Электроснабжение механического завода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Энергетика нашей страны обеспечивает надёжное электроснабжение народного хозяйства страны и жилищно-бытовые нужды различных потребителей бытовой электроэнергии.

Основными потребителями электрической электроэнергии являются различные отрасли промышленности, транспорт, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство городов и посёлков. При этом более 70% потребления энергии приходится на промышленные объекты.

Электроэнергия широко используется во всех отраслях народного хозяйства, особенно для электропривода различных механизмов (подъёмно транспортных машин, поточно-транспортных систем (ПТС), компрессоров, насосов и вентиляторов); для электротехнических установок (электротермических и электросварочных), а также для электролиза, электроискровой и электрозвукоой обработки материалов, электроокраски и др.

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

Электроустановки потребителей электроэнергии имеют свои специфические особенности; к ним предъявляют определённые требования; надёжность питания, качество электроэнергии, резервирования и защита отдельных элементов и др. при проектировании, сооружений и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий необходимо правильно в техническо-экономическом аспекте осуществлять выбор напряжения, определять электрические нагрузки, выбрать тип число и мощность трансформаторных подстанций, виды их защиты системы компенсации реактивной мощности и способы регулирования напряжения. Это должно решаться с учётом совершенствования технологических процессов производства, роста мощностей отдельных электроприёмников и особенностей каждого предприятия, цеха, установки, повышения качества эффективности их работы.



1. Общая часть

Электроснабжение является одной из составных частей обеспечения народного хозяйства страны. Без электроснабжения в настоящее время не обходится ни одна промышленность, город и т.д. Одной из задач электроснабжения является обеспечение электроэнергией какого-либо объекта для нормальной работы и жизнедеятельности. Основными потребителями электроэнергии являются промышленные предприятия. Они расходуют более половины всей энергии, вырабатывающейся в нашей стране.

Система распределения столь большого количества электроэнергии на промышленных предприятиях должна обладать высокими техническими и экономическими показателями и базироваться на новейших достижениях современной техники.

Поэтому электроснабжение промышленных предприятий должно основываться на использовании современного конкурентоспособного электротехнического оборудования, надежных экономичных аппаратах, прогрессивных конструкциях схем питания, широком применении автоматизации. Развитие и усложнение структуры систем электроснабжения, возрастающие требования к экономичности и надежности их работы в сочетании с изменяющейся структурой и характером потребителей электроэнергии, широкое внедрение устройств управления распределением электроэнергии на базе современной вычислительной техники ставят проблему подготовки высококвалифицированных инженеров.

Важнейшим этапом в развитии творческой деятельности будущих специалистов является курсовое и дипломное проектирование, в ходе которого развивают навыки самостоятельного решения инженерных задач практического применения теоретических знаний.



1.1 Краткая характеристика электрооборудования ТП

Механические заводы - это существенная часть российского машиностроительного комплекса, представленная многопрофильными предприятиями, выпускающими разноплановые виды продукции для промышленного и бытового применения. Продукция механических заводов используется во всех сферах деятельности и насчитывает тысячи наименований - от крупных узлов и агрегатов для космических ракет, высокоточных деталей для медицинского оборудования до бытовых приборов и инструментов.

Основные цеха:

- токарно-механический;

- сборочный;

- кузнечный;

- ремонтный;

- компрессорный;

- инструментальный.

В курсовом проекте установлены два силовых трансформатора марки ТЛС3-4000. На его высокой стороне установлены выключатель нагрузки ВВУ-110Б-40/2000У1, трансформатор тока ТФМЗМ110Б-1, трансформатор напряжения НКФ-110-83У1. На низкой стороне устанавливаются трансформатор тока ТПЛ-10, трансформатор напряжения НОМ-10-66У2.

Питание завода осуществляется алюминиевым проводом марки АС-35.



1.2 Ведомость электрических нагрузок

№ на плане	Цех	Установленная мощность, кВт	Установленная мощность электроприемников, кВт	Количество электроприемников
1	Токарно-механический	1700	7,5-40	200
2	Сборочный	2000	4,5-50	50
3	Кузнечный	1100	7-75	20
4	Ремонтный	1200	5,5-40	40
5	Компрессорная	1000	10-40	30
6	Инструментальный	1300	4,5-40	50
7	Склад	100	2,8-10	8
8	Административное Здание	80	1-20	15



2. Расчетно-техническая часть

2.1 Определение электрических нагрузок от силовых потребителей

Определяем суммарную номинальную мощность электрического приемника:

(2.1)

?=1700+2000+1100+1200+1000+1300+100+80=8480 кВт

Определяем среднесменную активную мощность за максимально нагруженную смену:

(2.2)

где: - коэффициент использования

- номинальная мощность

=1700•0,3+2000•0,5+1100•0,4+1200•0,4+1000•0,6+1300•0,6+100•0,3+ 80 •0,8=510+1000+440+480+600+780+30+64=3904 кВт

Определяем коэффициент силовой сборки m

(2.3)

где: Р_номmax - максимальная мощность

Р_номmin - минимальная мощность.

Определяем средний коэффициент использования:

(2.4)

Определяем эффективное число электрического приемника при n5; 0,2; m3; const

п_Э =2•Р_ном/Р_{ном тах} (2.5)

=2 •8480/75=226,1

Определяем коэффициент максимума:

=1,04 (1, с. 54. табл. 2.13)

Определяем максимальную активную мощность:

P_{max НВ}= К_max Р_СМ (2.6)

=1,04•3904=4060,16 кВт

Определяем среднесменную реактивную мощность за максимально нагруженную смену:

Q_СМ = tgК_И (2.7)

Q_СМ =1700•1,02•0,3+2000•1,33•0,5+1100•1,16•0,4+1200•1,02•0,4+1000 •0,74 •0,6+1300•0,74•0,6+100•0,74•0,3+80•0,74•0,8=3940,96 кВар

10,то Q_maxНВ = Q_СМ, Q_maxНВ =3940,96 кВар

Определяем полную мощность:

(2.8)

2.2 Расчет и выбор компенсирующего устройства

В электрической цепи переменного тока, имеющей чисто активную нагрузку, ток совпадает по фазе с приложенным напряжением.

