Проектирование электроснабжения химического завода

Тип работы:
Дипломная
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ЗАБАЙКАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ЗабГУ)

Энергетический факультет

Кафедра электроэнергетики и электротехники

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине «Системы электроснабжения»

Вариант № 47−2-2−16

На тему: «Проектирование электроснабжения химического завода».

РЕФЕРАТ

Объём пояснительной записки 85 с., 14 рис., 21 табл., 5 источников.

Объектом исследования является завод запчастей для тракторов.

Цель работы — разработка технически и экономически целесообразного варианта электроснабжения завода.

При сравнении вариантов внешнего и внутреннего электроснабжения использовался универсальный метод приведенных затрат.

Выбранное основное оборудование завода и цеха было проверено на токи КЗ.

Содержание

  • Введение
  • Задание на курсовую работу
  • 1. Краткая характеристика предприятия и источников электроснабжения
  • 2. Расчет электрических нагрузок
    • 2.1 Определение расчетных электрических нагрузок цеха
    • 2.2 Расчет электрических нагрузок завода
    • 2.3 Построение картограммы нагрузок
  • 3. Определение числа и мощности трансформаторов на цеховых подстанциях
  • 4. Компенсация реактивной мощности
  • 5. Выбор схемы внешнего электроснабжения
    • 5.1 Вариант 110 кВ
    • 5.2 Вариант 35 кВ
    • 5.3 Вариант 10 кВ
    • 5.4 Сравнение вариантов
  • 6. Выбор схемы внутреннего электроснабжения завода
    • 6.1 Радиальная схема
    • 6.2 Смешанная схема
    • 6.3 Сравнение вариантов
  • 7. Расчет токов короткого замыкания
    • 8.1 Расчет токов КЗ на РУ ГПП
    • 8.2 Расчет токов КЗ на РУ НН цеховых ТП
  • 8. Компоновка ГПП
    • 8.1 Выбор выключателей на РУ-35 кВ питающей ПС
    • 8.2 Выбор выключателей на РУ-10 кВ ГПП
    • 8.3 Выбор разъединителей
    • 8.4 Выбор разрядников
    • 8.5 Выбор трансформаторов тока
    • 8.6 Выбор трансформаторов напряжения
    • 8.7 Выбор трансформаторов собственных нужд ГПП
    • 8.8 Выбор шин ЗРУ
    • 8.9 Выбор опорных изоляторов для шин
  • 9 Расчет внутрицехового электроснабжения
    • 9. 1 Выбор проводников для ответвлений от РП к электроприемникам
    • 9. 2 Выбор кабелей от ВРП к РШ
    • 9. 3 Расчет токов КЗ в цеховой сети
    • 9. 4 Выбор автоматических выключателей
      • 9.4. 1 Выбор автоматических выключателей для электроприемников
      • 9.4. 2 Выбор остальных автоматических выключателей
    • 9. 5 Расчет освещения в цехе
    • 9. 6 Расчет осветительной сети
    • 9. 7Компоновка ЩО
  • 10 Расчет и выбор заземляющих устройств
    • 10.1 Расчет заземления ГПП
    • 10.2 Расчет заземления ТП
  • 11 Молниезащита ГПП
  • 12 Релейная защита

Заключение

  • Список литературы

Введение

Объектом изучения в данном курсовом проекте является мебельно-деревообрабатывающий комбинат. Данное промышленное предприятие занимается производством мебели, деревянных конструкций, холодной и горячей обработкой древесины. Также на предприятии имеется ремонтно-механический цех, электроснабжение которого будет наиболее подробно рассмотрено в одном из пунктов представленного проекта.

Корпуса и цеха завода имеют категории I, II и III по надежности электроснабжения в зависимости от осуществляемых производственных и административных функций, что необходимо учитывать при проектировании СЭС любого предприятия.

Объектом расчетов и проектирования будут так же являться распределительные сети 10 и 0,4 кВ от ГПП или ГРП завода к цехам, и наиболее подробно — сети 0,4 кВ ремонтно-механического цеха. Целью данных расчетов будет являться выбор сечений и мест прокладки трасс кабельных линии, выбор коммутационных аппаратов и аппаратов защиты и автоматики.

Задание

Исходные данные на проектирование:

1. Схема генерального плана завода (рис. 47). Размеры: 340×210 м.

2. Сведения об электрических нагрузках по цехам завода (табл. 1).

3. Питание завода может быть осуществлено от подстанции энергосистемы неограниченной мощностью, на которой установлены два трансформатора мощностью по 40 МВА, напряжением 115/38,5/11 кВ. Мощность к.з. на шинах 110 кВ подстанции равна 1000 МВА.

4. Расстояние от подстанции до завода 9,6 км.

Таблица 1

Электрические нагрузки завода

№ п/п

Наименование цехов

Кол-во ЭП

Установленная мощность, кВт

Одного ЭП

Суммарная

Вар. № 1

Вар. № 2

1

Цех красителей № 1

230

0,8…80

4910

5100

2

Цех полупродуктов № 2

70

1,1…75

2100

2000

3

Холодильная установка

а) 0,38 кВ

30

1,1…40

790

810

б) Синхрон. двигатели 10 кВ

2

1200

2400

2400

4

Заводоуправление

25

0,8…25

310

310

5

Механический цех

См. приложение 1

6

Компрессорная

а) 0,38 кВ

28

10…40

390

395

б) Синхрон. двигатели 10 кВ

2

1200

2400

2400

7

Кислородная станция

27

0,8…28

315

300

8

Электроцех

35

1…20

400

420

9

Цех полупродуктов № 2

65

1…30

1200

1100

10

Цех красителей № 2

45

2,5…75

1400

1600

11

Холодильная установка

14

10…55

410

410

12

Склад готовой продукции

12

1,8…20

130

100

13

Лаборатория

10

1…30

70

70

14

Цех натриевой соли

24

2,5…30

270

270

15

склад химикатов

7

14

98

98

16

Склад кислот

6

4,5…20

45

45

17

Насосная

10

50…100

800

800

Рис. 1. Генплан химического завода

Электроснабжение механического цеха

Сведения об электрических нагрузках

Номер на плане

Наименование электроприемника

Установленная мощность ЭП, кВт

Номер варианта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1…3

Вертикально-фрезерный станок

3

4

7

5

8

10

4

6

3

9

4,5

Фрезерный станок с ЧПУ

12

14

10

16

20

17

15

18

12

22

6,7

Универсально-фрезерный станок

9

10

12

8

11

12

7

8

16

14

8…11

Токарно-револьверный станок

2

4

5

3

6

4

7

5

2

9

12,13

Токарно-винторезный станок

10

14

15

18

12

17

20

18

13

11

14…21

Настольно-сверлильный станок

2

3

1,5

4

6

2,2

6

3

5

4

22…24

Резьбонарезной полуавтомат

0,5

1

2

3

2,2

3

4

1

1,2

3

25,26

Заточной станок

4

2

3

7

5

9

10

6

1

7

27

Листозагибочная машина

15

18

12

20

22

19

21

17

16

14

28…31

Точильно-шлифовальный станок

3

2

6

1

7

5

4

8

9

11

32…34

Вертикально-сверлильный станок

2

5

1

7

3

9

8

4

1

6

35,36

Радиально-сверлильный станок

3

8

10

11

9

6

7

12

5

4

37,38

Универсально-заточной станок

1

4

2

7

10

7

5

3

11

8

39

Плоскошлифовальный станок

10

11

14

16

19

13

15

17

18

12

40,41

Полировальный станок

8

9

7

4

5

10

6

2

11

3

42

Сварочная машина

5

8

6

10

9

7

4

11

4

9

43…48

Сварочная кабина

4

7

5

6

8

9

7

4

6

5

49,50

Вентиляторы

8

12

14

10

10

6

8

20

24

16

Рис 2. План механического цеха

№п/п

Наименование цехов

Ки

cosц

Категория

Произв. среда

1

Лесопильный завод

0,5

0. 7

II

Норм.

2

Сушильный цех

0,7

0,8

II

Жаркая

3

Склад сырья

0,3

0,6

III

Норм.

4

Цех оконных рам и дверей

0,4

0,6

II

Норм.

5

Цех половых досок

0,4

0,6

II

Норм.

6

Столярный цех № 1

0,4

0,6

II

Норм.

7

Столярный цех № 2

0,4

0,6

II

Норм.

8

Материальный склад

0,3

0,6

III

Норм.

9

Мебельный цех

0,4

0,6

II

Норм.

10

Компрессорная: а) 0,38 кВ

0,7

0,8

I

Норм.

б) Синхр. двигатели 10 кВ

0,7

1

I

Норм.

11

Цех прессованных плит

0,4

0,6

II

Норм.

12

Ремонтно-механический цех

-

-

II

Норм.

13

Административный корпус

0,5

0,7

III

Норм.

14

Котельная

0,6

0,75

I

Жаркая, пыль.

