Курсовая работа: Выбор и расчёт схем электроснабжения завода

Курсовая работа: Выбор и расчёт схем электроснабжения завода

2.2 Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов и подстанций.

Выбираем число подстанций и мощность трансформаторов для питания потребителей U=0.4 кВ, если установленная мощность на предприятии S=3776,в составе предприятия имеются потребители первой категории, так как в составе предприятия есть потребители первой категории, то для обеспечения надежности и бесперебойности электроснабжения на каждой трансформаторной подстанции необходимо предусмотреть установку двух одинаковых по мощности трансформаторов, загрузку трансформаторов нужно производить так, в нормальном режиме каждый трансформатор должен работать в экономически целесообразном режиме, то есть с загрузкой 60-70% от его номинальной мощности. В аварийном режиме, когда один трансформатор отключился, а оставшийся в работе трансформатор взял бы на себя нагрузку отключившегося трансформатора, и его перегрузка составляла 20-40%. для питания низковольтной нагрузки будем использовать трансформаторные подстанции, на которых устанавливается специальные силовые трансформаторы ТМЗ.

Эти трансформаторы выпускают напряжением на первичной обмотки 6-10 кВ, а вторичной 0,4 кВ. Номинальной мощности 630, 1000, 1600 кВА.

Допустим, что в нормальном режиме каждый трансформатор на подстанции работает с коэффициентом загрузки 0,65. Когда в аварийном режиме один трансформатор берет на себя двойную загрузку коэффициент загрузки 1,3. Так как ни один из выпускаемых трансформаторов ТМЗ с учетом допустимых перегрузок не может взять на себя всю нагрузку предприятия то необходимо выбрать несколько трансформаторных подстанций.

Здесь и далее по тексту формул использованы сокращения:

Smax — максимальная полная мощность.

Sп/ст. — мощность подстанции.

n — количество подстанций.

S тр. — мощность трансформатора.

К з.а — коэффициент загрузки в аварийном режиме.

К з.н — коэффициент загрузки в нормальном режиме.

Найдем необходимое число подстанций.

1) Определяем мощность для двух подстанций.

Определяем ореинтеровочную мощность трансформатора, считая, что в аварийном режиме его коэффициент загрузки должен быть 1,3.

Определим коэффициент загрузки в нормальном режиме для каждого подварианта.

1а) Трансформатор мощностью 1000 кВА.

1б) Трансформатор мощностью 1600 кВА.

2) Определяем мощность для трех подстанций.

Определяем ореинтеровочную мощность трансформатора, считая, что в аварийном режиме его коэффициент загрузки должен быть 1,3.

Определим коэффициент загрузки в нормальном режиме для каждого подварианта.

2а) Трансформатор мощностью 630 кВА.

2б) Трансформатор мощностью 1000 кВА.

Вывод: Из всех вариантов выбираем 2б. Ориентировочная мощность трансформатора 630 кВА, считаем, что в аварийном режиме его коэффициент загрузки должен быть от 0,6 до 0,7.

Марка трансформатора ТМЗ-1000/10-65 первичная обмотка напряжением 10 кВ вторичная 1 кВ.

Для высоковольтной линии берем одну трансформаторную подстанцию, в аварийном режиме трансформатор возьмет на себя всю нагрузку и будет перегружен на 30%, то есть будет работать с коэффициентом загрузки 1,3.

Определяем ореинтеровочную мощность трансформатора.

Определим коэффициент загрузки.

а) Трансформатор мощностью 6300 кВА.

б) Трансформатор мощностью 10000 кВА.

Вывод: Из всех вариантов выбираем 2а. Ориентировочная мощность трансформатора 630 кВА считая, что в аварийном режиме его коэффициент загрузки должен быть от 0,6 до 0,7.

Марка трансформатора ТМ-6300/10 первичная обмотка напряжением 10 кВ вторичная 6,3 кВ.

D Р х.х = 12,3 кВА

D Р к.з = 46,5 кВА

2.5 Расчет потерь мощностей в трансформаторах.

Здесь и далее по тексту формул использованы сокращения:

Q — реактивная мощность.

X — индуктивное сопротивление.

P — активная мощность.

Рассчитываем потери мощности в силовом трансформаторе марки

ТМ-6300/10 напряжение питающей цепи 10 кВ.

Найдем потери мощности холостого хода.

Найдем потери мощности при коротком замыкании.

Определим индуктивное сопротивление.

Зная индуктивное сопротивление определим реактивные потери трансформатора.

