В данном дипломном проекте рассматривается задача проектирования системы электроснабжения автомобильного завода. Завод является предприятием автомобилестроения.
При проектировании решаются задачи, которые заключаются в определении расчётных электрических нагрузок, в правильном выборе напряжения распределения по заводу, выборе числа и мощности трансформаторов, конструкции промышленных сетей. Для выбора элементов системы производится расчёт токов короткого замыкания, рассматриваются вопросы, касающиеся релейной защиты и автоматики трансформаторов ГПП, а также заземляющего устройства пункта приёма электроэнергии. В проекте использовалась рекомендуемая литература. Графическая часть представлена на 6 листах.
Темой данной работы является проектирование системы электроснабжения автомобильного завода.
Ускорение научно-технического процесса диктует необходимость совершенствования промышленной электроники, создание современных надёжных систем электроснабжения промышленных предприятий, освещения, автоматизированных систем управления электрооборудованием и технологическим процессом.
Поэтому при проектировании уделено большое внимание вопросам надёжности, обеспечение качества электроэнергии и электромагнитной совместимости, быстродействия и селективности релейной защиты и оперативной автоматики.
Основные задачи, решаемые при проектировании системы электроснабжения, заключаются в оптимизации параметров этих систем путём правильного выбора напряжений, определении электрических нагрузок, высоких требований к бесперебойности электроснабжения, рационального выбора числа и мощности трансформаторов, конструкций промышленных сетей, средств регулирования напряжения, средств симметрирования нагрузки, подавление высших гармонических составляющих в сетях путём правильного построения схемы электроснабжения, соответствующей оптимальному уровню надёжности.
Подробно рассмотрена методика проектирования системы электроснабжения цеха. Выбор основного электрооборудования и его защита производится на основе расчета токов короткого замыкания.
Промышленное предприятие расположено в центральном районе России, где средняя температура окружающей среды зимних суток - 1С,
а летних составляет + 18 С с относительной влажностью 90%.
Скоростной норматив ветра около 21 м/с с повторением один раз в 5 лет, что позволяет отнести его к первому району. По толщине стенок гололеда в 15 мм согласно ПУЭ местность относится к 4 району по гололеду.
Предприятие предназначено для выпуска дорожных машин и относится к промышленности России,
На данном промышленном предприятии имеются потребители электроэнергии 1, 2 и 3 категории надежности электроснабжения. Основные потребители 1 категории сосредоточены в гальваническом, штамповочном и термическом цехах, где перерыв в их электроснабжении может привести к порче дорогостоящего оборудования или к гибели обслуживающего персонал
К потребителям 2 категории относятся электроприемники, расположенные в механических, инструментальном и электромонтажном цехах, так как перерыв в электроснабжении может вызвать простой оборудования и значительный недоотпуск продукции.
К потребителям 3 категории относятся электроприемники, расположенные в административно-бытовых помещениях и в общественных местах. Питание завода можно осуществить от районной подстанции расположенной в 20-ти км от территории завода. На районной подстанции имеются РУ напряжением 110/35 кВ. Установленные мощности цехов приведены в таблице 1, а генеральный план предприятия на рисунке 1.1
Для освещения производственных помещений принимаются лампы типа ДРЛ, обладающие высокой светоотдачей, большим сроком службы, прекритичностыо к условиям внешней среды. Главной причиной выбора этих ламп является высота цеха 8,5 м, а также нетребовательностью производства к цветопередаче.
Для освещения административно-бытовых помещений принимаются люминесцентные лампы, обладающие высокой светоотдачей и большим сроком службы.
Для ламп типа ДРЛ выбираются светильники РСПО5/ДОЗ (пылезащищенного исполнения).
Для административно-бытовых помещений выбираются светильники ЛПО-01 встроенные и потолочные, излучающие часть светового потока в верхнюю полусферу [2]. Данные светильники устанавливаются с лампами типа ДЛЦ. Светотехнические характеристики освещаемых помещений приведены в таблице 1.