15

Транспортный цех

0,3

0,7

III

Норм.

16

Склад

0,4

0,6

II

Норм.

№п/п

Наименование цехов

Ки

cosц

Категория

Произв. среда

1

Административный корпус

0,5

0. 7

II

Норм.

2

Литейный корпус: а) 0,38 кВ

0,7

0,8

II

Жаркая

б) 10 кВ

0,3

0,6

III

Норм.

3

Цех автомобильных поршней

0,4

0,6

II

Норм.

4

Склад готовых изделий

0,4

0,6

II

Норм.

5

Цех пальцев

0,4

0,6

II

Норм.

6

Ремонтно-механический цех

-

-

II

Норм.

7

Прессовый цех

0,3

0,6

III

Норм.

8

Компрессорная: а) 0,38 кВ

0,4

0,6

II

Норм.

9

б) синхрон. двигатели 10 кВ

0,7

0,8

I

Норм.

Строительный цех

0,7

1

I

Норм.

10

Насосная

0,4

0,6

II

Норм.

11

Цех обработки гильз

-

-

II

Норм.

12

Блок механических цехов

0,5

0,7

III

Норм.

13

Цех металлоконструкций

0,6

0,75

I

Жаркая, пыль.

14

Электроцех

0,3

0,7

III

Норм.

15

Склад алюминиевых чушек

0,4

0,6

II

Норм.

16

Склад

0,4

0,6

II

Норм.

1. Краткая характеристика предприятия

1.1. Определение параметров электроприемников ремонтно-механического цеха.

В справочной литературе указаны значения Ки и cosц для электроприемников различных назначений. Выберем средние значения данных показателей для электроприемников ремонтно-механического цеха. Данные занесем в таблицу 1.3.

Таблица 1. 3

№пп

Наименование приемника

Ки

cosц

1 Механическое отделение

1

Долбежный станок

0,13

0,5

2

Радиально-сверлильный станок

0,13

0,5

3

Зубофрезерный станок

0,13

0,5

4

Токарный станок

0,13

0,4

5

Круглошлифовальный станок

0,13

0,5

6

Токарный станок

0,13

0,5

7

Токарный станок

0,13

0,5

8

Строгальный станок

0,13

0,5

9

Вентилятор

0,7

0,8

10

Кран-балка, ПВ=40%

0,25

0,5

11

Заточной станок

0,1

0,6

12

Сверлильный станок

0,13

0,5

13

Вертикально-сверлильный станок

0,13

0,5

14

Точило

0,1

0,6

15

Фрезерный станок

0,13

0,5

16

Сверлильный станок

0,13

0,5

2 Кузнечное отделение

17

Пневматический молот

0,1

0,6

18

Точило

0,1

0,6

19

Электрическая печь

0,65

1

20

Электрическая печь

0,65

1

21

Электрическая печь

0,65

1

22

Вентилятор

0,7

0,8

23

Молот

0,1

0,6

3. Сварочное отделение

24,25

Преобразователь сварочный

0,4

0,5

26

Сварочный трансформатор, ПВ=40%

0,4

0,4

27

Вентилятор

0,7

0,8

28,29

Машина электросварочная, точечная, ПВ=60%

0,4

0,5

30

Сварочный агрегат, ПВ=60%

0,3

0,5

4. Электроремонтное отделение

31

Кран-балка, ПВ=40%

0,25

0,5

32,33

Намоточный станок

0,13

0,5

34

Вентилятор

0,7

0,8

35

Сушильный шкаф

0,65

1

36,37

Настольно-токарный станок

0,13

0,5

1.2 Определение условий работы и категорий цехов МДК.

Для дальнейшего проектирования электроснабжения цехов комбината необходимо знать категорию надежности и условия работы каждого из цехов, а также значения коэффициента использования нагрузки и коэффициента мощности. Для каждого цеха выбираем средние значения Ки и cosц. Данные заносим в таблицу 1.4.

Таблица 1. 4

№п/п

Наименование цехов

Ки

cosц

Категория

Произв. среда

1

Административный корпус

0,5

0. 7

II

Норм.

2

Литейный корпус: а) 0,38 кВ

0,7

0,8

II

Жаркая

б) 10 кВ

0,3

0,6

III

Норм.

3

Цех автомобильных поршней

0,4

0,6

II

Норм.

4

Склад готовых изделий

0,4

0,6

II

Норм.

5

Цех пальцев

0,4

0,6

II

Норм.

6

Ремонтно-механический цех

-

-

II

Норм.

7

Прессовый цех

0,3

0,6

III

Норм.

8

Компрессорная: а) 0,38 кВ

0,4

0,6

II

Норм.

9

б) синхрон. двигатели 10 кВ

0,7

0,8

I

Норм.

Строительный цех

0,7

1

I

Норм.

10

Насосная

0,4

0,6

II

Норм.

11

Цех обработки гильз

-

-

II

Норм.

12

Блок механических цехов

0,5

0,7

III

Норм.

13

Цех металлоконструкций

0,6

0,75

I

Жаркая, пыль.

14

Электроцех

0,3

0,7

III

Норм.

15

Склад алюминиевых чушек

0,4

0,6

II

Норм.

16

Склад

0,4

0,6

II

Норм.

2. Расчет электрических нагрузок

2.1 Расчет электрических нагрузок цеха

Согласно «Руководящим указаниям по определению электрических нагрузок промышленных предприятий» расчетные нагрузки следует определять методом упорядоченных диаграмм, т. е. с помощью коэффициентов использования ku и максимума km.

Исходным данным для расчета нагрузок цеха является перечень его рабочих машин с указанием номинальных параметров электроприемников.

Расчет начинаем с определения среднесменных мощностей:

Pc = ku Pн, кВт;

где ku — коэффициент использования, определяемый по справочной литературе;

Pн — номинальная мощность электроприемника, кВт.

Qc = Pc tg, кВАр;

где tg — определяется по коэффициенту мощности cos электроприемника, см. таблицу 1.3.

Полная среднесменная мощность:

При работе цеховой сети электроприемники необходимо разбить по питанию от различных источников — в данном случае от силовых распределительных щитов ЩР-1, ЩР-2, ЩР-3, ЩР-4. Далее для групп в целом: средневзвешенный коэффициент использования:

средневзвешенный коэффициент мощности:

коэффициент силовой сборки:

где Pн. max и Pн. min — активные мощности наиболее и наименее мощных электроприемнииков в данной группе, кВт.

Затем определяем максимальные нагрузки по группам:

Pр = kм Pc, кВт;

где kм — коэффициент максимума нагрузки — функция коэффициента использования и эффективного числа электроприемников;

При известных мощностях всех ЭП:

При отсутствии данных или при большом количестве ЭП — определяют по упрощенным методам.

Реактивная нагрузка:

При n10 Qр = 1,1 Qc, кВар;

При n> 10 Qр = Qc, кВар.

Полная максимальная нагрузка:

Для примера приведем расчет нагрузок долбежного станка (показатели всех электроприемников даны в таблице 1. 3)

n = 1; Pн = 4,5 кВт; ku = 0,13; cos = 0,5 tg = 1,73;

Pc = 0,13 1 4,5 = 1,17 (кВт);

Qc = 1,17 1,73 =2,02 (кВАр);

Для остальных ЭП расчеты сведем в таблицу 2. 1

Наименование ЭП

n

Pном, кВт

m

cosц

tg ц

Среднесменная нагрузка

Кр

Расчетная нагрузка

№п/п

одного

?

