Тема: «электроснабжение абразивного завода».

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Проектирование систем электроснабжения»

 

 

Специальность 5В071800 - Электроэнергетика

Выполнил студент группы Эсн-10-2

Сеитбек Б.А.

№ зачетной книжки 104158, вариант №42

Руководитель ст.пр. Живаева О.П.

«____» ___________________ 20___г.

 

 

Алматы 2013

Исходные данные к проекту.

Тема: «Электроснабжение абразивного завода».

 

Питание может быть осуществлено от подстанции энергосистемы, на которой установлено два трехобмоточных трансформатора мощностью по 63 МВА напряжением 115/37/10 кВ. Мощность энергосистемы 1000 МВА. Трансформаторы работают раздельно. Расстояние от подстанции энергосистемы до фабрики 6,3 км. Завод работает в три смены.

 

Таблица 1 - Электрические нагрузки по фабрике.

Наименование	Кол-во ЭП, n	Установленная мощность
Одного ЭП, Pн	Σ Pн
1 Цех электропечей №1:
a) ДСП 12т		Sном.тр.ДСП=5000кВА;
б) 0,4 кВ		1-100
2 Склад кварцита, кокса, стружки		10-20
3 Заводоуправление		1-30
4 Цех электропечей №2:
а) ДСП 6т		Sном.тр.ДСП=2800кВА;
б) 0,4 кВ		1-100
5 Цех электропечей №3:
а) ДСП 12т		Sном.тр.ДСП=5000кВА;
б) 0,4 кВ		1-80
6 Механо-прессовый		1-60
7 Столярный цех		1-30
8 Склад оборудования		10-20
9 Насосная
а) СД 10кВ
б) 0,4 кВ		10-40
10 Цех электропечей №4:
а) ДСП 25 т		Sном.тр.ДСП=9000кВА;
б) 0,4 кВ		1-75

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

1. Исходные данные к проекту …………………………………….………..2

Введение ………………………………………………………………..…..4

2. Расчет электрических нагрузок по заводу ………………………….……5

2.1. Расчет осветительных нагрузок ……………………………………5

2.2. Расчет электрических нагрузок по заводу …………………….…..5

2.3. Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов …………11

2.4. Уточненный расчет электрических нагрузок по заводу ……...…13

3. Выбор схемы внешнего электроснабжения ……………………………..19

4. Выбор оборудования U=10, кВ.…..…………………………………..….30

4.1. Расчет токов короткого замыкания на шинах ГПП и РП...….…...30

4.2. Выбор выключателей ………………………………………….…...31

4.3. Выбор кабелей …………...………………………………….….…..34

4.4. Выбор выключателей нагрузок на ТП ……………………………35

4.5. Выбор автоматических выключателей на ТП ……………………35

4.6. Выбор трансформаторов тока ……………………………………..39

4.7. Выбор трансформаторов напряжения …………………………….48

Заключение ……………………………………………………………… 50

Список литературы ……………………………………………………….51

Приложение А Генеральный план завода …………………………….....52

Приложение Б Принципиальная схема электроснабжения …………….53

 

Таблица 2.1-Расчет осветительной нагрузки.
№	Наименование производственного помещения	Размеры помещения,м	Площадь помещен. м2	Уд. осв. нагрузка ро кВт/м2	Коэффициент спроса Кc	Уст. мощн. осв. Руо кВт	Расчетная осветительная нагрузка	Cosf/tgf	Тип источника освещения
Рро,кВт	Qро,кВт
	Цех электропечей №1	71*26		0,015	0,95	27,69	26,31	13,15	0,9/05	ЛЛ,ДРЛ
	Склад кварцита, кокса, стружки	50*26		0,01	0,6	13,00	7,80	3,90	0,9/0,5	ЛЛ,ДРЛ
	заводоуправление	40*26		0,018	0,9	18,72	16,85	8,42	0,9/0,5	ЛЛ,ДРЛ
	Цех электропечей №2	132*17		0,015	0,95	33,66	31,98	15,99	0,9/0,5	ЛЛ,ДРЛ
	Цех электропечей №3	80*26		0,015	0,95	31,20	29,64	14,82	0,9/0,5	ЛЛ,ДРЛ
	механо-прессовый цех	40*17		0,013	0,95	8,84	8,40	4,20	0,9/0,5	ЛЛ,ДРЛ
	столярный цех	40*17		0,014	0,95	9,52	9,04	4,52	0,9/0,5	ЛЛ,ДРЛ
	склад оборудования	61*17		0,01	0,6	10,37	6,22	3,11	0,9/0,5	ЛЛ,ДРЛ
	насосная	40*14		0,011	0,6	6,16	3,70	1,85	0,9/0,5	ЛЛ,ДРЛ
	Цех электропечей №4	80*33		0,015	0,95	40,59	38,56	19,28	0,9/0,5	ЛЛ,ДРЛ
	площадь территоории	444*214		0,009		727,59	727,59	363,79	0,9/0,5	ЛЛ,ДРЛ

