Электроснабжение первого механического завода

 















Электроснабжение первого механического завода


Содержание


Введение

. Исходные данные на проектирование первого механического завода

. Характеристика среды производственных помещений и характеристика потребителей электрической энергии по бесперебойности электроснабжения

. Расчет электрических нагрузок

.1 Определение средних нагрузок цехов за максимально загруженную смену

.2 Определение максимальных нагрузок цехов

. Картограмма и определение центра электрических нагрузок

. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов на цеховых ТП и выбор компенсирующих устройств в сетях до 1000 В

.1 Выбор числа и мощности трансформаторов ТП

.2 Выбор компенсирующих устройств в сетях до 1000 В

. Проектирование системы внешнего электроснабжения

.1 Выбор рационального напряжения питающей сети

.2 Технико-экономический расчет по выбору напряжения питающей сети

.2.1 Вариант 1

.2.2 Вариант 2

.3 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов на ГПП завода

. Проектирование системы внутреннего электроснабжения

.1 Составление однолинейной схемы электроснабжения

.2 Расчет токов короткого замыкания

.3 Выбор силовой коммутационной аппаратуры

.3.1 Выбор высоковольтных выключателей на стороне ВН ГПП 35 кВ

.3.2 Выбор высоковольтных выключателей на стороне НН ГПП 6 кВ

.3.3 Выбор кабельных линий распределительной сети питающих ТП и РП

.3.4 Выбор высоковольтных выключателей на шинах НН ГПП

.3.5 Выбор кабелей напряжением 380 В вне корпусов

.3.6 Выбор высоковольтных выключателей для питания синхронных ЭД

.3.7 Выбор кабельных линий питающих СД

. Компенсация реактивной мощности

. Описание принятой схемы электроснабжения первого механического завода


Введение


Основные тенденции развития электроэнергетики, в общем, схожи с тенденциями развития своего народного хозяйства. Одна из основных в последнее время - это энергосбережение. Постоянный рост цен на энергоносители, заставляет нас все чаще и чаще обращаться к вопросу о правильности и рациональности их использования.

В связи с этим в электроснабжении потребителей необходимо решать ряд важных задач: повышение уровня проектно-конструкторских разработок, внедрение ресурсосберегающих технологий, совершенствование самой структуры энергопотребления, включающей в себя снижение непроизводительных расходов электроэнергии при ее передачи, распределение и потребление.

Вследствие решения, вышеперечисленных задач, происходит дальнейшее развитие и усложнение структуры систем электроснабжения, возрастают требования к экономичности и надежности их работы. Внедрение новых технологий, и в связи с этим применение нового оборудования предъявляет новые более высокие требования к качеству и надежности электроснабжения. Реакцией на это стало широкое внедрение устройств управления распределением и потреблением электроэнергии на базе современной вычислительной техники. Растущая необходимость снижения человеческого влияния на работу систем электроснабжения, приводит к тому, что на всех этапах развития народного хозяйства, электроэнергетика будет оставаться самой энерговооруженной ее областью.

В настоящее время электрическая энергия является наиболее широко используемой формой энергии. Это обусловлено относительной легкостью ее получения, преобразования, передачи на большое расстояние и распределения между приемниками. Огромную роль в системах электроснабжения играют электрические подстанции - электроустановки, предназначенные для преобразования и распределения электрической энергии. В России, как и в других западных странах, для производства и распределения электрической энергии используют трехфазный переменный ток частотой 50 Гц. Применение трехфазного тока частотой 50 Гц обусловлено большей экономичностью сетей и установок трехфазного тока по сравнению с сетями однофазного переменного тока, а также возможностью применения в качестве электропривода наиболее надежных, простых и дешевых асинхронных электродвигателей.

В качестве объекта исследования задана тема: Электроснабжение первого механического завода. Питание осуществляется от подстанции энергосистемы, на которой установлено два трехобмоточных трансформатора мощностью 40000 кВА каждый, с первичным напряжением 110 кВ и вторичным - 35 и 10 кВ. Подстанция, как объект электроснабжения, рассчитывается для определенного количества приемников с определенными заданными нагрузками.

Разработка проекта электроснабжения промышленного предприятия начинается с изучения технологического процесса и его особенности. Проект электроснабжения представляет собой изображение сооружений и устройств, связанных с передачей электрической энергии от источника питания до электроприемников потребителя, представленное в схемах, чертежах, таблицах и описаниях. Все это создается в результате анализа исходных данных на основе расчетов и сопоставления вариантов. Основной задачей расчетов является нахождение оптимального решения. В проекте выполняются следующие работы: расчет нагрузок; выбор номинального напряжения; выбор трансформаторов подстанций и их размещение; выбор схем электрических сетей; расчет токов короткого замыкания; выбор коммутационной аппаратуры, выбор компенсирующих устройств.


1. Исходные данные на проектирование первого механического завода


. Выполнить проект электроснабжения первого механического завода.

2. Питание завода может быть осуществлено от подстанции энергосистемы, расположенной в 10 км от завода. На подстанции установлены два трехобмоточных трансформатора по 40 МВА, напряжением 110/35/10 кВ.

3. Стоимость электрической энергии равна

. Генплан прилагается, рис. 1.1.

. Сведения об электрических нагрузках приведены в табл. 1.1.

. Коэффициент индексации цен из справочников 80-х равный 35.


Рисунок 1.1 - Генплан первого механического завода

Таблица 1.1 - Электрические нагрузки завода

№НаименованиеНагрузкаСведения о нагрузке1Механический цех №13500 кВтУстановл. мощность2Механический цех №20,35 кВт/м2Метр, пола цеха3Цех редукторов0,4 кВт/м2Метр, пола цеха4Инструментальный цех0,25 кВт/м2Метр, пола цеха5Цех сепараторов0,6 кВт/м2Метр, пола цеха6Электроцех1300 кВт (1000+300)Установл. мощность7Кислородная станция800 кВтУстановл. мощность8Склад0,1 кВт/м2Метр, пола цеха9Паровозное депо100 кВтУстановл. мощность10Клуб150 кВтУстановл. мощность11Столовая200 кВтУстановл. мощность12Малярный цех150 кВтУстановл. мощность13Заводская лаборатория400 кВтУстановл. мощность14Термический цех1200 кВтУстановл. мощность15Деревообделочные мастерские300 кВтУстановл. мощность16Склад50 кВтУстановл. мощность17Скрапоразделочная400 кВтУстановл. мощность18Литейная5000 кВт4000 кВт эл. печи 6 кВ19Котельная800 кВтУстановл. мощность20Испытательная станция2400 кВтУстановл. мощность21Механический цех0,3 кВт/м2Метр, пола цеха22Гараж100 кВтУстановл. мощность23Заводоуправление200 кВтУстановл. мощность24Компрессорная (4´630 кВт двигатели 6 кВ)2880 кВтУстановл. мощность25Склад готовой продукции210 кВтУстановл. мощность26Термический цех (печи)1400 кВтУстановл. мощность

