Проектирование системы внешнего электроснабжения

Аннотация

 

Тема курсового проекта: Внутризаводское электроснабжение «Тамбовского завода подшипников скольжения».

В курсовом проекте рассмотрены вопросы реконструкции системы электроснабжения метизного производства: из технико-экономического сопоставления выбраны: оптимальный вариант системы и оптимальный уровень напряжения, электрические аппараты, соответствующие рассчитанным токам короткого замыкания, релейная защита.

 

Проектирование системы внешнего электроснабжения

Расчет электрических нагрузок

 

Электрические нагрузки определяют для выбора и проверки токоведущих элементов (шин, кабелей, проводов), силовых трансформаторов и преобразователей по пропускной способности (нагреву), а также для расчёта потерь, отклонений и колебаний напряжения, выбора защиты и компенсирующих устройств.

Правильное определение электрических нагрузок является основой рационального построения и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий.

При определении расчетных нагрузок должны учитываться следующие положения:

· Графики нагрузок цехов или всего промышленного предприятия изменяются во времени, растут и по мере совершенствования техники производства выравниваются (коэффициент заполнения графика нагрузок повышается).

·   Постоянное совершенствование производства (автоматизация и механизация производственных процессов) увеличивает расход электрической энергии, потребляемой предприятием. Это обстоятельство влечет за собой рост электрических нагрузок.

·   При проектировании системы электроснабжения необходимо учитывать перспективы развития производства и, следовательно, перспективный рост электрических нагрузок предприятия на ближайшие 10 лет.

Расчётная нагрузка предприятия складывается из силовой и осветительной. Исходными данными для нахождения силовой нагрузки является ведомость установленных мощностей ЭП с учётом их числа и характеристик, а установленную мощность осветительной нагрузки необходимо рассчитывать.

 

Расчет наружного освещения

Наружное освещение может выполняться как светильниками, так и прожекторами. Безусловных экономических преимуществ ни одна из этих систем не имеет.

Преимуществами прожекторного освещения являются: возможность освещения больших открытых площадей без установки на них опор и прокладки сетей, облегчение эксплуатаций за счет резкого снижения количества мест, требующих обслуживания. К недостаткам прожекторного освещения можно отнести: слепящее действие, большая пульсация освещенности, резкие тени от объектов.

При освещении светильниками лампы ДРЛ следует использовать для освещения основных транспортных дорог завода с нормой освещенности более 4 лк. Для охранного освещения должны применяться светильники с лампами накаливания.

Высота установки светильников выбирается с учетом требований ограничения слепящего действия. Экономически целесообразным является увеличение высоты. Традиционная высота установки колеблется от 6 до 10 м. Выбираем 7 м.

Для охранного освещения выбираем светильники - СПП 200М с лампами Б200-220 [1, табл. 9-1].

Расстояние между светильниками выбранного типа определяется расчетом. Вначале определяют световой поток, который необходим для обеспечения требуемой освещенности по формуле:

 

,

 

где L-нормированная яркость (для территории завода 0,4 кд/м², для охранного освещения 0,05 кд/м²), k- коэффициент запаса, h_L - коэффициент использования по яркости для выбранного светильника, с учетом условий установки [1, табл. 9-3] ().

.

Далее определяется площадь, которую способен осветить выбранный светильник:

 

,

 

где Ф_св - световой поток от лампы в светильнике (2450 лм.)

 (м²),

Для охранного освещения выбранные светильники следует устанавливать на расстоянии 50 м.

Суммарная длина охранной зоны завода составляет 1,579 км. Следовательно, для освещения потребуется 32 светильника

Для наружного освещения транспортных дорог завода выбираем [1, табл. 9-1] светильник СЗП-500М с широкой симметричной кривой светораспределения. В светильники устанавливаем лампы Г500-220. Световой поток от лампы в светильнике 8300 лм. Устанавливаем светильники в наиболее оживленных местах движения (перекрестки) и на подъездах к цехам.

Следовательно для освещения дорог потребуется 24 светильника.