Найдем потери мощности в трансформаторе.

Найдем потери полной мощности в трансформаторе.

Определяем полную мощность.

Зная полную мощность, найдем ток.

Рассчитываем потери мощности в силовом трансформаторе марки

ТМ-1000/10 напряжение питающей цепи 10 кВ.

Найдем потери мощности холостого хода.

Найдем потери мощности при коротком замыкании.

Определим индуктивное сопротивление.

Зная индуктивное сопротивление, определим реактивные потери трансформатора.

Найдем потери мощности в трансформаторе.

Найдем потери полной мощности в трансформаторе.

Определяем полную мощность.

Зная полную мощность, найдем ток.

Все исходные и полученные данные заносим в таблицу №2.

Для кабелей проложенных по воздуху поправочные коэффициенты не учитываются.

В качестве высоковольтных кабелей будем выбирать марку ААШВ. В качестве низковольтных АВВГ (5-7 кабель).

Примем экономическую плотность тока по ПУЭ jэк =1,8 А/мм 2. Эта величина будет использоваться при выборе высоковольтных кабелей.

Для выбора низковольтных кабелей табличное значение экономической плотности тока увеличиваем на сорок процентов .

Принимаем Xо =0,08 Ом/км.

Здесь и далее по тексту формул использованы сокращения:

S эк. — сечение кабеля.

j эк — экономическую плотность тока.

n каб. — число кабелей.

DU — потери напряжения.

r — активное сопротивление.

h- коэффициент полезного действия двигателя.

К ПК – поправочный коэффициент.

1. Выбираем марку и сечения первого кабеля.

Найдем полный ток нагрузки.

Определяем экономическое сечение кабеля.

Зная полный ток нагрузки, находим ток кабеля.

Определим пропускной ток кабеля.

Выбираем наибольшее сечение кабеля, а по нему ближайшее стандартное и длительно допустимый ток по таблице.

S длит. доп. = 185 мм 2. I длит. доп. = 310 А.

Найдем пропускной ток линии.

Рассчитаем активное сопротивление.

Находим коэффициент мощности.

Зная cosj, находим при помощи калькулятора sinj.

Рассчитаем потери напряжение.

Так как потери напряжения меньше пяти процентов значит кабель марки ААШВ-10-3(3C185) выбран правильно и подходит по длительно допустимому току.

2. Выбираем марку и сечения второго кабеля.

Найдем полный ток нагрузки.

Определяем экономическое сечение кабеля.

Зная полный ток нагрузки, находим ток кабеля.

Определимпропускной ток кабеля.

Выбираем наибольшее сечение кабеля, а по нему ближайшее стандартное и длительно допустимый ток по таблице.

S длит. доп. = 240 мм 2. I длит. доп. = 270 А.

Найдем пропускной ток линии.

Рассчитаем активное сопротивление.

Находим коэффициент мощности.

Зная cosj, находим при помощи калькулятора sinj.

Рассчитаем потери напряжение.

Так как потери напряжения меньше пяти процентов значит кабель марки ААШВ-10-2(3C240) выбран правильно и подходит по длительно допустимому току.

3. Выбираем марку и сечения третьего кабеля.

Найдем полный ток нагрузки.

Определяем экономическое сечение кабеля.

Зная полный ток нагрузки, находим ток кабеля.

Выбираем наибольшее сечение кабеля, а по нему ближайшее стандартное и длительно допустимый ток по таблице.

S длит. доп. = 50 мм 2. I длит. доп. = 105 А.

Найдем пропускной ток линии.

Рассчитаем активное сопротивление.

Находим коэффициент мощности.

Зная cosj, находим при помощи калькулятора sinj.

Рассчитаем потери напряжение.

Так как потери напряжения меньше пяти процентов значит кабель марки ААШВ-10-(3C50) выбран правильно и подходит по длительно допустимому току.

Выбираем марку и сечения четвертого кабеля.

Найдем полный ток нагрузки.

Определяем экономическое сечение кабеля.

Зная полный ток нагрузки, находим ток кабеля.

Выбираем наибольшее сечение кабеля, а по нему ближайшее стандартное и длительно допустимый ток по таблице.

S длит. доп. = 35 мм 2. I длит. доп. = 85 А.

Найдем пропускной ток линии.

Рассчитаем активное сопротивление.

Находим коэффициент мощности.

Зная cosj, находим при помощи калькулятора sinj.

Рассчитаем потери напряжение.