Pсм, кВт

Qсм, кВар

Sсм, кВА

Pр, кВт

Qр, кВар

Sр, кВА

Iр, А

ЩР-1

Долбежный станок

1

4,5

4,5

0,13

0,5

1,73

1,17

2,03

1

Радиально-сверлильный станок

1

14

14

0,13

0,5

1,73

1,885

3,26

2

Зубофрезерный станок

1

2,1

2,1

0,13

0,5

1,73

0,325

0,56

3

Токарный станок

1

5

5

0,13

0,5

1,73

0,715

1,24

4

Круглошлифовальный станок

1

7,5

7,5

0,13

0,5

1,73

0,754

1,31

5

Токарный станок

1

11,5

11,5

0,13

0,5

1,73

1,04

1,80

6

Токарный станок

1

4

4

0,13

0,5

1,73

0,585

1,01

7

Строгальный станок

1

4,5

4,5

0,13

0,5

1,73

0,39

0,68

8

Вентилятор

1

5,5

5,5

0,7

0,5

1,73

3,85

6,67

9

Кран-балка, ПВ=40%

1

8

8

0,25

0,5

1,73

2,75

4,76

10

Заточной станок

1

1,4

1,4

0,1

0,5

1,73

0,25

0,43

11

Сверлильный станок

1

4

4

0,13

0,5

1,73

0,325

0,56

12

Вертикально-сверлильный станок

1

5,5

5,5

0,13

0,5

1,73

0,91

1,58

13

Точило

1

2,5

2,5

0,1

0,5

1,73

0,2

0,35

14

Фрезерный станок

1

3,2

3,2

0,13

0,5

1,73

0,52

0,90

15

Сверлильный станок

1

2,2

2,2

0,13

0,5

1,73

0,299

0,52

16

Итого по ЩР-1

16

89,6

7,25

0,18

0,5

1,73

15,968

27,66

31,94

11,59

1,40

22,36

27,66

35,56

54,03

ЩР-2

Пневматический молот

1

8,5

8,5

0,1

0,6

1,33

1

1,33

17

Точило

1

1,2

1,2

0,1

0,6

1,33

0,14

0,19

18

Электрическая печь

1

5,5

5,5

0,65

1

0

3,9

0,00

19

Электрическая печь

1

10,2

10,2

0,65

1

0

4,875

0,00

20

Электрическая печь

1

15

15

0,65

1

0

7,475

0,00

21

Вентилятор

1

5,5

5,5

0,7

0,8

0,75

4,9

3,68

22

Молот

1

8,5

8,5

0,1

0,6

1,33

0,9

1,20

23

Итого по ЩР-2

7

52,4

8,214

0,44

0,9

0,28

23,19

6,40

24,06

6,74

1,10

25,51

7,03

26,46

40,20

ЩР-3

Преобразователь сварочный

2

12,5

12,5

0,14

0,5

1,73

2,94

5,09

24,25

Сварочный трансформатор, ПВ=40%

1

16

16

0,14

0,5

1,73

1,68

2,91

26

Вентилятор

1

4,5

4,5

0,7

0,8

0,75

2,8

2,10

27

Машина электросварочная, точечная, ПВ=60%

2

18,5

18,5

0,7

0,5

1,73

28

21,00

28,29

Сварочный агрегат, ПВ=60%

1

40

40

0,25

0,5

1,73

12,5

21,65

30

Итого по ЩР-3

7

127

12,5

0,38

0,67

1,1

47,92

52,75

71,27

5,00

1,20

57,50

58,03

81,69

124,12

ЩР-4

Кран-балка, ПВ=40%

1

5,5

5,5

0,25

0,5

1,73

1

1,73

31

Намоточный станок

2

2

2

0,13

0,5

1,73

0,65

1,13

32,33

Вентилятор

1

3

3

0,7

0,8

0,75

1,82

1,37

34

Сушильный шкаф

1

3,8

3,8

0,65

1

0

2,73

0,00

35

Настольно-токарный станок

2

1

1

0,13

0,5

1,73

0,312

0,54

36,37

Итого по ЩР-4

7

18,2

3,5

0,36

0,81

0,73

6,512

4,76

8,07

7,00

1,15

7,49

5,24

9,14

13,89

Итого по цеху

37

287,2

0,33

0,71

0,98

93,59

91,57

130,93

30,33

112,86

97,96

149,44

227,05

Рис. 2.1. Электроприемники ремонтно-механического цеха.

2.2 Расчет электрических нагрузок комбината

Расчет нагрузок по комбинату в целом производится в аналогичном порядке, например: для Административного корпуса № 1 имеем

N=50; Pнmin = 1 кВт; Pнmax = 40 кВт; Pнi = 360 кВт; ku = 0,5;

cos = 0.7 tg = 1,02.

В этом случае получаем:

m = 40/1 =100 > 3;

при m>3 и ku = 0,5:

nэ = 2360/40 = 120;

Pc = 0.5 360 = 3000 кВт;

Qc = 3000 1,02 = 3060 кВАр;

Pр = 0,75 3000 = 2250 кВт;

Qр = Qc = 3060 кВАр;

Sр = 3798,17 кВА;

Результаты расчетов для остальных цехов сведены в таблицу 2. 2

Таблица 2.2 — Расчет нагрузок МДК.

№ п/п

Наименование цеха

n

Pном, кВт

?Pном, кВт

m

cosц

tg ц

Среднесменная нагрузка

Кр

Расчетная нагрузка

min

max

Pсм, кВт

Qсм, кВар

Sсм, кВА

Pр, кВт

Qр, кВар

Sр, кВА

1

Административный корпус

50

1

40

360

100

0,5

0. 7

1,02

3000

3060

4285,28

120

0,75

2250

3060

3798,2

2

Литейный корпус: а) 0,38 кВ

110

1

100

4100

17,8

0,7

0,8

0,75

1960

1470

2450

70

0,8

1568

1470

2149,3

б) 10 кВ

2

1000

1000

4000

6,67

0,3

0,6

1,33

111

148

185

24,67

0,75

83,25

148

169,81

3

Цех автомобильных поршней

140

1

55

2900

40

0,4

0,6

1,33

480

640

800

60

0,7

336

640

722,84

4

Склад готовых изделий

11

1

20

80

80

0,4

0,6

1,33

260

346,7

433,333

16,25

0,9

234

346,67

418,25

5

Цех пальцев

170

0,8

80

3100

55

0,4

0,6

1,33

144,96

229,7

271,656

65,45

0,7

101,47

229,75

251,16

6

Ремонтно-механический цех

37

1

40

287

41,7

0,33

0,7

1,02

93,59

91,57

130,935

30,33

112,86

97,959

149,44

7

Прессовый цех

43

1

50

950

20

0,3

0,6

1,33

36

48

60

12

0,85

30,6

48

56,924

8

Компрессорная: а) 0,38 кВ

18

1

40

250

30

0,4

0,6

1,33

228

304

380

38

0,75

171

334,4

375,59

б) Синхр. двигатели 10 кВ

2

800

800

800

3

0,7

0,8

0,75

77

57,75

96,25

7,333

0,91

70,07

63,525

94,579

9

Строительный цех

20

1

20

130

1

0,7

1

0

1050

0

1050

2

1

1050

0

1050

10

Насосная

17

10

80

360

35

0,4

0,6

1,33

720

960

1200

102,9

0,7

504

960

1084,3

11

Цех обработки гильз

95

1

50

1450

41,7

-

-

1,02

93,59

91,57

130,935

30,33

112,86

97,959

149,44

12

Блок механических цехов

190

1

40

1980

4

0,5

0,7

1,02

195

198,9

278,571

24

0,75

146,25

198,94

246,91

13

Цех металлоконструкций

43

1

40

900

16,7

0,6

0,75

0,88

564

497,4

752

25,07

0,85

479,4

497,4

690,82

14

Электроцех

35

1

25

380

30

0,3

0,7

1,02

69

70,39

98,5714

15,33

0,85

58,65

70,394

91,625

15

Склад алюминиевых чушек

11

1

15

50

6,67

0,3

0,6

1,33

111

148

185

24,67

0,75

83,25

148

169,81

16

Склад

20

0,8

40

80

20

0,4

0,6

1,33

36

48

60

12

0,85

30,6

48

56,924

Итого по заводу

19 867

0,475

9428,55

8709

12 835,4

6753,2

7876,5

10 375

2.3 Построение картограммы нагрузок

Картограмма нагрузок представляет собой план завода с обозначенными нагрузками для каждого цеха. Нагрузка цеха обозначена окружностью, площадь которой пропорциональна потребляемой мощности электроприемников цеха. При построении картограммы необходимо также учесть осветительную нагрузку цехов, которая также будет обозначена на картограмме.

Расчетная мощность освещения цехов и территории завода производится в следующем порядке:

где — удельная мощность освещения на единицу площади, = 10 20 Вт/м2; kco — коэффициент спроса на освещение;

F — площадь освещаемого объекта, для административного корпуса № 1: F = 3437 м2.

Для освещения завода выберем газоразрядные лампы с cosц равным 0,8.

Ppo = 15 0,8 3437 10-3 =38,9 (кВт).

Расчетная мощность цеха с учетом освещения:

Pпол = Ppo + Pр, кВт.

Qпол = Qр+Qро кВар;.

Для лесопильного завода:

Pпол= 2250+38,9=2288,9 (кВт);

Qпол = 3060+29,18=3089,18 (кВАр);

Для остальных цехов расчеты сведены в таблицу 2.3.

Картограмма нагрузок — окружности в центре электрических нагрузок цеха (площадь окружности в выбранном масштабе соответствует расчетной нагрузке каждого цеха). Радиус окружности:

где i — номер цеха;

m — масштаб, кВА.

Осветительная нагрузка будет показана сектором окружности нагрузки цеха, посредством угла:

= spo 360 / Sполi.

Произведем расчет для лесопильного завода:

Результаты расчета сведены в таблицу 2.2.

Графическая часть представлена на рисунке 2. 1

Для расчета местоположения главной понизительной подстанции определим координаты центра электрических нагрузок:

Таблица 2.2. Расчет картограммы нагрузок МДК.

