Электроснабжение завода

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Кафедра электроснабжения

Пояснительная записка

к курсовому проекту

на тему:

«Электроснабжение завода»

по курсу:

«Электроснабжение промышленных предприятий»

Студентки VI курса

спец. 1004

группы ЭСЗ-981

выполнила: Басанцова О.И.

проверил: Макаров В.П.

г. Ставрополь

2004 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 3

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ НАГРУЗКИ.. 4

1.2. ВЫБОР МОЩНОСТИ ЦЕХОВЫХ ТП.. 5

1.3. Определение расчётных нагрузок линий сети 6¸20 кВ.. 7

1.4. Выбор выключателей конца питающих линий и линий, отходящих от ГПП (ГРП) 10

1.5. Определение сечений кабельных линий распределительной сети 6¸20 кВ.. 13

2. Расчёт токов короткого замыкания. 20

2.1. Выбор выключателей. 22

2.2. Выбор разъединителей. 22

2.3. Шины ГПП.. 23

3. Релейная защита. 24

Список использованных источников. 25

ВВЕДЕНИЕ

В настоящем курсовом проекте решается вопрос об электроснабжении завода.

Расчет максимальных расчетных нагрузок произведен по методу упорядоченных диаграмм.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ НАГРУЗКИ

Расчётная нагрузка на шинах низшего напряжения ТП-1 равна:

активная кВт;

реактивная квар;

полная кВА

По величине полной расчётной нагрузки кВА намечаем к установке в ТП-1 два тр-ра мощностью по 1000 кВА каждый.

В нормальном режиме т-ры будут работать с коэффициентом загрузки:

.

Загрузка тр-ров в послеаварийном режиме (при выходе из строя одного из рабочих тр-ров):

Предварительный выбор числа и мощности тр-ров остальных цеховых ТП аналогичен и сведен в таблицу 1.2.

Таблица 1.2.

1.2. ВЫБОР МОЩНОСТИ ЦЕХОВЫХ ТП

Расчётная нагрузка на шинах низкого напряжения тр-ров ТП-1 составляет:

кВт; квар.

Необходимая мощность компенсирующих устройств со стороны низшего напряжения тр-ров ТП-1:

квар,

где – соотв.нормативному значению cosj;

tgj=0,33 – соотв.нормативному значению cosj_н , равному 0,95.

Выбираем компенсирующее устройство типа ККУ-0,38-Ш, мощностью 150 квар. Следовательно, квар.

Тогда некомпенсированная реактивная мощность на стороне низшего напряжения тр-ров ТП-1 составит:

квар.

Потери активной мощности в компенсирующих устройствах:

к Вт,

где - удельные потери активной мощности в статических конденсат., кВт/квар.

Таким образом, величину ввиду её малости в расчётах для упрощения можно не учитывать.

Полная расчётная мощности с учётом компенсации определяется:

кВА

Выбираем к установке в ТП-1 два тр-ра мощностью по 630 кВА каждый:

;

Расчёт для остальных ТП проводим аналогично и сводим в табл. 1.3.

Таблица 1.3.

Анализируя величины и размещение электрических нагрузок цехов по территории завода и учитывая категории потребителей по степени бесперебойности питания, выбираем для системы внутреннего электроснабжения радиально-магистральную схему с резервированием. Распределительные устройства цехов, имеющие потребителей выше 1000 В, питаются по радиальной схеме с резервированием от шин ГПП. Распределительная сеть выше 1000 В по территории завода выполняется кабельными линиями, проложенными в траншеях. Намечаем варианты для выбора рационального напряжения распределительных сетей схемы внутреннего электроснабжения.

Вариант 1.

Электроэнергия распределяется внутри завода на напряжении 6 кВ.

Вариант 2.

Электроэнергия распределяется внутри завода на напряжении 10 кВ.

Вариант 3.

Электроэнергия распределяется внутри завода на напряжении 20 кВ.

Вариант 4.

Электроэнергия распределяется внутри завода на напряжении 6 и 10 кВ совместно.

Вариант 5.

Электроэнергия распределяется внутри завода на напряжении 6 и 20 кВ совместно.

1.3. Определение расчётных нагрузок линий сети 6¸20 кВ

Расчётные нагрузки распределительной сети 6¸20 кВ определяются по величинам расчётных нагрузок на шинах низшего напряжения ТП или на шинах РУ с учётом потерь мощности в трансформаторах и компенсации реактивной мощности на шинах РУ.

Потери активной и реактивной мощности в понизительных трансформаторах с высшим напряжением 6¸20 кВ определяются в зависимости от действительной (расчётной) нагрузки (S_p):

для I тр-ра

Расчётная полная нагрузка на шинах 0,4 кВ ТП-1 кВА. Расчётная нагрузка на шинах 0,4 кВ одного тр-ра 630 кВА. ½ кВА.

Потери активной и реактивной мощности : в одном трансформаторе 630 кВА:

кВт;

квар.

В двух тр-рах 630 кВА (при раздельной работе)

кВт;

квар.

Ввиду отсутствия данных, потери мощности в трансформаторах с высшим напряжением 20 кВ приняты как для трансформаторов с высшим напряжением 6¸10 кВт.

По остальным трансформаторным п/ст, определением потерь в трансформаторах аналогичны и сведены в табл. 1.4.

Определяем расчётные нагрузки линий распределительной сети 6¸20 кВ (по вар.).

Линия № 1 (Л-1, вариант 1, Uн=6 кВ).

Линия Л-1 питает ТП-3 от РУ-1 по двум кабелям: расчётная нагрузка Л-1 – это расчётная нагрузка со стороны высшего напряжения тр-ров ТП-3:

кВт;

квар,

где ,- рас чётные нагрузки на шинах низшего напряжения ТП-3.

Потребляемая мощность компенсирующих устройств со стороны высшего напряжения тр-ров ТП-3:

квар,

, где tgj_н=0,33 – соотв. нормативному значению коэффициента мощности cosj_н , равному 0,95.

Для ТП-3, не имеющей шин со стороны высшего напряжения тр-ров и территор.совмещенной с РУ-1, не имеет смысла устанавливать компенсирующие устройства на стороне выше 1000 В при Q_ку=230 квар.

Следовательно, полная расчётная нагрузка линии:

кВА

Расчётный ток в линии:

А

Линия № 2 (Л-2, вариант 1, U_н=6 кВ).

Линия Л-2 питает РУ-1 от ГПП. Расчётная нагрузка Л-2 без учёта компенсации реактивной мощности со стороны 6 кВ (на шинах РУ-1):

кВт;

квар,

где ,- расчётные нагрузки на шинах РУ-1, создаваемых приемниками 6 кВ цехов № 14 и 15.

Необходимая мощность компенсирующих устройств на шинах РУ-1:

квар,

- соотв. средневзв. естеств. cosj_н=0,82, tgj_н=0,33 – соотв. cosj_н , равному 0,95.

Выбираем две ячейки конденсаторов мощностью по 500 квар каждая типа КУ-6-П, т.е. общая мощность компенсирующих устройств равна:

квар.

Потери активной мощности в конденсаторах ввиду их малости не учитываем.

Некомпенсированная реактивная мощность на шинах РУ-1 составит:

квар.

Тогда

кВА

Расчётный ток в линии:

А

Аналогично выполняется расчёт для линий варианта 1 и всех линий вариантов 2-5, этот расчёт сведен в табл. 1.5.

Таблица 1.5.

1.4. Выбор выключателей конца питающих линий и линий, отходящих от ГПП (ГРП)

Предварительный выбор выключателей производится по U_н, I_{н дл} и S_{н откл.} , при этом отключающая способность всех выключателей (для одного из вариантов) будет одна и та же, номинальный ток – различен.

а) Электроснабжение завода на напряжении 20 кВ.

S_с=600 МВА

S_с=600 МВА

Схема замещения приведена на рис.1.

Исходные данные: Sб=Sс=600 МВА; Хс=0,8.

Суммарное сопротивление от источника питания до точки короткого замыкания (К-2) в относительных базисных единицах составляет:

,

где - сопрот.трехобмоточного трансформатора п/ст энергосистемы в относительных базисных единицах;

,

где Ом/км – индуктивное сопротивление воздушных линий ( 1 км)

Мощность, отключаемая выключателями:

МВА.

Выбираем предварительно для В2, В3, В4 и линий, отходящих от шин ГВП, выключатель ВМП-20 с номин. и расчётными данными:

б) Электроснабжение завода на напряжении U = 35/10 и 35/6 кВ.

Схема замещения приведена на рис.1.2.

,

где - сопротивление тр-ра ГПП в относительных и базисных единицах:

Мощность, отключаемая выключателями:

МВА.

S_с=600 МВА

S_с=600 МВА

Предварительно выбираем выключатели для В2, В3, В4.

МГГ-10-2000/500 с номинальными и расчётными данными:

для линий, отходящих от шин ГПП, при 6 и 10 кВ ВМП-10П с номинальными и расчётными данными:

Величины для отходящих линий по данным табл. 1.5.

в) Электроснабжение завода на напряжении U = 110/20, 110/10 и 110/6 кВ.

где

.

S_с=600 МВА

S_с=600 МВА

Мощность, отключаемая выключателями:

МВА.

Предварительно выбираем следующие выключатели: для В2, В3, В4 и линий, отходящих от шин ГПП, при U = 20 кВ ВМП-20 с номинальными и расчётными данными:

Для В2, В3, В4 при U = 6 кВ МГГ-10 2000/500 с номинальными и расчётными данными:

Для В2, В3, В4 при U = 10 кВ ВМП-10 с номинальными и расчётными данными:

Для линий, отходящих от шин ГПП, при U = 6 кВ и U = 10 кВ ВМП-10П с номинальными и расчётными данными:

МВА.

1.5. Определение сечений кабельных линий распределительной сети 6¸20 кВ

Линия Л-4, РУ-2 ГПП, U_н = 6 кВ (вар.1).

Линия Л-4, предназначенная для питания потребителей I и частично II и III категорий 10, 11, 22, 21, 13 и 18 цехов, выполняется двумя рабочими кабелями в целях обеспечения требуемой бесперебойности питания.

1) По нагреву расчётным током.

Расчётный ток нормального режима работы (на два кабеля) равен:

А

Расчётный ток послеаварийного режима работы (на один кабель) равен:

А

Выбираем сечение кабеля по нормальному режиму работы (S_н=2х150 мм²) и проверяем его по условиям послеаварийного режима работы:

S = 2х150 мм²; I_доп = 600 А (при прокладке в траншее двух кабелей). Условия проверки кабеля по нагреву расчётным током следующие:

где - допустимый по условиям нагрева ток для кабеля с алюминиевыми жилами S = 2х150 мм² (U = 6 кВ, при прокладке в траншее четырех кабелей сечением по 150 мм²);

k – поправочный коэффициент на число работающих кабелей, лежащих рядом в земле, при расстоянии в свету между ними 100 мм.

По условиям допустимого нагрева и с учетом возможной перегрузки на 30% для кабеля с бумажной изоляцией (напряжением до 10 кВ) S_н=2х150 мм²:

1,3=1,3*480=624 А

Следовательно, имеем:

Таким образом, выбранное сечение S_н=2х150 мм² удовлетворяет условиям как норм., так и аварийного режимов работы.

2) По условию механической прочности:

S_т=10 мм²

3) По условиям коронирования кабелей принимаем минимально допустимое сечение

S_к=10 мм²

4) По допустимой потере U в норм. (DU_доп=5%) и аварийном (DU_доп=10%) режимах работы проверяется сечение S_н=2х150 мм².

Используем данные таблицы, по которым определяем 1%=0,56 км для сечения S_н=2х150 мм²l=0,08 км – длина линии Л-4, РУ-2 ГПП.

км;

км.

Таким образом, выбранное сечение линии Л-4 S_н=2х150 мм² соотв.всем условиям.

Выбор сечения кабеля по условиям экономической целесообразности

Для нахождения S_эц намечается несколько стандартных сечений кабеля: 2х150; 2х185; 2х240 мм² и т.д. сводим в табл. 1.6.

Таблица 1.6.

Продолжение табл. 1.6.

Определяем S_эц по формуле:

S1=2х185 мм²; З1=0,53 т.руб./год; DЗ1=-0,03; DS1=80;

S2=3х150 мм²; З2=0,50 т.руб./год; DЗ2=0,01; DS2=30;

S3=2х240 мм²; З3=0,51 т.руб./год; DЗ’1=110.

Принимаем ближайшее меньшее S_эц =2х185 мм².

Выбор экономически целесообразного сечения распределительных линий З=f(S).

Вариант 1.

По величинам затрат и сечений построена кривая З=f(S). Выбор сечений ост. линий распределит. сети 6-20 кВ аналогичен и сведен в табл. 1.7.

Таблица 1.7.

Продолжение табл. 1.7.

Технико-экономические показатели трансформаторов связи с энергосистемой

Капитальные затраты:

Стоимость двух трехобмоточных трансформаторов типа ТДТ-16000/110 при наружной установке:

тыс. руб.

стоимость двух вводов с разъединителями и короткозамыкателем, устанавливаемые в ОРУ-110 кВ на железобетонных конструкциях:

тыс. руб.

Суммарные капитальные затраты:

тыс. руб.

Полная расчётная мощность трансформатора на ГПП составляет 18640 кВА. Нагрузка на один трансформатор составляет 9320 кВА.

Считаем, что обмотка высшего U загружена на 100%, среднего – 60% и низшего – 40%, тогда коэффициент загрузки обмоток равен:

Потребление мощности охлажд. установки принимаем = 12 кВт.

Приведенные потери холостого хода:

Напряжения к.з. соотв. по обмоткам высшего, среднего и низшего напр.:

Приведенные потери к.з. определяются:

Приведенные потери мощности в одном трехобмоточном трансформаторе:

Потери мощности в двух трансформаторах ГПП:

На основании результатов расчётов, составляем итоговую таблицу технико-экономических показателей. Как наиболее рациональный принимается вариант системы электроснабжения с напряжением питающих и распределительных сетей 20 кВ.

Т.к. у нас имеются потребители электроэнергии 6 кВ, то предусматриваем дополнительные трансформаторные п/ст 20/6 кВ: ТП-3; ТП-4; ТП-6.

В соответствии с расчётами намечаем к установке на ТП-3 (цех № 14, 15) два трансформатора типа ТМ-20/6, мощностью 1600 кВА каждый, расчётная мощность ТП-3 – 1994 кВА:

ТП-4 (цех № 18); Рр=1920 кВт; Qр=1440 квар; Sр=2400 кВА. Намечаем к установке 2 трансформатора по 1600 кВА каждый с коэффициентом загрузки:

ТП-6; Рр=1575 кВт; Qр=1181 квар; Sр=1968 кВА. Намечаем к установке 2 трансформатора по 1600 кВА каждый с коэффициентом загрузки:

Таблица 1.8.

Принимается, как наиболее рациональный, вариант системы электроснабжения 35 кВ и распределительных сетей 6 кВ.

Краткое описание принятой системы электроснабжения

Электроснабжение завода осуществляется от п/ст энергосистемы по двум воздушным линиям 35 кВ, выполненным проводом марки «АС» сечением 185 мм² на железобетонных промежуточных и анкерных металлических опорах с тросом.

На ГПП открыто установлены 2 трехобмоточных трансформатора типа ТД-16000/35. На стороне 35 кВ принята упрощенная схема без выключателей с минимальным количеством аппаратуры (разъединители и короткозамыкатели) РУ-6 выполнено из шкафов распредустройств закрытого типа.

На стороне 6 кВ предусмотрена одинарная системы шин, акционеров. масляным выключателем с устройством автоматического включения резерва (АВР).

Распределительные устройства РУ-1, РУ-2, РУ-3 получают питание от ГПП по радиальной схеме с резервированием.

Распределительные сети напряжением до и выше 1000 В по территории завода прокладываются в кабельных траншеях.

2. Расчёт токов короткого замыкания

Расчёт токов КЗ производится для выбора и проверки эл.аппаратов, изоляторов и токоведущих частей.

Принимаем базисные условия:

Базисная мощность Sб=Sс=600 МВА;

Базисное напряжение Uб=Uср=6,3 кВ;

Базисный ток Iб=.

Расчёт сопротивлений элементов системы электроснабжения в относительных единицах

Сопротивление системы:

Сопротивление воздушной линии ЛЭП-35 кВ

где Хо=0,4 Ом/км – реактивное сопротивление 1 км дл.

Сопротивление трансформаторов системы:

Х2=Х_тб= Х_вб +Х_сб=1,61

(из расчета системы внешнего электроснабжения)

Сопротивление трансформаторов ГПП:

Сопротивление кабельной линии ГПП-РУ-1

r0 = 0,08 Ом/км; х0 = 0,07 Ом/км.

Точка К-1.

Сопротивление от источника питания до точки КЗ К-1

ХS=х1+х2+х3+х4=0,8+1,61+0,785+3,0=6,2

R21=R3=0,33

Имеем RS1<1/3ХS1, следовательно, активное сопротивление при расчёте токов КЗ не учитываем.

Так как ХS1>3, то периодическая слагающая тока КЗ для всех моментов времени одинакова и равна:

Iк=Iб/хS=55/6,2=8,9 кА

Ударный ток КЗ

Iу=Ку×Ö2*I’’=1.8Ö2*8.9=22.7 кА

Где Ку – ударный коэффициент, принимаемый = 1,8.

Наибольшее действующее значение тока КЗ за первый пе6риод от начала процесса КЗ:

кА

Мощность трехфазного КЗ для произвольного момента времени:

МВА.

Точка К-2.

Сопротивление от источника питания до точки КЗ К-2

ХS2=х1+х2+х3+х4+х5=0,8+1,61+0,785+3,0+0,267=6,5

RS2=R3+R5=0,33+0,3=0,63

Имеем RS2<1/3ХS2, следовательно, активное сопротивление при расчёте токов КЗ не учитываем.

Так как ХS2>3, то

Iк=Iб/хS2=55/6,5=8,45 кА

Ударный ток КЗ

Iу=Ку×Ö2*I’’=1.8Ö2*8.45=21.6 кА

Где Ку – ударный коэффициент, принимаемый = 1,8.

Наибольшее действующее значение тока КЗ за первый пе6риод от начала процесса КЗ:

кА

Мощность трехфазного КЗ для произвольного момента времени:

МВА.

2.1. Выбор выключателей.

Проверяем предварительно выключатели типа МГГ-10-2000/500. Расчётная точка КЗ – точка К-1.

Расчётный ток термической устойчивости определяется по формуле:

где tнт – время, к которому отнесен номинальный ток термической устойчивости выключателей, принимаем = 10 с;

tп – приведенное время КЗ, с.

Учитывая время срабатывания защиты, принимаем действительное время отключ. КЗ (t) равным 1,5 с. Следовательно,

кА

Выбираем к выключателю провод типа ПЭ-2.

2.2. Выбор разъединителей

Выбор разъединителей в цепи предохранителей линии РУ-1-ТП-3 выполняется аналогично выбору выключателей и сводится в табл.1.9.

Таблица 1.9.

2.3. Шины ГПП

Выбор и проверку шин ГПП выполняем по максимальному рабочему току (I_maxp), термической устойчивости (S_{т уст}), допустимому напряжению в шине на изгиб (d_доп).

1. Длительный допустимый ток определим:

,

где I’_доп – длительно допустимый ток для одной полосы при t_ш=70^оС, t_в=25^оС и расположении шин вертикально

к1 -0 поправочный коэффициент =0,95;

к2 – коэффициент длительно допустимого тока;

к3- поправочный коэффициент при t_в , отличном от 25^оС.

Выбираем окрашенные однополосные прямоугольные алюминиевые шины сечением 100х10 мм (S=1000 мм²), расположенные горизонтально с длительно допустимым током I’_доп =1820 А;

I_доп = 0,95*1*1*1820=1730 А.

Расчетное напряжение в шине на изгиб определяется по формуле:

,

где f – сила взаимодействия между шинами разных фаз, кг*с;

L – расстояние между опорными изоляторами, принимаемое = 90 см;

W – момент сопротивления сечения, см³.

f=1,75*10^-2*(t²/а)=1,75*10^-2*(21,6²/25)=0,33 кг*с;

W=0,17*bh²=0,17*1*10²=17 см²;

кг/см².

Выбор и проверку шин сводим в табл. 1.10.

Таблица 1.10.

3. Релейная защита

Релейная защита и автоматика выполнены на переменном оперативном токе с применением выпрямительных блоков питания БПТ-1001 и БПН-1001. Компоновка ГПП 35/6 кВ дана в графической части.

Список использованных источников

1. Справочник по проектированию электроснабжения под ред. Ю.Г.Барыбина, Л.Е. Фёдорова и т.д. М.; Энергоатомиздат, 1990.

2. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования, А.А. Фёдоров, Л.Е. Старкова, М., Энергоатомиздат, 1987.

3. Электроснабжение промышленных промпредприятий, А.А. Фёдоров, Н.М. Римхейн, М.: Энергия, 1981.