Суммарная мощность наружного освещения:

 

Эксплуатационные потери

1) Стоимость потерь в одной цепи линии

, (35)

 

где I - ток, протекающий в линии, А;

R - сопротивление линии, Ом;

Т_max - годовое число часов использования максимума нагрузки, ч/год;

С_Э - стоимость электрической энергии, руб./кВт×ч.

В нашем случае Т_max = 6240 ч/год, С_Э = 2,20 руб./кВт×ч.

Сопротивление линии:

 

, (36)

 

где r₀ - удельное активное сопротивление линии, Ом/км [6, таблица 84].

 

Ом;

Ом.

 

Тогда, согласно (63):

тыс. руб./год;

тыс. руб./год;

Для двухцепной линии:

 

  (37)

 

 тыс. руб./год;

 тыс. руб./год.

2) Потери энергии группой трансформаторов

 

, (38)

 

где DР_хх, DР_к - потери холостого хода и короткого замыкания трансформатора соответственно, кВт;

n - количество трансформаторов;

Т - число рабочих часов в году.

кВт×ч/год;

кВт×ч/год.

Стоимость потерь энергии в трансформаторах:

 

тыс. руб./год;

тыс. руб./год;

 

) Нормы отчислений на амортизацию и капитальный ремонт [10, таблица 4.1] для:

- ВЛ на железобетонных и металлических опорах ;

- электрооборудования, установленного на подстанциях .

Нормы отчислений на текущий ремонт и обслуживание:

- ВЛ на железобетонных и металлических опорах ;

- электрооборудование .

Суммарные затраты

 

,     (39)

 

где Е_н = 0,12 - нормативный коэффициент;

Р_S - суммарные амортизационные отчисления и отчисления на текущий ремонт и обслуживание;

К - капитальные затраты, тыс. руб.;

С_DЭ - стоимость потерь, руб./год.

тыс. руб./год;

тыс. руб./год.

Расчет показал экономическое преимущество в качестве питающего напряжения 110 кВ перед напряжением 35 кВ. Следовательно, питаем ГПП напряжением 110 кВ.

 

Таблица 13. Параметры схемы замещения

Элемент	E	R	Xmin	Xmax	Zmin	Zmax
Система	1,0522		0,0227	0,0318	0,0227	0,0318
ВЛ		0,036	0,073		0,081
ГПП (Т1, Т2)			0,481	0,829	0,481	0,829
АД1	1,0522		0,21		0,21
АД2	1,0522		0,21		0,21
АД3	1,0522		0,21		0,21
КЛ 1		0,067	0,009		0,068
КЛ 2		0,050	0,009		0,051
КЛ 3		0,067	0,009		0,068
КЛ 4		0,052	0,007		0,053
КЛ 5		0,020	0,003		0,020
КЛ 6		0,023	0,004		0,023
КЛ 7		0,003	0,000		0,003
КЛ 8		0,026	0,003		0,026
КЛ 9		0,032	0,004		0,033
КЛ 10		0,054	0,007		0,054
КЛ 11		0,014	0,002		0,014
КЛ 12		0,102	0,013		0,103
КЛ 13		0,068	0,008		0,068
КЛ 14		0,105	0,013		0,106
КЛ 15		0,123	0,015		0,124

 

Таблица 14 - сопротивления трансформаторов

№	Uк (%)	S (кВА)	R	X	Z
1	5,5	1 600	0,935	3,118	3,255
2	6,5	2 500	0,853	2,358	2,508
3	5,5	630	1,253	7,919	8,017
4	5,5	1 000	0,998	4,989	5,087
5	5,5	630	1,253	7,919	8,017
6	6,5	2 500	0,853	2,358	2,508
7	4,5	250	1,342	16,327	16,382
8	5,5	1 600	0,935	3,118	3,255
9	5,5	1 000	0,998	4,989	5,087
10	6,5	2 500	0,853	2,358	2,508
11	6,5	2 500	0,853	2,358	2,508
12	6,5	2 500	0,853	2,358	2,508
13	5,5	630	1,253	7,919	8,017
14	5,5	1 600	0,935	3,118	3,255

 

Расчет ведем для токов трехфазного КЗ, т.к. этот режим наиболее тяжелый.