Так как потери напряжения меньше пяти процентов значит кабель марки ААШВ-6-(3C35) выбран правильно и подходит по длительно допустимому току.

Выбираем марку и сечения пятого кабеля.

Найдем полный ток нагрузки.

Определяем экономическое сечение кабеля.

Зная полный ток нагрузки, находим ток кабеля.

Выбираем наибольшее сечение кабеля, а по нему ближайшее стандартное и длительно допустимый ток по таблице.

S длит. доп. = 16 мм 2. I длит. доп. = 55 А.

Найдем пропускной ток линии.

Рассчитаем активное сопротивление.

Находим коэффициент мощности.

Зная cosj, находим при помощи калькулятора sinj.

Рассчитаем потери напряжение.

Так как потери напряжения меньше пяти процентов значит кабель марки АВВГ-1-(3C16+1C10) выбран правильно и подходит по длительно допустимому току.

4. Выбираем марку и сечения шестого кабеля.

Зная полный ток нагрузки, находим ток кабеля.

Определяем экономическое сечение кабеля.

Зная полный ток нагрузки, находим ток кабеля.

Выбираем наибольшее сечение кабеля, а по нему ближайшее стандартное и длительно допустимый ток по таблице.

S длит. доп. = 16 мм 2. I длит. доп. = 55 А.

Найдем пропускной ток линии.

Рассчитаем активное сопротивление.

Находим коэффициент мощности.

Зная cosj, находим при помощи калькулятора sinj.

Рассчитаем потери напряжение.

Так как потери напряжения меньше пяти процентов значит кабель марки АВВГ-1-(3C16+1C10) выбран правильно и подходит по длительно допустимому току.

5. Выбираем марку и сечения седьмого кабеля.

Найдем полный ток нагрузки.

Определяем экономическое сечение кабеля.

Зная полный ток нагрузки, находим ток кабеля.

Выбираем наибольшее сечение кабеля, а по нему ближайшее стандартное и длительно допустимый ток по таблице.

S длит. доп. = 95 мм 2. I длит. доп. = 155 А.

Найдем пропускной ток линии.

Рассчитаем активное сопротивление.

Находим коэффициент мощности.

Зная cosj, находим при помощи калькулятора sinj.

Рассчитаем потери напряжение.

Так как потери напряжения меньше пяти процентов значит кабель марки АВВГ-1-(3C95+1C35) выбран правильно и подходит по длительно допустимому току.

2.5 Расчет токов короткого замыкания.

Построим схему замещения для расчета токов короткого замыкания.

За базисную мощность принимаем мощность трансформатора установленного на ГПП Sб = 16 МВА.

Здесь и далее по тексту формул использованы сокращения:

Sб — полная базисная мощность.

Iб — базисный ток.

U ном. — номинальное напряжение.

Xб — базисное индуктивное сопротивление.

rб — базисное реактивное сопротивление.

Определим базисные токи для всех точек короткого замыкания.

Для точек К1; К2; K5 базисные токи равны.

Для точек К3 и К4 базисные токи равны.

Для точки К6 базисные токи равны.

Определяем относительные базисные сопротивления для элементов расчетной схемы:

1) Для первого трансформатора учитывается только индуктивные сопротивления.

2) Для первой кабельной линии необходимо рассчитывать активные и индуктивные сопротивления.

3) Для второй кабельной линии необходимо рассчитывать активные и индуктивные сопротивления.

4) Для третей кабельной линии необходимо рассчитывать активные и индуктивные сопротивления.

5) Для второго трансформатора учитывается только индуктивные сопротивления.

6) Для четвертого кабельной линии необходимо рассчитывать активные и индуктивные сопротивления.

7) Для третьего трансформатора учитывается только индуктивные сопротивления.

Определяем суммарные относительные базисные сопротивления для точек К1, К2, К3, К4, К5, К6 и рассчитываем токи и мощности коротких замыканий в этих точках.

Определяем индуктивное сопротивление.

Находим ток в точки К1.

Определяем мощность короткого замыкания.

Находим ударный ток.

Определяем индуктивное сопротивление.

Рассчитаем активное сопротивление.

— значит, активное сопротивление необходимо учитывать.

Полное сопротивление будет находится так:

Находим ток в точке К2.

Определяем мощность короткого замыкания.

Находим ударный ток.

Определяем индуктивное сопротивление.

Рассчитаем активное сопротивление.

— значит, активное сопротивление необходимо учитывать.

Полное сопротивление будет находится так.

Находим ток в точке К2.