 

 

Цехтардың №	Наименование цехов и групп ЭП	Кол-во ЭП, n	Средняя нагрузка	m	Ки	cosφ	tgφ	Средняя нагрузка	n(э)	Kр	Расчетная мощность
			Pн min ÷ Pн max	∑P					Рсм, кВт	Qсм, кВт			Рм, кВт	Qм, квар	Sм, кВА
	Цех электропечей №1
	силовая		1-100		>3	0,4	0,8	0,75				0,75
	осветительная												26,31	13,15	29,41
	итого												866,31	643,15
	Склад кварцита, кокса, стружки
	силовая		10-20		<3	0,4	0,8	0,75				0,85
	осветительная												7,8	3,9	8,72
	итого												143,8	105,9	178,59
	заводоуправление
	силовая		1-30		>3	0,4	0,7	1,02		122,4		0,85		104,04	145,70
	осветительная												16,85	8,42	18,84
	итого												118,85	112,46
	Цех электропечей №2
	силовая		1-100		>3	0,4	0,8	0,75				0,75		607,5	1012,5
	осветительная												31,98	15,99	35,75
	итого												841,98	623,49
	Цех электропечей №3
	силовая		1-80		>3	0,4	0,8	0,75				0,85
	осветительная												29,64	14,82	33,14
	итого												301,64	218,82
	механо-прессовый цех
	силовая		1-60		>3	0,5	0,75	0,88				0,9		237,6	359,66
	осветительная												8,4	4,2	9,39
	итого												278,4	241,8
	столярный цех
	силовая		1-30		>3	0,3	0,7	1,02		122,4		0,75		91,8	128,56
	осветительная												9,04	4,52	10,11
	итого												99,04	96,32
	склад оборудования
	силовая		10-20		<3	0,4	0,8	0,75				0,85	47,6	35,7	59,5
	осветительная												6,22	3,11	6,95
	итого												53,82	38,81
	насосная
	силовая		10-40		>3	0,7	0,8	0,75		131,25		0,9	157,5	118,125	196,88
	осветительная												3,7	1,85	4,14
	итого												161,2	119,975
	Цех электропечей №4
	силовая		1-75		>3	0,4	0,8	0,75				0,75
	осветительная												38,56	19,28	43,11
	итого												578,56	424,28
	освещение												727,59	363,79	813,47
	итого												4171,2	2988,8	5131,4

 

 