№ п/п

Наименование цехов

F, кв м

Pо, Вт/кв. м

Рро, кВт

Qро, кВар

Sро, кВА

Pр+Рро, кВт

Qр+Qро, кВар

Sр, кВА

б, град

D, мм

Xi, м

Yi, м

Рсм, кВт

Qсм, кВар

Sсм, кВА

1

Лесопильный завод

3474

14

38,90

29,18

48,63

2288,90

3089,18

3844,75

5

49

70,50

321,95

3038,90

3089,18

4333,36

2

Сушильный цех

3479

14

38,97

29,23

48,71

1606,97

1499,23

2197,73

8

37

211,50

317,25

1998,97

1499,23

2498,71

3

Склад сырья

3314

10

26,51

19,88

33,14

109,76

167,88

200,58

59

11

317,25

317,25

137,51

167,88

217,01

4

Цех оконных рам и дверей

3777

14

42,31

31,73

52,88

378,31

671,73

770,93

25

22

423,00

305,50

522,31

671,73

850,90

5

Цех половых досок

4374

14

48,99

36,74

61,23

282,99

383,41

476,53

46

17

47,00

211,50

308,99

383,41

492,42

6

Столярный цех № 1

5313

14

59,50

44,63

74,38

160,97

274,37

318,11

84

14

164,50

199,75

204,46

274,37

342,18

7

Столярный цех № 2

4700

14

52,64

39,48

65,80

360,64

626,14

722,57

33

21

305,50

211,50

492,64

626,14

796,71

8

Материальный склад

2010

10

16,08

12,06

20,10

46,68

60,06

76,07

95

7

434,75

223,25

52,08

60,06

79,50

9

Мебельный цех

2899

14

32,47

24,35

40,59

203,47

358,75

412,44

35

16

540,50

199,75

260,47

328,35

419,12

10

Компрессорная: а) 0,38 кВ

1193

13

12,41

9,30

15,51

82,48

72,83

110,03

51

8

141,00

117,50

89,41

67,05

111,76

б) Синхр. двигатели 10 кВ

1193

0

0,00

0,00

0,00

1050,00

0,00

1050,00

0

26

141,00

117,50

1050,00

0,00

1050,00

11

Цех прессованных плит

3943

14

44,16

33,12

55,20

548,16

993,12

1134,36

18

27

282,00

105,75

764,16

993,12

1253,09

12

Ремонтно-механический цех

3456

14

38,71

29,03

48,38

151,56

126,99

197,73

88

11

376,00

105,75

132,30

120,60

179,02

13

Административный корпус

5462

20

87,39

65,54

109,24

233,64

264,48

352,90

111

15

39,95

63,45

282,39

264,48

386,90

14

Котельная

2452

10

19,62

14,71

24,52

499,02

512,11

715,04

12

21

270,25

23,50

583,62

512,11

776,45

15

Транспортный цех

4319

10

34,55

25,91

43,19

93,20

96,31

134,02

116

9

528,75

54,05

103,55

96,31

141,41

16

17

Территория завода

149 988

0,2

30,00

22,50

37,50

30,00

22,50

37,50

Итого по заводу

623,19

467,39

778,99

7376,38

8343,92

11 136,97

ЦЭН:

197,666

233,945

Рис. 2.2. Картограмма нагрузок МДК.

3. Определение числа и мощности трансформаторов на цеховых подстанциях

Потребители I и II категорий питаются от двухтрансформаторных ТП, III можно питать от однотрансформаторных ТП. Если мощность цеха не превышает 250 кВА, можно запитывать цех от РП, связанного КЛ 0,38 кВ с ближайшей ТП. В цехах с нормальной произв. средой ТП допускается устанавливать внутри зданий. Место установки ТП выбирается как можно ближе к ГПП. Мощность трансформатора цеховой ТП:

где n — число трансформаторов на ТП;

Н — нормативный коэффициент загрузки трансформатора,

для I категории Н = 0,5 0,7; II — Н = 0,55 0,7; III — Н = 0,8 0,95.

Действительный коэффициента загрузки трансформатора в нормальном режиме:

где SР — суммарная расчетная полная мощность цехов, питающихся от данной ТП, кВА;

Sном. т.  — номинальная мощность одного трансформатора ТП, кВА.

Должно выполняться условие:

<= н.

Для послеаварийного режима:

пар = 2 = Sp/(Sном.т. m).

где m — число оставшихся в работе трансформаторов, шт.

Например ТП-1 устанавливаем в лесопильном заводе, тогда:

Sр = 3844,75 кВА.

Устанавливаем двухтрансформаторную ТП:

Выбираем трансформаторы мощностью 2500 кВА

.

Для остальных ТП результаты сведем в таблицу 3.1.

Выбор трансформаторов является приблизительным, поэтому в данной таблице допускаем как заниженный коэффициент загрузки, так и недопустимо высокий коэффициент перегрузки в послеаварийном режиме. Окончательный выбор мощности трансформаторов будет сделан после расчета систем компенсации реактивной мощности.

Таблица 3. 1

наименование цехов

кат

кол

вид

Sном т

вт'

вав'

1

Лесопильный завод

II

2

тп

3844. 75

2500

0,77

1,54

2

Сушильный цех

II

2

тп

2197. 73

1600

0,69

1,37

3

Склад сырья

III

1

тп

200,58

250

0,80

-

4

Цех оконных рам и дверей

II

2

тп

770,93

630

0,61

1,22

5

Цех половых досок

II

2

тп

476,53

400

0,60

1,19

6

Столярный цех № 1

II

2

тп

318,11

250

0,64

1,27

7

Столярный цех № 2

II

2

тп

722,57

630

0,57

1,15

8

Материальный склад

III

2

рп

76,07

-

-

-

9

Мебельный цех (зона охвата 9+8)

II

2

тп

488,51

400

0,61

1,22

10

Компрессорная: а) 0,38 кВ

I

2

тп

110,03

100

0,55

1,10

б) Синхр. двигатели 10 кВ

I

-

РУ

1050

-

-

-

11

Цех прессованных плит

II

2

тп

1134. 36

1000

0,57

1,13

12

Ремонтно-механический цех

II

2

тп

197,73

160

0,62

1,24

13

Административный корпус

III

1

тп

352,90

400

0,88

-

14

Котельная

I

2

тп

715,04

630

0,57

1,13

15

Транспортный цех

III

1

тп

134,02

160

0,84

-

Выберем типы трансформаторов:

ТМ-160/10 — Uвн = 10 кВ; Uнн =0,4 кВ; uк = 4,5%; Px = 0,53 кВт; Pк =3,0кВт;

ix = 2,5%.

ТМ-250/10 — Uвн = 10 кВ; Uнн =0,4 кВ; uк = 4,5%; Px = 0,77 кВт; Pк =3,8кВт;

ix = 2,3%.

ТМ-400/10 — Uвн = 10 кВ; Uнн =0,4 кВ; uк = 4,5%; Px = 1,05 кВт; Pк =4,9кВт;

ix = 2,1%.

ТМ-630/10 — Uвн = 10 кВ; Uнн =0,4 кВ; uк = 5,5%; Px = 1,31 кВт; Pк =7,6 кВт;

ix = 2%.

ТМ-1000/10 — Uвн = 10 кВ; Uнн =0,4 кВ; uк = 5,5%; Px = 2.1 кВт; Pк =11 кВт;

ix = 1,4%.

ТМ-1600/10 — Uвн = 10 кВ; Uнн =0,4 кВ; uк = 5,5%; Px = 2.8 кВт; Pк =18 кВт;

ix = 1,3%.

ТМ-2500/10 — Uвн = 10 кВ; Uнн =0,4 кВ; uк = 5,5%; Px = 4.6 кВт; Pк =25 кВт;

ix = 1,0%.

4. Компенсация реактивной мощности

Реактивная мощность, которую можно передавать через трансформатор без увеличения его мощности:

Суммарная мощность КУ для каждой ТП:

При Q0,4ку<0 установка КУ не требуется.

Далее определяем потери активной и реактивной мощности в трансформаторах:

где Px и Pk — потери активной мощности холостого хода и короткого замыкания.

Потери активной мощности в КУ:

Pку = Pуд Q0. 4ку, кВт;

где Pуд = 0,002 0,05 — удельные потери активной мощности в КУ.

Расчетная мощность после компенсации:

Qp/ = Qpi — n1 Q0. 4ку + QT, кВар;

где n1 — количество КУ;

Pp/ = Ppi + n1 ?P0. 4ку + PT, кВт.

Полная расчетная мощность после компенсации:

Коэффициент загрузки трансформатора в нормальном и послеаварийном режиме (при выходе из строя одного из трансформаторов):

Для ТП-1:

Для остальных ТП результаты сведем в таблицу 4.1.