Определяем мощность короткого замыкания.

Находим ударный ток.

Определяем индуктивное сопротивление.

Рассчитаем активное сопротивление.

— значит, активное сопротивление не учитывается.

Находим ток в точке К2.

Определяем мощность короткого замыкания.

Находим ударный ток.

Определяем индуктивное сопротивление.

Рассчитаем активное сопротивление.

— значит, активное сопротивление необходимо учитывать.

Полное сопротивление будет находиться так.

Находим ток в точке К2.

Определяем мощность короткого замыкания.

Находим ударный ток.

Определяем индуктивное сопротивление.

Находим ток в точки К1.

Определяем мощность короткого замыкания.

Находим ударный ток.

2.6 Проверка выбранных кабелей на термическую устойчивость к токам короткого замыкания.

Минимальное сечение кабеля по термической устойчивости и токам короткого замыкания определяется по формуле.

a — коэффициент термической устойчивости, для алюминия он равен двенадцати.

Iк — ток короткого замыкания в конце кабеля.

tn — приведенное время которое определяется по кривым.

Так как точки короткого замыкания находятся на большом расстояние от источника питания то можно считать Iк = I¥ = I" = In

t — действительное время протекания тока короткого замыкания от момента возникновения до момента отключения короткого замыкания, это время состоит из времени срабатывания защиты и времени срабатывания выключателя.

t = tзащиты + tвык.

Защита должна быть выполнена по ступенчатому признаку, то есть каждая последующая защита, считая от потребителя к источнику питание должно быть больше по времени на ступень времени (Dt).

Примем Dt = 0,5 с.

Примем время срабатывания защиты первой ступени tзащ.1=0,5 с.

Ориентируясь на использование вакуумных высоковольтных выключателей примем собственное время срабатывания выключателя при отключение tвык. = 0,1 с, тогда действительное время первой ступени защиты будет t1 = tзащ. + tвык. = 0,5 + 0,1 = 0,6 с.

Время второй ступени защиты t2 = t1 + Dt + tвыкл.= 0,6+0,5+0,1=1,2с.

Действительное время третей защиты t3 = t2 + Dt + tвыкл. = 1.2+0.5+0.1=1.8 c.

Пользуясь кривыми для определения приведенного времени, находим его.

Для первой ступени tn1 = 0,68 с,

второй ступени tn2 = 0.92 с,

третей ступени tn3 = 1,22 с.

Определим минимальное сечение первого кабеля по термической устойчивости.

По термической устойчивости первый кабель марки

ААШВ-10-3(3C185) подходит, так как 107<3C185.

Определим минимальное сечение второго кабеля по термической устойчивости.

По термической устойчивости первый кабель марки

ААШВ-10-2(3C240) подходит, так как 79<3C240.

Определим минимальное сечение третьего кабеля по термической устойчивости.

По термической устойчивости первый кабель марки

ААШВ-10-(3C50) не подходит, так как 53>50 значит выбираем кабель марки ААШВ-10-(3C70).

Определим минимальное сечение четвертого кабеля по термической устойчивости.

По термической устойчивости первый кабель марки

ААШВ-6-(3C35) не подходит, так как 60>35 значит выбираем кабель марки ААШВ-6-(3C70).

2.7 Выбор аппаратуры и оборудования распределительных подстанций.

1) Выбор аппаратуры и оборудования на РУ-10 кВ.

На РУ-10 кВ выбираем высоковольтные выключатели и трансформаторы тока. Выключатели вбираются по номинальному току и номинальному напряжению, месту установки и проверяются на отключающую способность на термическую и динамическую устойчивость к токам короткого замыкания.

Ориентируемся на использование комплектных распределительных устройств типа КРУ и вакуумные выключатели тока ВВТЭ-М.

Вакуумные выключатели выпускаются на напряжение 6 кВ и 10 кВ.

Номинальные ток 630, 1000, 1600.

Выбираем вводной выключатель.

,

где I рас. — расчетный ток.

S — мощность трансформатора.

Предварительно выбираем выключатель на 1000 ампер.

Составляем сравнительную таблицу.

По термической и динамической устойчивости предварительно принятый трансформатор тока подходит, и окончательно принимаем трансформатор марки ТВЛМ-10-р/р-600/5.

Для контроля изоляции и измерений на каждой секции РУ-10 кВ устанавливаем по одному трансформатору напряжения типа НТМ-10-66.

Для защиты этого трансформатора то коротких замыканий подключаем его через плавкий предохранитель ПКТ-10.