№ цехов	Наименование цехов и групп ЭП	Кол-во ЭП n	Средняя нагрузка	m	Ки	cosφ/ tgφ	Средняя нагрузка	nэ	Км	Расчетная мощность	Iр,А
Pн min ÷ Pн max	∑P	Рсм кВт	Рсм кВт	Рр кВт	Qр квар	Sр кВА
	силовая		1-80		>3	0,55	0,65/1,16				1,13	1864,5
осветительная												39,79
итого											1887,5	1953,7	2716,5	3994,8
	силовая		10-20		<3	0,25	0,6/1,33	112,5	149,6		1,3	146,25	149,6
осветительная
итого											160,2	156,6	224,06	329,6
	силовая		1-30		>3	0,5	0,75/0,88		123,2		1,21	169,4	123,2
осветитальная											25,2	12,6
итого											194,6	135,8	237,3	348,97
	силовая		10-80		>3	0,55	0,65/1,16				1,13	1864,5
осветительная											32,11	55,5
итого											1896,61	1969,5	2734,3
	силовая		5-90		>3	0,55	0,65/1,16		574,2		1,2		574,2
оветительная											26,2	45,3
итого											620,2	619,5	876,6	1289,1
	силовая		11-80	1216,5	>3	0,3	0,8/0,75	614,6	333,87		1,2	656,2
осветительная											9,6	16,6
итого											665,8	350,6	752,46	1106,5
	силовая		1-25		>3	0,3	0,7/1,02		137,7		1,24	167,4	137,7
осветительная											14,4
итого											181,8	162,7		358,8
	силовая		8-25		>3	0,4	0,6/1,33		71,8		1,52	82,08	71,8
осветительная											9,6
итого											91,68	71,8
	силовая		5-30		>3	0,6	0,85/0,6				1,06	254,4
осветительная											8,64
итого											263,04			4411,7
	силовая		1-60		>3	0,7	0,65/1,16		1020,8		1,16		1020,8
осветительная											33,6	58,12
итого											1054,6
	Итого	7016,037	6643,23
Освещение		85,5
	U=0.4кВ	7187,03	6728,7	9845,24

 

 

Выбор числа цеховых трансформаторов и

Расчет компенсации реактивной мощности

На шинах 10 кВ ГПП.

Составим схему замещения, показанную на рисунке 2.2.

 

Резервная мощность:

8723,603

6023,51

10601,13

15589,89

 

Q_рез=0,1×ΣQ_расч =0,1×(Q_р0,4+ΔQ_т+Q_{р ДСП}+ΔQ_{р ДСП})=0,1×(6023,5+498,3+ 4131,68+560+7905+1000)= 2011,8 кВАр.

 

Мощность, поступающая от энергосистемы:

Q_э=0,25×ΣP_р=0.25×(P_р0,4+ΔP_т+P_сд+ Р_{р ДСП}+ ΔР_{р ДСП})

Q_э=0,25×(8723,6+94,15+2142+6664+112+12750+200)= 7671,4кВАр.

 

Мощность ВБК определим из условия баланса реактивной мощности: Q_ВБК=Q_р0,4+ΔQ_т+Q_рез +Q_{р ДСП}+ΔQ_{р ДСП} -Q_э -Q_сд –Q_НБК

Q_ВБК=6023,5+498,3+4131,7+560+1000+7905-7671,4-1071-4866,4= 8521,4 кВАр.

Полученную реактивную мощность используем для индивидуальной компенсации реактивной мощности ДСП 12т. Для этого выбираем конденсаторные батареи для компенсации реактивной мощности типа УКРМ-10-900ЛУ3,

где Q_н =900 квар, n = 2, S Q_н = 1800 квар.

Уточненный расчет электрических нагрузок по заводу приведены в таблице 2.5 - Уточненный расчет нагрузок по заводу.