Таблица 1.2. Значения коэффициентов отражения стен
Тип помещений
Производственные цеха
50
30
10
1,5
Административные здания
70
50
10
1,5
Расчет осветительной нагрузки проводится упрощенным методом по таблицам удельной мощности для цехов [2. табл.5.40], для административно-бытовых помещений [2 табл.5.45.]. Результаты расчета сводятся в таблицы 1.3 и 1.4
Основные данные нагрузки административно-бытовых зданий
Таблица 1.3
№
Наименование помещений
Н, м
S,
1
Проходная
2,5
900
100
6,10
6,10
1,5
6,10
4,8
2
Заводоуправление
2,5
1450
300
5,7
17,1
1,5
17,1
25,3
Итого
30,1
Таблица 1.4. Основные данные осветительной нагрузки цехов
№
Наименование
цеха
Н, м
S,
3
Эл. монтажный№ 1
6,5
3125
300
5,8
17,4
1,5
17,4
54,38
4
Энергоцех
8,5
1550
75
9,6
7,2
1,5
7,2
11,16
5
Инструментальный
8,5
2900
300
6,7
20,1
1,5
20,1
58,29
6
Штамповочный
8,5
2900
200
8,1
16,2
1,5
16,2
46,98
7,8
Склад
8,5
2х250
75
6,7
5,0
1,5
5,0
2,5
9
Термический.
8,5
1520
200
6,7
13,4
1,5
13,4
20,40
10
Механический № 1
8,5
3070
300
6,7
20,1
1,5
20,1
61,70
11
Механический№2
8,5
3070
300
6,7
20,1
1,5
20,1
61,70
12
Эл. монтажный№2
6,3
3125
300
5,8
17,4
1,5
17,4
54,401
13
Гальванический
8,5
1000
200
8,1
16,2
1,5
16,2
16, 20
14
Компрессорный
8,5
640
50
12,3
6,15
1,5
6,15
3,94
15
Гараж
8,5
1190
75
6,7
5,0
1,5
5,0
5,95
Итого:
397,6
Расчётная мощность осветительной нагрузки определяется по следующим формулам
Где
- коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре:
Для ДРЛ
= 1,12, для ЛЛ
=1,2.
- коэффициент спроса: для производственных зданий, состоящих из отдельных помещений,
=0,8; для административных зданий и предприятий общественного питания,
=0,9;
- соответствует коэффициенту мощности: для ламп ДРЛ
=0,57, для ЛЛ
=0,95
Расчётная осветительная нагрузка по лампам ДРЛ:
Расчётная осветительная нагрузка по люминесцентным лампам:
Расчетные, сменные нагрузки по цехам и ГПП приведены в таблицах 1.5, 1.6 и 1.7
Таблица 1.5. Расчётные нагрузки по цехам с учётом освещения
№
Наименование помещения
1
Проходная
-
-
4,8
1,96
4,8
1,96
2
Заводоуправление
-
-
25,3
8,84
25,3
8,84
3
Эл. монтажный№ 1
406
414,1
48,72
70,16
454,7
484,26
4
Энергоцех
322,5
241,9
9,99
14,4
332,5
258,3
5
Инструментальный
372
643,6
52,23
75,2
424,3
695,8
6
Штамповочный.
440
510,4
42,10
60,62
482,1
571,02
7,8
Склад
-
-
2,24
3,23
2,24
3,23
9
Термический.
504
312,48
18,28
26,3
522,28
338,7
10
Механический№ 1
485,3
839,6
55,3
79,6
483,1
919,2
11
Механический№2
427,8
740,09
55,3
79,6
483,1
819,7
12
Эл. монтзжный№2
329
335,6
48,7
70,2
377,7
405,8
13
Гальванический
539,5
550,3
14,5
20,9
554
571,2
14
Компрессорный
907,5
562,5
3,53
5,08
911,03
567,6
15
Гараж
-
-
5,3
7,70
5,3
7,70
Таблица 1.6. Сменные нагрузки по цехам с учётом освещения
№
Наименование помещения
1
Проходная
-
-
4,8
1,96
4,8
1,96
2
Заводоуправление
-
-
25,3
8,84
25,3
8,84
3
Эл. монтажный № 1
278,4
284
48,72
70,16
327,1
354,2
4
Энергоцех
301
226
9,99
14,4
310,9
240,4
5
Инструментальный
279
483
52,23
75,2
331,2
558,2
6
Штамповочный.