2. Характеристика среды производственных помещений и характеристика потребителей электрической энергии по бесперебойности электроснабжения


Таблица 2.1 - Характеристика окружающей среды цехов завода и

краткая характеристика основных потребителей электроэнергии по

категории надежности электроснабжения

№ цехаНаименование цехаХарактеристика производственной средыКатегория электроснабжения1Механический цех №1НормальнаяII2Механический цех №2НормальнаяII3Цех редукторовНормальнаяII4Инструментальный цехНормальнаяII5Цех сепараторовНормальнаяII6ЭлектроцехНормальнаяIII7Кислородная станцияПыльнаяI8СкладНормальнаяIII9Паровозное депоНормальнаяIII10КлубНормальнаяIII11Столовая НормальнаяIII12Малярный цехПыльнаяII13Заводская лабораторияНормальнаяIII14Термический цехЖаркаяII15Деревообделочные мастерскиеПыльнаяII16СкладНормальнаяIII17СкрапоразделочнаяНормальнаяIII18ЛитейнаяЖаркаяI19КотельнаяЖаркаяI20Испытательная станцияНормальнаяII21Механический цехНормальнаяII22ГаражНормальнаяIII23ЗаводоуправлениеНормальнаяIII24Компрессорная (4´630 кВт двигатели 6 кВ)НормальнаяII25Склад готовой продукцииНормальнаяIII26Термический цех (печи)ЖаркаяII

Электроприёмники проектируемого завода, являются приёмниками трёхфазного тока промышленной частоты 50 Гц, напряжением 6 кВ, 380 В.

Потребители I-ой категории составляют 12% от общей нагрузки.

Потребители II-ой категории составляют 46% от общей нагрузки.

Потребители III-ей категории составляют 42% от общей нагрузки.


3. Расчет электрических нагрузок


3.1 Определение средних нагрузок цехов за максимально загруженную смену


Средние нагрузки силовых электроприёмников цехов определяются по установленной мощности и коэффициенту использования. Высоковольтное оборудование (выше 1000 В) учитывается отдельно. Расчет осветительной нагрузки выполняем по удельной мощности освещения. Принимаем, что используем лампы накаливания, то есть их характерный tg ? = 0.

Механический цех №1

- Определим среднюю, активную нагрузку электроприемников цеха:



где Руст - установленная мощность электроприемников;

Ки - коэффициент использования, Ки=0,8:

- Определим среднюю, реактивную нагрузку электроприемников цеха:



где tgj =0,62 - соответствует характерному для электроприемников данного цеха средневзвешенному значению коэффициента мощности:

- Определим осветительную нагрузку цеха:


где pуо - удельная мощность освещения, Вт/м2 ;

F - площадь освещаемой поверхности, принятая по генплану предприятия;

кс - коэффициент спроса осветительной нагрузки

- Определим полную нагрузку цеха с учетом осветительной нагрузки:



Результаты расчета средних нагрузок остальных цехов предприятия, средние нагрузи по заводу до и выше 1000 В, а также расчетная нагрузка освещения территории предприятия приведены в таблице 3.1.

Итого: средняя нагрузка по предприятию на 4-ом уровне электроснабжения, без учета компенсации реактивной мощности в цеховых ТП и потерь в трансформаторах цеховых ТП:


3.2 Определение максимальных нагрузок цехов


Максимальные нагрузки силовых электроприёмников цехов определяются по установленной мощности и средней величине коэффициента спроса.

Механический цех №1

- Определим максимальную, активную нагрузку электроприемников цеха:


где Кс - коэффициент спроса, Кс=0,95:

- Определим максимальную, реактивную нагрузку электроприемников цеха:

- Определим осветительную нагрузку цеха:

- Определим максимальную, полную нагрузку цеха с учетом осветительной нагрузки:

Результаты расчета максимальных нагрузок остальных цехов предприятия, максимальные нагрузи по заводу до и выше 1000 В, а также расчетная нагрузка освещения территории предприятия приведены в таблице.

Итого: максимальная нагрузка по предприятию на 4-ом уровне электроснабжения, без учета компенсации реактивной мощности в цеховых ТП и потерь в трансформаторах цеховых ТП:


4. Картограмма и определение центра электрических нагрузок


Для выбора месторасположения цеховых подстанций и ГПП на генплане завода строится картограмма электрических нагрузок. Картограмма представляет собой размещенные на генеральном плане предприятия или плане цеха окружности, площадь которых соответствует в выбранном масштабе расчетным нагрузкам

При построении картограммы необходимо знать расчётные силовые и осветительные нагрузки цехов, которые в данном случае могут быть определены по установленной (номинальной) мощности и коэффициенту спроса. Силовые нагрузки изображаются отдельными кругами. Считаем, что нагрузка по цеху распределена равномерна, поэтому центр нагрузок совпадает с центром тяжести фигуры, изображающей цех на плане.

Осветительная нагрузка наносится в виде сектора круга. Угол сектора a определяется из соотношения активных расчетных и осветительных нагрузок цехов.

Механический цех №1

- Определим радиус окружности, характеризующий мощность приемников электроэнергии:



где Рi - нагрузка объекта электроснабжения, (Ррасч+Росв);

m - масштаб для определения площади круга, принимаем

- Определим угол сектора a:


Результаты расчета остальных цехов производятся аналогично и сводятся в таблицу 4.1

Для определения места ГПП находится центр электрических нагрузок завода с помощью аналитического метода, основанного на сложении масс материальных частиц. На генплане произвольно наносятся оси координат. Координаты центра электрических нагрузок завода определяются по формулам


,


где X0,Y0 - координаты центра нагрузок завода;

xi, yi - координаты центра нагрузок i-ого цеха;

Ррасч. - расчетная, активная нагрузка i-ого цеха:



Таблица 4.1 - Определение центра электрических нагрузок

№ цехаНаименованиеPрасч, кВтPрасч. осв., кВтR, мм, градPрасч. + Pрасч.осв., кВтXY(Pрасч. + Pрасч.осв.)*X(Pрасч. + Pрасч.осв.)*Y1Механич. цех №13325309,834,130,73634,8224979965,6178105,22Механич. цех №28968,8343,954,513,39312,72075,5186254703108,83Цех редукторов4306,9153,937,712,44460,82097,5892164349284Инструмент. цех1941,4116,525,620,42057,920110411582263695Цех сепараторов2867,968,430,68,42936,32211964598,6349419,76Электроцех975203,319,462,11178,31714020031,11649627Кислородн. ст-я64055,714,928,8695,71722016416,91530548Склад139,716,67,138,2156,3191962969,730634,89Паровозное депо7025,55,596,195,528198,5267418956,810Клуб10543,76,9105,8148,7631539368,122751,111Столовая14022,87,250,4162,876126,512372,820594,212Малярный цех9023,96,0275,5113,976104,58656,411902,613Заводская лабор.34053,711,249,1393,7948137007,831889,714Термический цех102017,218,25,91037,210959113054,861194,815Деревообд. маст.22520,38,829,8245,312037294369076,116Склад32,59,63,782,142,1123,5225199,4926,217Скрапоразделоч.30052,710,653,8352,7107,53237915,311286,418Литейная95049621,6123,514467741,51113426000919Котельная56028,213,717,3588,2148,516,587347,79705,320Испытат. станция192045,7 25,028,41965,71702833416955039,621Механич. цех2698120,7 29,915,42818,7156,562441126,6174759,422Гараж6524,15,397,489,11388912295,87929,923Заводоуправлен.14027,97,359,8167,9117,510119728,316957,924Компрессорная28821,79,925,2309,729,517,59136,25419,825Склад гот. прод.136,547,17,692,4183,649398996,47160,426Термический цех119027,219,78,041217,24210251122,4124154,418Эл. печи литейной 6 кВ380034,838007741,529260015770024Двигатели компрессорной 6 кВ226826,9226829,517,56690639690Итого:42262,52191064,93087685,1


5. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов на цеховых ТП и выбор компенсирующих устройств в сетях до 1000 В


5.1 Выбор числа и мощности трансформаторов ТП


Основными требованиями при выборе числа и мощности силовых трансформаторов для ГПП и цеховых ТП являются: надежность электроснабжения потребителей (учет категории приемников электроэнергии в отношении требуемой надежности), а также минимум приведенных затрат. На первом механическом заводе электроприемники по бесперебойности электроснабжения относятся к потребителям I и II категории, поэтому цеховые ТП выполняются с двумя рабочими трансформаторами. Предусматривается раздельная работа трансформаторов. ТП размещаются в цехах с наибольшей нагрузкой.

- Определим плотность нагрузки:



где SРpi - сумма средних, активных мощностей до 1000 В по всем цехам без учета осветительной нагрузки территории завода;

SF - площадь всех цехов:

При плотности нагрузки до 0,2 кВт/м2 рекомендуется принимать номинальную мощность трансформаторов 630 кВА, при плотности от 0,2 до 0,3 кВт/м2 - 1000÷1600 кВА, а при плотности, свыше 0,3 кВт/м2 - 1600÷2500 кВА. Принимаем номинальную мощность трансформаторов 1600 кВА.

- Определим минимальное число цеховых трансформаторов:


где Рр - сумма средних, активных мощностей по всем цехам с учетом осветительной нагрузки завода,



kз - коэффициент загрузки трансформаторов, принимаем kз=0,8 так как основное технологическое оборудование относится ко II категории по надежности.

Sнт - номинальная мощность трансформатора;

DN - добавка до ближайшего целого числа:

- Определим оптимальное количество трансформаторов:



где - добавка к минимальному числу трансформаторов до четного числа, так как на ТП устанавливаем по два трансформатора, согласно требованиям по надежности энергоснабжения.

В результате расчета получаем 16-ть двухтрансформаторных подстанции для питания цехов завода.

Расстановку производим так, чтобы трансформаторы были наиболее полно загружены на свою номинальную мощность с учетом коэффициента загрузки. Таким образом, каждая двухтрансформаторная ПС может быть загружена на мощность, определяемую по формуле:


Места размещения цеховых ТП и электроприемники подключенные к ним приведены в таблице 6.1. Нагрузка освещения территории завода распределена одинакова по всем ТП, то есть на каждую ТП приходится по 24 кВт. Цеховые ТП и РУ принимаются встроенного типа, то есть находятся на территории определенного цеха.


Таблица 5.1 - Место расположения ТП и потребители электроэнергии

№ ТПS, кВА Место расположения ТППотребители электроэнергии, №Средняя нагрузка потребителейРсм, кВтQсм, кварТП-12´1600Механич. цех №1(1-68%) и 6,25% осв. терр. завода.2138,71180,5ТП-22´1600Механич. цех №1(1-32%),(2-10%),24 и 6,25% осв. терр. завода.2100,51226,3ТП-32´1600Механич. цех №2(2-26,6%) и 6,25% осв. терр. завода.2129,81248,7ТП-42´1600Механич. цех №2(2-26,6%) и 6,25% осв. Терр. завода.2129,81248,7ТП-52´1600Механич. цех №2(2-26,6%) и 6,25% осв. терр. завода.2129,81248,7ТП-62´1600Цех редукторов(3-50%) и 6,25% осв. терр. завода.1986,11652,1ТП-72´1600Цех редукторов(3-50%) и 6,25% осв. терр. завода.1986,11652,1ТП-82´1600Инструмент. цех4 и 6,25% осв. терр. завода.1853,51507,4ТП-92´1600Цех сепараторов(2-10%), (5-30%) и 6,25% осв. терр. завода1613,51136,3ТП-102´1600Цех сепараторов(5-70%) и 6,25% осв. терр. завода.1843,21558,8ТП-112´1600Электроцех6,7,8,9 и 6,25% осв. терр. завода1924,11299,4ТП-122´1600Термическ. цех №2610,11,12,26 и 6,25% осв. терр. завода1484,11141,8ТП-132´1600Литейная13,17,18,25 и 6,25% осв. терр. завода2179,51100,9ТП-142´1600Термическ. цех №1414,15,16,19,22,23 и 6,25% осв. терр. завода2001,31427ТП-152´1600Механич. цех(21-90%) и 6,25% осв. терр. завода2153,41267,7ТП-162´1600Испытат. станция20,(21-10%) и 6,25% осв. терр. завода1988,91619,2

5.2 Выбор компенсирующих устройств в сетях до 1000 В


ТП-1:

- Определим наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ:



- Определим суммарную мощность конденсаторов необходимых к установке на ТП-1:



- Определим дополнительную мощность конденсаторов:



где j = f(Кр1, Кр2)., Кр1 = 12, Кр2 = 3. Коэффициент j = 0,35:

Qнк2 < 0, дополнительная установка конденсаторов в сети 380 в не требуется.

На цеховых ТП устанавливаем комплектные конденсаторные установки марки УК-0,38-150У3, единичная мощность которых Qед = 150 квар.

- Определим число конденсаторов на ТП-1:


- Средняя реактивная нагрузка на трансформатор определяется как разность реактивной нагрузки на шинах ТП и мощности конденсаторных батарей:



- Определим коэффициент загрузки трансформаторов:



Расчет реактивной мощности конденсаторов в сети 380 В на других подстанциях производим аналогично. Результаты расчетов сведем в таблицу.


Таблица 5.2 - Компенсация реактивной мощности на цеховых ТП

№ ТПМарка комплектных конденсаторных батарейКол-во и мощность КБ, Qкб, кварКол-во и мощность тр-ров, кВАНаибольш. реактивн. мощность Qmax.т, кварСуммарная мощность конденсатор Qнк, кварКзТП-1УК-0,38-150УЗ4´1502 х 1600666514,50,69ТП-2УК-0,38-150УЗ3´1502 х 1600778,1448,20,67ТП-3УК-0,38-150УЗ4´1502 х 1600693,9554,80,69ТП-4УК-0,38-150УЗ4´1502 х 1600693,9554,80,69ТП-5УК-0,38-150УЗ4´1502 х 1600693,9554,80,69ТП-6УК-0,38-150УЗ4´1502 х 16001035,9616,20,65ТП-7УК-0,38-150УЗ4´1502 х 16001035,9616,20,65ТП-8УК-0,38-150УЗ2´1502 х 16001257,8249,60,59ТП-9Не требуется-2 х 16001553,8-417,50,62ТП-10УК-0,38-150УЗ3´1502 х 16001272,9330,90,6ТП-11УК-0,38-150УЗ1´1502 х 16001146,9152,50,61ТП-12Не требуется-2 х 16001677,8-5360,59ТП-13УК-0,38-150УЗ5´1502 х 1600517,1583,80,7ТП-14УК-0,38-150УЗ3´1502 х 16001006,2420,80,64ТП-15УК-0,38-150УЗ4´1502 х 1600616,8650,90,69ТП-16УК-0,38-150УЗ4´1502 х 16001030,5588,70,65

6. Проектирование системы внешнего электроснабжения


.1 Выбор рационального напряжения питающей сети


Номинальное напряжение влияет на техническо-экономические показатели и технические характеристики. При увеличении номинального напряжения уменьшаются потери мощности и энергии, снижаются эксплуатационные расходы, увеличиваются предельные мощности, передаваемые по линиям, и увеличиваются капитальные вложения на сооружение сети. Сеть меньшего номинального напряжения требует меньших капитальных затрат, но увеличиваются эксплуатационные расходы за счёт увеличения потерь мощности и энергии. Поэтому целесообразно правильно выбирать номинальное напряжение. Целесообразное номинальное напряжение зависит от многих факторов. Таких как: мощность нагрузки; удаленность от источника питания, от расположения потребителей относительно друг друга, от выбранной конфигурации электрической сети и от способов регулирования напряжения.

Рациональное напряжение питающей линии приближенно определяется по номограммам в зависимости от передаваемой мощности и длины питающих линий.

По заданию расстояние от подстанции энергосистемы до завода 10 км. Согласно таблице области ориентировочных значений рационального напряжения [2], учитывающая расстояние питающей линии и нагрузку на ней, оптимальным является напряжение 110 кВ.


6.2 Технико-экономический расчет по выбору напряжения питающей сети

электроэнергия трансформатор электроснабжение

Рациональное напряжение в системе внешнего электроснабжения определяется технико-экономическими показателями. Целью технико-экономических расчётов является определение оптимального варианта схемы, параметров электросети и её элементов.

При технико-экономических расчетах систем промышленного электроснабжения соблюдаются следующие условия сопоставимости вариантов:

) Технические, при которых сравниваются только взаимозаменяемые варианты при оптимальных режимах работы и оптимальных параметрах, характеризующих каждый рассматриваемый вариант.

) Экономические, при которых расчет сравниваемых вариантов ведут применительно к одинаковому уровню цен и одинаковой достижимости принятых уровней развития техники с учетом одних и тех же экономических показателей, характеризующих каждый рассматриваемый вариант.

При разной надежности сравниваемых вариантов дополнительно учитывается ущерб от снижения надежности.

Каждый рассматриваемый вариант должен соответствовать требованиям, предъявляемым к системам промышленного электроснабжения соответствующими директивными материалами, отраслевыми инструкциями и ПУЭ.

В технико-экономических расчётах используют укрупнённые показатели стоимости (УПС) элементов системы электроснабжения, а также УПС сооружения подстанций в целом.

Рассмотрим три варианта электроснабжения:

вариант - электроснабжение по сети напряжением 35 кВ с установкой ГПП 35/10 кВ.

вариант - электроснабжение по сети напряжением 110 кВ с установкой ГПП 110/10 кВ.

Определим расчетные нагрузки на III, IV и V уровнях электроснабжения.

- Расчетная нагрузка на III уровне:


где l=1 - корректирующий коэффициент.

- Расчетная нагрузка на IV уровне:



где DРтр, DQтр - потери в трансформаторах ТП;

SРн - суммарная активная нагрузка по заводу выше 1000 В.

SQсм - суммарная реактивная нагрузка по заводу выше 1000 В.



где nтр - количество трансформаторов цеховых ТП;

DРхх, DРкз, Iхх, Uк - технические данные трансформаторов ТП;

Sтр - номинальная мощность трансформатора ТП:



- Расчетная нагрузка на V уровне:



где Крм = 0,9 - коэффициент разновременности максимумов нагрузок:



где Qэ - реактивная мощность, потребляемая из энергосистемы в часы максимума ее нагрузки:

DQ - потери реактивной мощности в трансформаторах ГПП:



6.2.1 Вариант 1

Электроэнергия до ГПП завода передаётся на напряжении 35 кВ.

Определим номинальную мощность трансформаторов ГПП:



Выбираем ближайшие по стандарту трансформаторы с номинальной мощностью Sнт = 25000 кВА.

- Определим максимальный ток в линии:



Сечение проводов линии определим по экономической плотности тока. По ПУЭ для легкой промышленности время использования максимума нагрузки: Тнб=4500 ч/год, следовательно плотность тока для неизолированного алюминиевого провода равна: jэк = 1,1 а/мм2.



Принимаем ближайшее, стандартное сечение Fст = 240 мм2.

Определим затраты на постройку ЛЭП:



где К0 - общая стоимость 1 км двухцепной линии на железобетонных опорах с одновременной подвеской двух цепей;

L=10 км - длина линии по заданию;

Kуд - коэффициент удорожания принят равным 35:

Определим капитальные вложения в трансформаторы ГПП:


где Стр - стоимость одного трансформатора:

Определим капитальные вложения в коммутационные аппараты ОРУ:



Определим суммарные, капитальные вложения в 1 вариант:



Определим потери мощности в линии:



где ?Рн = 176 кВт/км - потери мощности в линии на одну цепь при длительно допустимой нагрузке [6];



Определим потери электроэнергии в линии:



- Определим потери энергии в трансформаторах ГПП:


- Определим стоимость ежегодных потерь электроэнергии:



где Со =1,38 стоимость 1 кВт×ч электроэнергии.

- Определим ежегодные эксплуатационные расходы:



где Ка, Коб - коэффициенты на амортизацию и отчисления на ремонт оборудования: Ка = 0,028 - для линий; Ка = 0,063 - для силового оборудования, Коб = 0,05:

Критерием экономичности является минимум приведенных затрат:



где Ен - коэффициент экономической эффективности капиталовложений:


,


где Ток= 3 года - оптимальный срок окупаемости, который принимаем из условий возможного банковского кредита.


6.2.2 Вариант 2

Электроэнергия до ГПП завода передаётся на напряжении 110 кВ.

Определим номинальную мощность трансформаторов ГПП:



Выбираем ближайшие по стандарту трансформаторы с номинальной мощностью Sнт = 25000 кВА.

- Определим максимальный ток в линии:



Сечение проводов линии определим по экономической плотности тока. По ПУЭ для легкой промышленности время использования максимума нагрузки: Тнб=4500 ч/год, следовательно плотность тока для неизолированного алюминиевого провода равна: jэк = 1,1 а/мм2.



Принимаем ближайшее, стандартное сечение Fст = 95 мм2.

Определим затраты на постройку ЛЭП:


где К0 - общая стоимость 1 км двухцепной линии на железобетонных опорах с одновременной подвеской двух цепей;

L=10 км - длина линии по заданию;

Kуд - коэффициент удорожания принят равным 35:

Определим капитальные вложения в трансформаторы ГПП:



где Стр - стоимость одного трансформатора:

Определим капитальные вложения в коммутационные аппараты ОРУ:



Определим суммарные, капитальные вложения в 1 вариант:



Определим потери мощности в линии:



где ?Рн = 134 кВт/км - потери мощности в линии на одну цепь при длительно допустимой нагрузке [6];



Определим потери электроэнергии в линии:



- Определим потери энергии в трансформаторах ГПП:



- Определим стоимость ежегодных потерь электроэнергии:



где Со =1,38 стоимость 1 кВт×ч электроэнергии.

- Определим ежегодные эксплуатационные расходы:



где Ка, Коб - коэффициенты на амортизацию и отчисления на ремонт оборудования: Ка = 0,028 - для линий; Ка = 0,063 - для силового оборудования, Коб = 0,05:

Критерием экономичности является минимум приведенных затрат:


где Ен - коэффициент экономической эффективности капиталовложений:


,


где Ток= 3 года - оптимальный срок окупаемости, который принимаем из условий возможного банковского кредита.

Технико-экономический расчет показал, что выбранное ранее по таблице области ориентировочных значений рационального напряжения, напряжение питающей сети 110 кВ несет больше капитальных вложений в систему внешнего электроснабжения чем напряжение 35 кВ, при сравнительно одинаковых эксплуатационных расходах и потерях. 1-й вариант выиграл и по минимуму приведенных затрат. Поэтому выбираем 1-й вариант и принимаем напряжение питающей сети внешнего электроснабжения 35 кВ.


6.3 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов на ГПП завода


Если на предприятии есть потребители первой или второй категории питание необходимо осуществлять как минимум от двух трансформаторов. Мощность трансформаторов выбирается так, чтобы один трансформатор мог обеспечить работу в аварийном режиме с допустимой длительной перегрузкой на 40% в течение не более пяти суток, каждые сутки по шесть часов, исходя из нормальной загрузки на 70%.

Основными требованиями при выборе числа трансформаторов подстанции является: надежность электроснабжения потребителей, а также минимум приведенных затрат на трансформаторы с учетом динамики роста электрических нагрузок.

Надежность электроснабжения потребителей I категории достигается за счет наличия двух независимых источников питания, при этом обеспечивают резервирование питания и всех других потребителей.

При питании потребителей I категории от одной подстанции необходимо иметь минимум по одному трансформатору на каждой секции шин, при этом мощность трансформаторов выбирают так, чтобы при выходе из строя одного из них второй (с учетом допустимой нагрузки) обеспечивал питание всех потребителей I категории. Резервное питание потребителей I категории вводится автоматически. Потребителей II категории обеспечивают резервом, вводимым автоматически или действиями дежурного персонала.

На первом механическом заводе имеются потребители нагрузки I категории 12%, II категории 46%. Следовательно, на подстанции следует устанавливать не менее двух трансформаторов.

- Определим номинальную мощность трансформаторов ГПП:



где Sр - расчётная, полная мощность завода, кВА:

Выбираем ближайшие по стандарту трансформаторы типа ТДТН-25000/35.


Таблица 6.1 - Технические данные трансформатора

Тип трансформатора, кВАПотери, кВт,%,%ТДТН-25000/35250002511510,50,65Выбранный трансформатор проверяем по условиям:

- Загрузка в номинальном режиме:



- Коэффициент экономической нагрузки:



где DPxx - потери мощности холостого хода;

DPкз - потери мощности короткого замыкания;

Кпп - коэффициент повышения потерь при передаче реактивной мощности, который зависит от удаления ГПП от энергосистемы, (Кпп=0,02-0,13);

DQхх - потери реактивной мощности холостого хода;

DQкз - потери активной мощности короткого замыкания:



Условием правильной загрузки трансформаторов будет: KЗ»КЗ.Э.

- Перегрузочная способность трансформатора при аварийном отключении одного из них:



Выбранные трансформаторы удовлетворяют всем условиям, поэтому принимаем к установке на ГПП завода трансформаторы типа ТДТН-25000/35.


7. Проектирование системы внутреннего электроснабжения


7.1 Составление однолинейной схемы электроснабжения


Однолинейная схема электроснабжения первого механического завода имеет вид:


Рисунок 7.1


.2 Расчет токов короткого замыкания


Расчет тока короткого замыкания проводится для выбора силовой коммутационной аппаратуры. Для определения мощности отключения головных выключателей необходимо знать значения номинального тока и определить ток трёхфазного короткого замыкания на шинах РУ 6 кВ. Так как он будет иметь максимальное значение. Составляем схему замещения и определяем параметры в относительных единицах.

Рисунок 7.2 - Схема электрической системы и ее схема замещения


Зададимся базисными условиями для ГПП:

Sб = 100 МВА; Uб.вн = 37 кВ; Uб.нн = 6,3 кВ.

Данные питающей линии: lw = 10 км; Х0 = 0,4 Ом/км - для воздушных линий.


Таблица 7.1 - Данные трансформаторов РПП и ГПП

Тип трансформатораВ - СВ - НС - НUк.в, %ТДТН-40000/1101112,57,5- ТРДНС-25000/35---10,5

- Определим напряжения короткого замыкания для трансформаторов РПП:



- Определим сопротивления элементов схемы замещения:



- Определим базисные токи:



- Определим эквивалентные сопротивления прямой последовательности:



- Определим установившееся значение тока трехфазного КЗ:



- Определим значение ударного тока трехфазного КЗ:


где Куд(3) = 1,8 - для источников удаленных от места КЗ хотя бы на одну трансформацию:


Таблица 7.2 - Результаты расчета токов КЗ

Точка КЗIб, кА.SХ, Ом.Iк(3), кА.Iуд(3), кА.К-11,560,5652,767,03К-29,170,9859,323,7

7.3 Выбор силовой коммутационной аппаратуры


.3.1 Выбор высоковольтных выключателей на стороне ВН ГПП 35 кВ

Чтобы выбрать выключатели, устанавливаемые на подстанции необходимо вычислить максимально возможный длительный ток на стороне ВН:



где S6 - максимальная нагрузка на первичном напряжении ГПП, кВА

Выбираем элегазовые выключатели ВГБЭ-35-12,5/630.

Производим проверку выключателей на отключающую способность, термическую и электродинамическую устойчивость.


Таблица 7.3 - Выбор выключателей ВН ГПП

Расчётные данныеКаталожные данныеУсловие выбораТип выключателя ВГБЭ-35-12,5/630Uном = 35 кВUном.выкл = 35 кВUном.выкл ³ UномIраб,max.ВН=557,5 АIном.выкл = 630 АIном.выкл ³ Iраб.max.ВНIк(3) = 2,76 кАIном.откл = 12,5 кАIном.откл ³ Iк(3)iуд(3)= 7,03 кАIэл.дин = 63 кАIэл.дин ³ iуд(3)I = 2,76 кАIтер = 12,5 кАIтер I

Выбранный выключатель удовлетворяет всем требованиям. Принимаем к установке на ВН ГПП 3 выключателя типа ВГБЭ-35-12,5/630.


7.3.2 Выбор высоковольтных выключателей на стороне НН ГПП 6 кВ

- Определим максимальный рабочий ток на стороне НН ГПП:



где S5 - максимальная нагрузка на вторичном напряжении ГПП, кВА

Выбираем маломасляные выключатели МГГ-10-4000-45УЗ.

Производим проверку выключателей на отключающую способность, термическую и электродинамическую устойчивость.


Таблица 7.4 - Выбор выключателей НН ГПП

Расчётные данныеКаталожные данныеУсловие выбораТип выключателя МГГ-10-4000/45УЗUном = 6 кВUном.выкл = 10 кВUном.выкл ³ UномIраб,max.НН=3251,8 АIном.выкл = 4000 АIном.выкл ³ Iраб.max.ВНIк(3) = 9,3 кАIном.откл = 45 кАIном.откл ³ Iк(3)iуд(3)= 23,7 кАIэл.дин = 120 кАIэл.дин ³ iуд(3)I = 9,3 кАIтер = 45 кАIтер IВыбранный выключатель удовлетворяет всем требованиям. Принимаем к установке на НН ГПП 3 выключателя типа МГГ-10-4000/45УЗ.


7.3.3 Выбор кабельных линий распределительной сети питающих ТП и РП

Расчётная нагрузка распределительной сети 6 кВ определяется по расчётным нагрузкам на шинах 380 В цеховых подстанций с учётом потерь мощности в трансформаторах.

ТП-8:

- Определим расчетную нагрузку:



где Рнг, Qнг - активная и реактивная нагрузка подстанции;

DРтр, DQтр - потери в трансформаторах подстанции:



где DРхх, DРкз, Iхх, Uк - каталожные данные трансформаторов ТМ-1600/6:

Для каждой линии определяется рабочие токи в нормальном и аварийном (когда одна из двух цепей отключена) режимах.

- Определим расчетный ток в линии в нормальном режиме:



- Определим расчетный ток в линии в аварийном режиме:



Для остальных подстанций расчет аналогичен и сведен в таблицу.


Таблица 7.5 - Определение расчетных токов кабельных линий

№ ПС?Ртр, кВт?Qтр, кварРр, кВтQр, кварIраб.кл, АТП-125,8144,22164,51324,7122,2ТП-225,7143,32120,21369,6121,8ТП-326,2146,42126,21395,1123,6ТП-426,2146,42126,21395,1123,6ТП-526,2146,42126,21395,1123,6ТП-628,1156,32014,21808,4130,4ТП-728,1156,32014,21808,4130,4ТП-824,9139,71878,41647,1120,2ТП-919,15108,51632,71244,898,9ТП-1025,4141,81868,61700,6121,6ТП-1123,9134,319481433,7116,4ТП-1217,9101,915021243,793,8ТП-1325,8144,12205,81245121,9ТП-1426,1145,42027,41572,4123,5ТП-1526,7148,92180,11416,6125,1ТП-1627,8154,72016,71773,9129,3

Сечение кабельных линий для ТП выбираются по экономической плотности тока:



Согласно [3] для кабелей с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами при числе часов использования максимума нагрузки Т=4500 ч/год экономическая плотность тока равна j=1,4 А/мм2.

Выбираем кабель с сечением жил 95 мм2 при прокладке в траншее.

Проверим выбранный кабель по нагреву, термической стойкости и потерям напряжения.

- По нагреву:



где Iдоп - допустимый длительный ток;

kпер - коэффициент перегрузки ПЭЭП (1,0-1,25);

kсп - способ прокладки,;

kпар - количество рядом лежащих кабелей в траншее,:

Выбранный кабель сечением Fст = 95 мм2 проходит проверку по нагреву.

- По термической стойкости:



где tрасч = tзащ + tв

tзащ = 0,1 с - время срабатывания защиты.

tв = 0,04 с - полное время отключения выключателей 6 кВ.

Та = 0,045 с - постоянная времени цепи КЗ (для системы связанной с шинами 6 кВ через трансформатор S = 25 МВА).

Выбранный кабель сечением Fст = 95 мм2 проходит проверку на термическую стойкость.

- По потерям напряжения:

- Определим активное и реактивное сопротивление ЛК4:



где ro, хо - погонное, активное и реактивное сопротивление кабельной линии.


или


Выбранный кабель сечением Fст = 95 мм2 проходит проверку на потерю напряжения. Для остальных кабельных линий расчет производится аналогично и заносится в таблицу.


Таблица 7.6 - Проверка радиальных КЛ по нагреву, термической

стойкости и потере напряжения

№ линииFэк, мм2Iраб.max.кл, АFст, мм2Iдоп, Аr0, Ом/кмx0, Ом/кмR, ОмX, Омlлин, км?Un/ав, % КЛ187,3244,4952550,3290,081----КЛ287243,6952550,3290,081----КЛ388,3247,2952550,3290,081----КЛ488,3247,2952550,3290,081----КЛ588,3247,2952550,3290,081----КЛ693,1260,81202950,2610,08----КЛ793,1260,81202950,2610,08----КЛ970,6197,8702100,4470,082----КЛ1086,9243,2952550,3290,081----ЛК485,6240,4952550,3290,0810,0560,0140,3450,7ЛК683,1232,8952550,3290,0810,10,030,6801,3ЛК767187,6702100,4470,0820,080,0140,3500,76ЛК887,1243,8952550,3290,0810,020,0050,1280,28ЛК988,2247952550,3290,0810,040,010,2800,54 ЛК1089,4250,2952550,3290,0810,070,0180,4500,99 ЛК1192,4258,61202950,2610,080,0740,020,5701,03

Таблица 7.7 - Проверка магистральных КЛ по нагреву, термической

стойкости и потере напряжения

№ линииFэк, мм2Iраб.max.кл, АFст, мм2Iдоп, Аr0, Ом/кмx0, Ом/кмR, ОмX, Омlлин, км?Un/ав, % ЛК11744882405700,130,0770,020,010,3400,63ЛК2264,8741,62´24011400,130,0770,010,0080,2000,54ЛК3186,3521,62405700,130,0770,020,010,3000,65ЛК5157,54412405700,130,0770,030,0150,4050,83

Выбираем на магистральных линиях кабель марки ПВАШв, на радиальных линиях кабель марки ААШв, способ прокладки в земле.

7.3.4 Выбор высоковольтных выключателей на шинах НН ГПП

Для магистральных линий расчет проводим по наиболее загруженной линии ЛК2. Iраб.max.ЛК2 = 741,6 А. Выбираем вакуумные выключатели ВВТЭ-10-20/1000УХЛ2. Производим проверку выключателей на отключающую способность, термическую и электродинамическую устойчивость.


Таблица 7.8 - Выбор выключателей на шинах НН ГПП для

магистральных линий

Расчётные данныеКаталожные данныеУсловие выбораТип выключателя ВВТЭ-10-20/1000УХЛ2Uном = 6 кВUном.выкл = 10 кВUном.выкл ³ UномIраб,max.ЛК2=741,6 АIном.выкл = 1000 АIном.выкл ³ Iраб.max.ВНIк(3) = 9,3 кАIном.откл = 20 кАIном.откл ³ Iк(3)iуд(3)= 23,7 кАIэл.дин = 52 кАIэл.дин ³ iуд(3)I = 9,3 кАIтер = 20 кАIтер I

Выбранный выключатель удовлетворяет всем требованиям. Принимаем к установке на шинах НН ГПП для магистральных линий 8 выключателей типа ВВТЭ-10-20/1000УХЛ2.

Для радиальных линий расчет проводим по наиболее загруженной линии ЛК11. Iраб.max.ЛК11 = 258,6 А. Выбираем вакуумные выключатели ВВТЭ-10-10/630У2. Производим проверку выключателей на отключающую способность, термическую и электродинамическую устойчивость.


Таблица 7.9 - Выбор выключателей на шинах НН ГПП для радиальных

линий

Расчётные данныеКаталожные данныеУсловие выбораТип выключателя ВВТЭ-10-10/630У2Uном = 6 кВUном.выкл = 10 кВUном.выкл ³ UномIраб,max.ЛК11=258,6 АIном.выкл = 630 АIном.выкл ³ Iраб.max.ВНIк(3) = 9,3 кАIном.откл = 10 кАIном.откл ³ Iк(3)iуд(3)= 23,7 кАIэл.дин = 25 кАIэл.дин ³ iуд(3)I = 9,3 кАIтер = 10 кАIтер IВыбранный выключатель удовлетворяет всем требованиям. Принимаем к установке на шинах НН ГПП для радиальных линий 14 выключателей типа ВВТЭ-10-10/630У2.