Таблица 4. 1-Расчет компенсации реактивной мощности

№ ТП

Зона охвата

Sн, т, кВА

n

Sр, кВА

в

Q1, кВар

Q0,4, расч. кВар

Q0,4, уст. кВар

ДPКУ, кВт

ДPтк, кВт

ДQтк, кВар

ДPт, кВт

ДQт, кВар

Pр', кВт

Qp', кВар

Sр', кВA

в'

в’ав

ТП-1

Цех № 1

2500

2

3844,8

0,8

2647,8

441,4

800

40

59,13

162,60

60,43

237,60

2389,33

2526,78

3477,58

0,70

1,39

ТП-2

Цех № 2

1600

2

2197,7

0,7

1560,5

61,3

200

10

16,98

83,02

21,18

131,02

1638,15

1430,24

2174,65

0,68

1,36

ТП-3

Цех № 3

250

1

200,6

0,8

167,2

0,7

0

0

1,61

4,43

5,81

14,10

115,57

181,98

215,58

0,86

-

ТП-4

Цех № 4

630

2

770,9

0,6

796,7

-125,0

0

0

2,85

25,94

4,39

44,84

382,69

716,57

812,36

0,64

1,29

ТП-5

Цех № 5

400

2

476,5

0,6

483,2

-99,8

0

0

2,13

15,61

3,13

27,61

286,12

411,02

500,80

0,63

1,25

ТП-6

Цех № 6

250

2

318,1

0,6

310,8

-36,4

0

0

5,67

8,10

8,27

15,60

169,24

289,97

335,74

0,67

1,34

ТП-7

Цех № 7

630

2

722,6

0,6

804,9

-178,8

0

0

5,00

18,65

6,00

37,55

366,63

663,69

758,23

0,60

1,20

ТП-9

Цех № 9+8

400

2

487,8

0,6

501,0

-82,2

0

0

4,46

16,36

4,96

28,36

255,12

447,18

514,83

0,64

1,29

ТП-10

Цех № 10

100

2

110,0

0,6

113,1

-40,3

0

0

1,82

3,33

2,82

6,33

85,29

79,16

116,36

0,58

1,16

ТП-11

Цех № 11

1000

2

1134,4

0,6

1288,2

-295,1

0

0

10,29

35,39

11,29

65,39

559,46

1058,51

1197,26

0,60

1,20

ТП-12

Цех № 12

160

2

197,7

0,6

164,9

-37,9

0

0

2,29

6,72

3,29

11,52

154,86

138,51

207,76

0,65

1,30

ТП-13

Цех № 13

400

1

352,9

0,9

273,9

-9,4

0

0

1,17

8,56

2,17

23,12

235,81

287,60

371,91

0,93

-

ТП-14

Цех № 14

630

2

715,0

0,6

727,3

-215,1

0

0

1,93

22,32

2,93

41,22

501,95

553,33

747,08

0,59

1,19

ТП-15

Цех № 15

160

1

134,0

0,8

109,8

-13,5

0

0

1,05

3,09

2,05

8,57

95,25

104,88

141,68

0,89

-

Итого

7235,46

8889,42

11 461,84

В цехах № 1, 2 к установке принимаем конденсаторные установки типа УК-0,38-Q1.

Выберем КУ на стороне 10 кВ ГПП.

Реактивная мощность на стороне 10 кВ:

Q10=Q/p — QСД, кВар;

QСД — вырабатываемая реактивная мощность СД 6/10 кВ.

где — коэффициент, зависящий от напряжения и нагрузки СД. Принимаем для СДН-10 кВ с коэф. загрузки 0,8.

Q10= 8889,42−1,27*1050= 7555,92 кВар.

Расчетное значение tg по заводу:

С учетом потерь реактивной мощности в трансформаторах ГПП завышаем требуемую реактивную мощность завода на 800 кВАр или по 400 кВАр на секцию. Итого получаем

На стороне 10 кВ нужно скомпенсировать мощность:

где tgн = 0,33 — соответствует нормативному cos = 0,95;

На секцию

Принимаем к установке на каждую секцию по 2 КУ типа УК-10-Q У3 на 1200 кВАр. И УК-10-Q У3 на 200 кВАр.

.

Некомпенсированная реактивная мощность:

Qнеск = Q10 — Qку.ф. 10;

Qнеск = 7555,92 +800 — 5600 = 2655,92 (кВАр).

Получаем tgц после компенсации:

Общая нагрузка завода:

где

Мощность тр-ра ГПП:

Выбираем два трансформатора 6300 кВА

.

5. Выбор схемы внешнего электроснабжения

По заданию питание завода может быть осуществлено от ПС системы, на которой установлены два трансформатора мощностью 40 МВА и напряжением 115/38,5/11 кВ. Расстояние от ПС до завода — 6,9 км. Расчет системы внешнего электроснабжения заключается в наиболее экономичном выборе напряжения питающей линии и оборудования ГПП или ГРП (в зависимости от выбранного класса напряжения). Рассмотрим 3 варианта питающей линии: 110 кВ с ГПП, 35 кВ с ГПП и 10 кВ с ГРП.

Для сравнения вариантов воспользуемся старыми ценами и оборудованием.

5.1 Вариант 110 кВ

Питание завода осуществляем двухцепной воздушной линией на железобетонных опорах напряжением 110 кВ.

Выбираем два трансформатора марки ТДН-6300/110.

,, ,, , ,. Стоимость трансформатора.

Определим потери в трансформаторах:

,

.

Мощность, передаваемая по линии:

,

,

,

Максимальный рабочий ток в линии:

.

Аварийный ток:.

По экономической плотности тока (для неизолированного алюминиевого провода при выбираем сечение провода ВЛ 110 кВ:

.

Минимальное сечение провода ВЛ 110 кВ составляет 70 мм2. Принимаем провод марки АС — 70/11 с параметрами:

,

, ,

Сопротивление двухцепной ВЛ 110 кВ:

,

.

Определим потери напряжения в линии в нормальном режиме:

,

.

Потери напряжения в линии в послеаварийном режиме:

.

Капиталовложения в линию:

Стоимость трансформаторов:

Стоимость ячеек ОРУ-110 кВ:

,

где — стоимость одной ячейки ОРУ-110 кВ с выключателем, тыс. руб. ;

— количество ячеек

Постоянная часть затрат:

Затраты на строительство ЗРУ в данном технико-экономическом сравнении учитывать не будем.

Капиталовложения:

,

где — зональный повышающий коэффициент на базисную стоимость электросетевых объектов, выбираем средний по России;

Определим потери активной мощности в линии:

.

Суммарные потери электроэнергии:

,

где — время максимальных потерь в зависимости от

Суммарные издержки:

,

где , — нормы амортизационных отчислений, затрат на эксплуатацию и капитальный ремонт, %;

— стоимость электроэнергии,.

Приведенные затраты для данного варианта:

.

5.2 Вариант 35 и 10 кВ

Для вариантов 35 и 10 кВ проведем аналогичные расчеты, данные занесем в таблицу 5.1.

Uном, кВ

Тип тр-ра

Sном, кВА

ДPх, кВт

ДQх, кВар

ДPк, кВт

Uк, %

Полная ст-ть, т. руб.

ДPт, кВт

ДQт, кВар

1

110

ТДН-6300/110

6300

14

90

60

10,5

43,6

75,772

706,688

2

35

ТДН-6300/35

6300

14,5

80

65

7,5

28,3

80,753

536,205

3

10

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Uном, кВ

Iрmax, А

Iав, А

Fэк, кв. мм

Fст, кв. мм

Iдоп, А

Ro, Ом/км

Xo, Ом/км

l, км

R, Ом

X, Ом

1

110

21,041

42,08

19,128

АС-70/11

265

0,428

0,444

6,9

1,4766

1,5318

2

35

65,796

131,6

59,815

АС-70/11

265

0,428

0,444

6,9

1,4766

1,5318

3

10

224,72

449,4

160,51

ААБ-240

330,15

0,129

0,075

6,9

0,22 253

0,12 938

Uном, кВ

ДU, В

дU, %

ДUав, В

дUав, %

ko, т. руб/км

Ст-ть сооруж. линии, т. руб.

Ст-ть ячейки РУ, т. руб.

Пост. часть затрат, т. руб.

Кап. Влож.

ДPл, кВт

1

110

136,08

0,12

272,15

0,25

13,5

93,15

14

130

372,185

7,8445

2

35

421,14

1,20

842,28

2,41

11,3

77,97

4,3

40

201,487

76,709

3

10

191,50

1,92

383,01

3,83

23,84

164,496

3,2

0

202,066

134,84

Uном, кВ

Tmax, ч

ф, ч

зэ, коп/кВт ч

Спот, т. руб.

ДЭ, кВт ч

Нормы аморт. отчисл. ВЛ и КЛ, %

Нормы аморт. отчисл. оборуд., %

И, т. руб/год

З, т. руб/год

1

110

4000

1900

1,7

4,8077

282 807,89

3,2

9,3

35,749 014

80,41 121

2

35

4000

1900

1,7

7,213

424 296,36

3,2

9,3

21,697 902

44,86 891

3

10

4000

1900

1,7

4,3555

256 203,12

5

9,3

23,770 253

48,1 812

При проверке по длительно-допустимому току сечение проводов ВЛ 10 кВ должно быть равно 240 мм2. Провода марки АС-240 для ВЛ номинальным напряжением 10 кВ не применяются. Расчет производился для КЛ-10 кВ ААБ-3×240. Поскольку ток аварийного режима превышает длительно-допустимый, необходима прокладка дополнительного резервного кабеля.

