Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования

«Каменск-Уральский политехнический колледж»

Курсовой проект

по дисциплине «Электроснабжение отрасли»

по теме:

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ЗАВОДА

Краткая характеристика производства и потребителей ЭЭ

Прессовый участок (ПУ) предназначен для штамповки деталей электротехнической промышленности. Он является составной частью крупного завода электроизделий.

На нем предусмотрены: станочное отделение, где размещен станочный парк; ремонтная мастерская, служебные, вспомогательные и бытовые помещения. Транспортные операции выполняются с помощью кран-балки и наземных электротележек.

Участок получает электроснабжение (ЭСН) от собственной трансформаторной подстанции (ТП) 10/0,4 кВ, расположенной в пристройке здания. Распределительные устройства (РУ) потребителей ЭЭ размещены в станочном отделении. От этой же ТП получают ЭСН еще два участка с дополнительной нагрузкой каждый (S = 250 кВ-А, cos φ = 0,8; К_и = 0,5).

Все электроприемники относятся к 2 категории надежности ЭСН.

Количество рабочих смен - 3.

Грунт в районе здания - глина с температурой +15 °С. Каркас здания сооружен из блоков-секций длиной 8 и 6 м каждый.

Размеры здания АхВх Н=48 х 30 х 7 м.

Все помещения, кроме станочного отделения, двухэтажные высотой 3,2 м.

Перечень ЭО цеха металлорежущих станков дан в таблице 1.

Мощность электропотребления (Рэп) указана для одного электроприемника.

Расположение основного ЭО показано на плане (рис. 1).

Перечень ЭО прессового участка цеха

№ на плане

Наименование ЭО

Вариант

Примечание

1

2

3

Рэп, КВТ

1

2

3

4

5

6

1...3

Кузнечно-штамповочные автоматы

14,5

21,7

12,4

4...8

Прессы электромеханические

28,1

13,9

15,7

9...12

Прессы фрикционные

24,2

17,2

10,5

13

Кран-балка

9,5

8,5

12,5

ПВ = 40 %

14...18

Молоты ковочные

10,2

12,3

17,3

19,20

Вентиляторы

4,5

5

3,8

21...26

Прессы кривошипные

15

20

25

ПВ - 60 %

27, 28

Насосы масляные

3,5

4

2,5

29, 30

Наждачные станки

1,5

2,5

3

1-фазные

31, 32

Шлифовальные станки

7,5

11,5

12

33, 34

Сверлильные станки

3

2,5

3,2

Рис. 1 - План расположения ЭО прессового участка цеха

Задание 2

Электроснабжение завода «АВТОНОРМАЛЬ»

Выполнить проект электроснабжения завода «Автонормаль» согласно заданию на курсовое проектирование.

Наименование цеха, отделения, участка.

Установленная мощность Рн электроприёмников 0,4 кВ, кВт

Приведённое число электроприёмников n

Группа А

Группа Б

1.Станция предварительной очистки воды

2. Компрессорная

3. Котельная

4. Бытовой корпус

5. Цех складского хозяйства

6. Калибровочный цех

7. Автоматный цех

8. Столовая

9. Цех болтов

10. Центральная заводская лаборатория

11. Участок наладки узлов

12.Инструментальный цех

13. Термический цех

14. Гальванический цех

15. Заводоуправления

16. Цех мелкого крепления

17. Цех водородного водоснабжения

18. Цех пружин + прессовый участок

19. Ремонтно-механический цех

20. Станция очистки вод

21. Цех гаек

22. Цех листовой штамповки

23. Сборочный цех

-

-

-

40

180

177

1000

270

405

430

260

308

-

-

180

190

-

540+ См.

расчёты

100

-

409

680

169

380

80

150

-

25

464

870

-

65

-

20

155

1155

4650

-

470

680

155+ См. расчёты

80

380

140

270

50

-

-

-

53

5

15

38

16

17

10

16

12

-

-

12

13

-

11+ См.

расчёты

20

-

10

14

10

Наименование цеха, отделения, участка.

Данные высоковольтных электроприёмников

Вид

Установленная мощность одного электроприёмника

Количество электроприёмников

Напряжение,

в кВ

рабочие

резервные

2. Компрессорная

3. Котельная

Синхронные

электродвигатели

Синхронные

электродвигатели

630 кВт

630 кВт

500 кВт

2

1

1

1

1

1

6

6

6

Дополнительные данные для расчётов

Расстояние от предприятия до подстанции энергосистемы, км

Существующие уровни напряжения на подстанции энергосистемы, кВ

Мощность

короткого замыкания на шинах подстанции энергосистемы Sкз, МВА, при

Коррозийная активность грунта предприятия

Наличие блуждающих токов в грунте предприятия

Наличие колебаний и растягивающих усилий в грунте предприятия

U1

U2

U1

U2

4

35

110

570

1400

Средняя

Есть

Нет

Содержание

Введение

1. Категории надёжности электроснабжения предприятия

2. Расчёт нагрузок

2.1 Расчет нагрузок цеха

2.2 Расчет нагрузок на стороне 0,4 кВ предприятия

2.3 Расчёт нагрузок на стороне 10(6) кВ ГПП

3. Выбор напряжения и схемы

3.1 Выбор напряжения и схемы внутрицеховых сетей

3.2 Выбор напряжения и схемы внутризаводских сетей

3.3 Выбор напряжения и схемы внешнего электроснабжения

4. Выбор трансформаторов

4.1 Выбор числа и мощности трансформаторов ЦТП

4.2 Выбор трансформаторов ГПП

5. Расчёт токов короткого замыкания

6. Расчёт линий электропередачи

6.1 Расчет кабельных линий 10(6) кВ

6.2 Расчёт линий питающих предприятие

6.3 Расчет сборных шин ГПП

7. Выбор высоковольтного оборудования

7.1 Выбор высоковольтного выключателя со стороны 6(10) кВ

7.2 Выбор разъединителя со стороны 35(110) кВ

7.3 Выбор короткозамыкателя

7.4 Выбор отделителя

7.5 Выбор измерительных трансформаторов

7.6 Выбор ограничителей перенапряжения

8. Расчёт стоимости электроэнергии

Заключение

Список использованных источников

Введение

Электроэнергетика России является важнейшей жизнеобеспечивающей отраслью страны. В ее состав входят более 700 электростанций общей мощностью 215,6 млн. кВт; в отрасли работают более 1 млн. человек

Стратегия развития отечественной энергетики предусматривает дальнейший рост производства электроэнергии всеми электростанциями России. К 2015 г. намечается достичь годовой выработки электроэнергии 1460 млрд. кВт-ч.

Основными потребителями электроэнергии являются промышленные предприятия и гражданские здания. Они расходуют более 78 % всей электроэнергии, вырабатываемой в нашей стране.

Ввод в действие новых предприятий, расширение существующих, рост их энерговооруженности, широкое внедрение различных видов электротехнологий во всех отраслях производств, огромное жилищное строительство выдвигают проблему рационального электроснабжения потребителей.

Системой электроснабжения называют совокупность установок для выработки, распределения и потребления электроэнергии.

Система распределения большого количества электроэнергии должна обладать высокими техническими и экономическими показателями и базироваться на новейших достижениях современной техники. Поэтому электроснабжение промышленных предприятий и гражданских зданий должно основываться на использовании современного конкурентоспособного электротехнического оборудования и прогрессивных схем питания, широком применении автоматизации.

Современное электрооборудование требует качественное и надежное электропитание. Получение электроэнергии требует больших материальных затрат от государства и приводит к нарушению экологии. Поэтому перед энергетикой ставится проблема экономии электроэнергии.

Одним из испробованных путей минимизации потерь электроэнергии является компенсация реактивной мощности потребителей при помощи местных источников реактивной мощности, причем важное значение имеет правильный выбор их типа, мощности, местоположения и способа автоматизации. Также более экономичны сети и установки трёхфазного тока с частотой 50 Гц по сравнению с сетями и установками однофазного применения, т.к. от трехфазных сетей могут питаться как однофазные, так и трехфазные потребители.

Наряду с трехфазным током в некоторых отраслях применяют постоянный ток, который получают путем выпрямления переменного тока. В большинстве случаев это электролизные установки химической промышленности и цветной металлургии, а так же железнодорожный и городской электротранспорт.

В современных условиях главными задачами специалистов, осуществляющих проектирование, монтаж и эксплуатацию современных систем электроснабжения промышленных предприятий и гражданских зданий, являются правильное определение электрических нагрузок, рациональная передача и распределение электроэнергии, обеспечение необходимой степени надежности электроснабжения, качества электроэнергии на зажимах электроприёмников, электромагнитной совместимости приемников электрической энергии с питающей сетью, экономия электроэнергии и других материальных ресурсов.