281,6
327
42,10
60,62
323,7
387,6
7,8
Склад
-
-
2,24
3,23
2,24
3,23
9
Термический.
432
268
18,28
26,3
450,3
294,3
10
Механический № 1
295,4
511
55,3
79,6
350,7
590,6
11
Механический№2
260,4
450
55,3
79,6
315,7
529,6
12
Эл. монтзжный№2
225,6
230
48,7
70,2
274,3
300,2
13
Гальванический
498
507
14,5
20,9
512,5
527,9
14
Компрессорный
847
525
3,53
5,08
850,5
530,08
15
Гараж
-
-
5,3
7,70
5,3
7,70
Расчётная нагрузка ГПП от которой будет питаться завод, складывается из расчётной нагрузки цехов, расчётной нагрузки освещения, транзитной присоединённой мощности.
Для получения наиболее экономичного варианта электроснабжения предприятия в целом, напряжение каждого звена системы электроснабжения предприятия должно выбираться с учётом напряжения смежных звеньев. Выбор напряжений основывается на сравнении технико-экономических показаний различных вариантов.
В данном случае имеется возможность получать питание от подстанции с напряжением 110/35 кВ, находящейся на расстоянии 20 км от завода.
Для приближенного определения рационального напряжения системы электроснабжения промышленных предприятий предварительно определяется два варианта 35 кВ и 110 кВ, которые необходимо сравнить, проведя технико-экономический расчет.
На данном промышленном предприятии преобладают потребители 1 и 2 категории, поэтому для осуществления надёжности электроснабжения завода, питание обеспечивается по 2-х цепной воздушной линии электропередач. Для преобразования и распределения электрической энергии на заводе устанавливается главная понизительная подстанция (ГПП). Распределительное устройство высшего напряжения ГПП представлено на рис.2.1
Рис.2.1 Схема РУ ВН ГПП
Данная схема применяется на напряжения 35-220 кВ для ответвительных и тупиковых подстанций.
После определения электрической нагрузки и установления категории надёжности потребителя, намечаем возможные варианты электроснабжения кабельными или воздушными линиями различных напряжений. На оценку экономичности варианта не влияет, в каком эквиваленте будет производиться расчет. Для простоты использования справочной литературы технико-экономический расчет сравнения двух вариантов будет производиться по справочным данным 1989г.
По условию надёжности электроснабжения потребителей первой и второй категории принимается два трансформатора. В целях уменьшения установленной мощности, используется перегрузочная способность трансформаторов. Допустимая перегрузка трансформатора в послеаварийном режиме до 40% в течении не более 6 часов в продолжении 5 суток
Расчетная мощность определяется по следующей формуле:
Выбор трансформатора и его мощности приведён в таблице 2.1
Питание предприятия обеспечивается посредством линии электропередач. Выбор сечения линий электропередач осуществляется по экономической плотности тока.
где Jэк
- нормированное значение экономической плотности тока, А/мм определяется в зависимости от числа часов использования максимума нагрузки в год. Число часов использования максимума нагрузки в год принимается, при 2-х сменном режиме работы, Тм< 5000ч., тогда
Jэк=1,1 А/мм, Далее, для сталеалюминевых проводов, минимальным сечением по прочности является
, а по условиям возможного коропирования при напряжении 110 кВ минимальным сечением является
Выбор сечений и технические характеристики проводов сведены в таблицы 2.2 и 2.3
Таблица 2.2. Выбор сечений проводов
35
143,42
71,71
65,1
-
70
70/265
110
45,6
22,8
26,2
70
70
70/265
Таблица 2.3.Технические характеристики проводов типа АС
Для установки на ГПП применяются маломасляные выключатели. Предварительно, для технико-экономического сравнения, выключатели выбираются по следующим условиям: по напряжению установки: Uном>Uуст по длительному току: Iном>Iнорм; Iном>Iмах.
Выбор выключателей и разъединителей приведен в таблицах 2.4 и 2.5
Для установки на ГПП принимаются разъединители серии РДНЗ. Предварительно для технико-экономического сравнения, разъединители принимаются по напряжению установки и по максимальному току
Расчет на напряжение 35 кВ. Определяется значение полных приведенных затрат, которое является показаниями экономичности варианта:
где Ен - нормативный коэффициент отчислений, Ен=0,12; К - капитальные затраты на сооружение системы электроснабжения; С - годовые эксплуатационные расходы. Капитальные затраты складываются и из следующих составляющих:
где Кл
- капитальные затраты на сооружение воздушных линий.