5.3 Сравнение вариантов

При сравнении вариантов из таблицы 5.1 видно, что ВЛ-35 кВ будет предпочтительнее по экономическим соображениям, чем ВЛ 110 кВ или КЛ-10 кВ. При этом возможен дальнейший рост нагрузок предприятия.

Окончательно принимаем ВЛ-35 кВ.

6. Выбор схемы внутреннего электроснабжения завода

Внутренняя схема распределительных сетей 10 кВ завода может быть выполнена по радиальной, магистральной и смешанной схемам. Ввиду расположения цехов и ГПП магистральная схема не целесообразна к применению, далее рассмотрим два варианта внутреннего электроснабжения: радиальную и смешанную схемы.

6.1 Радиальная схема

Приведем используемые формулы в этих расчетах.

Определение расчетного тока в аварийном режиме:

,

где S-расчетная мощность протекающая по кабелю (кВА).

Определение тока в нормальном режиме:

,

где n-число кабелей.

Допустимый ток кабельных линий определяем из соотношения:

,

где Ксниж=1. 25 коэффициент снижения токовой нагрузки.

Потери напряжения определим по формуле:

Потери мощности в линии при действительной нагрузки:

,

где -коэффициент загрузки кабеля.

Стоимость потерь энергии в линии:

,

где Сэ-стоимость электроэнергии.

ф — продолжительность использования максимума.

Стоимости прокладки кабелей Ск.л. , выключателей Св и трансформаторных подстанций Сктп определяется как:

Кк.л. =(Кк?L)?n+(Кр?L),

где Кк— стоимость прокладки 1 км кабельной линии.

Кр— стоимость копки 1 км траншеи.

n-количество прокладки кабелей.

Св=n?Кв,

где Кв— стоимость одного выключателя

Сктптп,

где Ктп— стоимость трансформаторной подстанции.

Амортизационные отчисления:

,

где б-амортизационные отчисления на линии б=6,3

,

где б-амортизационные отчисления на выключатели б=9,4

,

где б-амортизационные отчисления на КТП б=9,4

Приведенные затраты:

Приведем расчет линии ГПП — ТП-1:

Выберем кабель марки ААБ-3×120 с Iдоп=240 А, r0=0,26 Ом/км, x0=0. 08 Ом/км.

Аналогичные расчеты приведем для других КЛ и сведем их в таблицу 6.1.

Схемы представлены на рисунках 6.1 и 6.2.

При определении активных и реактивных сопротивлений кабельных линий, а также стоимости их прокладки необходимо учитывать, что для ТП и РП I и II категорий необходима прокладка 2 кабелей.

электроснабжение трансформатор подстанция

Таблица 6. 1- Расчет радиальной схемы

Напряжение

Участок

L, км

Sм, кВА

Iм, А

Iав, А

Fэ, кв. мм (j=1. 4)

Fст, кв. мм

Iдоп, А

R, Ом

X, Ом

?А, кВт ч

Спот, т. руб.

дU, %

дUав, %

Ккл, тыс. руб.

Кзру гпп, тыс. руб

И, т. руб/год

З, т. руб/год

10

ГПП-ТП-1

0,21

3477,58

100,39

200,78

71,71

120

208,8

0,05

0,02

12 538,2

0,21

0,16

0,31

2,71

ГПП-ТП-2

0,08

2174,65

62,78

125,55

44,84

70

143,55

0,16

0,01

14 337,4

0,24

0,25

0,50

0,91

ГПП-ТП-3

0,05

215,58

12,45

-

8,89

16

65,25

0,09

0,01

80,51

0,00

0,01

0,02

0,24

ГПП-ТП-4

0,18

812,36

23,45

46,90

16,75

16

65,25

0,17

0,01

2143,64

0,04

0,07

0,13

0,92

ГПП-ТП-5

0,31

500,80

14,46

28,91

10,33

16

65,25

0,30

0,02

1412,09

0,02

0,08

0,17

1,59

ГПП-ТП-6

0,21

335,74

9,69

19,38

6,92

16

65,25

0,21

0,01

439,39

0,01

0,03

0,07

1,10

ГПП-ТП-7

0,13

758,23

21,89

43,78

15,63

16

65,25

0,13

0,01

1369,47

0,02

0,05

0,09

0,67

ГПП-ТП-9

0,32

514,83

14,86

29,72

10,62

16

65,25

0,31

0,02

1549,73

0,03

0,08

0,16

1,65

ГПП-ТП-10

0,31

116,36

3,36

6,72

2,40

16

65,25

0,30

0,02

76,24

0,00

0,02

0,05

1,59

ГПП-РУ-10

0,31

1697,27

49,00

97,99

35,00

35

100,05

0,14

0,02

7440,92

0,13

0,15

0,30

2,79

ГПП-ТП-11

0,28

1197,26

34,56

69,12

24,69

16

65,25

0,27

0,02

7449,91

0,13

0,15

0,31

1,47

ГПП-ТП-12

0,33

207,76

6,00

12,00

4,28

16

65,25

0,32

0,02

261,73

0,00

0,05

0,09

1,71

ГПП-ТП-13

0,42

371,91

21,47

-

15,34

70

143,55

0,41

0,02

1078,33

0,02

0,09

0,19

2,20

ГПП-ТП-14

0,35

747,08

21,57

43,13

15,40

16

65,25

0,34

0,02

3625,91

0,06

0,17

0,33

1,83

ГПП-ТП-15

0,47

141,68

8,18

-

5,84

16

65,25

0,91

0,05

347,74

0,01

0,08

0,17

2,44

0,4

ТП-9-РП-8

0,07

56,92

41,08

82,16

29,34

35

100,05

0,03

0,00

1,93

0,00

0,00

0,00

0,51

Итого:

24 614,0

0,42

24,33

35,00

4,40

11,52

Рис. 6.1. Радиальная схема электроснабжения МДК.

6.2 Смешанная схема

Выбор кабельных линий для смешанной схемы ведется аналогично радиальной.

При расчете сечений кабелей, проложенных от ГПП, необходимо суммировать мощности всех ТП и РП, получающих питание по данному кабелю.

Данные по расчету сводим в таблицу 6.2.

Схема представлена на рисунке 6.2.

Таблица 6. 2- Расчет смешанной схемы

Напря-жение

Участок

L, км

Sм, кВА

Iм, А

Iав, А

Fэ, кв. мм (j=1. 4)

Fст, кв. мм

Iдоп, А

R, Ом

X, Ом

?А, кВт ч

Спот, т. руб.

дU, %

дUав, %

Ккл, тыс. руб.

Кзру гпп, тыс. руб.

И, т. руб/год

З, т. руб/год

10

ГПП-ТП-1

0,21

3477,58

100,39

201

72

120

208,8

0,05

0,02

12 538,26

0,21

0,16

0,31

2,28

ГПП-ТП-2

0,08

2174,65

62,78

126

45

70

143,55

0,16

0,00

14 337,43

0,24

0,24

0,49

0,43

ГПП-ТП-3

0,05

215,58

6,22

12

4

16

65,25

0,09

0,00

80,51

0,00

0,01

0,02

0,24

ГПП-ТП-4

0,18

1327,19

38,31

77

27

35

100,05

0,16

0,01

5249,77

0,09

0,10

0,20

2,35

ТП-6-ТП-5

0,12

872,71

25,19

50

18

16

65,25

0,23

0,01

3298,65

0,06

0,11

0,22

0,94

ГПП-ТП-6

0,21

1208,46

34,89

70

25

25

73,95

0,26

0,01

7276,92

0,12

0,17

0,35

1,52

ГПП-ТП-7

0,13

1107,67

31,98

64

23

25

73,95

0,16

0,01

3736,14

0,06

0,09

0,19

0,93

ТП-4-ТП-9

0,15

514,83

14,86

30

11

16

65,25

0,30

0,01

1492,33

0,03

0,07

0,14

0,79

ГПП-ТП-10

0,31

116,36

3,36

7

2

16

65,25

0,59

0,02

152,48

0,00

0,05

0,09

2,25

ГПП-РУ-10

0,31

1697,27

49,00

98

35

35

100,05

0,27

0,02

14 881,84

0,25

0,28

0,55

1,59

ГПП-ТП-11

0,28

1944,34

56,13

112

40

50

121,80

0,17

0,01

12 558,51

0,21

0,19

0,37

1,47

ТП-7-ТП-12

0,20

349,44

10,09

20

7

16

65,25

0,39

0,01

899,06

0,02

0,09

0,18

1,04

ТП-5-ТП-13

0,15

371,91

10,74

21

8

70

143,55

0,30

0,01

778,80

0,01

0,07

0,13

0,79

ТП-11-ТП-14

0,13

747,08

21,57

43

15

16

65,25

0,25

0,01

2659,00

0,05

0,12

0,24

0,67

ТП-12-ТП-15

0,20

141,68

4,09

-

3

16

65,25

0,39

0,01

147,79

0,00

0,03

0,07

1,04

0,4

ТП-9-РП-8

0,07

56,92

1,64

3

1

35

100,05

0,06

0,01

3,86

0,00

0,00

0,00

0,65

Итого:

49 917,02

0,85

18,99

24,00

3,65

8,81

Рис. 6.2. Смешанная схема электроснабжения МДК.