Таблица 2.5 -Уточненный расчет злектрических нагрузок по заводу.
№ ТП	№ цехов	Количество ЭП	Установленная мощность	Ки	Средняя нагрузка за макс.загр.см.	nэ	Км	Расчетная мощность	Кз
	n	Рmin/Pmax кВт	Общая ∑Рн квт		Рсм кВт	Qсм квар	Рр	Qр	Sр
ТП1-2 4х1600кВА     силовая осветительная Qнбк Итого			1-30				105,6
		8-50
		4-16			24,64
		10-25			251,25
		1-110		0,57				1,06	4336,46	2989,73
	398,75	162,705
	-1000
4735,11	2152,435	5201,46	0,81
ТП3 2х1600кВА   силовая осветительная Qнбк Итого			10-120
		10-70			183,6
		10-20			288,64
		10-120		0,59		847,24		1,09		847,24
	176,82	88,41
	-500
2247,82	435,65	2289,65	0,72
ТП4-6 6х1600кВА силовая осветительная Qнбк Итого			10-35				183,6
		10-220
		7-55			137,7
		7-220		0,59		3200,6		1,07	6757,05	3200,6
	304,62	159,12
	-1500
7061,67	1859,72	7302,45	0,76
ТП7-8 3х1600кВА силовая осветительная освещ.терр. Qнбк Итого			2-30
		1-35			197,12
		2-45			91,8
		8-30
		2-25
		1-45		0,43		668,92		1,09	954,84	668,92
	2557,32	224,91
3898,96	893,83
	-750
3898,96	222,23	3882,35	0,81
Итого на шинах 0,4кВ		17913,66	4671,035
Потери в трансф.-х		186,26	1014,4
Итого нагр. 0,4кВ привед		18099,9	5685,4
Цех дуговых печей ДСП 6т
Цех дуговых печей ДСП 12т
dPтрДСП dQтрДСП 6т
dPтрДСП dQтрДСП 12т
Компрессорная станция СД							-2125
Насосная СД							-1071
ВБК(4х600)			-1800
Итого		37417,9	9270,4	38409,3

3. Выбор схемы внешнего электроснабжения.

 

Питание может быть осуществлено от подстанции энергосистемы, на которой установлено два трансформатора мощностью по 63 МВА напряжением 115/37/10,5 кВ. Мощность энергосистемы 1000МВА. Расстояние от подстанции до завода 6.3 км. Завод работает в три смены. Стоимость электроэнергии 20 тг/кВтч. Завод работает в три смены. 1y.e.=200тг.

Для технико-экономического сравнения вариантов электроснабжения завода рассмотрим три варианта:

1. I вариант – ЛЭП 115 кВ;

2. II вариант – ЛЭП 37 кВ.

3. III вариант – ЛЭП 10,5 кВ.

 

I Вариант

Рисунок 3.1. I вариант схемы электроснабжения.

Выбираем электрооборудование по I варианту.

1. Выбираем трансформаторы ГПП:

Выбираем два трансформатора мощностью 10000 кВА.

Коэффициент загрузки:

Паспортные данные трансформатора:

Тип т –ра ТДН –25000/115/10,5;

S_н=25000 кВА, U_вн=115кВ, U_нн=10,5кВ, ΔP_хх=25кВт, ΔP_кз=120кВт,

U_кз=10,5%, I_хх=0,65%.

 

Потери мощности в трансформаторах:

активной:

реактивной:

Потери энергии в трансформаторах.

При трехсменном режиме работы Т_вкл=6000ч. Т_макс=6000ч.

Тогда время максимальных потерь:

Потери активной мощности в трансформаторах:

ΔW=2(ΔP_хх×T_вкл+ΔP_кз× τ ×K_з²);

ΔW=2(25×6000+120×4592×0,77 ²)=953423,24 кВтч.

 

2.ЛЭП –115 кВ.

Полная мощность, проходящая по ЛЭП:

Расчетный ток, проходящий по одной линии:

Ток аварийного режима:

I_а=2×I_р=2×97,4=194,8А

По экономической плотности тока определяем сечение проводов:

где j=1,1 А/мм² экономическая плотность тока при Т_м=6000ч и алюминиевых проводах.

Принимаем по условию коронирования провод АС–95/16 с I_доп=330А.

Проверим выбранные провода по допустимому току.

При расчетном токе:

I_доп= 330А>I_р=97.4А.

При аварийном режиме:

I_{доп ав}=1,3xI_доп=1,3x330=429A>I_ав=194,8A

 

Потери электроэнергии в ЛЭП:

где r₀=0,301 Ом/км - удельное сопротивление сталеалюминевого провода сечением 95 мм², l=6,3км - длина линии.

 

 

3.Выбор выключателей и разъеденителей на U=230 кВ.

 

Перед выбором аппаратов составим схему замещения (рис.3.2.) и рассчитаем ток короткого замыкания в о.е.

S_б=1000 МВА; U_б=115 кВ.