1. Категория надёжности электроснабжения предприятия

Категории электроприёмников по надежности электроснабжения определяются в процессе проектирования системы электроснабжения на основании нормативной документации, а также технологической части проекта.

В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприёмники разделяются на следующие три категории (ПУЭ п. 1.2).

Электроприемники первой категории - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Из состава электроприёмников первой категории выделяется особая группа электроприёмников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.

Если резервированием электроснабжения нельзя обеспечить непрерывность технологического процесса или если резервирование электроснабжения экономически нецелесообразно, должно быть осуществлено технологическое резервирование, например, путем установки взаимно резервирующих технологических агрегатов, специальных устройств безаварийного останова технологического процесса, действующих при нарушении электроснабжения.

Электроприёмники второй категории - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприёмники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Электроприёмники третьей категории - все остальные электроприёмники, не подпадающие под определения первой и второй категорий.

Для электроприемников третьей категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.

В данном курсовом проекте к электроприёмникам второй категории относятся: станция предварительной очистки воды, компрессорная, котельная, автоматный цех, термический цех, гальванический цех, заводоуправления, цех пружин и прессовый участок, цех листовой штамповки.

К электроприёмникам третьей категории относятся: бытовой корпус, цех складного хозяйства, калибровочный цех, столовая, цех болтов, центральная заводская лаборатория, участок наладки узлов, инструментальный цех, цех мелкого крепления, цех водородного водоснабжения, ремонтно-механический цех, станция очистки вод, цех гаек, сборочный цех.

В целом предприятие относим ко второй категории надежности электроснабжения.

2. Расчёт нагрузок

2.1 Расчет нагрузок цеха

Для расчета нагрузок потребителей 0,4 кВ предприятия необходимо определить нагрузки цехов.

Произведем расчет нагрузок цехов методом упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума) [2,3], для этого:

1. Все ЭП, присоединенные к соответствующим узлам, разбиваем на однородные по режиму работы группы с одинаковыми значениями коэффициентов использования и коэффициентов мощности.

2. Для электроприемников с переменным графиком нагрузок номинальную мощность пересчитываем к продолжительному режиму, в кВт:

Например, пересчитаем номинальную мощность для пресса кривошипного (Р= 20кВт и ПВ =60%) к продолжительному режиму, в кВт:

3) Рассчитываем количество ЭП в каждой группе и в целом по расчетному узлу присоединения, в результате получаем n=12 (для ШР1)

4) Находим m. Если в группе пять или более ЭП и значение m, равное отношению номинальной мощности наибольшего ЭП группы Σ Р_ном.max к мощности наименьшего приемника Σ Р_ном.min , определяемое по формуле

Если суммарная мощность одинаковых по мощности “маленьких” электроприемников меньше 5% от Р_ном всей группы, то при определении m, а далее при определении n_э эти электроприемники не учитываются.

Т.е. m < 3

6) В каждой группе ЭП и по узлу в целом находят пределы их номинальных мощностей и величину эффективного числа ЭП n_э по формуле:

где: ΣР_ном.i – сумма номинальных мощностей n электроприемников узла.

Меньше или равно 3, можно считать n _э ≈ n.

7) По таблицам из справочной литературы [ 2, T 2.1 ] и [3,T3.3] находим для характерных групп ЭП коэффициенты использования К_и и коэффициенты мощности cosφ.

По значениям cosφ с помощью тригонометрических таблиц определяют tgφ.

8) Для каждой группы однородных ЭП определяем среднюю активную мощность кВт, нагрузку за наиболее загруженную смену Р_см по формуле, в кВт:

а затем и реактивную, в кВАР:

9) Для узла присоединения суммируем активные и реактивные

составляющие мощностей по группам разнообразных ЭП, соответственно в кВт и кВАР:

10) Определяем средневзвешенное значение коэффициента использования узла:

Средневзвешенное значение tgφ_уз:

По tgφ_уз находим cosφ_уз – средневзвешенное значение коэффициента мощности узла присоединения.

Из справочной литературы [2,Т2. рис.2,6] или [3,Т3.2, рис.3.5] находим коэффициент максимума К_мax в зависимости от значений К_и и n_э.

13) С учетом К_мax определяем максимальную расчетную активную, в кВт и реактивную нагрузки, в кВАР:

14) При n_э ≥ 200 и любых значениях К_и, а также при К_и ≥ 0,8 и любых значениях n_э допускается максимальную расчетную нагрузку принимать равной средней за наиболее загруженную смену (К_м=1).

Для мощных ЭП (200 кВт и более) можно принять Р_max равной средней нагрузке за наиболее загруженную смену Р_см.

9) Определяем полную мощность, в кВА:

и максимальный расчетный ток, в А

2.2 Расчет нагрузок на стороне 0,4 кВ предприятия

Определим нагрузки на шинах низшего напряжения ГПП.

Производим расчет методом упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума) для электроприемников с переменным графиком нагрузок (группа А) и практически постоянным графиком нагрузок (группа В)

Расчет ведем для калибровочного цеха(№3)

1) Определяем нагрузки в группе А.

Активная нагрузка за наиболее загруженную смену по (2.6), в кВт:

Р_см = К_и * Р_уст,

где: К_и - коэффициент использования, определяемый из [5,C37, T2.2]

Р_уст - установленная мощность, в кВт.

Находим из таблицы К_и = 0,45

Р_см = 0,45 * 177 = 80 кВт

Расчетная нагрузка цеха по (2.12), в кВт:

Р_р = Р_см * К_м,

где: К_м – коэффициент максимума, определяемый по [5,C48,Т2.6]

Находим из таблицы К_м = 1,28

Р_р = 80 * 1,28 = 102,4

Реактивная нагрузка за наиболее загруженную смену по (2.7), в кВАР:

Q_см = Р_см * tgφ,

где: tgφ, рассчитанный из cos φ – коэффициента мощности, определяемого из [5,C37, T2.2]

Находим из таблицы cos φ = 0,6 , рассчитываем tgφ = 1,3

Q_см = 80 * 1,3 = 104 кВар

Расчетная максимальная реактивная нагрузка по(2.13), в кВАР:

при nэ ≤ 10; Q_р = 1,1 · Q_см

при nэ >10; Q_р = Q_см

В данном примере n_э = 15 Q_р = 104

Результаты расчётов по остальным цехам в группе А сводятся в таблицу 1.

Таблица 1 - Расчетные данные по группе А

Наименование цеха, отделения, участка

Коэффициенты

n_э

Мощности

Cosφ

tgφ

Ки

Км

Руст

кВт

Рсм кВт

Рр

кВт

Qcm

квар

Qр

квар

1. Бытовой корпус

0,65

1,16

0,3

1,14

53

40

12

13,6

14

14

2. Цех складного хозяйства

0,7

1

0,3

2

5

180

54

108

54

59,4

3. Калибровочный цех

0,6

1,3

0,45

1,28

15

177

80

102,4

104

104

4. Автоматный цех

0,65

1,16

0,3

1,19

38

1000

300

357

348

348

5. Столовая

0,8

0,75

0,5

1,23

16

270

135

166

101

101

6. Цех болтов

0,6

1,3

0,45

1,26

17

405

202,5

255

331,5

331,5

7. Центральная заводская лаборатория

0,75

0,88

0,3

1,6

10

430

129

192

169

186

8. Участок наладки узлов

0,6

1,3

0,45

1,28

16

260

117

150

152

152

9. Инструментальный цех

0,6

1,3

0.45

1,36

12

308

139

189

246

246

10. Заводоуправление

0,75

0,88

0,4

1,43

12

180

72

103

91

91

11. Цех мелкого крепления

0,6

1,3

0,45

1,32

13

190

85,5

113

147

147

12. Цех пружин, прессовый участок

0,6

1,3

0,2

1,19

51

984

197

234

304,2

304,2

13. Ремонтно-механический цех

0,85

0,6

0,2

1,5

20

100

20

30

18

18

14. Цех гаек

0,6

1,3

0,45

1,43

10

409

82

117

152

167

15. Цех листовой штамповки

0,6

1,3

0,2

1,67

14

680

136

227

295

295

16. Сборочный цех

0,65

1,16

0,2

1,84

10

169

34

62,5

72,5

80

Итого

5782

1795

2419,5

2599,2

2644

2) Определяем нагрузки в группе В.