6.3 Сравнение вариантов

Расчеты показали, что приведенные затраты на монтаж и эксплуатацию радиальной схемы составили 11,52 тыс. руб. /год, а смешанной — 8,81 тыс. руб. /год.

В результате сравнения видно, что вариант с радиальной схемой на 23% дороже смешанной схемы. При меньшей суммарной протяженности кабельных линий 10 кВ смешанной схемы, сечение их, и соответственно стоимость — выше. Но вместе с этим при использовании смешанной схемы электроснабжения снижается надежность электроснабжения потребителей, усложняется релейная защита.

Для дальнейшего проектирования выбираем смешанную схему электроснабжения завода.

7. Расчет токов короткого замыкания

7.1 Расчет токов КЗ на РУ ГПП

Согласно заданию, питание завода осуществляется от подстанции системы, на которой установлены два трансформатора мощностью по 40 МВА, напряжением 115/38,5/11 кВ. Работа трансформаторов раздельная.

Принимаем трансформаторы типа ТДТН 40 000/110 со следующими параметрами:

,, ,, ,.

Для расчета токов КЗ выберем метод типовых кривых, способ приведения ТПОЕ.

Выберем базисные величины.

,, тогда базисное сопротивление:

.

Базисные токи:

,.

Рисунок 7.1 — Схема замещения для расчета токов короткого замыкания

Рассчитаем параметры схемы замещения.

Трансформаторы системной ПС.

Для нахождения сопротивлений обмоток данных трансформаторов необходимо знать напряжения короткого замыкания этих обмоток:

,

,.

Трансформаторы ГПП.

Система.

.

Линия.

Преобразуем схему на рисунке 14 в эквивалентную ей (рисунок 15).

Рисунок 7.2 — Эквивалентная схема замещения

Определим ток трехфазного КЗ для точек K1 и K2:

,

,

,

.

Докажем, что нет необходимости устанавливать выключатели на стороне ВН ГПП. Должно выполняться следующее условие:

,

где — чувствительность максимальной токовой защиты;

— минимальный ток двухфазного КЗ на шинах НН ГПП;

— ток срабатывания МТЗ, вычисляется по следующей формуле:

,

где — коэффициент надежности, учитывающий наличие апериодической составляющей в токе КЗ, погрешность расчетов, погрешность измерительных приборов, реле и ТТ, принимается в пределах 1,1…1,2;

— коэффициент возврата, принимается 0,8…0,95;

— коэффициент самозапуска, учитывающий кратность пускового тока обобщенной нагрузки, принимается 1,5…7.

,

.

Как видно, МТЗ, установленная на системной ПС чувствительна к повреждениям на шинах НН ГПП.

7.2 Расчет токов КЗ на РУ НН цеховых ТП

В цеховых ТП установлены трансформаторы ТМ-160/10, ТМ-250/10, ТМ-400/10, ТМ-630/10, ТМ-1000/10, ТМ-1600/10, ТМ-2500/10.

Начальное действующее значение периодической составляющей трехфазного тока КЗ определяется по формуле:

,

где , — соответственно суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи КЗ, мОм.

Сопротивления и в общем случае равны:

,

,

где , — активное и индуктивное сопротивления силового трансформатора, мОм;

— суммарное активное сопротивление различных контактов, принимается;

— активное сопротивление дуги в месте КЗ, мОм;

— эквивалентное индуктивное сопротивление системы до понижающего трансформатора, приведенное к ступени низшего напряжения, мОм.

Сопротивления трансформаторов определяются по формулам:

;

.

Сопротивление системы определим по формуле:

.

Рисунок 7.3 — Расчетная схема

Сопротивление дуги определяется по следующему выражению:

,

где — напряженность ствола дуги, принимается;

— начальное действующее значение периодической составляющей трехфазного тока КЗ без учета сопротивления дуги, кА;

— длина дуги, мм.

Длину дуги определим в зависимости от расстояния a между фазами проводников в месте КЗ:

Ток однофазного КЗ определяется по формуле:

,

где , — суммарные активные и индуктивные сопротивления прямой последовательности, мОм;

, — суммарные активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности, мОм;

Результаты расчетов занесем в таблицу 7.1.

Таблица 7.1 — Расчет токов КЗ на шинах НН ЦТП

№ ТП

Sн, т, кВА

Rт, мОм

Xт, мОм

Xс, мОм

R1У, мОм

X1У, мОм

Iпк (1), кА

I’пк (3), кА

ТП-1

2500

0,376

2,16

2,18

17,34

7,64

11,35

13,47

ТП-2

1600

0,7

3,36

2,18

26,46

37,38

10,08

12,27

ТП-3

250

6,14

18,5

2,18

26,46

37,38

6,46

8,59

ТП-4

630

2,14

8,05

2,18

14,34

6,14

9,08

12,23

ТП-5

400

4,24

11,42

2,18

17,34

7,64

7,20

9,72

ТП-6

250

8,47

22,2

2,18

17,52

7,05

6,46

8,59

ТП-7

630

2,14

8,05

2,18

14,34

6,14

9,08

12,23

ТП-9

400

4,24

11,42

2,18

17,34

7,64

7,20

9,72

ТП-10

100

12,43

28,22

2,18

17,52

37,05

7,20

9,72

ТП-11

1000

1,1

5,36

2,18

26,46

37,38

9,08

12,23

ТП-12

160

6,14

18,5

2,18

26,46

37,38

5,42

7,38

ТП-13

400

4,24

11,42

2,18

17,34

7,64

7,20

9,72

ТП-14

630

2,14

8,05

2,18

14,34

6,14

9,08

12,23

ТП-15

160

8,47

22,2

2,18

17,52

7,05

5,1

6,12

7.3 Проверка сечений кабельных линий по условию термической стойкости

Проверка на термическую стойкость осуществляется с помощью интеграла Джоуля. При этом должно выполнятся условие ,

где — принятое стандартное сечение проводника, мм2;

— минимальное сечение по условию термической стойкости, мм2.

Проверим КЛ ГПП — ТП-1.

где с — коэффициент для алюминиевых жил;

— действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени t = 0 c;

— постоянная времени затухания апериодической составляющей.

— время отключения тока КЗ, ,

— время действия защиты (0,01).

Для остальных ТП результаты расчетов занесем в таблицу 7. 3

Таблица 7.3. Проверка К Л на термическую стоикость.

№ ТП

I'(1)пк, кА

I(3)пк, кА

ТП-1

11,35

13,47

40,78

120

ТП-2

10,08

12,27

28,7819

70

ТП-3

6,46

8,59

20,2356

16

ТП-4

9,08

12,23

26,3994

35

ТП-5

7,20

9,72

20,2356

16

ТП-6

6,46

8,59

29,3068

25

ТП-7

9,08

12,23

24,3994

25

ТП-9

7,20

9,72

18,7819

16

ТП-10

7,20

9,72

22,3068

16

ТП-11

9,08

12,23

20,9334

35

ТП-12

5,42

7,38

28,7819

50

ТП-13

7,20

9,72

18,7819

16

ТП-14

9,08

12,23

21,9334

16

ТП-15

5,1

6,12

18,1234

16

Из расчетов видно, что на ряде ТП питающие кабели не соответствуют требованиям термической стойкости к токам КЗ. Для питания данных ТП принимаем кабели необходимого сечения:

ТП-3,5,9,10,13,14,15- ААБ 3×25,

ТП-6- ААБ 3×35.

8. Компоновка ГПП

8.1 Выбор выключателей на РУ-35 кВ ПС системы. =

Выберем предварительно вакуумный выключатель на 35 кВ ВР-35НСМ-1000/20 по максимальному рабочему току (см. п. 6. 2). Произведем проверку данного выключателя при КЗ в точке K1.

Паспортные данные выключателя ВР-35НСМ-1000/20:

,, ,, ,, ,, ,.

а) Проверка на симметричный ток отключения:

Для выполнения этого требования должно соблюдаться неравенство:

,

где — время от начала КЗ до момента расхождения контактов.

,

где — время действия защиты (0,01 с).

Поскольку в задании сказано, что система имеет мощность 500 МВА, то периодическая составляющая тока КЗ от времени зависеть не будет, тогда примем:

.

Ток КЗ в момент времени через выключатель:

.