х_с= Sб /Sс= 1000/1000=1о.е.,

 

Выбираем разъединители Р1-4

Разъединитель ABB SGF-123n+2E:

Uр=110кВ= Uн=110кВ;

Iном=1600А >Iав=194,8А;

Iтерм=100кА>Ik1=9,98кА;

Iдин=40кА>iy=4,15кА.

Выбираем выключатели В1-2, Р1-4 по аварийному току трансформаторов ЭС. Примем, что мощность по двум вторичным обмоткам трансформатора распределена поровну, поэтому мощность аварийного режима равна 63 МВА.

 

Выключатель ABB OHB-36:

Uр=35кВ= Uн=35кВ;

Iном=1250А >Iав=983,1А;

Iоткл=25кА>Ik1=5,8кА;

Iпред= 40кА>iy=13,9кА;

Iтерм=20кА>Ik1=5,8кА;

 

Выключатель секционный В3 ABB OHB-36:

Uр=35кВ= Uн=35кВ;

Iном=1250А >Iав=491,5А;

Iоткл=25кА>Ik1=5,8кА;

Iпред= 40кА>iy=13,9кА;

Iтерм=20кА>Ik1=5,8кА;

 

Выключатель В4-7 ABB OHB-36:

Uр=35кВ= Uн=35кВ;

Iном=1250А >Iав=605,4А;

Iоткл=25кА>Ik1=5,8кА;

Iпред= 40кА>iy=13,9кА;

Iтерм=20кА>Ik1=5,8кА;

 

Разъединитель Р1-4 LTB 72.5:

Uр=35кВ= Uн=35кВ;

Iном=1000А >Iр=605,4А;

Iдин= 10кА>iy=8,3кА;

Iтерм=25кА>Ik1=3,44кА;

 

ОПН1-2: Ограничители перенапряжений ABB MWK.

 

Расчет затрат на II вариант.

Затраты на выключатели В1и В2:

К_В1-2=2×γ2× К_В=2×0,48×60000=57600у.е.

Затраты на разъединители Р1-4:

К_Р1-4=4× К_Р=4×15000=60000у.е.

Затраты на выключатель В3:

К_В3=γ3× К_В=0,24×60000=14400 у.е.

Затраты на выключатели В4-7:

К_В4-7=4×К_В=4×60000=240000у.е.

Затраты на ограничители перенапряжений ОПН1-2:

К_ОПН1-2=2×К_опн=2×6000=12000у.е.

Затраты на тр ГПП:

К_тр ГПП=2× К_т =2×400000=800000у.е.

Затраты на тр ЭС:

К_трЭС =2×γ1× Ктрэс=2×0,31×500000=310000 у.е.

Затраты на оборудование:

К_об= К_В1-2 + К_Р1-4 + К_В3+ К_В4-+ К_ОПН1-2+К_трэс+ К_{т гпп}

К_об=57600+60000+14400+240000+12000+310000+800000=1494000y.e.

 

Затраты на ЛЭП на двухцепной стальной опоре:

К_уд=24000 у.е./км.

К_ЛЭП=1×L×К_уд=6,3×24000=151200у.е.

Суммарные затраты на оборудование II варианта:

К_Σ2= К_об +К_ЛЭП=1494000+151200=1645200y.e.=329млн.тг.

 

Определим издержки:

 

Издержки на эксплуатацию ЛЭП:

И_{экс ЛЭП}=0,028×К_ЛЭП=0,028×151200=4233,6у.е.

Амортизация ЛЭП:

И_{а ЛЭП}=0,028×К_ЛЭП=0,028×151200=4233,6у.е.

Издержки на эксплуатацию оборудования:

И_{экс об}=0,02×К_об=0,02×1494000=29880у.е.

где К_об –суммарные затраты без стоимости ЛЭП.

Амортизация оборудования:

И_{а об}=0,043×К_об=0,043×1494000=64242у.е.

Стоимость потерь:

Ипот.=Сo×(Wтргпп+ Wлэп)=0,1×(920197,3 +2070102,4)=299030y.e.