Активная нагрузка за наиболее загруженную смену по (2.6), в кВт:

Р_см = К_и * Р_уст

где: К_и - коэффициент использования, определяемый из [5,C37, T2.2]

Р_уст - установленная мощность, в кВт.

Находим из таблицы К_и = 0,45

Рсм = 0,45 * 464 = 208,8 кВ

Расчетная нагрузка цеха по (2.12), в кВт:

Р_р = Р_см

Так как Км = 1 при практически постоянной нагрузке.

Р_р = 208,8 кВт

Реактивная нагрузка за наиболее загруженную смену по (2.7), в кВАР:

Q_см = Р_см * tgφ,

где: tgφ, рассчитанный из cos φ – коэффициента мощности, определяемого из [5,C37, T2.2]

Находим из таблицы cos φ = 0,6 , рассчитываем tgφ = 1,3

Q_см = 208,8 * 1,3 = 271

Расчетная максимальная реактивная нагрузка по(2.13), в кВАР:

Q_р = Q_см

В нашем случае: Q_р = 271

Результаты расчётов по остальным цехам в группе В сводятся в таблицу 2.

Таблица 2 - Расчетные данные по группе В

Наименования цеха,

отделения, участка

Cosφ

tgφ

Ки

Руст кВт

Р_СМ

(Р_P)

кВт

Q_СМ

(Q_P)

кВар

1. Станция предварительной очистки воды

0,8

0,75

0,7

380

266

199,5

2. Компрессорная

0,8

0,75

0,6

80

48

36

3. Котельная

0,75

0,88

0,6

150

90

79,2

4. Цех складного хозяйства

0,7

1

0,3

25

7,5

7,5

5. Калибровочный цех

0,6

1,3

0,45

464

208,8

271

6. Автоматный цех

0,65

1,16

0,3

870

261

306

7. Цех болтов

0,6

1,3

0,45

65

29

38

8. Участок наладки узлов

0,6

1,3

0,45

20

9

11,7

9. Инструментальный цех

0,6

1,3

0,45

155

69,7

90,6

10. Термический цех

0,9

0,48

0,6

1155

693

332

11. Гальванический цех

0,75

0,88

0,5

4650

2325

2046

12. Цех мелкого крепления

0,6

1,3

0,45

470

211,5

275

13. Цех водородного водоснабжения

0,8

0,75

0,7

680

476

357

14. Цех пружин, прессовый участок

0,6

1,3

0,2

155

31

40,3

15. Ремонтно-механический чех

0,85

0,6

0,2

80

16

9,6

16. Станция очистки вод

0,8

0,75

0,7

380

266

199,5

17. Цех гаек

0,6

1,3

0,45

140

63

82

18. Цех листовой штамповки

0,6

1,3

0,2

279

54

70,2

19. Сборочный цех

0,65

1,16

0,2

59

10

11,6

Игого

10239

5134,5

4462,7

2.3 Расчёт нагрузок на стороне 10(6) кВ ГПП

Этот расчет необходим для выбора мощности трансформатора ГПП и выбора сечения воздушных линий, питающих предприятие.

Активную нагрузку на ГПП предприятия определяют как сумму электроприемников группы А (с учетом коэффициента максимума группы В и высоковольтных ЭП, в кВт) :

Р_р.пред. = К_max * ∑Р_см. гр. А + ∑Р_см. гр. Б + Р_р. _вв. _эп

где: К_м – коэффициент максимума, определяемый по [5,C48,Т2.6] в зависимости от средневзвешенного К_и для группы ЭП с переменным графиком нагрузки.

_{Произведем расчет среднесвешанного коэффициента использования:}

_{Ки =0,31}

и эффективного числа ЭП :

n_э =10

Из [5,C48,Т2.6] К_м = 1,6

Активная нагрузка высоковольтных электроприёмников определяется с учетом технологического резервирования и коэффициента загрузки для общезаводских ЭП, в кВт:

Р_р.вв.эп=Р_ном*n_*K_u*K_загр = 630*3*0,66+630*2*0,5*0,8+500*2*0,5*0,8=1912 кВт,

где Р_уст – активная номинальная мощность одного ЭП, в кВт;

n – количество высоковольтных ЭП;

К_и – коэффициент использования, принятый с учетом объектов резервирования, так как при определении расчетных нагрузок резервные ЭП не рассматриваются. Технологические высоковольтные установки работают в продолжительном режиме и на них не предусмотрен холодный резерв, то есть К_и=1;

К_загр – для механизмов общезаводского назначения принимается равным 0,8 – для СД, так как при такой нагрузке возможно использование СД в качестве естественных компенсаторов реактивной мощности.

Если в качестве привода используется АД, а также для высоковольтных ЭП технологического назначения, К_загр=1.

На данном предприятии высоковольтными электроприёмниками являются синхронные электродвигатели, расположенные в цехе № 2 и 3

Рассчитываем активную нагрузку высоковольтных электроприёмников, в кВт:

Р_р.вв.эп = 630*3*0,66+630*2*0,5*0,8+500*2*0,5*0,8=1912 кВт

Активная расчетная нагрузка всего предприятия:

Р_р.пред = 1,6*1795+5134,5+1912 = 9918,5 кВА ,

Реактивная нагрузка предприятия определяют аналогично по формуле, в кВАР:

Q_р.пред = 1,1 * ∑Q_см. гр. А + ∑Q_см. гр. Б ± Q_р. _вв. _{эп ,}

Q_р.пред = 1,1 * 2599,2 + 4462,7 - 917,7 = 6404,12

Реактивная нагрузка для синхронных электродвигателей рассчитывается со знаком « - », если они используются в качестве компенсаторов реактивной мощности на предприятии.

Рассчитываем реактивную нагрузку высоковольтных электроприёмников по формуле, в кВт:

Q_р.вв.эп = Р_р.вв.эп * = 1912 * 0,48 = 917,7 кВт

Полная расчетная ожидаемая нагрузка на шинах 10(6)кВ ГПП, в кВА:

3 Выбор напряжения и схемы

3.1 Выбор напряжения и схемы внутрицеховых сетей

Для внутрицеховых электрических сетей самое распространённое напряжение 380/220 В, основным преимуществом которого является возможность совместного питания силовых и осветительных ЭП.

Наибольшая единичная мощность трёхфазных ЭП, получающих питание от системы 380/220 В, как правило, не должна превышать питание 200-250 кВт, допускающих применение коммутирующей аппаратуры на ток 630 А.

С внедрением напряжения на предприятиях напряжения 10 кВ вместо напряжений 6(3) кВ нагрузки потребителей, их число и единичная мощность значительно увеличились, поэтому ввели напряжение 660В.

Напряжение 660 В в первую очередь целесообразно на тех предприятиях, на которых по ряду причин (условий планировки, технологии, окружающей среды и т.д.) трудно приблизить ТП к ЭП.

Напряжение 660 В целесообразно также на предприятиях с высокой удельной плотностью электрических нагрузок на квадратный метр площади, концентрацией мощностей и с большим числом электродвигателей в диапазоне мощностей 220-600 кВт.

В данном курсовом проекте для внутризаводского электроснабжения применяем напряжение 380/220 В и сети с глухозаземленной нейтралью.

Для выполнения электропроводок внутри цехов применяются изолированные провода и кабели, а также шинопроводы. Их марка выбирается в зависимости от условий прокладки с учётом характеристики помещения. Сечение выбирают по расчетному току и по таблицам ПУЭ.

По расчетному току выбирают уставки защитных аппаратов (автоматические выключатели и предохранители).

3.2 Выбор напряжения и схемы внутризаводских сетей

Для внутризаводского электроснабжения применяют напряжение 6 или 10 кВ, при наличии энергоемких цехов возможно распределение электроэнергии на напряжение 20 и 35 кВ.

Напряжение 10 кВ является наиболее распространенным, т.к. входят в ряд стандартных номинальных напряжений источников и потребителей и для этого напряжения выпускается достаточное количество высоковольтного оборудования и кабелей. Оно является более экономичным по сравнению с напряжением 6 кВ.

На данном предприятии высоковольтные электроприёмники получают питание 10 кВ, поэтому выбираем напряжение внутризаводского электроснабжения 10 кВ.

Выбор схем электрического снабжения связан с выбором напряжения. Для внутризаводских сетей применяют радиальные, магистральные и смешанные. Схемы должны обеспечивать требующую напряженность электрического снабжения, эксплуатационную гибкость, ремонтопригодность, безопасность обслуживания.

При выборе варианта схем наряду с перечисленными техническими требованиями рассматривается их экономичность.