Полученное значение тока меньше чем предельный ток отключения.

б) Проверка возможности отключения апериодической составляющей тока КЗ:

,

где — апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов;

— номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени;

— нормированное значение содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, %.

.

,

где — постоянная времени затухания апериодической составляющей.

По таблице 3.7 и 3.8 в [4] выбираем.

.

Полученное значение меньше допустимого.

в) Проверка по включающей способности:

,

где — ударный ток КЗ в цепи выключателя;

— наибольший пик тока включения.

,

где — ударный коэффициент.

По таблице 3.7 и 3.8 в [4] выбираем.

.

Полученное значение меньше допустимого.

г) Проверка на электродинамическую стойкость:

,

где — наибольший пик;

— действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока КЗ.

д) Проверка на термическую стойкость:

,

где — тепловой импульс тока КЗ по расчету.

,

где — время отключения КЗ, определяется по времени действия основных релейных защит и полному времени отключения выключателей.

Полученное значение меньше допустимого.

8.2 Выбор выключателей на РУ-10 кВ ГПП

Выберем предварительно выключатель на 10 кВ ВВЭ-10−20/600 по максимальному рабочему току (см. п. 6. 3). Произведем проверку данного выключателя при КЗ в точке K2.

Паспортные данные выключателя ВВЭ-10−20/600:

,, ,, ,, ,, .

а) Проверка на симметричный ток отключения:

Для выполнения этого требования должно соблюдаться неравенство

,

Ток КЗ в момент времени через выключатель:

.

Полученное значение тока меньше чем предельный ток отключения.

б) Проверка возможности отключения апериодической составляющей тока КЗ выполняется неравенством:

.

.

Полученное значение меньше допустимого.

в) Проверка по включающей способности:

,

.

Полученное значение меньше допустимого.

г) Проверка на электродинамическую стойкость:

,

д) Проверка на термическую стойкость:

,

,

Полученное значение меньше допустимого.

8.3 Выбор разъединителей

,, ,.

Выбираем разъединитель РНДЗ — 2−35/600 УХЛ1.

,, ,.

8.4 Выбор ограничителей перенапряжения

Для защиты трансформаторов ГПП на стороне 35 кВ и 10 кВ произведем выбор ОПН по напряжению установки.

, ОПН-10У1.

, ОПН-35У1

8.5 Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока выберем по максимальному току в нормальном режиме, по напряжению установки, по электродинамической и термической стойкости.

,, .

Подключаемые контрольно-измерительные приборы сведем в таблицу 14.

На шинные и секционный выключатели выбираем ТПЛК-10−400−0,5/10Р со следующими техническими данными:

,, ,, , номинальная вторичная нагрузка обмоток для измерений,.

Проверим TA по вторичной нагрузке:.

Сопротивление приборов найдем по формуле:

.

Определим максимально допустимое сопротивление соединительных проводов:

,

где — сопротивление контактов.

Зная можно определить сечение соединительных проводов:

,

где — длина соединительных проводов (для цепей РУ 10 кВ).

Выбираем контрольный кабель КВВГ с медными жилами сечением 4 мм2.

Таблица 8. 1

Место установки

Прибор

Тип

Класс

Нагрузка фазы, ВА

А

B

C

Шинные выключатели

Амперметр

Э — 335

1,0

0,5

-

-

Ваттметр

Д — 335

1,5

-

0,5

0,5

Счетчик активной энергии

ЦЭ6812

0,5

-

0,2

0,2

Счетчик реактивной энергии

ЦЭ6812

0,5

0,2

0,2

-

Итого

0,7

0,9

0,7

Отходящие линии

Амперметр

Э — 335

1,0

0,5

-

-

Счетчик активной энергии

ЦЭ6812

0,5

0,2

-

0,2

Итого

0,7

-

0,2

СВ

Амперметр

Э — 335

1,0

0,5

-

-

БК

Варметр

Д — 335

1,5

0,5

-

0,5

Амперметр

Э — 335

1,0

0,5

-

-

Счетчик реактивной энергии

ЦЭ6812

0,5

0,2

-

0,2

Итого

1,2

-

0,7

На отходящие линии выбираем ТПЛК-10−200−0,5/10Р со следующими техническими данными:

,, ,, , номинальная вторичная нагрузка обмоток для измерений,.

Проверим TA по вторичной нагрузке:.

Сопротивление приборов найдем по формуле:

.

Определим максимально допустимое сопротивление соединительных проводов:

.

Зная можно определить сечение соединительных проводов:

.

Выбираем контрольный кабель КВВГ с медными жилами сечением 2,5 мм2.

На фидерах с БК выбираем ТПЛК-10−100−0,5/10Р со следующими техническими данными:

,, ,, , номинальная вторичная нагрузка обмоток для измерений,.

Проверим TA по вторичной нагрузке:.

Сопротивление приборов найдем по формуле:

.

Определим максимально допустимое сопротивление соединительных проводов:

.

Зная можно определить сечение соединительных проводов:

.

Выбираем контрольный кабель КВВГ с медными жилами сечением 2,5 мм2.

8.6 Выбор трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения выберем по напряжению установки и допустимой вторичной нагрузке.

.

Подключаемые контрольно-измерительные приборы сведем в таблицу 9.2.

Таблица 8. 2

Прибор

Тип

Количество

Класс

ВА (Вт)

Вольтметр

Э — 335

4

1,0

8

Ваттметр

Д — 335

1

1,5

3

Варметр

Д — 335

1

1,5

3

Счетчик активной энергии

ЦЭ6812

8

0,5

64(8)

Счетчик реактивной энергии

ЦЭ6812

4

0,5

32(4)

Итого

110

Суммарная вторичная нагрузка.

Выбираем TV марки НАМИ-10-У3

Номинальная мощность при классе точности 0,5.

8.7 Выбор трансформаторов собственных нужд ГПП

На ГПП устанавливаем два трансформатора собственных нужд. Мощность трансформаторов выбирается по имеющимся на подстанции нагрузкам СН с учетом коэффициентов допустимой перегрузки возможностью автоматического резервирования на шинах 0,4 кВ. Основные нагрузки СН приведем в таблице 9.3.

Таблица 8.3 — Потребители собственных нужд

Вид потребителя

Установленная мощность, кВт

Охлаждение силовых трансформаторов

10

Подогрев шкафов КРУ

22

Устройство РПН

6,6

Наружное освещение ОРУ

3

Освещение, отопление, вентиляция ЗРУ

7

Аппаратура связи и телемеханики

8,7

Итого:

57,3

Поскольку основная мощность СН идет на подогрев и работу вентиляторов, то примем средневзвешенный коэффициент мощности, равный, тогда

.

С учетом коэффициента перегрузочной способности трансформатора:

.

Выбираем два трансформатора ТМ-63/10, подключаем их на участке между трансформатором ГПП и выключателем через разъединитель типа РВЗ-10/400-У3.

8.8 Выбор шин ЗРУ

Выбор сечения шин производится по длительному допустимому току из условия:

,

.

Принимаем алюминиевые, расположенные вертикально (на ребро) шины с размерами, (см. рисунок 9. 1), поперечное сечение.

Рисунок 8.1 Вид шин ЗРУ.

Наименьшее расстояние в свету между проводниками разных фаз для ЗРУ 10 кВ. Расстояние между опорными изоляторами.

Проверку шин на термическую стойкость при КЗ выполним по минимально допустимому сечению из условия:

,

где — минимальное сечение проводника, которое при заданном токе КЗ обусловливает нагрев проводника до кратковременно допустимой температуры, мм2.

,

где — коэффициент, для жестких алюминиевых шин.

Проверку шин на электродинамическую стойкость ПУЭ не требует, если собственные частоты меньше 30 и больше 200 Гц. Определим частоту собственных колебаний:

.

Механический расчет шин. Наибольшее удельное усилие при трехфазном КЗ определяется по формуле:

,

где — коэффициент формы, при.

Изгибающий момент:

.

Напряжение в материале шины, возникающие при воздействии изгибающего момента:

,

где W — момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию усилия.

Для алюминиевых шин допустимое напряжение.

8.9 Выбор опорных изоляторов для шин

Жесткие шины крепятся на опорных изоляторах, выбор которых производится по следующим условиям:

,

,

где — сила, действующая на изолятор;

— допустимая нагрузка на изолятор,.

.

Принимаем для установки изоляторы ОФ-10−375 У3, для которых.

9. Расчет внутрицехового электроснабжения

9. 1 Выбор кабелей от ТП к ВРУ

Для участка ТП — ВРУ имеем.

,, .

Выбираем кабели АВВГ 3×120+1×75 с параметрами:

,, .

.

.

9.2 Выбор автоматических выключателей

Автоматы выбирают по их номинальному току. Уставки токов расцепителей определяют по следующим соотношениям:

1. Отключающая способность должна быть рассчитана на максимальный ток КЗ, проходящий по защищаемому элементу:

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой