коефіцієнта одночасності збігання максимумів навантаження цих груп або цехів (К₀=0,9) за формулами:

,

.

кВт,

квар.

Розрахункову повну потужність можна визначити так:

.

кВА.

Таблиця 1.3 Визначення розрахункового навантаження підприємства

Номер цеху	Назва цехів	Рр.ц, кВт	Qр.ц, квар	Sр.ц, кВА
1	Механічний цех 1	1134	1336	1753
2	Механічний цех 2	744	739,5	1049
3	Механічно-складальний цех	1246	1678	2090
4	Інструментальний цех	931	1054	1406
5	Цех дрібних серій	858,9	942	1275
6	Ремонтно-механічний цех	1266	1643	2074
7	Компресорна стація	Навантаження	535	465	709
		Двигуни	2560	-1240	2844
		Усього	3095	-774	3191
Усього	9277	6618	11400
Усього з урахуванням К0=0,85	8349	5956	10260

2. ВИЗНАЧЕННЯ ЦЕНТРА ЕЛЕКТРИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ ТА МІСЦЯ РОЗТАШУВАННЯ ГОЛОВНОЇ ПОНИЖУВАЛЬНОЇ ПІДСТАНЦІЇ

Розташування джерела живлення системи електропостачання, що проектується, повинно сприяти досягненню мінімуму затрат на всю СЕП. Для цього необхідно звести до мінімуму довжину мереж, внаслідок чого вартість втрат енергії та напруги в живильних і розподільчих мережах СЕП підприємства будуть мінімальними. З цією метою визначається умовна точка на плані підприємства, що відповідає центру ваги площини підприємства, на якій електричні навантаження умовно замінені на еквівалентні ваги [4; 6; 7]. Ця умовна точка називається центром електричних навантажень.

Центр електричних навантажень цеху можна визначити приблизно, вважаючи, що його навантаження розподілені рівномірно на його території. У цьому випадку ЦЕН цеху збігається з його геометричним. Тому радіус кола буде рівним:

,

де m - масштаб m=0,2 кВА/мм².

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

Координати ЦЕН підприємства можна обчислити за формулами:

,

,

де Х_ц.і, Y_ц.і - координати ЦЕН і-го цеху; n - кількість цехів підприємства.

мм;

мм.

Таблиця 2.1 Координати та радіуси кіл картограм окремих цехів

Номер цеху	Назва цехів	Координати	Радіус rц.і, мм
		Хц.і, мм	Yц.і, мм
1	Механічний цех 1	57,5	27	52,8
2	Механічний цех 2	101	-77,5	40,8
3	Механічно-складальний цех	61,5	168,5	57,7
4	Інструментальний цех	142	-181,5	47,3
5	Цех дрібних серій	141	-201,5	45
6	Ремонтно-механічний цех	10,5	83	57
7	Компресорна стація	36	-193,5	71

ГПП та підстанції глибокого введення треба розміщувати якнайближче до ЦЕН у межах розмірів, що допускаються ПУЕ [3], настільки, наскільки це

можливо за умовами планування підприємств. За необхідністю зміщення ГПП (ПГВ) від ЦЕН треба робити в сторону живильних мереж підприємства (інакше збільшуються зустрічні потоки потужностей і, як наслідок, збільшуються втрати енергії). Зазвичай їх розміщують біля огорожі підприємства на його території.

Цехові ТП всіх потужностей і напруг необхідно розміщувати ближче до ЦЕН відповідного цеху.

3. ВИБІР КІЛЬКОСТІ ТА ПОТУЖНОСТІ ТРАНСФОРМАТОРІВ ГОЛОВНОЇ ПОНИЖУВАЛЬНОЇ ПІДСТАНЦІЇ

Найчастіше ГПП промислових підприємств виконують двотрансформаторними.

Економічну величину реактивної потужності, що споживається підприємством з мережі енергосистеми, при проектуванні, якщо вона не задається енергосистемою, доцільно визначити так:

.

квар.

Дана величина знаходиться так із-за наказу №19 від 17.01.02 р. Міністерства палива та енергетики України, яким затверджена «Методика розрахунків плати за перетікання реактивної електроенергії між електропередавальною організацією та її споживачами».

Номінальну потужність трансформаторів ГПП можна визначити за такою формулою:

.

кВА.

Потужність одного з трансформаторів не повинна бути менше половини розрахункового повного навантаження підстанції, тому що при аварійному вимиканні одного з трансформаторів РЗ і при автоматичному вмиканні секційного вимикача пристроєм АВР у розподільному пристрої НН інший трансформатор бере на себе все навантаження підстанції. Номінальна потужність одного з них визначається за формулою:

 .

кВА.

Проводимо перевірку отриманого значення номінальної потужності для зимової та літньої температур при відповідних навантаженнях за формулами:

,

,

де К_{2 ав. з}, К_{2 ав. л} - коефіцієнт допустимого аварійного перенавантаження в зимовий та літній періоди (вибираються в залежності від тривалості перенавантаження з таблиці 3.1 [1] К_{2 ав. з}=1,6, К_{2 ав. л}=1,3).

кВА,

кВА.

Отже, вибираємо з Таблиці 10 [1] трансформатор для ГПП.

Таблиця 3.1 Технічні дані трансформатора

Тип	Номінальна потужність, кВА	Сполучення напруг, кВА	Втрати, кВА	Напруга КЗ, %	Струм ХХ, %
		ВН	НН	ХХ	КЗ
ТМН - 6300/110	6300	115	6,3;11	11,5	33,5	10,5	1,0

Ціна трансформаторів ГПП розраховується за формулою:

грн.

4. ВИБІР КІЛЬКОСТІ ТА ПОТУЖНОСТІ ТРАНСФОРМАТОРІВ ЦЕХОВИХ ТП

У даній роботі застосовують двотрансформаторні цехові підстанції із-за більшості ЕП першої та другої категорій надійності. Вибір потужності трансформаторів цехових підстанцій визначається з урахуванням компенсації реактивної потужності [4].

Для схеми №1 вибираємо наступні трансформатори за формулою:

,

де N - кількість трансформаторів ТП; в_Т - коефіцієнт завантаження трансформатора цехової ТП (за перевагою ТП першої категорії надійності в_Т=0,95; за перевагою ТП другої категорії надійності в_Т=0,8; за перевагою ТП третьої категорії надійності в_Т=0,67).

кВА;

кВА;

кВА;

кВА;

кВА;

кВА;

кВА;

Вибираємо трансформатори для схеми №1 з Таблиці 11 [1].

Таблиця 4.1 Вибір кількості та номінальної потужності трансформаторів цехових підстанцій для схеми №2.

Номер цеху	Назва цехів	Рр, кВт	N, шт.	вТ, в. о.	Sном. Т, кВА	Трансформатор
1	Механічний цех 1	1134	2	0,77	736	ТМЗ - 1000/10
2	Механічний цех 2	744	2	0,76	489	ТМЗ - 630/10
3	Механіко -складальний	1246	2	0,75	830	ТМЗ - 1000/10
4	Інструментальний цех	931	1	0,94	990	ТМЗ - 1000/10
5	Цех дрібних серій	858,9	2	0,78	550	ТМЗ - 630/10
6	Ремонтно-механічний цех	1266	1	0,93	1362	ТМЗ - 1600/10
7	Компресорна стація	535	2	0,67	399,5	ТМЗ - 400/10

Дані трансформаторів для схеми №1,2 приведені в таблиці.

Таблиця 4. Технічні дані трансформаторів

Тип	Номінальна потужність, кВА	Номінальна напруга, кВ	Втрати, кВт	Напру-га КЗ, %	Струм ХХ, %
		ВН	НН	ХХ	КЗ
ТМЗ -400/10	400	6; 10	0,4; 0,69	0,95	5,5	4,5	2,1
ТМЗ - 630/10	630	6; 10	0,4; 0,69	1,31	7,6	5,5	1,8
ТМЗ - 1000/10	1000	6; 10	0,4; 0,69	1,90	10,8	5,5	1,2
ТМЗ - 1600/10	1600	6; 10	0,4; 0,69	2,65	16,5	6,0	1,0

5. ВИБІР ПОТУЖНОСТІ КОМПЕНСУЮЧИХ ПРИСТРОЇВ У СИСТЕМІ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ПІДПРИЄМСТВА

5.1 Визначення реактивної потужності компенсуючих пристроїв споживачів електроенергії підприємства

В даній роботі використовуватимуться ККУ. В КУ використовуються подрібнені потужності, за допомогою комутаційної апаратури на окремі частини секції, конденсаторних батарей.