Для питания внутризаводских сетей выбираем смешанную схему электроснабжения. Питание цеховых подстанций осуществляется по отдельным магистралям, которые резервируются по стороне 0,4 кВ.

Для питания высоковольтных двигателей предусмотрена отдельная распределительная подстанция.

Схема внутризаводских сетей рисунок – 2.

В данном курсовом проекте выбираем для внутризаводского электроснабжения 6 кВ, т.к. суммарная номинальная мощность высоковольтных двигателей на предприятии составляет более 50%.

3.3 Выбор напряжения и схемы внешнего электроснабжения

Выбор напряжения для линий, питающих предприятие, производится с учетом мощности и дальности электропередачи.

Для оценки величины рационального напряжения применяется формула «Стилла», в кВ:

где ^l – расстояние от питающей ПС до предприятия, в км;

Р_р^/ – активная максимальная нагрузка предприятия, с учетом потерь в линии и трансформаторах и коэффициента одновременности максимальных нагрузок отдельных цехов, в МВт:

где К_о – коэффициент одновременности всегда  1: 0,92 – 0,95, так как максимум нагрузок цехов никогда не совпадают;

К_n – коэффициент потерь, равен 1,03 (3% потерь) при ориентировочных расчетах, когда неизвестны марки питающих кабелей.

Р_р^/ = 0,94*1,03*9918=9,6 МВт

Рассчитываем рациональное напряжение электроснабжения, в кВ:

U_рац =4,34* = 54,25 кВ

Выбираем ближайшее из задания напряжение электроснабжения: 35 кВ

ГПП предприятия получает питание от районной ПС энергосистемы по двум ВЛ с разных секций шин. В большинстве случаев ГПП является тупиковыми, без транзита мощности по стороне высшего напряжения. В этом случае РУ ВН имеет четыре присоединения и выполняется без системы сборных шин (бесшинной). Схема на стороне ВН выполняется блочной, с упрощенными коммутационными аппаратами и является сравнительно дешевой, экономичной, но достаточно надежной.

Для двухтрансформаторной ГПП применяется схема «два блока линия - трансформатор с отделителями и короткозамыкателями и неавтоматической перемычкой», рисунок 2:

Рисунок 2 – Схема внешнего электроснабжения

В этой схеме высоковольтные выключатели устанавливают только со стороны НН. Из коммутационных аппаратов только высоковольтные выключатели позволяют автоматическое управление и отключение элементов СЭС в аварийных режимах.

Кратковременное отключение силового трансформатора при внутренних повреждениях со стороны высшего напряжения осуществляется высоковольтным выключателем с помощью релейной защиты в районной ПС в режиме АПВ.

Для увеличения чувствительности РЗ короткозамыкатель создаёт в одной или двух фазах КЗ на землю.

В бестоковую паузу отделитель автоматически отключает линию.

4 Выбор трансформаторов

4.1 Выбор числа и мощности трансформаторов ЦТП

В соответствии с требованиями по обеспечению надежности ЭСН ЭП I категории должно быть два иcточника питания, для II категории рекомендуется два, но разрешается один. ЭП III категории могут получать питание от одного источника питания. ЦТП для ЭП I и II категорий выполняются двух трансформаторными, одно трансформаторные ЦТП устанавливаются для потребителей III категории и для небольшой мощности II категории.

Для сокращения номенклатуры складского резерва, мощность трансформаторов следует выбирать из стандартного ряда мощностей, так чтобы на одном предприятии было не более одной - двух мощностей.

Стандартный ряд мощностей, в кВА: 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500.

ЦТП размещают внутри цехов равномерно, с максимальным приближением к потребителю (не менее 200м). ЦТП по конструктивному исполнению делятся на: встроенные, пристроенные, внутрицеховые и отдельно стоящие.

Выбор мощности трансформаторов осуществляется по расчетным среднесменным нагрузкам : P_см и Q_см

Для трансформаторов общего назначения масляных и сухих по ПУЭ допустимы длительные систематические перегрузки в нормальном режиме и длительные перегрузки в послеаварийном режиме.

Полная расчетная среднесменная мощность рассчитывается по формуле, в кВА:

=

где S_см - средняя нагрузка цеха за наиболее загруженную смену, кВА;

N - число трансформаторов;

K_загр - коэффициент загрузки трансформатора

В среднем для расчета мощности трансформаторов для двух трансформаторной подстанции К_загр=0,7. Это удовлетворяет условиям ПУЭ по перегрузки для масляных трансформаторов.

Для примера рассчитаем мощность трансформатора цеха №7 (Автоматного цеха).

Активная мощность, потребляемая цехом, в кВт:

Р_{см.цеха} = Р_{см..гр.А} + Р_см.гр.Б

Рассчитываем: Р_{см.цеха} = 300 + 261 = 561кВт

Реактивная мощность, потребляемая цехом, в кВАР:

Q_{см.цеха} = Q_см.гр.А + Q _{см гр.Б}

Рассчитываем: Q_{см.цеха} = 348 + 306 = 654 кВАР

Полная мощность, потребляемая цехом, в кВА:

S_{см.цеха} =

Рассчитываем: S_{см.цеха} = кВА

Определяем мощность трансформатора по (4.1):

Согласно ПУЭ:

Для электроприемников I категории К_загр от 0,6 до 0,7;

Для электроприемников II категории К_загр от 0,7 до 0,85.

Для однотрансформаторных ПС К_загр от 0,85 до 0,9

Рассчитанный коэффициент загрузки меньше допустимого, что дает возможность в дальнейшем для увеличения нагрузки в результате расширения сетей 0,4 кВ или замены электрооборудования на более мощное.

Результаты расчетов заносим в таблицу 3.

Таблица 3

Наименование цеха,

отдела, участка

Р_см

_кВт

Q_cм

квар

S_cм

кВА

Категория

надёжности

ЭСН

Количество тр-ов

Мощность трансформатора, в кВА

К_загр

1-го трансформатора

К_загр

2-х

трансформаторов

1. Станция предварительной очистки воды

266

199,5

333

2

2

400

0,64

1,28

2. Компрессорная

48

36

60

2

3. Котельная

90

79,2

118

2

4. Бытовой корпус

12

14

18

3

5. Цех складного хозяйства

61,5

61,5

87

3

6. Калибровочный цех

288,8

375

473

3

2

400

0,72

1,44

7. Автоматный цех

561

654

862

2

4

400

0,64

1,28

8. Столовая

135

101

169

3

9. Цех болтов

231,5

369,5

436

3

2

400

0,55

1,1

10. Центральная заводская лаборатория

129

169

213

3

1

400

0,53

-

11. Участок наладки узлов

126

164

207

3

1

400

0,52

-

12. Инструментальный цех

208,7

336,6

396

3

2

400

0,5

1

13. Термический цех

693

332

608

2

2

400

0,76

1,52

14. Гальванический цех

2325

2046

3097

2

4

400

0,77

1,54

15. Заводоуправления

72

91

116

2

1

400

0,29

16. Цех мелкого крепления

297

422

516

3

2

400

0,64

1,28

17. Цех водородного снабжения

476

357

595

3

2

400

0,7

1,4

18. Цех пружин, прессовый участок

228

345

413

2

2

400

0,52

1,04

19. 19. Ремонтно-механический цех

36

27,6

45

3

20. Станция очистки вод

266

199,5

332,5

3

1

400

0,8

-

21. Цех гаек

145

234

275

3

1

400

0,8

-

22. Цех листовой штамповки

190

365

411

2

2

400

0,8

1,2

23. Сборочный цех

44

84

95

3

4.2 Выбор трансформаторов ГПП

Трансформаторы ГПП являются важнейшим звеном систем ЭСН, так как рассматриваются в качестве основных источников питания потребителей всего предприятия.

Для выбора трансформаторов необходимо знать уровни напряжения внешнего ЭСН и внутризаводских сетей.

Рассчитаем мощность трансформатора ГПП:

Из таблицы литературы [5, C.214 - 219] выбираем трансформатор напряжением 35 кВ типа ТД – 10000/35, мощностью 10000 кВА, U_ВН= 35 кВ, U_НН=10кВ, U_КЗ=7,5%

Произведем расчет компенсации реактивной мощности.

Для поддержания нормальной работы генераторов электрических станции в СЭС должно поддерживаться потребление определенного количества реактивной мощности, которое рассчитывается по формуле, в кВАР:

Q_{эн.сист} = Р_р.пред · tgφ_{эн.сист} (4.5)

где tg_{эн.сист} при проектировании принимается равным 0,4 кВАр/кВт

Q_{эн.сист} = =3967,4 кВар

Если Q_{р предпр} ≤ Q _{эн.сист,} то искусственной компенсации не требуется.