7.3.5 Выбор кабелей напряжением 380 В вне корпусов

В корпусах расположены силовые пункты (СП), которые подключены к ближайшей ТП с помощью кабелей напряжением 380 В, проложенных вне помещений. Выбор кабелей производится по расчётной нагрузке и по допустимому току нагрева.



где Sр - расчетные нагрузки цехов.



где I*доп - допустимый ток по условиям нагрева, согласно выбранному сечению;

Кс - коэффициент, учитывающий количество кабелей проложенных вместе;

Кпер - коэффициент допустимой перегрузки кабеля.


Таблица 7.10 - Выбор кабелей напряжением 380 В

№ линииНаправлениеSр, кВАIраб. макс, АI*доп, Акол-воКсКперIдоп, АFст, мм2ЛК13ТП1 - цех №24355,1513,134520,91,15714,2185ЛК14ТП11 - цех №7788,61139,534540,91,151428,3185ЛК15ТП11 - цех №8174,8252,627010,91,15279,5120ЛК16ТП11 - цех №9118,2170,820010,91,1520770ЛК17ТП12 - цех №10181,5262,327010,91,15279,5120ЛК18ТП12 - цех №11200,3289,530510,851,15298,2150ЛК19ТП12 - цех №12140,5196,220010,91,1520770ЛК20ТП13 - цех №13441,4637,934520,91,15714,2185ЛК21ТП13 - цех №17414598,330520,91,15631,4150ЛК22ТП13 - цех №25197,2284,930510,91,15298,2150ЛК23ТП14 - цех №15295426,324020,91,15496,895ЛК24ТП14 - цех №1645,564,76510,91,1567,310ЛК25ТП14 - цех №19635,9918,934530,91,151071,2185ЛК26ТП14 - цех №22109,5158,216510,91,15170,850ЛК27ТП14 - цех №23219,2316,834510,91,15357,1185

На отходящих линиях НН ТП выбираем автоматические выключатели марки Э016В.


7.3.6 Выбор высоковольтных выключателей для питания синхронных ЭД

- Определим наибольший рабочий ток:



Выбираем выключатели ВБЭ-10-20/630. Производим проверку выключателей на отключающую способность, термическую и электродинамическую устойчивость.


Таблица 7.11 - Выбор выключателей питающих СД компрессорной

Расчётные данныеКаталожные данныеУсловие выбораТип выключателя ВБЭ-10-20/630Uном = 6 кВUном.выкл = 10 кВUном.выкл ³ UномIраб,max.СД=277,8 АIном.выкл = 630 АIном.выкл ³ Iраб.max.ВНIк(3) = 9,3 кАIном.откл = 20 кАIном.откл ³ Iк(3)iуд(3)= 23,7 кАIэл.дин = 51 кАIэл.дин ³ iуд(3)I = 9,3 кАIтер = 20 кАIтер IВыбранный выключатель удовлетворяет всем требованиям. Принимаем к установке для питания СД компрессорной 3 выключателя типа ВБЭ-10-20/630.


7.3.7 Выбор кабельных линий питающих СД

- Определим расчетный ток на РУ СД:



- Определим приемлемое сечение кабельной линии:



Выбираем кабель с сечением жил 95 мм2 при прокладке в траншее.

Произведем проверку кабеля.

- Определим наибольший рабочий ток:



где Iдоп - допустимый длительный ток

kпер - коэффициент перегрузки ПЭЭП (1,0-1,25);

kсп - способ прокладки;

kпар - количество рядом лежащих кабелей в траншее:



Принимаем к установке кабель ААШв.


8. Компенсация реактивной мощности


Компенсация реактивной мощности на шинах НН ГПП может осуществляться синхронными двигателями и конденсаторными батареями.

- Определим мощность компенсируемую СД и конденсаторными батареями:



где Qсд - мощность компенсированная синхронными двигателями;

Qкб - мощность компенсированная конденсаторными батареями;

- Определим генерируемую СД реактивную мощность:



где Кз - коэффициент загрузки синхронного двигателя по активной мощности;

Руст - установленная мощность всех высоковольтных синхронных двигателей.

Коэффициент мощности системы на шинах ГПП cos?с = 0,95

- Определим реактивную мощность получаемая от системы:



где ?Ртр.ГПП = 336 кВт - потери активной мощности в трансформаторах ГПП, принимается равным 1% от РрV.

- Определим мощность конденсаторных батарей устанавливаемых на шинах ГПП:


где ?Qтр.ГПП = 3362,8 квар - потери реактивной мощности в трансформаторах ГПП, принимается равным 10% от РрV. Эта мощность участвует в балансе реактивной мощности ГПП, ее необходимо учесть, т.к. cos ?с = 0,95 задан для шин ВН ГПП.

Принимаем высоковольтные конденсаторные установки УКП-6,3-500У3 с единичной номинальной мощностью 500 квар.

- Определим количество конденсаторных батарей:



Результат расчета сведем в таблицу


Таблица 8.1 - Компенсация реактивной мощности

Вид ПСМарка комплектных конденсаторных батарейКол-во и мощность КБ, Qкб, кварКол-во и мощность тр-ров, кВАМощность компенсированная конденсаторными батареями, Qкб, кварГППУКП-6,3-500У337 х 5002 х 2500018615,7

9. Описание принятой схемы электроснабжения первого механического завода


Электроснабжение первого механического завода осуществляется от РПП энергосистемы по воздушной линии 35 кВ, провод марки АС-240/39 на железобетонных двухцепных опорах с одновременной подвеской двух цепей, длина линии 10 км. ГПП завода расположена между корпусами №18,2,13 со смещением от найденного центра электрических нагрузок в сторону источника питания.

На основании картограммы электрических нагрузок потребители электроэнергии напряжением до и выше 1000 В распределяются между цеховыми ТП по принципу разукрупнения.


Электроснабжение первого механического завода Содержание Введение . Исходные данные на

Больше работ по теме:

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]

Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