Основними комплектуючими виробами КУ є косинусні конденсатори. Це дві смужки алюмінієвої фольги, що розділені паперовою ізоляцією. В сучасних конденсаторах широко застосовують синтетичне просочування. Вони не замерзають і не горять. Але цей наповнювач є дуже токсичною речовиною. ЗАТ «СІЛІКОН-КВАР» застосовує конденсатори типів МКР і CSADP (плівкові, з екологічно чистим наповнювачем) [1].

Потужність компенсуючих пристроїв підприємства визначається так:

.

квар.

5.2 Визначення потужності конденсаторних установок з номінальною напругою конденсаторів 0,4 кВ

Розрахунок проводиться для схеми №1 із-за результатів попереднього пункту.

Максимальна реактивна потужність, яку доцільно передавати через трансформатор 6-10/0,4 кВ у мережу напругою до 1 кВ для забезпечення потрібного коефіцієнта його завантаження визначається так:

,

де N - кількість трансформаторів ТП; S_{ном. Т} - повна номінальна потужність трансформатора цехової підстанції ( з даних Таблиці 4.2); Р_р. - розрахункова активна потужність (з Таблиці 1.3).

квар;

квар;

квар;

квар;

квар;

квар;

квар;

Потужність конденсаторних установок із конденсаторами з номінальною напругою 0,4 кВ визначається:

,

де Q_р - потужність, яка дорівнює розрахунковій реактивній потужності цеху (Таблиця 1.3).

квар;

квар;

квар;

квар;

квар;

квар;

квар;

При отриманні від'ємного значення встановлювати конденсатори непотрібно, бо трансформатори такої цехової ТП пропускають всю необхідну реактивну потужність у мережу напругою до 1 кВ.

Вибираємо ККУ з Таблиці 12 [1].

Таблиця 5.1 Визначення потужності комплексних конденсаторних установок з номінальною напругою 0,4 кВ.

Номер цеху	Qт, квар	Qн.к, квар	Типономінал	Потужність, квар	Кількість ККУ
1	1042	294	УКРП 0,4-150-10 УЗ	150	2
2	602	137	УКРП 0,4-70-10 УЗ	70	2
3	835	842	УКРП 0,4-475-25 УЗ	475	2
4	130	924	УКРП 0,4-475-25 УЗ	475	2
5	478	465	УКРП 0,4-240-20 УЗ	240	2
6	781	861	УКРП 0,4-475-25 УЗ	475	2
7	25	440	УКРП 0,4-220-20 УЗ	220	2

Ціна ККУ визначається за формулою:

грн.

5.3 Визначення потужності комплексних конденсаторних установок з номінальною напругою конденсаторів 6,3 та 10,5 кВ

Потужність цих компенсуючих пристроїв визначається при розрахунках систем зовнішньо- та внутрішньозаводського постачання за формулою:

,

де ?Q_н.к. - сумарна потужність встановлених низьковольтних ККУ.

квар.

Вибирається ККУ з Таблиці 13 [1].

При встановленні високовольтних ККУ не залишилось некомпенсованої реактивної потужності і компенсувати її за допомогою додаткових низьковольтних ККУ непотрібно.

Таблиця 5.2 ККУ з номінальною напругою конденсаторів 6,3 та 10,5 кВ для схеми №1.

Тип установки	Uном, кВ	Qном, квар	Маса, кг	Кількість
УКЛ-6,3-450 УЗ	6,3	1350	1170	2

Ціна ККУ для схеми знаходиться за формулою:

грн.

6. РОЗРОБЛЕННЯ СХЕМИ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ПІДПРИЄМСТВА

Джерелом живлення даного підприємства є дві незалежні лінії напругою 110 кВ кожна. Дане підприємство середньої потужності і має споживачів з різною категорійністю електроприймачів. Внаслідок даних умов на ГПП встановлюється два трансформатора, кожен з яких може певний час виконувати живлення всього підприємства, із-за аварійного вимикання іншого трансформатора.

Внутрішньозаводський розподіл може бути виконаним за радіальною, магістральною чи змішаною схемами. Кожна з цих схем відрізняється за ступенем надійності і техніко-економічними показниками, залежно від конкретних вимог проектованого об'єкта.

Було розроблено два варіанта схеми електропостачання даного підприємства (наведені у графічному додатку) для визначення оптимального варіанта. Обидві схеми є глибокосекційними.

Перший варіант схеми електропостачання виконаний у вигляді подвійної одноступеневої радіальної схеми. Радіальна схема - це така схема в якій електроенергія джерела живлення передається до цехових ТП або окремих ЕП окремою лінією без відгалужень для живлення інших споживачів [4]. Дана схема не має РП. ТП цехів напряму підключенні до шин НН ГПП. Вона є одинарною, бо кількість радіальних ліній не перевищує 8 і не потрібно встановлювати РП, до якого приєднуватимуться ТП чи ЕП з напругою більше 1 кВ, додатково приєднаного до шин НН ГПП [1]. Радіальна мережа подвійна, бо дублюється повністю і живиться від іншого джерела через ТП. Вона має п'ять променів, що являють собою дві паралельні кабельні підземні лінії. Цехи 1, 6, 3 ; 2, 4, 5 - сполучені між собою, тобто мають спільну ТП, внаслідок їх близького розміщення один біля одного. Оскільки частина споживачів не потребує високої надійності живлення, то вони живлять через один трансформатор, але до них підводиться два кабелі з перемичкою. На ГПП, ТП 13, ТП 25 і ТП 7 встановлюється АВР. Комутація здійснюється за допомогою вимикачів навантаження і для захисту встановлюються запобіжники і вимикачі, які розривають коло під час КЗ.

Другий варіант схеми електропостачання виконаний у вигляді змішаної схеми. Тобто частина схеми є магістральною, а частина радіальною. Магістральна і радіальна частини схеми є подвійними (живлення від двох незалежних джерел). Вона має три радіальні промені, два з яких є магістралями для живлення декількох цехів. Цехи 1 і 6 ; 4 і 5 живляться від спільної ТП. До одної магістралі підключаються ТП 1 і 6, а до іншої ТП 4 і 5. Отримаємо скорочення кількості Трансформаторів і ТП а також зменшення довжини кабельних ліній, але натомість збільшиться одинична потужність ТП. При магістральному живленні встановлення комутаційного апарата підстанцій не обов'язкове і цехові двотрансформаторні підстанції приєднуються до магістралі з захисними апаратами ВН [1]. Кабелі прокладені в землі двома паралельними лініями. Захист виконується запобіжниками.

Внаслідок аналізу була вибрана схема №2. За надійністю обидві схеми є майже однаковими. Тільки в першій схемі внаслідок часткового використання магістрального типу живлення можливе коливання напруги в кінці мережі і надійність її є гіршою. Визначальним при виборі став економічний фактор. Оскільки трансформатори ГПП для обох схем є однаковими в ціні, то вибір основувався на ціні трансформаторів цехових підстанцій. В першій схемі їхня кількість рівна 10, а в другій - 8. Ціна усіх трансформаторів для другої схеми становить 494600 грн, а для першої - 505500 грн. Виграш у грошах становить 10900 грн. Внаслідок більшої кількості ТП у схемі №1 загальна кількість ККУ буде більшою і відповідно їх ціна зросте. Тому із-за більшої кількості ТП ціна схеми один буде більшою і подальший її обрахунок не має сенсу.

Визначимо загальну вартість схеми №1:

Вартість трансформаторів ГПП, ККУ і цехових ТП рівна:

грн.

Вартість алюмінієвих трьохжильних кабелів з гумовою та пластмасовою ізоляцією рівна:

Для перерізу 120 мм² 1 км кабелю коштує 1939 грн, а для перерізу 250 мм² - 2984 грн. 1 км траншеї коштує 522 грн.

Сумарна довжина ліній з перерізом 120 мм² становить 857,6 м, тоді ціна кабелю рівна:

грн.

Сумарна довжина ліній з перерізом 250 мм² становить 178,6 м, тоді ціна кабелю рівна:

грн.

Загальна вартість кабелю рівна:

грн.

Вартість траншеї рівна:

грн.

Сумарна вартість усієї електросхеми буде рівна:

 грн.

Сюди також слід включити вартість побудови приміщення ГПП, а також вартість приміщення цехових ТП, які розміщуються всередині цехів, а також ціну ЕА, що використовується в схемі.

7. РОЗРАХУНОК СТРУМІВ ТРИФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ НА ШИНАХ НИЗЬКОЇ НАПРУГИ ГПП

7.1 Алгоритм розрахунку струмів трифазного короткого замикання на шинах низької напруги головної понижувальної підстанції для максимального режиму

Розрахунок струмів КЗ необхідний для вибору та перевірки струмоведучих частин і ЕА на термічну й електродинамічну стійкість.

Оскільки джерела живлення значно віддалені від точки КЗ, то можна вважати, що періодична складова КЗ від системи не залежить від часу [3].

Розрахунку КЗ передує аналіз схеми електричної мережі та визначення найбільш тяжких, але ймовірних розрахункових умов, в яких може бути той чи інший елемент [5]. Ці умови відображаються у розрахунковій схемі, яка являє собою однолінійну схему електричної мережі з ЕА, провідниками, що підлягають вибору і перевірці за умовами КЗ. У схему вводять ті елементи по яких протікає струм КЗ: система, генератори, СК, високовольтні АД та СД, узагальнене навантаження, що має мале електричне віддалення від точок КЗ, автотрансформатори, трансформатори, реактори, струмопроводи, повітряні та кабельні лінії.

У розрахунковій схемі максимального режиму один із трансформаторів вимкнений, а секційний вимикач увімкнений. Цей режим можливий у таких випадках: один із трансформаторів знаходиться у планово попереджувальному ремонті або післяаварійному режимі. Крім того, всі робочі двигуни увімкнені, а трансформатори ГПП працюють з максимальною добавкою напруги.

Приклад розрахункової схеми наведений на рисунку 7.1. Точка К - задана величина початкового надперехідного струму трифазного КЗ на стороні ВН трансформатора ГПП. Точка К1 - за вимикачем 6 кВ лінії, що відходить від шин ГПП. А приклад схеми заміщення для максимального режиму зображений на рисунку 7.2 [1].

Рис. 7.1

Рис. 7.2

Розрахунок виконується в поіменованих одиницях при точному зведенні до основного ступеня 2. У розрахункових формулах беруться такі одиниці виміру величин: повна потужність - МВА, активна потужність - МВт, напруга - кВ, струм - кА, опір - Ом.

Для розрахунку використовуються вихідні та розрахункові дані, які отримані в попередніх розділах.

Вихідні дані системи такі:

- напруга у максимальному режимі U_max = 109 кВ (Таблиця В8);

- задана величина початкового струму трифазного КЗ від системи на стороні ВН трансформатора ГПП у максимальному режимі І''_{к. с. max} = 12 кА (Таблиця В8).

Вихідні дані трансформаторів ГПП такі:

- обраний тип трансформатора - ТМН - 6300/110;

- номінальна потужність обраних трансформаторів S_{ном. Т} = 6,3 мВА (Таблиця 3.1);

- номінальна напруга регульованої обмотки ВН на середньому відгалуженні U_{ном. ВН} = 115 кВ (Таблиця 3.1);

- номінальна напруга обмотки НН U_{ном. НН} = 6,3 кВ (Таблиця 3.1);

- діапазон РПН ДU_рпн = ±16% (з Таблиці 7.1);

- напруга КЗ для крайнього відгалуження u_к^-РО = 10,58% (з Таблиці 7.1).

Вихідні дані кабелів, що відходять від шин ГПП до РП при двоступеневій

схемі або від шин ГПП до високовольтних двигунів при одноступеневій схемі такі:

- середній індуктивний питомий опір х₀ = 0,08 Ом/км;

- довжина кабелю l = 0,12 км (з генплану підприємства).

Вихідні дані високовольтних СД такі:

- тип - СДН - 2-16-59-6 (Таблиця В.6);

- номінальна напруга U_{ном. СД} = 6 кВ;

- кількість двигунів N = 4 шт. (Таблиця В.6);

- номінальна активна потужність Р_{ном. СД} = 1600 кВт (Таблиця В.6);

- номінальний ККД з_{ном. СД} = 0,962 в. о. (З Таблиці 15 додатка);

- подовжній надперехідний індуктивний опір при номінальних умовах машини Х^" = 0,157 в. о. (З Таблиці 15);

- номінальний коефіцієнт потужності cosц_{ном. СД} = 0,9 (З примітки Таблиці 15).

Вихідні дані навантаження такі:

- повне узагальнене навантаження (без навантаження високовольтних двигунів) S_нв. = 8,55 МВА (З значення Таблиці 1.3) ;

- надперехідна ЕРС навантаження у відносних одиницях Е^"_нв. = 0,85;

- надперехідний індуктивний опір навантаження у відносних одиницях х^"_нв. = 0,35.

Розрахунок струмів КЗ проходить у 4 етапи.

Етап І. Розрахунок параметрів елементів схеми заміщення.

Визначення номінальної напруги обмотки ВН трансформатора у максимальному режимі під час роботи на крайньому відгалуженні регульованої обмотки (РО):

.

кВ,

де ДU_{* рпн.} - відносна максимальна величина діапазону РПН в одну зі сторін від середнього відгалуження регульованої обмотки:

.

.

З врахуванням того, що основний ступінь взятий 2, коефіцієнт трансформації трансформатора ГПП у максимальному режимі визначається як:

.

.

Електрорушійна сила та опір системи визначаються за формулами:

.

кВ.

.

Ом.

Індуктивний опір трансформатора визначається так:

.

Ом.

Параметри кабелю для схеми заміщення визначаються за формулами:

.

Ом.

.

Ом.

При розрахунках струмів КЗ для максимального режиму вважають, що у попередньому до КЗ режимі СД працюють з номінальною напругою, номінальним струмом і номінальним коефіцієнтом потужності. Ці параметри у відносних одиницях рівні наступним значенням:

U_{*0 (ном)} = 1;

І_{* ном} = 1;

сosц₀ = cosц_ном.

Електрорушійна сила СД для попереднього номінального режиму їхньої роботи та опір визначаються так:

.

.

.

кВ.

.

Ом.

Параметри узагальненого навантаження розраховуються за формулами:

.

кВ.

.

Ом.

Етап ІІ. Перетворення схеми заміщення до елементарного вигляду відносно точки КЗ.

Перетворена схема заміщення зображена на рис. 7.3.

Рис. 7.3

Параметри для перетворення схеми заміщення визначаються так:

.

Ом.

.

Ом.

Етап ІІІ. Визначення діючого значення періодичної складової струму трифазного КЗ у початковий момент.

Для визначення цього струму на шинах ГПП необхідно знайти його складові від системи, високовольтних двигунів, узагальненого навантаження так:

кА.

Етап IV. Визначення ударного струму

Для визначення ударного струму необхідно також знайти його складові від системи, високовольтних двигунів, узагальненого навантаження, використовуючи ударні коефіцієнти, за наступною формулою:

,

Де: К_у.с. - ударний коефіцієнт для шин ГПП (К_у.с = 1,8);

І_к.с.(0)'' - складова ударного струму від системи (І_к.с.(0)'' = 4,382 кА);

К_{у. СД.} - ударний коефіцієнт для СД (К_{у. СД.} = 1,8);

І_{СД. (0)}'' - складова ударного струму від СД (І_{СД. (0)}'' = 2,434 кА);

К_{у. нв.} - ударний коефіцієнт для узагальненого навантаження

(К_{у. нв.}= 1); І_нв.(0)'' - складова ударного струму від навантаження (І_нв.(0)'' = 1,903 кА).

кА.

8. ВИБІР ПЕРЕРІЗУ КАБЕЛІВ ЕЛЕКТРИЧНОЇ МЕРЕЖІ З НАПРУГОЮ 6(10) кВ І ЕЛЕКТРИЧНИХ АПАРАТІВ ЛІНІЇ ДО ЦЕХУ

8.1 Вибір перерізу провідників за нормальним режимом

Вибір перерізу провідників передбачає [4; 6; 7]:

1) вибір перерізу за нормальним режимом навантаження;

2) перевірка вибраного перерізу за максимальним режимом навантаження;

3) перевірка вибраного перерізу на стійкість при аварійному режимі;

4) перевірка за умов відсутності втрат енергії за умовами «корони»;

5) перевірка за умовами механічної стійкості проводів повітряних ЛЕП відповідно до кліматичних умов місцевості, якщо в СЕП застосовуються ЛЕП.

У роботі для внутрішньозаводського електропостачання застосовуються кабелі.

Номінальний первинний струм трансформатора визначається так:

,

де S_{ном. Т} - номінальна потужність трансформатора (Таблиця 4.1);

U_{ном. Т} - номінальна первинна напруга трансформатора (U_{ном. Т} = U_{ном. НН}).

А;

А;

А;

Провідники будь-якого призначення мають задовольняти вимоги тривалого нагрівання їх струмами як нормального так і максимального режимів роботи. Окрім того, вартість провідника і втрат електроенергії в ньому повинні бути мінімальними. У зв'язку з цим переріз вибирають за економічно вигідною густиною струму для навантаження нормального режиму.

Економічно вигідний переріз провідників визначається так:

,

де І_{ном. Т} - номінальний струм трансформатора; J_ек - нормоване значення економічно вигідної густини струму (вибирається з таблиці 16 [1]).

мм²;

мм²;

мм²;

мм²;

мм².

8.2 Перевірка перерізу провідників за максимальним режимом

Режим максимального навантаження провідників може привести до їх перегрівання з порушенням не тільки ізоляції, але й з розплавлюванням жил. Тому переріз перевіряють на нагрівання за величиною струму його максимального навантаження. Для цього допустимий струм даного провідника з урахуванням відхилення параметрів довкілля від стандартних умов та коефіцієнтів допустимого перенавантаження [3] порівнюють з струмом форсованого режиму з урахуванням коефіцієнта резервування.

Поправковий коефіцієнт на температуру довкілля можна обчислити за формулою:

,

де Т_сер. - фактична температура середовища (Т_сер. = -8°С);

Т_{сер. н.} - нормована тривало допустима температура середовища (для кабелів прокладених у землю Т_{сер. н.} = 15°С);

Т_{ж. н.} - нормована тривало допустима температура жили (Т_{ж. н.} = 65°С з таблиці 8.1).

.

Допустимо тривалий струм для перерізів S₁₃, S₂₅, S₆ визначається так:

,

де К_пр - поправковий коефіцієнт на кількість кабелів, що лежать поруч у землі (К_пр = 0,92 Таблиця 17);

І_д - допустимий тривалий струм провідника стандартного перерізу для стандартних умов залежно від матеріалу жил, їхньої ізоляції та способу прокладання (І_д = 225А Таблиця 18).

А.

Перевірка на нагрівання перерізу провідників за величиною струму його максимального навантаження:

,

де К_пер - коефіцієнт попереднього навантаження (К_пер = 1);

К_рез - коефіцієнт резервування (для двотрансформаторних підстанцій К_рез = 1,4).

.

Умова виконується.

8.3 Перевірка вибраного перерізу провідників на термічну стійкість

Оскільки, провідники при напрузі понад 1 кВ не захищені запобіжниками, то вони проходять перевірку на термічну стійкість.

Вибрані перерізи рівні:

S₁ = 95 мм²;

S_3,4 = 120 мм²;

S_2,5 = 150 мм²;

Для спрощення розрахунків термічна здатність може бути оцінена найменшим перерізом провідника термостійким до струмів КЗ:

,

де В_К - тепловий імпульс струму КЗ; С - температурний коефіцієнт, який враховує обмеження допустимої температури провідника (С = 75 Ас^1/2/мм² Таблиця 19 [1]).

мм².

Тепловий імпульс визначається так:

,

де t - дійсний час вимикання КЗ.

А²с.

Дійсний час вимикання КЗ визначається так:

,

де Т_а - стала часу аперіодичної складової струму КЗ (Т_а = 0,6 с);

t_{вимик. в} - час вимикання вимикача (t_{вимик. в} = 0,05 с);

t_зах - час дії основного РЗ (t_зах = 0,5 с).

с.

8.4 Вибір електричних апаратів до заданого цеху

Вибору підлягають ЕА, що знаходяться:

- у комірках розподільного пристрою НН ГПП або РП, до яких приєднуються кабельні лінії, що живлять цех;

-у шафі високовольтного введення КТП.

При радіальній схемі живлення КТП мають шафу високовольтного введення типу ШВВ-1 (щільне введення - без ЕА ВН).

Вибір ЕА напругою понад 1 кВ здійснюють за таких умов:

1) міцності ізоляції для роботи в тривалому режимі та при короткочасних перенапругах:

,

де U_{ном. е. а} і U_{ном. м} - номінальна напруга ЕА і номінальна напруга мережі (установки), в якій застосовується ЕА відповідно;

2) допустимого нагрівання струмами в тривалому режимі:

,

де І_ном.е.а і І_ф - номінальний струм ЕА і струм форсованого режиму (максимальний робочий струм) відповідно;

3) відповідності довкіллю (нормальне, пожежонебезпечне, вибухонебезпечне та ін.), роду установки (зовнішня, внутрішня), її конструктивному виконанню (стаціонарна, висувна) тощо;

4) параметрам основної функціональної характеристики:для комутаційних ЕА - це струм вимикання (вмикання) при КЗ (комутаційна здатність), для ЕА захисту -- це номінальний струм , плавкої вставки запобіжника чи вставка розчіплювача автомата, для ТС - це опір навантаження вторинного ланцюга.

Перевірку ЕА здійснюють за їхньою стійкістю та працездатністю при наскрізних струмах КЗ. Повинні виконуватися такі умови:

а) струм електродинамічної стійкості:

,

де і_у - розрахунковий ударний струм;

б) допустимий струм термічної стійкості І²_Т за допустимий час термічної стійкості t_Т:

,

де І_к і t - розрахункові параметри струму КЗ і дійсного часу вимикання КЗ.

Умови вибору за пп. 1...3 однакові для всіх ЕА. Особливості вибору за п. 4 і перевірки для ЕА різняться.

Таблиця 8.1 Дані розрахункові і каталогу високовольтного вимикача

Умови вибору	Розрахункові дані	Дані каталогу вимикача ВВТЭ-10-20/1000 УХЛ2
За номінальною напругою	Uном. м = 6 кВ	Uном. е. а = 10 кВ
За номінальним струмом	Іф = 333,1	Іном.е.а = 630 А
Вид установлення та відповідність довкіллю	В приміщенні	В приміщенні
За здатністю вимикання	І''К1 = Іп(0) = 8,719 кА	Іном. вимк = 20 кА
За динамічною стійкістю	іу = 20,0 кА	Ідин = 52 кА
За термічною стійкістю	Вк = 53,21 (кА)2с	ІТ2tТ =3969 (кА)2с

В даному типі вимикачів навантаження уже враховано їхню комутаційну здатність і перевірку проводити не потрібно. Даний вибір

Таблиця 8.2 Дані розрахункові і каталогу вимикача навантаження

Умови вибору	Розрахункові дані	Дані каталогу вимикача ВНР-10/400 - 10зУ3
За номінальною напругою	Uном. м = 6 кВ	Uном. е. а = 10 кВ
За номінальним струмом	Іроб.max = 190,6	Іном.е.а = 320 А
Вид установлення та відповідність довкіллю	В приміщенні	В приміщенні

проводився для ТП 7. Для інших ТП цей тип вимикачів підходить також. Беручи до уваги те, що вимикач навантаження захищений запобіжником, перевірку на термічну і динамічну стійкість можна не виконувати [8]. Усього в схемі використовується 8 вимикачів навантаження.

В схемі використовуються високовольтні запобіжники серії ПКТ 104 - 3 - 400 - 40 У3. Загальна їх кількість рівна 30 шт.

ВИСНОВОК

У результаті виконання курсової роботи було отримано ряд навичок з розробки і обрахунку схем електропостачання підприємств. Відбулося засвоєння на практиці теоретичних і практичних знань отриманих при вивченні дисципліни «Електропостачання».

У першому пункті роботи було визначено розрахункове навантаження підприємства, прораховано силову і освітлювальну нагрузки усіх цехів, а також визначено навантаження компресорної станції. У другому пункті знайдено ЦЕН даного підприємства, для вибору місця розміщення ГПП і ЦЕН був нанесений на генеральний план. Потім вибрано кількість і потужність трансформаторів для ГПП. Далі, виходячи з категорійності, для кожного цеху розраховується кількість і потужність трансформаторів ТП. Для компенсації реактивної потужності вибираються компенсуючі пристрої. У шостому пункті було розглянуто дві схеми електропостачання підприємства і на основі техніко-економічних характеристик вибрано одну з них і прораховано її вартість. Потім був проведений обрахунок струмів КЗ на шинах НН ГПП. Він потрібний для правильного вибору перерізів і ЕА для даної схеми. У восьмому пункті вибираються перерізи кабелів і перевіряються на термічну і динамічну стійкість. Вибираються ЕА .

В результаті аналізу вибрана схема №1. Вона є економічно вигіднішою і має більшу надійність. Схема №2 також придатна для впровадження, але вартість її є трохи більшою при тій же якості електроенергії.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

схема електропостачання розрахунок

1. Захарченко В.П., Тихонов В.В. Проектування електропостачання авіаційного підприємства: Навчально - методичний посібник - К.: НАУ, 2006. - 68 с.

2. Захарченко В.П., Тихонов В.В. Електропостачання: Методичні рекомендації і завдання - К.: НАУ, 2006. - 32 с.

3. Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР. - 6-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 648 с.

4. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учеб. для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 472 с.

5. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. Ю.Л. Барыбина и др. - М.: энергоатомиздат, 1990 - 608 с.

6. Дирацу В.С. и др. Электроснабжение промышленных предприятий. - К.: Вища шк., 1974. - 280 с.

7. Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок: Учебное пособие для техникумов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 528 с.

8. Козлов В.Д., Єнчев С.В. Електричні апарати. Модуль 3. Вимірювальні, контролю вальні та захисні апарати: Посібник. - К.: НАУ, 2007. - 72 с.

Размещено на Allbest.ru