Если Q_{р предпр} ≥ Q _{эн.сист,}

Q_треб = 6404,12-3967,4=2436,7, кВА

то из таблицы литературы [5,С.399, Т.2.192] выбираем в качестве компенсаторов конденсаторную установку типа

5. Расчёт токов короткого замыкания

КЗ является наиболее тяжелым видом повреждения сетей электроснабжения. Причинами их возникновения могут быть повреждение изоляции, неисправность электрооборудования, попадание посторонних предметов на токоведущие части и на выводы силовых трансформаторов, ошибки оперативного персонала.

Возникают следующие виды КЗ:

• трехфазное междуфазное;

• трехфазное на землю;

• однофазное на землю.

Расчет токов КЗ выполняется для проверки токоведущих частей и аппаратов на термическую и электродинамическую стойкости при сквозных КЗ и для выбора уставок РЗ и А.

В первом случае расчетные условия выбирают такие, при которых токи КЗ будут максимальны. Для выбора уставок РЗ и А рассчитывают минимальные значения токов КЗ.

Т.к внутризаводские сети выполняют с изолированной нейтралью, то необходимо вести расчет 3-фазного тока КЗ, как для наиболее тяжелого режима КЗ.

Ток короткого замыкания рассчитывают для тех точек сети, при коротких замыканиях в которых аппараты и токоведущие части будут находиться в наиболее тяжелых условиях.

В каждый момент переходного процесса I_КЗ равен сумме двух составляющих: периодической и апериодической (свободной).

I_к = i_п + i_а (5.1)

Периодическая составляющая i_п протекает от действия ЭДС ИП и изменяется с той же частотой и зависит от сопротивления цепи КЗ.

Она соответствует току нового установившегося режима по окончанию переходного процесса.

Упрощенные методы расчетов I_КЗ не учитывают апериодическую составляющую, если ИП удален от места КЗ и представляет собой источник «неограниченной мощности». Например, таким источником является энергосистема для тупиковых ГПП предприятия.

Если ИП служит собственная ТЭЦ апериодическую составляющую учитывают и для определения токов КЗ используют метод расчетных кривых, так как аналитические методы расчета применять затруднительно.

Без учета апериодической составляющей действующее значение I_КЗ равен действующему значению периодической составляющей, в А:

(5.2)

По периодической составляющей трехфазного КЗ проверяются на термическую стойкость токоведущие части аппаратов. Для проверки их на электродинамическую определяют ударный ток.

Ударный ток – это наибольший из всех мгновенных значений токов короткого замыкания, в А:

(5.3)

где K_уд - ударный коэффициент, который приводятся в таблицах литературы [5,С 127] в зависимости от места КЗ.

Для вычисления токов короткого замыкания составляют расчетную схему, на которую наносят все данные, необходимые для расчета, и точки в которых следует определить токи КЗ.

По расчетной схеме составляют схему замещения, в которой все элементы представляют виде сопротивлений, выраженных в относительных единицах или в Омах.

При расчете токов короткого замыкания вводят ряд допущений:

• Если источником питания является энергосистема, а не собственная ТЭЦ, то напряжение энергосистемы (Е) принимают равной единице и апериодическая составляющая тока короткого замыкания равна нулю.

• Если индуктивное сопротивление линии в 3 раза превышает активное, то активное сопротивление не учитывают.

• Подпитку места КЗ от синхронных двигателей в режиме перевозбуждения можно не учитывать, если они отделены ступенью трансформации.

Составляем расчетную схему и схему замещения.

Расчетная схема Схема замещения

S_К= 570 МВА

Е^*=1

С

Xo= 0,4 Oм/км

L= 4 км

Х^*_С= 0,17

WL

X^*_L =0,12

К1

Sтр =10 МВА

К1

Х^*_Т = 0,75

U_КЗ%= 7,5 %

Т

К2

К2

Рисунок 3 – Схемы к расчёту токов КЗ

Производим расчет в относительных единицах. Задаемся значением базисной мощности: S_баз = 100 МВА , U_баз.ВН = 36,5 кВ, U_баз.НН =10,5 кВ

Рассчитаем параметры схемы:

1) Индуктивное сопротивление системы в относительных единицах:

2) Индуктивное сопротивление воздушной линии в относительных единицах:

3) Индуктивное сопротивление силового трансформатора в относительных единицах:

Рассчитываем ток КЗ в точке К1:

Определяем базисный ток, в кА:

Ток короткого замыкания в точке К1 равен, кА:

Ударный ток по (5.3) при К_уд = 1,8 [5,С 127] равен:

Рассчитываем ток КЗ в точке К2:

Определяем базисный ток, в кА:

Ток короткого замыкания в точке К2 равен, кА по (5.10)::

Ударный ток по (5.3) при К_уд =1,92 [5,С 127] равен:

6. Расчёт линий электропередачи

6.1 Расчет кабельных линий 10(6) кВ

При проектировании внутризаводских сетей расчет линий сводится к выбору марки и сечения кабеля.

Марку кабеля выбирают по рекомендациям литературы [1,С. 31, Т. 3.1]

Для прокладки кабеля в земле со средней коррозийной активностью, без блуждающих токов, с отсутствием колебаний и растягивающих усилий в грунте выбираем марку кабеля: ААШпУ

Выбираем наибольшее сечение кабеля для цеха № 1 «Станция предварительной очистки воды» по следующим четырем условиям:

1) По длительно-допустимому нагреву максимальным расчётным током:

Рассчитываем активную максимальную расчетную нагрузку цеха, в кВт:

Р _р.цеха = Р _р.гр.А + Рр _гр.В (6.1)

Р _р.цеха = 255 + 29 = 284 кВт.

Рассчитываем реактивную максимальную расчетную нагрузку цеха, в кВАР:

Q_р.цеха = Q_р.гр.А + Q_р.грВ (6.2)

Q_р.цеха = 331,5 + 38 = 369,5 кВар

Рассчитываем полную максимальную расчетную нагрузку цеха, в кВА:

S_р.цеха =

Производим расчет тока, в А:

S_р.цеха = = кВА

По таблицам ПУЭ соответственно марки, напряжения и из условия, что I_дл.доп. I_р._max находим сечение кабеля: S = при I _{дл.доп .}=60 A

2) По экономической плотности тока, в мм²:

где I_р.нор – ток в линии при нормальном режиме, в А (в нашем случае: I_р.нор = I_р.max/2 I_р.нор = 24,35 А

γ_{ЭК -} экономическая плотность тока, в А/мм², определяется по справочным таблицам в зависимости от типа проводника и числа часов использования максимальной активной нагрузки в год (Тм) [2]

Тм приводится в литературе [5,C.80]

При Т_м = 2500 час/год γ_ЭК = 1,6 А/ мм²

3) Проверяем сечение кабельной линии по условию допустимой потери напряжения:

Допустимые потери в линии согласно ПУЭ не должны превышать (ΔU_доп ) 5% , т.е. должно выполняться условие ΔU_доп ≥ ΔU_расч.

Расчетное значение потери напряжения в линии определяем по формуле, в В:

где Р _р.цеха – активная максимальная расчетная нагрузка, в кВ;

Q_р.цеха - реактивная максимальная расчетная нагрузка, в кВАР;

U_{ср ном} – среднее номинальное напряжение в линии, в кВ;

R = r_o · L – активное сопротивление в линии, в Ом

X = x_o · L – индуктивное сопротивление в линии, в Ом

L -длина лини (расстояние от ГПП до ЦТП), в км (определяется по генеральному плану предприятия)

r₀ и х_{0 -} - удельные активные и реактивные сопротивления кабелей из литературы [7, С. 175, Т. 2.65]

Из таблиц находим: r₀ = 1,95 _Ом/км, х₀ = 0,113 _Ом/км.

По генплану измеряем в масштабе длину кабеля с учетом 10 метров для прокладки в ПС, 85 на «змейку» и 2% на линейное расширение.

В результате получили L =0,12 км.

Сопротивления линии:

R = r_{0 *} L = 1,95 _* 0,12 = 0,2

X = х_{0 *} L = 0,113 _* 0,12 = 0,01

Потеря напряжения в линии, в В:

Потеря напряжения в линии в %:

Оставляем сечение 16 мм²

4) Проверяем сечение кабеля на термическую стойкость при коротком замыкании в мм²:

F_терм ≥ , (6.7)

где B_к – тепловой импульс, А²·с

(6.8)

где - действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ в начале и конце линии (точка К2), в А;

t_привед - приведенное или расчетное время КЗ складывается из времени релейной защиты и собственного времени отключения, в с:

t_привед = t_РЗ + t_ОВ (6.9)

t_РЗ - обычно берется в пределе от 1,2 до 2,5 с

t_привед = 2 + 0,05= 2,05 c

С_Т – термический коэффициент, учитывающий разницы нагрева в

нормальных условиях и в условиях КЗ, с учетом допустимой температуры и

материала проводника, выбираем из литературы [3, С.190], С_Т = 92 Ас²/мм²

Увеличиваем сечение до 120

6.2 Расчёт линий питающих предприятие

Воздушные линии 35 и 110 кВ выполняются неизолированным проводом марки А, АС или самонесущими изолированными воздушными проводами (СИП).

Выбираем провод марки АС.

Производим выбор сечения провода по четырем условиям:

1) По длительно-допустимому нагреву максимальным расчётным током:

Производим расчет тока, в А:

По таблицам ПУЭ из условия, что I_дл.доп.  I_р._max находим сечение провода: S = 50 мм² при I _{дл.доп .}= 210 A

2) По экономической плотности тока, в мм²:

где I_р.нор – ток в линии при нормальном режиме, в А

в нашем случае: I_р.нор = I_р.max/2 I_р.нор = 97,5 А

γ_{ЭК -} экономическая плотность тока, в А/мм², определяется по справочным таблицам в зависимости от типа проводника и числа часов использования максимальной активной нагрузки в год (Тм) [2]

Тм приводится в литературе [5,C.80]

При Тм = 4500 час/год γ_ЭК = 2,1 А/ мм²

Рассчитываем сечение:

Оставляем сечение 50 мм²

3) Проверяем сечение кабельной линии по условию допустимой потери напряжения:

Допустимые потери в линии согласно ПУЭ не должны превышать (ΔU_доп) 5% , т.е. должно выполняться условие ΔU_доп ≥ ΔU_расч.

Расчетное значение потери напряжения в линии определяем по формуле, в В:

Расчетное значение потери напряжения в линии определяем по формуле, в В:

где Р _р.цеха – активная максимальная расчетная нагрузка, в кВ;

Q_р.цеха - реактивная максимальная расчетная нагрузка, в кВАР;

U_{ср ном} – среднее номинальное напряжение в линии, в кВ;

R = r_o · L – активное сопротивление в линии, в Ом

X = x_o · L – индуктивное сопротивление в линии, в Ом

L -длина лини (расстояние от ГПП до районной ПС), в км (указана в задании), L = 4 км

r₀ и х_{0 -} - удельные активные и реактивные сопротивления провода марки АС из литературы [7, С. 40, Т. 2.65]

Из таблиц находим: r₀ = 0,65 _Ом/км, х₀ = 0,4 _Ом/км.

Рассчитаем активные и реактивные сопротивления лини:

R = r_o · L=0,65 * 4 = 2,6

X = x_o · L=0,4 * 4 = 1,6

Потеря напряжения в линии в В:

Потеря напряжения в линии в %:

Оставляем сечение 50 мм², т.к ΔU_расч < 5%.

4) Допустимые потери на «корону», проверяются только для ВЛ 110кВ и выше, но практикой эксплуатации установлено и техническим расчетами подтверждено, что потери на корону не превышают допустимых значений, если сечение проводов не более 70 мм².

В нашем случае напряжение воздушной линии 35 кВ и расчет потерь на «корону» не производим.

6.3 Расчет сборных шин ГПП

Сборные шины распределительных устройств выбирают в зависимости от конструктивного исполнения, способа присоединения коммутационных аппаратов, ячеек КСО или КРУ и т.д.

В основном сборные шины выполняются из алюминиевых сплавов прямоугольного сечения, одно или многополюсными, или коробчатого сечения.

Выбираем материал шин – алюминий.

Расчет сборных шин РУ 10 кВ производим в следующем порядке:

1) Выбираем сечение шины из условий длительно допустимого нагрева максимально расчетным током.

Рассчитываем максимальный ток, в А:

(6.13)

Из условия: Iдл.доп ≥ Iрmax из ПУЭ выбираем шины прямоугольного сечения:

S= 80 х 6 мм², Iдл.доп = 1150 А

2) Проверяем сечение шин на термическую стойкость при сквозных коротких замыканиях, в мм²:

Рассчитываем тепловой импульс при токах КЗ, в кА²·с

В_к =·t_прив , (6.15)

где - ток трехфазного КЗ в точке К1, в кА;

tприв – расчетное время термической стойкости, в с, которое больше расчетного времени кабельной линии на 0,5 с ( на ступень выше по сравнению с расчетом кабельной линии по условию селективности), т.е.

С_т – термический коэффициент, учитывающий разницу нагрева в условиях нормального режима и в условиях КЗ с учетом допустимой температуры и материала проводника, выбираем из литературы [3, С.190], С_Т = 95 Ас²/мм²

Рассчитываем: t_привед =

Оставляем сечение 480 мм²

4) Для проверки электродинамической стойкости жестких шин выполним механический расчет [5].

Установлено, что механический резонанс не возникает, если частота собственных колебаний шинных конструкций меньше 30 Гц или больше 200 Гц.

Для алюминиевых шин частота собственных колебаний, в Гц

(6.17)

где L- расстояние между изоляторами (длина пролета), м;

J - момент инерции поперечного сечения шины относительно оси перпендикулярно направлению изгибающей силы, см⁴;

q - площадь поперечного сечения шины, см².

Определим расчетную длину пролета L, т.е. расстояние между точками крепления вдоль шины.

Если принять f_о ≥ 200 Гц, то

(6.18)

Расположим шины на изоляторах на ребро.

Момент инерции [5, C], в см⁴

где h – ширина шины, в см;

b – толщина шины, в см.

Площадь поперечного сечения шины, в см²:

q = h · b (6.20)

q= 8·0,6 = 4,8см²

Рассчитываем момент инерции:

Проверяем шину на электродинамическую стойкость как статическую систему с нагрузкой равной наибольшей электродинамической силе.

Наибольшее удельное усилие, в Н/м

где I_уд – ударный ток при КЗ на шинах в точке К2, в А;

а – расстояние между осями крепления , в м;

а = 130 + h (6.22)

130 – минимально допустимое расстояние в свету между токоведущими частями для РУ 10 кВ по ПУЭ, в мм.

а = 130 + 80 = 210 мм =0,21 м

Рассчитываем наибольшее удельное усилие

Изгибающий момент, создаваемый распределенной силой в пределах одного пролета, в Н·м:

(6.23)

где L – длина пролета, м.

Расчетное напряжение в материале шины, в МПа:

где W – момент сопротивления поперечного сечения оси, перпендикулярной направлению изгиба, в см³.

Момент сопротивления шины, расположенной на ребро, в см³:

(6.24)

Рассчитываем момент сопротивления шины

и напряжение в материале шины:

Шины считаются прочными, если расчетное напряжение меньше допустимого:

σ_доп ≥ σ_расч (6.25)

Допустимые напряжения в литературе [5].

Выбираем марку материала шины: АДО с допустимым напряжением 40 МПа и модулем упругости 7 * .

7. Выбор высоковольтного оборудования

7.1 Выбор высоковольтного выключателя со стороны 6(10) кВ

Высоковольтные выключатели устанавливаются на всех присоединениях систем электроснабжения для автоматического отключения цепей в аварийном режиме и для коммутации токов нагрузки.

Выключатель - это единственный аппарат, позволяющий автоматическое управление, т.е. действие по сигналу релейной защиты или противоаварийной автоматики.

Для отключение токов короткого замыкания в выключателях устанавливают специальные дугогасительные камеры.

Типы выключателей и их конструкция определяются способом гашений дуги.

В распределительном устройстве 10(6) кВ выбираем камеры КСО с высоковольтными выключателями типа ВВУ-СЭЩ 10-20/1600

Из условия:

U_ном ≥ U _уст , (7.1)

где U_ном – номинальное напряжение высоковольтного выключателя, в кВ.

Из паспортных данных выключателя: U_ном =10 кВ

U _уст - номинальное напряжение распределительного устройства, в кВ

ИЗ главы 3.1 U _уст = 6 кВ

Условие (7.1) выполняется.

Произведём расчет и выбор выключателя для вводного фидера ПС.

1) Максимальный расчетный ток по формуле (6.13) , в А:

Номинальный ток выключателя: I_ном = 1600 А,

что соответствует условию, в А: I_ном.  I_р.мах (7.2)

2) Проверяем по отключающей способности, в кА:

I_{ном.откл.}  I_n,⁽³⁾, (7.3)

где I_n,⁽³⁾ – ток КЗ в точке К2, в кА

1600 ≥ 8,2

Условие (7.3) выполняется.

3) Проверяем на термическую стойкость при сквозных токах КЗ, в кА²с: _.

В_к ≥ В_к.расч. (7.4)

_.В_к = I_T² · t_т , (7.5)

где I_т - предельный ток термической стойкости, в кА;

Из паспортных данных выключателя: I_т = 20 кА

t_т- время протекания тока термической стойкости , в с

Из паспортных данных выключателя: t_т = 3 c

_.В_к =

В_к.расч = I_n,⁽³⁾² ∙ t_расч , (7.6)

где I_n,⁽³⁾ – ток КЗ в точке К2, в кА

t_расч = t_р.з.+ t_ов – расчетное время КЗ, в с

t_р.з.= (от 0,12 до 2,5) – время срабатывания релейной защиты, в с

t_ов- собственное время отключения выключателя с приводом, в с

По условию селективности:

t_расч = 2,5+0,05 = 2,55 с

В_к.расч = (8,2)² · 2,55 = 171,4 кА²с

Условие (7.6) выполняется.

4) Проверяем на электродинамическую стойкость, в кА.

i_c ≥ I_уд (7.7)

где I_с - амплитудное значение предельного сквозного тока (ток электродинамической стойкости), в кА;

Из паспортных данных выключателя: i_с = 52 кА

I_уд - ударный ток в точке К2, в кА.

52 ≥ 20,6 Условие (7.7) выполняется.

Выбранный выключатель типа: ВВУ-СЭЩ-10-20/1600

7.2 Выбор разъединителя со стороны 35(110) кВ

Разъединители - это аппараты, предназначенные для создания видимых разрывов в цепях при ремонтных работах. Они не предназначены для отключения токов нагрузки и токов КЗ, т.к. не имеют дугогасительных устройств.

Из условия:

U_ном ≥ U _уст , (7.8)

где U_ном – номинальное напряжение разъединителя, в кВ. Из паспортных данных разъединителя: U_ном = 35 кВ. U _уст - номинальное напряжение распределительного устройства, в кВ

Из главы 3.2 U _уст = 35 кВ Условие (7.8) выполняется.

Выбираем разъединитель на стороне (35) 110 кВ типа:

1) Максимальный расчетный ток по формуле (6.10) , в А:

Номинальный ток разъединителя из паспортных данных: I_ном =1000 А, что соответствует условию, в А: I_ном.  I_р.мах (7.7)

2) Проверяем на термическую стойкость при сквозных токах КЗ, в кА²с:

В_к ≥ В_к.расч. (7.8)

В_к = I_T² · t_т , (7.9)

где I_т - предельный ток термической стойкости, в кА;

Из паспортных данных разъединителя: I_т = 20 кА

t_т- время протекания тока термической стойкости , в с

Из паспортных данных разъединителя: t_т = 3 c

_.В_к = 20² · 3 = 1200 кА²с

В_к.расч = I_n,⁽³⁾² ∙ t_расч , (7.10)

где I_n,⁽³⁾ – ток КЗ в точке К2, в кА

t_расч = t_р.з.+ t_ов – расчетное время КЗ, в с

t_р.з.= (от 0,12 до 2,5) – время срабатывания релейной защиты, в с

t_ов - собственное время отключения выключателя с приводом, в с

По условию селективности:

t_расч = 2,5+0,5 +0,05 = 3,05 с

В_к.расч =

Условие (7.10) выполняется.

4) Проверяем на электродинамическую стойкость, в кА.

i_c ≥ I_уд (7.11)

где I_с - амплитудное значение предельного сквозного тока (ток электродинамической стойкости), в кА;

Из паспортных данных разъединителя: i_с = 50 кА

I_уд - ударный ток в точке К1, в кА.

50 ≥ 12,8

Условие (7.11) выполняется.

Выбранный разъединитель типа: РГП СЭЩ-35/1000-УХЛ 1 с приводом.

7.3 Выбор короткозамыкателя

Короткозамыкатели предназначены для создания искусственного КЗ.

Из условия:

U_ном ≥ U _уст , (7.12)

где U_ном – номинальное напряжение высоковольтного выключателя, в кВ.

Из паспортных данных выключателя: U_ном = 35 кВ

U _уст - номинальное напряжение распределительного устройства, в кВ

ИЗ главы 3.2 U _уст = 35 кВ

Условие (7.12) выполняется.

Выбираем короткозамыкатель (устанавливают на стороне (35) 110 кВ) типа:

1) Максимальный расчетный ток по формуле (6.10) , в А:

2) Проверяем на термическую стойкость при сквозных токах КЗ, в кА²с: _.В_к ≥ В_к.расч. (7.14)

В_к = I_T² · t_т , (7.15)

где I_т - предельный ток термической стойкости, в кА;

Из паспортных данных разъединителя: I_т = 12,5кА

t_т- время протекания тока термической стойкости , в с

Из паспортных данных короткозамыкателя: t_т = 4 c

В_к = (12,5)² · 4 = 625 кА²с

В_к.расч = I_n,⁽³⁾² ∙ t_расч , (7.16)

где I_n,⁽³⁾ – ток КЗ в точке К2, в кА

t_расч = t_р.з.+ t_ов – расчетное время КЗ, в с

t_р.з.= (от 0,12 до 2,5) – время срабатывания релейной защиты, в с

t_ов- собственное время отключения выключателя с приводом, в с

По условию селективности:

t_расч = (2,5+0,5 +0,05) = 3,05 с

В_к.расч =

Условие (7.16) выполняется.

4) Проверяем на электродинамическую стойкость, в кА.

i_c ≥ I_уд (7.17)

где I_с - амплитудное значение предельного сквозного тока (ток электродинамической стойкости), в кА;

Из паспортных данных короткозамыкателя: i_с = 42 кА

I_уд - ударный ток в точке К1, в кА.

42 ≥ 20,6

Условие (7.17) выполняется.

Выбранный короткозамыкатель типа: КРН-35 У1

7.4 Выбор отделителя

Отделители отличаются от разъединителей способом управления. Разъединители позволяют дистанционное и ручное (по месту) включение и отключение. Отделители отключаются автоматически после прекращения искусственного КЗ, созданного короткозамыкателем с помощью реле РБО, а включается дистанционно или в ручную.

По конструкции и по коммутационной способности отделители практически не отличаются от разъединителей и выбираются по тем же условиям.

Из условия:

U_ном ≥ U _уст , (7.18)

где U_ном – номинальное напряжение , в кВ.

Из паспортных данных отделителя: U_ном = 35 кВ

U _уст - номинальное напряжение распределительного устройства, в кВ

Из главы 3.2 U _уст = 35кВ

Условие (7.18) выполняется.

Выбираем отделитель на стороне (35) 110 кВ типа:

1) Максимальный расчетный ток по формуле (6.10) , в А:

Номинальный ток отделителя из паспортных данных: I_ном = 630 А,

что соответствует условию, в А: I_ном.  I_р.мах (7.19)

2) Проверяем на термическую стойкость при сквозных токах КЗ, в кА²с:

В_к ≥ В_к.расч. (7.20)

В_к = I_T² · t_т , (7.21)

где I_т - предельный ток термической стойкости, в кА;

Из паспортных данных отделителя: I_т =12,5 кА; t_т- время протекания тока термической стойкости , в с. Из паспортных данных отделителя: t_т = 4 c

В_к = (12,5)² · 4 = 625 кА²с

В_к.расч = I_n,⁽³⁾² ∙ t_расч , (7.22)

где I_n,⁽³⁾ – ток КЗ в точке К1, в кА

t_расч = t_р.з.+ t_ов – расчетное время КЗ, в с

t_р.з.= (от 0,12 до 2,5) – время срабатывания релейной защиты, в с

t_ов- собственное время отключения выключателя с приводом, в с

По условию селективности:

t_расч = (2,5+0,5 +0,05) = 3,05 с

В_к.расч =

Условие (7.3) выполняется.

4) Проверяем на электродинамическую стойкость, в кА.

i_c ≥ I_уд (7.23)

где I_с - амплитудное значение предельного сквозного тока (ток электродинамической стойкости), в кА;

Из паспортных данных разъединителя: i_с = 80 кА

I_уд - ударный ток в точке К1.

80 ≥ 12,8

Условие (7.23) выполняется.

Выбранный отделитель типа: ОДЗ-35.630 У1

7.5 Выбор измерительных трансформаторов

Трансформаторы тока и напряжения предназначены для питания катушек измерительных приборов и реле, а так же для снижения тока и напряжения до безопасных и удобных для эксплуатации величин.

7.5.1 Выбор трансформатора тока

Трансформаторы тока на стороне 35 (110) кВ встраивают в вывода высоковольтных выключателей или силовых трансформаторов и устанавливают на отдельных фундаментах, на стороне 10 (6) кВ в ячейках КРУ или КСО.

Трансформаторы тока всегда должны работать при короткозамкнутых вторичных обмотках.

Вторичное напряжение трансформаторов тока в большинстве случаях 5 В.

Из условия:

U_{ном ВН} ≥ U _уст , (7.24)

где U_номВН – номинальное напряжение на первичной обмотке трансформатора тока, в кВ.

Из паспортных данных трансформатора тока: U_{ном ВН} = 6 кВ

U _уст - номинальное напряжение распределительного устройства, в кВ

Из главы 3.1 U _уст = 6 кВ. Условие (7.24) выполняется.

Выбираем трансформатор тока на стороне (6) 10 кВ типа:

Произведём расчет и выбор выключателя для вводного фидера ПС.

1) Максимальный расчетный ток по формуле (6.13) , в А:

Номинальный ток трансформатора тока: I_ном = 1500 А, что соответствует условию, в А:

I_ном.  I_р.мах (7.25)

2) Проверяем на термическую стойкость при сквозных токах КЗ, в кА²с:

В_к ≥ В_к.расч. (7.26)

_.В_к = I_T² · t_т или В_к = (I_{ном ∙} К_т⁾² · t_т , (7.27)

где I_т - предельный ток термической стойкости, в кА

Из паспортных данных трансформатора тока: I_т = 31,5 кА

t_т- время протекания тока термической стойкости , в с

Из паспортных данных трансформатора тока: t_т = 3 c

В_к = (31,5)² · 3 = 2977 кА²с

В_к.расч = I_n,⁽³⁾² ∙ t_расч , (7.28)

где I_n,⁽³⁾ – ток КЗ в точке К2, в кА

t_расч = t_р.з.+ t_ов – расчетное время КЗ, в с

t_р.з.= (от 0,12 до 2,5) – время срабатывания релейной защиты, в с

t_ов- собственное время отключения выключателя с приводом, в с

По условию селективности:

t_расч = (2+0,5) + 0,05 = 2,55 с

В_к.расч = (8,2)² · 2,55 = 171,4 кА²с

Условие (7.28) выполняется.

3) Проверяем на электродинамическую стойкость, в кА.

i_c ≥ I_уд или i_ном ∙ К_т ≥ I_уд (7.29)

где I_с - амплитудное значение предельного сквозного тока (ток электродинамической стойкости), в кА;

Из паспортных данных выключателя: i_с = 81 кА

I_уд - ударный ток в точке К2, в кА.

81 ≥ 20,6

Условие (7.29) выполняется.

4) По вторичной нагрузке трансформатора, в Ом (можно не проверять):

Z₂ < Z_{2 ном.} ,

Выбранный трансформатор типа: ЗНОЛ.06

7.5.2 Выбор трансформатора напряжения

Различаются трансформаторы напряжения на однофазные и трёхфазные.

Трансформаторы напряжения всегда должны работать в режиме холостого хода, т.е. при большом сопротивлении на вторичной обмотке.

Вторичное напряжение трансформаторов напряжения, применяемых на ПС 100 В.

Из условия:

U_{ном ВН} ≥ U _уст , (7.30)

где U_{ном ВН} – номинальное напряжение на первичной обмотке трансформатора напряжения, в кВ.

Из паспортных данных трансформатора напряжения: U_{ном ВН} = 6 кВ

U _уст - номинальное напряжение распределительного устройства, в кВ

Из главы 3.1 U _уст = 6 кВ

Условие (7.30) выполняется.

Выбираем трансформатор напряжения на стороне 6кВ типа: НОЛП

7.6 Выбор ограничителей перенапряжения

Изоляция электрооборудования и сетей в процессе эксплуатации под для защиты вакуумного выключателя от перенапряжений ввергается воздействию перенапряжения.

Перенапряжения бывают внешними и внутренними.

Внешние связаны с действием атмосферного электричества, т.е. появляются при прямых ударах молнии на территории подстанции или вносятся на территорию подстанции по воздушным линиям и возникают при вторичных проявлениях молнии. Защита от прямых ударов молний осуществляется с помощью стержневых молниеотводов.

Защита от вторичных проявлений молний осуществляется путем заземления металлических конструкций с использованием выравнивающей сетки и присоединение к сетям заземления подземных металлических инженерных коммуникаций.

Защиту изоляции трансформатора от перенапряжений выполняют с помощью вентильных разрядников и ОПН, устанавливаемых со стороны ВЛ. Их выбирают по напряжению установки.

Выбираем ограничитель перенапряжения на 35 (110) кВ типа:

ОПН – Т / TEL 6/7,6

Выбираем ограничитель перенапряжения на 10 (6)кВ типа:

ОПН – Т / TEL 35/3,5

8. Расчёт стоимости электроэнергии

Промышленные предприятия составляют с энергоснабжающей компанией договор потреблению электроэнергии. В нем указывается допустимая присоединенная мощность, с которой предприятие участвует в потреблении электроэнергии в часы максимума энергосистемы - это активная мощность в кВт.

Под тарифом понимается система отпускных цен на электроэнергию дифференцированных для различных групп потребителей.

В настоящее время тарифы, предусмотренные прейскурантом цен на электроэнергию N09-01, и корректируется с учетом инфляционных коэффициентов.

Согласно этому прейскуранту применяется 2 системы тарифов: одноставочный и двухставочный.

Предприятие с установленной мощностью более 750 кВА рассчитываются за электроэнергию по двуставочному тарифу.

Произведем расчет электроэнергии по двухставочному тарифу:

Стоимость электроэнергии, в рублях рассчитывается:

С_э = А*Р_р + В*W_а (8.1)

А∙Р_р – основная ставка тарифа,

где А – стоимость электроэнергии в руб. за 1 кВт присоединенной договорной максимальной тридцатиминутной мощности предприятия, участвующей в максимуме нагрузки.

Р_р – договорная мощность, в кВт (в КП Р_р = Р_{р.НН.ЭП +} Р_р.ВВ.ЭП)

В∙W_а - дополнительная ставка тарифа,

где В – стоимость за 1 кВт∙час израсходованной электроэнергии учтенную счетчиками

W_а – годовой расход электроэнергии (в КП W_а=Р_р∙Т_м) , в кВт∙час

W_а = 9918,5 * 4500 = 44633250 кВт∙час

С_э = 40 * Р_р.пред + 2 * W_а = 40 * 9918,5 + 2 * 44633250 = 89663240 руб.год

Заключение

В данном курсовом проекте было спроектировано электроснабжение завода «Автонормаль» спроектированы и выбраны сети внешнего, внутризаводского и внутрицехового электроснабжении.

Рассчитаны нагрузки, выбраны трансформаторы ГПП, напряжения и схемы внутризаводских, внутрицеховых сетей и сетей внешнего электроснабжения, рассчитаны токи к.з, рассчитаны линии электропередач и линий, питающих предприятие, рассчитаны сборные шины ГПП, выбрано высоковольтное оборудование: высоковольтные выключатели, разъединители, короткозамыкатели, отделители.

Все рассчитанные параметры системы электроснабжения удовлетворяют всем требованиям, поэтому система может считаться пригодной для практического применения на производстве с высокой гибкостью, экономичностью и надежностью работы.

Список используемых источников

1. Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. “Электроснабжение промышленных предприятий и установок”, Москва: Энергоатомиздат 1989 г

2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ 6-7 издание)

3. Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных предприятий. – М. – АСАДЕМА, 2006 электрооборудования” (под редакцией Барыбина Ю.Г. и других). М.: Энергоатомиздат, 1991.

4. “Справочник по проектированию электроснабжения” (под редакцией Барыбина Ю.Г.). М.: Энергоатомиздат, 1990.

5. Рожкова Л.Д., Карнеева Л.К., Чиркова. “Электрооборудование электрических станций и подстанций”. М.: ACADEMIA, 2004.

6. «Справочник по проектированию электросетей и электрооборудования». Под редакцией Ю.Г. Барыбина. М: Энергоатомиздат 1991г.