Сo=0,1y.e./кВт×ч

Суммарные издержки:

И_Σ2=Иа+Ипот+Иэ,

И_Σ2=4233,6+4233,6+29880+64242+299030=401619,2y.e.=80,32млн.тг.

Приведенные суммарные затраты:

З_II=0.12×К_Σ2+ И_Σ2=0,12×1645200+401619,2=119,8млн.тг.

 

 

3.3. III Вариант

Рисунок 3.5. Третий вариант схемы электроснабжения.

 

ЛЭП –10,5 кВ.

Полная мощность, проходящая по ЛЭП:

Расчетный ток, проходящий по одной линии:

Ток аварийного режима:

I_а=2×I_р=2×1061,3=2122,6А.

По экономической плотности тока определяем сечение проводов:

где j=1,1 А/мм² экономическая плотность тока при Т_м=6000ч и алюминиевых проводах.

Для выполнения данной передачи электроэнергии необходимо использовать 9хАС 120/12, что конструктивно невозможно, следовательно, данный вариант электроснабжения невозможен.

 

 

Составим сводную таблицу по всем вариантам.

 

Таблица 3.1 - Результаты ТЭР.

Вариант	Uном,кВ	КΣ млн.тг.	ИΣ млн.тг.	З млн.тг.
I		285,9	54,5	88,7
II			80,32	119,8

Выбираем I вариант, так как он дешевле и надежнее остальных.

4. Выбор оборудования U=10 кВ.

 

4.1. Расчет токов короткого замыкания на шинах ГПП и РП.

 

 

Рисунок 4.1. - Схема замещения.

 

 

1. Для компрессорной станции СД (4х1250=5000кВт):

S_б=1000 МВА; х_с =1о.е.; U_б=10,5 кВ.

 

Ток короткого замыкания от системы на шинах ГПП:

 

Мощность СД равна 1388,9кВА.

Найдем сопротивление кабеля к СД.

Выбираем кабель АВВГ(3х150мм²) с Iдоп=274А, Худ=0,206Ом/км.

 

Ток короткого замыкания от СД:

2. Для насосной топлива СД (4х630=2520кВт):

S_б=1000 МВА; х_с =1о.е.; U_б=10,5 кВ.

 

Ток короткого замыкания от системы на шинах ГПП:

Мощность СД равна 700 кВА.

Найдем сопротивление кабеля к СД.

Выбираем кабель АВВГ(3х150мм²) с Iдоп=274А, Худ=0,206Ом/км.

 

Ток короткого замыкания от СД:

Суммарный ток КЗ в точке К-3:

Суммарный ударный ток в точке К-3:

4.2. Выбор выключателей:

1. Вводные:

Расчетный ток:

Аварийный ток: I_а=2×I_р=2×1066,4=2128,8A.

 

Принимаем выключатель ABB ADVAC-10.

Проверим выбранный выключатель:

Паспортные	Расчетные
Uн=10 кВ Iном=3000A Iоткл=25 кА Iтерм=25 кА Iдин=50 кА	U=10 кВ Iав=2128,8 А Iкз=17,96кА Iкз=17,96кА Iy=45,7кА

 

Секционный выключатель: через секционный выключатель проходит половина мощности, проходящей через вводные выключатели. Следовательно, расчетный ток, проходящий через выключатель: I_р=1066,4A.

 

Принимаем выключатель ABB ADVAC-10.

Проверим выбранный выключатель:

Паспортные	Расчетные
Uн=10 кВ Iном=1200A Iоткл=25 кА Iтерм=25 кА Iдин=50 кА	U=10 кВ Iр=1066,4 А Iкз=17,96кА Iкз=17,96кА Iy=45,7кА

 

1. Магистраль ГПП-ДСП 6т.

 

Принимаем выключатель ABB ADVAC-10.

Проверим выбранный выключатель:

Паспортные	Расчетные
Uн=10 кВ Iном=630A Iоткл=25 кА Iтерм=25 кА Iдин=50 кА	U=10 кВ Iр=107,4 А Iкз=17,96кА Iкз=17,96кА Iy=45,7кА

 

 

2. Магистраль ГПП-ДСП 12т.