Угол сдвига между током и напряжением называется углом сдвига фаз, cos этого угла называется коэффициентом мощности.

С увеличением активной составляющей тока, с независимой реактивной составляющей угол цбудет уменьшаться, а значит cos ц будет увеличиваться и наоборот при неизменной составляющей активного тока с увеличением реактивной составляющей угол ц увеличивается, а cos ц уменьшается.

Рисунок 2.1- Векторные диаграммы

Величина cos ц характеризует степень использования мощности источника, чем больше cos ц, тем лучше используются генераторы ЭС и их первичные двигатели, силовые трансформаторы и электросети.



(2.9)

где: Р -активная мощность потребителя, кВт,

S_ном - номинальная мощность источника, кВА;

Мероприятия, не требующие применения компенсирующих устройств.

Упорядочение технологического процесса веду4щего и энергетического режима оборудования, а следовательно их повышения коэффициента мощности:

-Перемещение статорных обмоток АД напряжением до 1000В с треугольника на звезду, если их нагрузка составляет 40%.

-Устранение режима работы асинхронного двигателя без нагрузки (х.х.) путём установки ограничителей, целесообразно на время (х.х.) асинхронного двигателя приводящий в действие различные станки и механизмы отключить АД от сети при длительности межоперационного периода 10 секунд;

-Замена или временное отключение трансформаторов загруженных меньше, чем на 30% от их номинальной мощности;

-Качественный ремонт АД, хорошо отремонтированный двигатель должен иметь паспортные данные;

-Следует тщательно следить за величиной воздушного зазора между статором и ротором;

-Применение электродвигателей в открытом, закрытом или защищённом исполнении;

-Применение электрических двигателей с короткозамкнутым ротором.

Мероприятия, не требующие применения компенсирующих устройств:

-Упорядочение технологического процесса;

-Переключение статорных обмоток АД напряжением до 1кВ с треугольника на звезду, если их нагрузка составляет менее 40%;

-Устранение режима холостого хода АД;

-Замена, перестановка и отключение трансформаторов, загруженных в среднем менее чем на 30% от их номинальной мощности;

-Замена малозагружаемых двигателей меньшей мощности при условии, что изъятие избыточной мощности влечет за собой уменьшение суммарных потерь активной энергии в энергосистеме и двигателе;

-Замена АД на СД той же мощности;

Достоинства таких компенсирующих устройств в следующем:

-Небольшие потери активной энергии в конденсаторах;

-Простота монтажа и эксплуатации;

-Возможность легкого изменения мощности конденсаторной установки путем повышения или понижения количества конденсаторов;

-Возможность легкой замены повреждённого конденсатора.

Недостатки:

-Конденсаторы неустойчивы к динамическим усилиям, возникающим при КЗ;

-При включении конденсаторной установки возникают большие пусковые токи;

-После отключения конденсаторной установки от сети на ее шинах остается заряд;

-Конденсаторы весьма чувствительны к повышению напряжения, то есть при его повышении может произойти пробой диэлектрика;

-После пробоя диэлектрика конденсаторы довольно трудно ремонтировать, поэтому их заменяют новыми.

Определяем коэффициент мощности с учетом мощности синхронных двигателей

(2.10)\



0,71

Т.к. сos< 0,92, то применяем компенсирующее устройство.

Рассчитываем номинальную реактивную мощность компенсирующего устройства:

(2.11)

где: Р_max-максимальная активная мощность

(2.12)

cosц_э = 0,95;

(2.13)

Выбираем компенсирующее устройство УК-6/10Н-1350ЛП в количестве 2 ступени, номинальная мощность 1350,число мощности регулирующих стержни 2х1350 сечений кВАр. (с.134, табл. 3.6.)

Q_ст =1350•2=2700 кВар.

Определяем полную максимальную мощность с учетом мощности статического конденсатора:



(2.14)

Определяем коэффициент мощности с учетом мощности компенсирующей установки:

Т.к. 0,95 > 0,92 то компенсирующее устройство выбрано верно.

Рисунок 2.2 - Схема подключения компенсирующего устройства на шины подстанции.

2.3 Выбор схемы и напряжения ТП

Для получения наиболее экономического варианта электроснабжения предприятия в целом напряжения каждого звена системы электроснабжения необходимо выбрать, прежде всего, с учетом напряжения в системах звеньев.

Выбор напряжения рассматривается на сравнении экономических показателей различных вариантах в случаях когда:

От источника питания можно получить энергию при двух (или более) напряжениях.

При проектированиях электроснабжения предприятия приходится рассматривать существующие подстанции и увеличивать мощность заводских связывают с сетями энергосистем. Предпочтение при выборе вариантов следует отдавать варианту с более с высоким напряжением даже при небольших экономических преимуществах (не превышающих 10-25%) из сравниваемых напряжений. Для питания наружных и особо крупных предприятий следует применять напряжения 110, 150, 220, 330 и 500кВ. На таких крупных предприятиях следует применять напряжение 110, 150 и 220 кВ.

На ГГП, как правило, устанавливаются два одинаковых трансформатора на 110/10кВ.

Необходимость двух трансформаторов обусловлена тем, что на современных заводах наблюдаются нагрузки 2-й категории обычно имеются значительные нагрузки 1-й категории для питания которых необходимо два независимых источника.

Установка свыше двух трансформаторов неэкономична и обосновывается в основном лишь при расширении предприятия. ГГП размещают вблизи центра нагрузки. Трансформаторы подключаются к линиям через разъединители, чтобы создавать видимый разрыв цепи.

Перемычка между цепями напряжения 110кВ, позволяющая питать трансформаторы не только от своей, но и от другой линии. Исходя из условий ремонта, в перемычку включаются последовательно два разъединителя.

Двух обмоточные трансформаторы ГГП имеют схему соединения обмоток Y/. Включение нейтрали трансформатора 110/10кВ на землю осуществляется через однополюсной разъединитель типа

30Н. Последний включается не всегда. Чисто включенных на землю нейтралей регулируется ток, чтобы сила тока одного- и двухфазного короткого замыкания на землю не выходила за установленные пределы. Для защиты изоляции трансформатора от пробоя при возникновении перенапряжения, в период работы трансформатора с разземленной нейтралью, предусмотрены разрядники в нейтрали.