Ток КЗ находят по формуле:

 

,                                          (51)

,                                          (52)

 

где Е_экв - эквивалентная ЭДС;

Z_экв - эквивалентное сопротивление цепи КЗ.

После нахождения тока КЗ в базисных величинах переводят его значение в именованные единицы.

Найдем ток КЗ в точке К1.

Расчетная схема для расчета тока КЗ имеет следующий вид (рис. 5):

 

Рис. 5

 

Для дальнейшего расчета преобразуем расчетную схему в эквивалентную принципиальную схему в базисных величинах (рис. 6).

Рис. 6

 

Все параметры схемы замещения элементов СЭС берем из таблицы 13 и14 ПЗ.

Находим эквивалентную ЭДС:

Эквивалентное сопротивление:

 

 

Ток КЗ:

 

 

Ток КЗ в именованных величинах:

 

;

.

 

Расчет токов КЗ для остальных точек замыкания по стороне высокого напряжения проходит аналогично. Его результаты сводим в таблицы 15.

При выборе коммутационных аппаратов необходимо проводить его проверку на электродинамическую стойкость. Проверка осуществляется по воздействию ударного тока КЗ и максимальному значению тока КЗ.

Ударный ток КЗ рассчитывают по формуле:

 

,                                          (53)

 

где - ток КЗ, протекающий через аппарат, А;

К_у - ударный коэффициент.

По [13] принимаем К_у=1.8.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   (74)

Максимальное действующие значение ударного тока КЗ определяют по формуле:

 

                             (55)

 

Определим ударные токи КЗ в точке К1.

 

 кА

 

кА

 

Таблица 15. Результаты расчета токов короткого замыкания

№	Imax	Imin	Imax,кА	Imin,кА	Ky	iy,кА	Iy,кА
ШИНА1
К1	10,15	9,33	5,1	4,69	1,8	12,98	7,7
К2	1,799	1,12	9,89	6,16		25,18	14,93
КЗ до трансформаторов
К3	1,485	0,987	8,164	5,429	1,8	20,783	12,328
К4	1,740	1,094	9,567	6,015		24,353	14,445
К5	1,758	1,101	9,667	6,054		24,608	14,597
К6	1,530	1,007	8,410	5,536		21,409	12,699
К7	1,612	1,042	8,861	5,728		22,556	13,380
К8	1,524	0,987	8,378	5,429		21,326	12,650
КЗ за трансформаторами
К9	0,122	0,117	17,615	16,914	1,8	44,839	26,597
К10	0,339	0,304	48,893	43,851		124,461	73,827
К11	0,329	0,296	47,524	42,747		120,977	71,760
К12	0,121	0,117	17,517	16,824		44,590	26,450
К13	0,267	0,244	38,489	35,147		97,976	58,117
ШИНА2
КЗ до трансформаторов
К14	1,758	1,101	9,667	6,054	1,8	24,608	14,597
К15	1,530	1,007	8,410	5,536		21,409	12,699
К16	1,612	1,042	8,861	5,728		22,556	13,380
К17	1,647	1,056	9,056	5,809		23,053	13,674
К18	1,485	0,987	8,164	5,429		20,783	12,328
КЗ за трансформаторами
К19	0,339	0,304	48,893	43,851	1,8	124,461	73,827
К20	0,329	0,296	47,524	42,747		120,977	71,760
К21	0,121	0,117	17,517	16,824		44,590	26,450
К22	0,334	0,300	48,265	43,346		122,863	72,879
ЦРП-шина1
КЗ до трансформаторов
К23	1,355	0,928	7,452	5,104	1,8	18,970	11,252
К24	1,385	0,942	7,617	5,181		19,389	11,501
К25	1,355	0,928	7,450	5,103		18,965	11,249
К26	1,382	0,941	7,598	5,172		19,342	11,473
К27	1,479	0,985	8,131	5,414		20,699	12,278
К28	1,485	0,987	8,164	5,429		20,783	12,328
К29	1,485	0,987	8,164	5,429		20,783	12,328
КЗ за трансформаторами
К30	0,261	0,240	37,670	34,605	1,8	95,892	56,880
К31	0,322	0,290	46,482	41,902		118,323	70,186
К32	0,120	0,115	17,270	16,596		43,963	26,078
К33	0,180	0,170	25,965	24,471		66,097	39,207
К34	0,062	0,060	8,885	8,703		22,617	13,416

 

Выбор трансформаторов ГПП

На территории завода устанавливаем КТПБ-110/10-4-2Х6300-34У1 [5, стр. 593]. Подстанция укомплектована на заводе-изготовителе двумя блоками с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линии. При расчетной нагрузке в 25116,9 кВА устанавливаем два трансформатора по 16000 кВА.

Технические данные трансформатора: ТМН-16000/110, мощность 16000 кВА, напряжение 110/10, потери мощности холостого хода 19 кВт и короткого замыкания 85 кВт, ток холостого хода 0,7%, цена 18000 тыс. рублей.

Таблица 20. Результаты выбора трансформаторов напряжения

Тип	Номинальное напряжение, В		Класс точности	Sн, ВА	Sпред, ВА
	ВН	НН
НКФ-110-57	110000	100, 16002000
НТМИ-10-66	10000	100, 100/3	1	200	1000

 

Трансформаторы тока выбирают по номинальному напряжению и номинальному первичному току. Проверяют по электродинамической и термической стойкости и токам КЗ.

Условия выбора:

 

1) ;                   3) ;

) ;                     4) .

 

Расчетные данные получаем по формулам (74) и (79). Значения полных мощностей S_П для вычисления расчетных токов на участках берем из таблицы 9 ПЗ. Значениями токов КЗ задаемся из таблицы 18. Результаты выбора сводим в таблицу 21.

 

Таблица 21 - Результаты выбора трансформаторов тока

Место		Тип		UH, кВ	UHА, кВ		Iраб мах, А	IH, А	iУ, кА	iм ДИН, кА
КЛ	1		ТПЛ-10К	10	10	76,52		100	18,97	250
КЛ	2		ТПЛ-10К	10	10	112,39		150	19,39	250
КЛ	3		ТПЛ-10К	10	10	32,29		40	18,97	250
КЛ	4		ТПЛ-10К	10	10	48,52		50	19,32	250
КЛ	5		ТПЛ-10К	10	10	31,78		40	24,35	250
КЛ	6		ТПЛ-10К	10	10	119,69		150	20,13	250
КЛ	7		ТПЛ-10К	10	10	8,04		10	20,7	250
КЛ	8		ТПЛ-10К	10	10	71,03		100	20,05	250
КЛ	9		ТПЛ-10К	10	10	47,00		50	19,87	250
КЛ	10		ТПЛ-10К	10	10	122,64		150	23,53	250
КЛ	11		ТПЛ-10К	10	10	97,32		100	24,61	250
КЛ	12		ТПЛ-10К	10	10	104,88		150	21,41	250
КЛ	13		ТПЛ-10К	10	10	30,89		40	22,56	250
КЛ	14		ТПЛ-10К	10	10	66,88		75	21,33	250
КЛ	15		ТПЛ-10К	10	10	286,02		300	20,783	250
ГПП			ТФНД-110-0,5	110	110	131,83		150	12,98	140
СЕКЦ			ТПЛ-10К	10	10	776,9		800	25.18	250

Выбор разъединителей

Разъединитель - это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрической цепи без тока или с незначительным током, который для обеспечения безопасности имеет между контактами в отключенном положении изоляционный промежуток. При ремонтных работах разъединителем создается видимый разрыв между частями, оставшимися под напряжением, и аппаратами, выведенными в ремонт.

Разъединители выбирают по номинальному напряжению, номинальному длительному току, а в режиме КЗ проверяют на термическую и элек- тродинамическую стойкость. Для короткозамыкателей выбор по номинальному току не требуется.

Условия выбора:

 

1) ;                     3) ;

) ;                    4) .

 

Расчетные данные получаем по формулам (74) и (79). Значения полных мощностей S_П для вычисления расчетных токов на участках берем из таблицы 9 ПЗ. Значениями токов КЗ задаемся из таблицы 18. Результаты выбора сводим в таблицу 22.

 

Таблица 22 - Результаты выбора разъединителей

Тип	Наименова-	U н	U ном	Ip max	I ном	iy	im дин
	ние цепи	кВ	кВ	А	А	кА	кА
Разъединители
РНДЗ-2-110/100	ГПП	110	110	131,83	100	12,98	80
РНДЗ-1-110/100	ГПП	110	110	131,83	100	12,98	80
РВ-10/400	ТП1	10	10	76,52	400	18,97	51
РВ-10/400	ТП2	10	10	112,39	400	19,39	51
РВ-10/400	ТП3	10	10	32,29	400	18,97	51
РВ-10/400	ТП4	10	10	48,52	400	19,32	51
РВ-10/400	ТП5	10	10	31,78	400	24,35	51
РВ-10/400	ТП6	10	10	119,69	400	20,13	51
РВ-10/400	ТП7	10	10	8,04	400	20,7	51
РВ-10/400	ТП8	10	10	71,03	400	20,05	51
РВ-10/400	ТП9	10	10	47,00	400	19,87	51
РВ-10/400	ТП10	10	10	122,64	400	23,53	51
РВ-10/400	ТП11	10	10	97,32	400	24,61	51
РВ-10/400	ТП12	10	10	104,88	400	21,41	51
РВ-10/400	ТП13	10	10	30,89	400	22,56	51
РВ-10/400	ТП14	10	10	66,88	400	21,33	51
РВ-10/400	ТП15	10	10	286,02	400	20,783	51

 

На главной понизительной подстанции устанавливаем КРУ серии К-47 [10, таблица 7.1].

Выбор разрядников

Для защиты изоляции от коммутационных и атмосферных перенапряжений применяют разрядники. Выбирают разрядники по номинальному напряжению, исходя из условия . Результаты выбора и технические характеристики разрядников сведем в таблицу 23.

 

Таблица 23. Результаты выбора разрядников

Тип	Номинальное напряжение, кВ	Наибольшее допустимое напряжение разряда, кВ	Пробивное напряжение, кВ		Импульсное пробивное напряжение, кВ
			не менее	не более
РВО-10	10	12.7	26	30,5	48
РВС-110М	110	100	170	195	265

Ток срабатывания реле

А

 

Выбираем реле РТ-40/20 с последовательным соединением обмоток I_УСТ = (5¸10)А.

Время действия защиты выбирается на ступень больше времени защиты трансформатора от внешних коротких замыканий.

 

t_СЗп = t_CЗмтз + Δt = 1,6 + 0,5 = 2,1 с

 

Выбираем реле времени ЭВ-100 [12, таблица 30.3].

Список источников

электроснабжение нагрузка мощность внутризаводской

1. Правила устройства электроустановок. Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. 2-й выпуск(с изм. и доп., по состоянию на 1 ноября 2005г.) - Новосибирск: Сиб.унив.изд-во, 2005 - 854с., ил.

2. Электротехнический справочник: В 3 т. Т. 3. В 2 кн. Кн. 1. Производство и распределение электрической энергии (Под общ. ред. Профессоров МЭИ: И.Н. Орлова (гл.ред.) и др.) 7-е изд., испр. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 880 с.

3. Справочная книга для проектирования электрического освещения /Под ред. Г.М. Кнорринга. - Л.: Энергия, 1976

4. Шеховцов В.П. Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования. - М.:ФОРУМ: ИНФРА-М, 2003.

.   Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций. - М., Энергоатомиздат., 1989. - 608 с.

6. Справочник по проектированию электроэнергетических систем/ В.В. Ершевич, А.Н. Зейлигер, Г.А. Илларионов и др.: Под ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985.- 352с.

7. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию / Под общ. ред. А.А. Федорова. В 2-х т. - М., Энергоатомиздат, 1986

8. Освещение открытых пространств / Волоцкой Н. В. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. - 232 с.

Аннотация

 

Тема курсового проекта: Внутризаводское электроснабжение «Тамбовского завода подшипников скольжения».

В курсовом проекте рассмотрены вопросы реконструкции системы электроснабжения метизного производства: из технико-экономического сопоставления выбраны: оптимальный вариант системы и оптимальный уровень напряжения, электрические аппараты, соответствующие рассчитанным токам короткого замыкания, релейная защита.

 

Проектирование системы внешнего электроснабжения