Для защиты аппаратуры и оборудования от перенапряжений на каждою секции устанавливаем по комплекту вентильных разрядников РВП-10.

Для защиты кабельных линий от однофазных замыканий на землю на каждый кабель устанавливаем трансформатор тока нулевой последовательности типа ТЗЛ. На каждой секций предусматриваем по одной резервной ячейки с таким же выключателем как на вводной ячейки.

1) Выбор аппаратуры и оборудования на РУ-6 кВ.

Расчетный ток для выбора вводного выключателя будет.

,

где I рас.- ток расчетный.

n- количество двигателей.

I ном. дв. — номинальный ток двигателя.

Для контроля изоляции и измерений на каждой секции РУ-10 кВ устанавливаем по одному трансформатору напряжения типа НТМ-10-66.

Для защиты этого трансформатора то коротких замыканий подключаем его через плавкий предохранитель ПКТ-10.

Для защиты аппаратуры и оборудования от перенапряжений на каждою секции устанавливаем по комплекту вентильных разрядников РВП-10.

Для защиты кабельных линий от однофазных замыканий на землю на каждый кабель устанавливаем трансформатор тока нулевой последовательности типа ТЗЛ. На каждой секций предусматриваем по одной резервной ячейки с таким же выключателем как на вводной ячейки.

Рассчитываем ток для выбора вводного выключателя на РУ-6 кВ.

Предварительно выбираем выключатель на 1600 ампер.

Составляем сравнительную таблицу.

По термической и динамической устойчивости предварительно принятый трансформатор тока подходит, и окончательно принимаем трансформатор марки ТВЛМ-10-р/р-100/5.

Выбор аппаратуры и оборудования на РУ-0,4 кВ

Для питания низковольтных потребителей выбираем комплектные трансформаторные подстанции и соответственно к комплектным распределительным устройствам КРУ-0,4 кВ.

В качестве коммутационной аппаратуры используем автоматические выключатели на вводных и секционных ячейках используем выключатели типа Э-25 (электрон на 2500 А).

Для питания сосредоточенных нагрузок двигателей большой мощности используем автоматические выключатели марки АВМ (автомат воздушный модернизированный).

Для питания маломощных потребителей используем автоматические выключатели серии А-3000.

Для целей измерения и учета электроэнергии будем использовать трансформаторы тока катушечного типа марки ТК.

2.8 Компенсация реактивной мощности.

Согласно руководящих указаний по повышению cosj в установках промышленных предприятий рекомендуется:

1. При необходимой мощности компенсирующих устройств менее 5000 кВар и напряжение 6 кВ необходимо использовать батареи статических конденсаторов, а при напряжение до 1000 В во всех случаях используются статические конденсаторы. При расчете необходимой мощности конденсаторных батарей предполагаем, что cosj после компенсации должен быть cosj=0,94

2. Высоковольтные нагрузки компенсируют установкой высоковольтных конденсаторов, а низковольтные низковольтными конденсаторами.

Выбираем компенсирующие устройства на РУ-6 кВ, необходимая компенсирующая мощность определяется по формуле.

a=0,9 — коэффициент учитывающий возможное повышение cosj способами не связанными с установкой конденсаторных батарей.

P- расчетная активная мощность установки.

tgj1 — тангенс угла сдвига фаз соответствующий коэффициенту до коммутации.

Берем два комплекта конденсаторных установок марки УК-6-1125ЛУЗ; УК-6-1125ПУЗ.

Определяем действительный расчетный cosj.

Выбираем компенсирующие устройства на РУ-0,4 кВ, необходимая компенсирующая мощность определяется по формуле.

Берем один комплект конденсаторных установок марки УК-0,38-320Н.

Определяем действительный расчетный cosj.

3. Список литературы:

1. Б.Ю. Липкин: «Электроснабжение промышленных предприятий и установок». Москва. Высшая школа. 1990 год.

2. «Справочник по проектированию электроснабжения линии электропередачи и сетей». ( под редакцией Я. М. Большама, В. И. Круповича, М. Самоверова ). Москва. Энергия. 1984 год.

3. «Справочник по электроснабжению промышленных предприятии».

(под редакцией А. А. Федорова, Г. В. Сербиновского ). Москва. Энергия. 1991 год.

4. «Правила устройства электроустановок (ПУЭ)». Москва. Энергоатомиздат. 2000 год.

5. Федоров. А. А. Старнов. Л. Е. «Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования». Москва. Энергоатомиздат. 1987 год.