Трансформаторы ГПП подключаются к сборным шинам вторичного напряжения 6-10кВ через силовые выключатели и разъединители.

Сборные шины напряжением 6-10кВ в РУ ГПП секционируются выключателем. Благодаря такому секционированию при повреждении или ремонте сборных шин отключается только одна секция и все основные эл. Приемники получают питание от другой секции. А при внезапном исчезновении напряжения на одной секции, например , при отключении питающей линии, с помощью АВР включается секционный выключатель и обеспечит ее питанием. Секционный выключатель выбирается по нагрузке одной секции шин, а выключатель ввода трансформатора по нагрузке двух секций - в послеаварийном режиме ГПП. Для ограничения токов короткого замыкания секционный выключатель нормально отключен.

В открытом распределительном устройстве напряжением 110кВ все электрооборудование выбирается для наружной установки и монтируется на высоте 2,5м над уровнем земли - из условий безопасности обслуживания. Еще выше располагаются сборные шины ОРУ пересекающим ряды аппаратов на более высоком уровне. Третьим ярусом идут переходы над сборными шинами и проводы отходящих линий. Поэтому на ОРУ требуется довольно много высоких стальных опор для сооружения порталов молниеотводов и металла для сооружения искусственного заземляющего устройства.

РУ напряжением 10кВ получает электроэнергию непосредственно от трансформаторов или по линиям напряжением 10кВ с шин подстанции. Выбор числа секций шин зависит от числа ячеек отходящих линий и от наличия резко переменных нагрузок, которые требуется подключить на отдельные секции РУ.

Каждая отходящая от сборных шин РУ линия подключается к шинам через ячейки. В ячейку РУ входят: силовой выключатель, разъединители, трансформаторы тока. Все оборудование ячейки комплектуется в шкафу. Применяется ячейки типа КРУ двухстороннего обслуживания, в которых выключатель не закреплен стационарно, а установлен на тележке и во время ремонта выкатывается из своего шкафа и может быть доставлен для ремонта в мастерскую.

Линии напряжением 6кВ, отходящие от шин РУ, подключается к сборным шинам через ячейки. Все оборудование ячеек КРУ размещаются в шкафах.

С высокой стороны трансформатор установлен разъединитель с заземляющим ножом для создания видимого разрыва и силовой выключатель для отключения и включения токов нагрузки, и отключения токов короткого замыкания.

2.4 Выбор числа и мощности трансформаторов ТП

Выбор типа числа и схем питания подстанций должен быть обусловлен величиной и характером электрических нагрузок, размещение нагрузок на нейтральном плане, архитектурно строительным и эксплуатационными требованиями. Должны учитываться, кроме того, конфигурация производственных помещений, расположение технологического оборудования, условия окружающей среды, условия охлаждения, требования пожарной и электрической безопасности применяемого электрооборудования.

Выкатные тележки (КРУ) рекомендуются применять:

- в крупных и ответственных установках, в которых необходима быстрая взаимозаменяемость при повреждении основного аппарата - выключателя;

- в машиннах залах металлургических и химических предприятий; компрессорных, насосных и других электромашинных помещениях;

- в электроустановках с числом камер более 15-20, когда по условиям общей компоновки подстанции возможно двустороннее обслуживание камер.

Электроснабжение потребителей цеха, группы цехов или всего предприятия может быть обеспечено от одной или нескольких ТП. Практикой проектирования электроснабжения установлена целесообразность сооружения внутрицеховых одно- или двух трансформаторных подстанций по технико-экономическим показателям, с питанием приемников по схеме «трансформатор-магистраль».

Чтобы выбрать наиболее рациональный вариант электроснабжения, обычно рассматривают не менее двух вариантов числа и мощности трансформаторов на подстанции, сравнивая их по технико-экономическим показателям.

Число и мощность трансформаторов выбираются по:

- графику нагрузки потребителя и подсчитанным величинам средней и максимальной мощности;

- технико-экономическим показателям отдельных намеченных вариантов числа и мощности трансформаторов с учетом капитальных затрат и эксплуатационных расходов;

- категории потребителей с учетом наличия у потребителей нагрузок 1-й категории, требующих целесообразному режиму, под которым понимается режим, обеспечивающий минимум потерь мощности и электроэнергии в трансформаторе при работе по заданному графику, нагрузки.

После выявления всех перечисленных показателей сравниваемых вариантов рассматривают вопрос об обеспечении необходимой надежности и резервирования электроснабжения при аварийном выходе из строя одного из трансформаторов.

Допускается при К_З.Г<0,75 перегрузка одного трансформатора до 140% в аварийном режиме продолжительностью 5 сут не более 6 ч в сутки

При наличии на двух трансформаторной подстанции потребителей 1-й (S1) и 2-й (S2) категории мощность одного трансформатора

проверяется в аварийном режиме: Sном1 ?S1 + S2

Задаемся количеством трансформаторов:

n=2

КЗ=0,7

S_max=4245,5 кВА

Определяем полную расчетную мощность:

(2.15)

где: S_max- максимальная активная мощность

Подбираем стандартное значение мощности по справочнику Sном=4000кВА

Проверяем выбранную мощность по коэффициенту загрузки:

(2.16)

Проверяем трансформатор на послеаварийный режим:

S₂ =0,7·Smax, кВА; (2.17)

где: S2 - полная мощность 2 категории потребителей.

S2 = 0,7·4245,5=2971,85 кВА;

1,4•Sном?S2; (2.18)

1,4·4000 кВА ? 2971,85 кВА;

5600 кВА ? 2971,85 кВА;

Устанавливаем два трансформатора типа ТЛСЗ-4000.



2.5 Расчет токов короткого замыкания

Коротким замыкание называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или землей, при котором токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

В системе трехфазного переменного тока могут быть замыкания между тремя фазами - трехфазные К.З, между двумя фазами- двухфазные К.З.

Возможно двойное замыкание на землю в различных, но электрически связанных частях электроустановки в системах с незаземленными или резонансно-заземленными нейтралями.

Причиной К.З могут быть: механические повреждения изоляции проколы и разрушение кабелей при земляных работах; поломка фарфоровых изоляторов; падение опор воздушных линий; старение, т.е износ, изоляция, приводящие постепенно к ухудшению электрических свойств изоляции; увлажнение изоляции; перекрытие между фазами в следствий атмосферных перенапряжений.

Некоторые К.З. являются устойчивыми, условия возникновения их сохраняется во время безтоковой паузы коммутационного аппарата, т.е после снятия напряжения с электроустановки.

К ним относятся К.З в следствий механических повреждений, старения и увлажнения изоляции.

Условия возникновения неустойчивых К.З. самоликвидируются во время безтоковой паузы коммутационного аппарата.

Последствия К.З являются резкое увеличение тока в К.З цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы.

Ток К.З зависит от мощности генерирующего источника, напряжения и сопротивления К.З цепи. В мощных энергосистемах токи К.З достигают нескольких десятков тысяч ампер, поэтому последствия таких ненормальных режимов оказывают существенное влияние работу электрической установки.

Для уменьшения последствий К.З. необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени. Немаловажную роль играют автоматическое регулирование и форсировка возбуждения генераторов, позволяющее поддерживать напряжение в аварийном режиме на необходимом уровне. Все электрические аппараты и токоведущие части электрических установок должны быть выбраны т.о., чтобы исключалась их разрушение при прохождении по ним наибольших возможных токов К.З, в связи, с чем возникает необходимость расчета этих величин. Для схемы рассчитываем силу токов короткого замыкания.

Определяем сопротивление элементов электрической цепи:

Сопротивление источника:

(2.19)

Воздушные линии:

(2.20)

Трансформаторы:



Х₃ (2.21)

Определяем токи К.З.

Точка К₁

(2.22)

Определяем базисный ток:

(2.23)

Определяем сопротивление в точке К1:

(2.24)

Точка К₂



(2.25)

Определяем базисный ток:

(2.26)

Определяем сопротивление в точке К2:

(2.27)

Определяем ударные токи:

(2.28)

Определяем мощность К.З.:

(2.29)



Рисунок 2.3 Расчетная схема Рисунок 2.4 Схема замещения

2.6 Расчет и выбор высоковольтного оборудования

Выбор разъединителя на 110кВ.

Разъединители выбираются по номинальному напряжению и току, проверяется на термическую и динамическую стойкость к токам короткого замыкания.

(2.30)

Таблица 2.2 - Расчетные и табличные данные

Расчетный	Табличный
Uном = 110 кВ	Uном = 110 кВ
Iном = 21 А	Iном = 1000 А
IК2 · tпр = 2,5 2 · 0,18 =1,1 кА2с	IК2 · tt= 31,5 2 · 4 = 3969 кА2с
iy= 6,4 кА	Ia= 80 кА



Выбираем РНД-110/630 Т1 [1, с.269]

Выбор силового выключателя на 110кВ.

Таблица 2.3 - Расчетные и табличные данные

Расчетный	Табличный
Uном = 110 кВ	Uном = 110 кв
Iном = 21 А	Iном = 2000 А
IК2 · tпр = 2,5 2 · 0,18 = 1,1 кА2·с	IК2 · tt = 40 2 · 3 = 4800 кА2с
Sкз=1,73 · 110 · 2,5 = 475,75 мВА	Sоткл =1,73 · 110 · 40 =7612 мВА
Iy=6,4 кА	Ia= 40 кА

Выбираем выключатель ВВУ-110Б-40/2000У1.

Выбираем трансформатор тока на 110кВ.

Трансформатор тока выбирается по номинальному току и напряжению и проверяется на термическую и динамическую стойкость к токам короткого замыкания.

Таблица 2.4 - Расчеты и табличные данные

Расчетный	Табличный
Uном =110 кВ	Uном =110 кВ
	Iном =100 А
IК 2 · tпр = 2,5 2 · 0,18 = 1,1 кА2с	IК 2 · tt= 4 2 · 3 = 48 кА2с
iy= 6,4 кА	Ia= 20 кА

Выбираем трансформатор тока ТФЗМ110Б-1 [1,с.304, табл.5.9]

Трансформатор напряжения выбираем по номинальному напряжению и проверяется по нагрузке вторичной цепи.

Общая мощность приборов подчиняемых по вторичной обмотке:

S_пр = S_а + S_р (2.31)



где: S_а - мощность обмотки напряжения счетчиков активной энергии типа СА49-U-672H.

S_р - мощность обмотки напряжения счетчиков активной энергии типа СP4-U6-73М.

S_а - 12 ВА

S_р - 8 ВА

S₂=75ВА- мощность вторичной обмотки трансформатора напряжения [1, с.390]

по условию S_пр ? S₂

Проверяем выбранный трансформатор напряжения по напряжению вторичной цепи по условию

S₂ = S_а + S_р

S₂ -мощность вторичной обмотки трансформатора напряжения

400 ВА ? (12+8) ВА

400 ВА ? 20 ВА

Выбираем трансформатор напряжения типа НКФ-110-83У1

Выбор изоляторов:

Рассчитываем нагрузку на стороне изолятора:

(2.32)

где: а=30мм -расстояние между фазами

l=120мм -расстояние между точками крепления шины

i_у=19,2 кА



(2.33)

0,6•630 H 25,9 Н

Выбираем изолятор типа ИП-10/630-750УХЛ1 [4, с.290, табл.5.8]

Выбираем трансформатор тока на 10кВ.

Трансформатор тока выбирается по номинальному току и напряжению и проверяется на термическую и динамическую стойкость к токам короткого замыкания.

Таблица 2.5- Расчеты и табличные данные

Расчетный	Табличный
Uном =10 кВ	Uном = 10 кВ
	Iном = 300 А
IК 2 · tпр = 2,5 2 · 0,22 = 1,3 кА2с	IК2 · tt= 35 2 · 3 = 3675кА2с
iy= 6,4 кА	Ia= 52 кА

Выбираем трансформатор ТПЛ-10 [1, с.294, табл.5.9]

Выбор трансформатора напряжения на 10кВ.

Трансформатор напряжения выбирается по номинальному напряжению и проверяется по нагрузке вторичной цепи.

Общая мощность приборов подчиняемых по вторичной обмотке:

S_пр=S_а+S_р

где: S_а -мощность обмотки напряжения счетчиков активной энергии типа СА49-U-672H4

S_р -мощность обмоток напряжения счетчиков реактивной энергии типа CP4-U6-73M

S_а - 8 ВА

S_р- 8 ВА

S₂=75 ВА [1, с.390]

по условию S_пр ? S₂

Проверяем выбранный трансформатор напряжения по напряжению вторичной цепи по условию

S₂ = S_а +S_р

S₂ -мощность вторичной обмотки трансформатора напряжения

75 ВА ? 8+8 ВА

75 ВА ?16 ВА

Выбираем трансформатор напряжения типа НОМ-10-66У2

[1, с.296, табл.5.12]

Выбор шкафов на 10кВ.

Таблица 2.6 -Расчетные и табличные данные

Расчетный	Табличный
Uном = 10 кВ	Uном = 10 кВ
	Iном = 630 А
IК 2 · tпр = 7,5 2 · 0,22 = 12,37 кА2·с	IК 2 · tt = 52 2 · 3 = 8112 кА2с
Sкз = 1,73 · 10 · 7,5 = 129,75 мВА	Sоткл = 1,73 · 10 · 20 = 346мВА
Iy=19,3 кА	Ia= 20 кА

Выбираем шкафы типа К-Х|I [3, с.28, табл.1.3]

Выбор выключателя на 10кВ.

Таблица 2.7 -Расчеты и табличные данные

Расчетный	Табличный
Uном =10 кВ	Uном =10 кВ
	Iном = 630 А
Iк = 7,5 кА	Iа = 20 кА
IК2 · tпр = 7,5 2 · 0,22 = 12,37 кА2·с	IК2 · tt = 20 2 · 3 = 1200 кА2с
Sкз = 1,73 · 10 · 7,5 = 129,75 мВА	Sоткл = 1,73 · 10 · 20 = 346 мВА
Iy= 19,3 кА	Ia = 20 кА

Выбираем выкуумный выключатель ВВСТ-3АН-5 [6]

В настоящее время для современных вакуумных выключателей широкое применение нашли так называемые пружинно-моторные и электромагнитные приводы.

Мировые лидеры вакуумных коммутационной техники применяют электромагнитный привод максимум для коммутации к.з. до 20кА.

При возрастании токов к.з. надежность и экономичность электромагнитного привода снижается. При больших токах к.з. необходимы большие силы для включения, т.е. большая электромагнитная энергия соленоида привода.

Недостатком электромагнитных приводов является необходимость дополнительного источника электроэнергии для аварийного отключения выключателя. Для больших токов уже начиная с 13кА экономично и надежно записать энергию для включения и отключения механически, путем мощного пружинного механизма.

Для вакуумных выключателей ВВСТ-ЗАН пружинно-моторный механизм может произвести полное АПВ без какого-нибудь дополнительного источника электроэнергии.

Небольшой электродвигатель в течение нескольких секунд взводит мощный пружинный механизм с ресурсами полного АПВ. Команду включения и отключения осуществляет (при нормальном и аварийном режиме) электромагнитный расцепитель (имеет очень малую мощность), и в крайнем случае имеется возможность отключения вручную (при полном отсутствии электроэнергии).

Выбор шин.

Шины выбираются по номинальному току и проверяются на динамическую стойкость к токам короткого замыкания.

По условию:

G_доп?G_расч

G_доп и G_расч (МПа) -допустимое и расчетное напряжение в металле шин.

(2.33)

где: l -расстояние между точками применения шин.

а -расстояние между фазами

- при укладке плашмя.

Определяем номинальный ток:

(2.34)

(50х50)

Определяем расчетное напряжение в шинах:

Допустимое значение G:

GAc= 80 мПа;

G_доп? 1009,47 мПа

Т.к. шины не проходят по электродинамической стойкости, то решаем уравнение относительно w

Выбираем шины (80 х 60) мм ² [1, с.360]

2.7 Расчет и выбор питающей линии

Воздушной линией (ВЛ) называется устройство для передачи и распределения электроэнергии по проводам, проложенным открыто и прикрепленным изоляторами и арматурой к опорам.

К главным конструктивным элементам ВЛ относятся:

- опоры;

- провода, служащие для передачи электроэнергии;

- изоляторы, и изолирующие провода от опоры;

- линейная арматура, при помощи которой провода закрепляются на изоляторах;

- защитные тросы, монтируемые в верхней части опор для защиты линии от атмосферных перенапряжений.

Опоры воздушных линий. Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой, или каким-то инженерным сооружением. Кроме того, на опорах в необходимых случаях подвешивают стальные заземленные тросы для защиты проводов от прямых ударов молнии и связанных с этим перенапряжений.

Типы и конструкции опор разнообразны. В зависимости от назначения и размещения на трассе ВЛ они подразделяются на промежуточные и анкерные. Отличаются опоры материалом, исполнением и способом крепления, подвязки проводов. В зависимости от материала они бывают деревянные, железобетонные и металлические.

Провода. Применяемые на ВЛ провода должны иметь высокую электрическую проводимость, достаточную механическую прочность и быть устойчивыми против коррозии. При сооружении ВЛ применяют медные провода марки М, алюминиевые -- А, сталеалюминиевые -- АС, стальные -- ПС, стальные тросы -- ТК.

Изоляторы ВЛ изготавливают из фарфора или заполненного стекла. К достоинствам стеклянных изоляторов относится то, что в случае электрического пробоя или разрушающего механического или термического воздействия заполненного стекла изолятора не растрескиваются, а рассыпается. Это объясняет нахождение не только места повреждения на линии, но и самого поврежденного изолятора.

Линейная арматура предназначена для закрепления проводов к изоляторам и тросов к опорам и содержит следующие основные элементы: зажимы, соединители, дистанционные распорки и др.

В данном курсовом проекте применяют железобетонные опоры со сталеалюминевые проводами, которые крепятся к подвесным стеклянным изоляторам.

Сечение проводов ЛЭП при напряжениях >1000В выбираем согласно ПУЭ по экономической плотности тока.

Выбираем значение экономической плотности тока в зависимости от продолжительности использования (I _max).

S_номТ = 4000 кВА

U_ном = 110 кВ

Определяем I _длит установки:

(2.35)

(2.36)

где: J _эк =1

Из условия S>S_эк выбираем провод АС, S=35 мм ² ; АС-35.

Проводим проверку выбранного сечения провода:

По нагреву током нормального режима:

(2.37)



где: К _попр =1 для ВЛ.

I _длит =21 А

I _доп =175А

Проводим проверку по нагреву током после аварийного режима с учетом пропускной способности:

(2.38)

где: К _пер =1,3 …1,35

(1,35•175)А > (2•21)А

236,25А > 42А

Проверка на отсутствие короны:

Небольшая напряженность поля (кВ/См) у поверхности провода, соответствующая появлению общей короны, определяется по формуле:

(2.39)

где: m -коэффициент негладкости многопроволочных проводов линий равным-0,82

R_O -радиус проводов, см

q -относительная плотность воздуха

q=1,04…1,05

Согласно ПУЭ Е _max = 28,28 кВ/см

Чтобы провод не коронировал, необходимо, E_махE₀

Рассчитываем наибольшую напряженность:

(2.40)

28кВ/см28,3кВ/см т.е. провод коронировать не будет.

Проверка проводов на потерю напряжения:

В ЛЭП U допускается до 10%

Она определяется по формуле:

cos=0,96

(2.41)

(2.42)

где: I _дл = 21А

L=70км

R_O =0,428 Ом/км

Х_О =0,444 Ом/км

U=1,73•21•70(0,428•0,96+0,444•0,28)=1322 В

U% (2.43)

что допустимо по условию механической прочности по ПУЭ для ВЛЭП выбираем провод марки АС-35.



2.8 Расчет заземляющего устройства

Заземление какой-либо части электрической установки - это преднамеренное соединение ее с заземляющим устройством с целью сохранения на ней достаточно низкого потенциала и обеспечения нормальной работы системы или ее элементов в выбранном режиме. Различают три вида заземлений: рабочее, защитное и заземление молниезащиты.

Рабочее заземление-это соединение с землей некоторых точек сети со следующей целью: снижение уровня изоляции элементов электроустановки, эффективная защита сети разрядниками от атмосферных перенапряжений, снижение коммутационных перенапряжений, упрощение релейной защиты от однофазных КЗ, возможность удержания поврежденной линии в работе и т.д.

Защитное заземление - это заземление всех металлических частей установки (корпуса, каркасы, приводы аппаратов, опорные и монтажные конструкции), которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним при повреждении изоляции. Защитное заземление выполняется для того, чтобы повысить безопасность эксплуатации, уменьшить вероятность поражения людей и животных электрическим током в процессе эксплуатации электрических установок.

Заземление молниезащиты предназначено для отвода в землю тока молнии и атмосферных индуцированных перенапряжений от молниеотводов, защитных тросов и разрядников и для снижения потенциалов отдельных частей установки по отношению земле. По своему назначению заземления грозозащиты делятся на два типа:

Заземление входящие в комплекс, защита от прямого удара молнии высших потенциалов;

Заземление входящие в комплекс защиты от вторичных проявлений молнии. Рабочее и защитное заземление должны выполнять своё назначение в течение всего года заземления громозащиты только в грозовой период.

По конструктивному выполнению различают: искусственные и естественные заземлители.

В качестве искусственных заземлителей применяют вертикально забитые в землю отрезки угловой стали длинной 2,5-3м и горизонтально приложенные круглые прямоугольные стальные полосы, которые служат для связи вертикальных заземлителей. В последнее время применяют хорошо углублённые прутковые заземлители из круглой стали 12-14мм и длинной 5м ввёртываемые в грунт посредством специального приспособления электрифицированного ручного заглубителя.

Углублённые прутковые заземлители снижают расход металла к затратам труда на работу по устройству заземления и поэтому должен применяться в первую очередь. В качестве естественных заземлителей используют водопроводные трубы, соединённые в стальных газо-и электросварной трубы, стальная броня силовых кабелей приложенные к земле, при числе их не менее двух. Для снижения расходов идущих на заземляющие устройства в первую очередь рекомендуется использовать естественные заземлители.

По мерам электробезопасности электроустановки различают:

Выше 1000В в сетях с эффективно заземлённой нейтралью (с большими токами замыкания на землю).

Выше 1000В в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю).

До 1000В с глухозаземлённой неитралью.

До 1000В с изолированной нейтралью.

Требования, предъявляемые ПУЕ и заземлением электроустановок, зависит от режима нейтрали сети, в которой работает установка. В эффективно заземлённой сети ток однофазного короткого замыкания достигает 10 килоампер с длительностью протекания, определяемый временем срабатывания основной релейной защиты (t= 0.15сек). В незаземлённой сети этот ток изменяется от единиц до десятков ампер, но может протекать длительное время. В соответствии с различными значениями тока и его длительности к сопротивлению защитного заземления предъявляются различные требования.

Определяем сопротивление одиночного заземлителя:

(2.44)

(2.45)

Грунт -песок с

[1, с. 257]

R_O = 0,00227•5440=12,34 Ом

Определяем ток однофазного замыкания на землю:

(2.46)

Определяем сопротивление заземляющего устройства:

(2.47)

Так как заземляющее устройство является общим для распределительных устройств электроустановок различных напряжений, то за расчетную величину сопротивлений заземления принимается наименьшая из требуемых величин.

Тогда по нормам ПУЭ R_з для U=110 кВ равно 0,5 Ом, то в дальнейшем расчете принимаем это значение.

Определяем количество электродов:

(2.48)

где: [1, с. 257, табл. 7,1]

Заземляющее устройство состоит из 31 прутковых электродов, соединенных между собой полосовой сетью.

2.9 Учет и контроль электроэнергии

Расчётным учётом электроэнергии называется учёт выбранной, а также отпущенной потребителем электроэнергии для денежного расчёта за неё. Счетчики, устанавливаемые для расчётного учёта, называются расчётными счётчиками (класса 2), с классом точности измерительных трансформаторов-0,5.

Счётчики устанавливаемые для технического учёта, называются контрольными счётчиками (класса 2,5), с классом точности измерительных трансформаторов-1.

Расчетные счетчики активной электроэнергии на подстанции энергосистемы должны устанавливаться:

-для каждой отходящей линии электропередачи, принадлежащей потребителям;

- для межсистемных линий электропередачи два счётчика со стопорами, учитывающих полученную и отпущенную электроэнергию;

- на трансформаторах собственных нужд;

- для линий хозяйственных нужд или посторонних потребителей (посёлок и т.п.), присоединённых к шинам собственных нужд.

Учёт реактивной электроэнергии должен обеспечивать возможность определения количества реактивной электроэнергии, полученной потребителем от электроснабжающей организации или

переданной ей, только в том случае если по этим данным производятся расчёты или контроль соблюдения заданного режима работы компенсирующих устройств.

Счётчики реактивной электроэнергии должны устанавливаться:

- на тех элементах схемы, на которых установлены счётчики активной электроэнергии для потребителей, рассчитывающихся за электроэнергию с учётом разрежённой реактивной мощности;

- на присоединениях источников реактивной мощности потребителей, если по ним производятся расчёт за электроэнергию, выданной энергосистеме.

Контрольные счётчики технического учёта.

Эти счётчики включают в сеть низшего напряжения (до1000 В), что имеет ряд преимуществ:

- установка счётчика обходится дешевле (чем на стороне высшего напряжения);

-появляется возможность определить потери в трансформаторах и в сети высшего напряжения;

-монтаж и эксплуатация счётчиков значительно проще;

Требования, предъявляемые к контрольным счётчикам в отношения плана точности, значительно ниже, чем требования, предъявляемые к расчётным счётчикам, поскольку по контрольным счётчикам не производят денежных расчетов. Поэтому контрольные счётчики могут подключаться к измерительным трансформаторам тока класса точности 1. Для измерения активной энергии в трёх фазных сетях при неравномерной нагрузке применяют двух и трёхсистемные счётчики.

В трёхфазных сетях с нулевым проводом сумма токов отдельных фаз не равна нулю и поэтому двухсистемные счётчики непригодны.

В четырехпроводных сетях при неравномерной нагрузке применяют трёхсистемные счётчики или двухсистемные счётчики с тремя токовыми катушками. Для измерения реактивной энергии изготовляют специальные счётчики с дополнительными последовательными катушками. Схема включения трёхфазного счётчика типа СРЧ и СРЧУ для измерения реактивной энергии в сетях напряжением до 1000 В.

Рисунок 2.4-Схема включения трехфазного счетчика типов СА4, СА4У для измерения активной электроэнергии в четырехпроводной сети напряжением до 1000 В.

2.10 Релейная защита основных элементов схемы электроснабжения

В сетях промышленных предприятий для защиты линий, трансформаторов, двигателей применяют релейную защиту, которая является основным видом электрической автоматики.

Релейной защитой называют специальные защитные устройства, выполненные при помощи реле и других аппаратов и предназначенные для отключения выключателей в установках напряжением выше 1000В или автоматическим выключателем в установках напряжением до 1000В поврежденного элемента системы электроснабжения, если данное повреждение представляет собой непосредственную опасность для этой системы или воздействующие на сигнализацию, если опасность отсутствует.

К релейной защите предъявляют следующие требования:

-избирательность действия, т.е. способность защиты отключать только поврежденные участки электрической цепи за наименьшее возможное время.

-надежность действия, т.е. правильная и безотказная работа релейной защиты при всех повреждениях и ненормальных режимах работы.

-чувствительность, т.е. способность защиты отключать участки электрической цепи, которые она защищает, в самом начале их повреждения.

Максимально-токовая защита является наиболее простой и широко применяется для защиты трансформаторов, электродвигателей и линий электропередач с односторонним питанием. Максимально-токовая защита при возникновении короткого замыкания срабатывает на отдельных участках сети при определенных токах и определенном времени срабатывания.

Дифференциально-продольная защита основана на принципе сравнения токов в начале и конце защищаемого участка, например в начале и конце обмоток силового трансформатора, генератора, двигателя. Ток, участок между трансформаторами тока, установленными на высшей и низшей сторонах силового трансформатора, считается защищаемой зоной.

Защиту внутреннего повреждения в трансформаторе осуществляется газовым реле. Повреждения внутри трансформатора, вызванные межвитковыми и междуфазными замыканиями, сопровождаются выделением газа и понижением уровня масла.

Токовой отсечкой называется максимально-токовая защита, выполненная с мгновенным действием или выдержкой времени.

На проектируемом ТП предусматривается схема , в которой предусмотрена защита:

-продольно дифференциальная защита с реле РНТ-565;

-максимально токовая защита от внешних КЗ, устанавливаемая со стороны обмотки ВН;

-газовая защита;

-максимальная токовая защита шин НН, устанавливаемая на каждом вводе распределительной сети к секциям шин 10 кВ;

-защита минимального напряжения.

Продольная дифференциальная защита предназначена для защиты от многофазных замыканий в обмотках и на выводах трансформатора.

Данная защита выполнена с помощью испытательных блоков 53, 54 и двух токовых реле 26, 27 КА1 И КА2. Испытательные баки, предназначают для выведения соответствующих защит из действия при оперативных переключениях.

Защита от внешних КЗ по минимальному напряжению имеет два пусковых органа, питание которых осуществляется от трансформаторов напряжения, установленных на шинах НН каждой расцепленной обмотки. Защита выполнена с помощью трансформатора напряжения 14 и двух реле напряжения 29, 30 KV1 и KV2, также блок защиты минимального напряжения 63.

Газовая защита 28 выполнена с самоудержанием выходного промежуточного реле для обеспечения надежного отключения силового трансформатора при кратковременном замыкании контактов газового реле; снятие самоудерживания осуществляют вспомогательными контактами короткозамыкателя 11-35 кВ. Для быстрого отключения повреждений в трансформаторе предусматривают газовую защиту.

Максимальная токовая защита. Действие которой связано с увеличением силы тока в защищаемой цепи при возникновении КЗ на участке данной цепи. Защита выполнена с помощью трансформатора тока 8, к обмоткам трансформатора тока подключены три токовых реле 15, 16, 17.

Максимальная токовая защита шин НН, устанавливаемая на каждом вводе распределительной сети к секциям шин 10 кВ. Защита выполнена с помощью двух трансформаторов тока, к которым подключены два токовых реле 6Т, 7Т. Вторичные обмотки трансформатора тока подключены к амперметрам. При срабатывании защиты контакты токовых реле замыкаются и запитываются релевремени, срабатывают контакты реле времени с выдержкой времени на указательное реле, запитывается блок контакт привода выключателя, катушку электромагнита YAT срабатывает и отключает выключатель.

2.11 Автоматика электроснабжения

Устройства АВР предусматриваются для восстановления питания потребителей путем автоматического присоединения резервного источника питания при отключении рабочего источника питания. Устройства АВР предусматриваются также для автоматического включения резервного оборудования при отключении рабочего оборудования, приводящем к нарушению нормального технологического процесса.

К устройствам АВР предъявляются следующие требования:

-Схема АВР должна приходить в действие при исчезновении напряжения на шинах потребителя по любой причине, в том числе при аварийном, ошибочном или самопроизвольном отключении выключателей рабочего источника питания, а также при исчезновении напряжения на шинах, от которых осуществляется питание рабочего источника. Включение резервного источника часто допускается также при КЗ на шинах потребителя.

-Для уменьшения длительность перерыва питания потребителей, включение резервного источника питания должно производиться сразу же после отключения рабочего источника.

-Действие АВР должно быть однократным.

-АВР не должно выполняться до отключения выключателя рабочего источника для того, чтобы исключить параллельную работу двух источников и включение резервного источника на неустранившееся КЗ.

-Должно предусматриваться ускорение защит резервного источника после работы АВР.

Область применения. Сегодня АВР должно оборудоваться тогда, когда отключение основного питания приводит к погашению ответственных потребителей. Кроме того АВР устанавливается:

- в цепях собственных нужд подстанций и электростанций;

- на транзитных линиях, которые нормально работают с разрывом транзита;

- на силовых трансформаторах и секционных выключателях ПС;

- в распределительных сетях 0,4 кВ, питающих важные объекты жизнедеятельности (котельные, насосные, очистные сооружения).

Условия работы. В общем случае работа АВР осуществляется при следующих условиях:

1. С обязательным контролем наличия напряжения от резервного источника.

2. С проверкой возможности несения нагрузки резервным оборудованием. В некоторых случаях может потребоваться ручная разгрузка действиями оперативного персонала или же автоматическое отключение наименее ответственных потребителей.

При этом, может происходить запрет работы АВР в случае наличия повреждения на резервном оборудовании или отсутствии напряжения от резервного источника.

Немаловажным будет отметить, что после успешного срабатывания АВР следует убедиться в том, что правильно отработали все коммутационные аппараты, нагрузки не превышают допустимых пределов.

Для этого принято использовать устройства телемеханики, телесигнализации или же осмотр оборудования силами ремонтного, оперативного персонала.

В данном курсовом проекте рассмотрел описание АВР секционного выключателя с приводами ППМ с автоматическим восстановлением схемы электроснабжения.

При исчезновении напряжения на 1 секции шин обесточивается реле КТ1, с выдержкой времени замыкает свои контакт в цепи электромагнита отключения YAT1 и выключатель Q1 отключается. При отключении Q1 размыкающий контакт 1SQ в цепи YAC3 замыкается, подается напряжение на электромагнит YAT3. Выключатель QB включается. На шины 1 секции подается напряжение со 2 секции.

Однократность действия АВР обеспечивается реле KL1, которое при включении QB обесточивается, так как размыкающий контакт SQB в цепи KL1 размыкается. При обесточивании KL1 его замыкающий контакт в цепи YAT3 размыкается и повторного действия АВР при отключении QB релейной защиты не происходит. Для восстановления первоначальной схемы электроснабжения при появлении питания со стороны ввода 1 в схеме предусмотрено реле КТ3, подключенное к трансформатору TV3, присоединенному непосредственно к вводу 1 до выключателя Q1. При восстановлении напряжения на вводе 1 срабатывает реле KT3 и с выдержкой времени замыкает свой контакт в цепи электромагнита отключения YAT3. Выключатель QB, отключившись, замыкает свой размыкающий контакт в цепи KL1, и схема АВР секционного выключателя подготавливается к работе.

При включении Q1 реле KL3 обесточивается и своими размыкающим контактом снимает напряжение с реле KT3. Это необходимо для того, чтобы не держать реле KT3 все время под напряжением и обеспечить надежный разрыв в цепи YAT3 в случае замыкания контакта SQB. Аналогично работает схема при исчезновении напряжения на 2 секции шин.

электроустановка трансформатор ток замыкание



Заключение

Курсовой проект выполнен на тему «Электроснабжение механического завода».

В процессе выполнения проекта производился расчет мощности и выбор силового трансформатора ТЛС3-4000, и для его защиты с верхней стороны выбрали разъединители РНД-110/630 Т1 с заземляющими ножами для видимого разрыва, а с низкой стороны выключатель ВВУ-110Б-40/2000У1 для отключения и включения токов нагрузки, и отключения токов короткого замыкания. Выбрали трансформаторы тока ТФМ3110Б-1 и трансформаторы напряжения НКФ-110-83У1 для измерительных приборов.

На низкой стороне установлены шкафы типа КРУ К-14, которые подключены к распределительным шинам с сечением (80х60) мм ².

Шкафы укомплектованы вакуумным выключателем ВВТЭ-10-20/630УЛ2, трансформатором тока ТПЛ-10 и трансформатором напряжения НОМ-10-66У2, выбрали компенсирующее устройство УК-6/10Н-1350.



Список используемой литературы

1. Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных и гражданских зданий: учебник для студентов среднего проф. Образования /Ю.Д. Сибикин. - М: Издательский центр «Академия», 2009 - 368 с.