Кло - стоимость сооружения 1 км линий, L - длина линии. Коб - капитальные затраты на установку оборудования трансформаторы, выключатели, разъединители):
Годовые эксплуатационные расходы определяются:
где
- стоимость годовых амортизационных отчислений
где Ка - коэффициент амортизационных отчислений. Амортизационные отчисления на линии Кал=2,8%, амортизационные отчисления на подстанцию Кап=6,3%,
- стоимость потерь электрической энергии:
где
- стоимость
электроэнергии
- число часов работы предприятия в год Тм =4100 ч.
- потери электроэнергии, где
-потери мощности в линиях. Для двухцепной линии потери составляют:
где
- удельные потери мощности на 1 цепь
- коэффициент загрузки,
- потери мощности в трансформаторе
Реактивные потери холостого хода:
Реактивные потери короткого замыкания:
Приведённые потери короткого замыкания активной мощности
где
- коэффициент потерь, называемый экономическим эквивалентом реактивной мощности.
Приведённые потери активной мощности при холостом ходе:
Размещение ГПП следует произвести в центре электрических нагрузок, который определяется, как центр тяжести однородной плоской фигуры. Расположение цехов на плане предприятия и система координат представлены на рис 3.1
Таблица 3.1. Мощности и координаты цехов предприятия
№
Наименование помещения
X, м
Y, м
1
Проходная
4,8
260
400
2
Заводоуправление
25,3
375
380
3
Эл. монтажный № 1
664,3
175
325
4
Энергоцех
413,1
100
275
5
Инструментальный
814,9
375
325
5
Штамповочный.
747,3
525
300
7,8
Склад
2,24
250/350
200
9
Термический.
622,4
450
130
10
Механический № 1
1038,4
150
130
11
Механический №2
951,5
250
80
12
Эл. монтажный №2
554,37
450
75
13
Гальванический
795,7
325
125
14
Компрессорный
1073,4
475
275
15
Гараж
9,34
150
225
Выбрав произвольную систему координат, центр электрических нагрузок определяется по формулам:
Рис.3.1 Определение центра электрических нагрузок
Так как в полученном центре (рис.3.1) размещения ГПП возможно, то подстанция устанавливается в точке, со смешением вдоль оси X в направлении источника питания.
Выбор числа и мощности цеховых трансформаторных подстанций, также как число трансформаторов на каждой из них, должен производиться в зависимости от величин сменных нагрузок, близости или удалённости цехов друг от друга, необходимой надёжности питания потребителей, перспективы развития производства, удельной плотности нагрузки и загрузки трансформаторов в рабочем режиме, а также производственными, архитектурно-строительными и эксплуатационными требованиями. Должны учитываться конструкция производственных помещений и условия окружающей среды.
Однотрансформаторные цеховые подстанции, как правило, применяются при нагрузках, допускающих перегрев питания на время доставки складского резерва, или возможности резервирования питания потребителей по сети вторичного напряжения. Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяются при преобладании потребителей 1 и 2 категории, а также при неравномерном суточном или годовом графике нагрузок.
Мощность трансформаторов 2-х трансформаторной подстанции выбирается так, чтобы в аварийном режиме, при отключении одного из них, другой мог бы нести всю нагрузку с перегрузкой не более 30%.
Мощность трансформатора однотрансформаторной подстанции выбирается такой, чтобы она полностью обеспечивала электроэнергией всех потребителей запитанных от неё. При выборе мощности трансформаторов учитывается, что максимальная мощность трансформаторов, установленных на цеховых ТП, не должна превышать 1600-2500 кВА [4] тех случаях, когда мощность, потребляемая цехом велика, то необходимо устанавливать несколько ТП на цех.
При выборе цеховых трансформаторов следует стремиться к меньшей номенклатуре трансформаторов по мощности предприятия в целом.
При плотности нагрузки
целесообразно принять КТП с трансформаторами мощностью 1000 кВА: при 0,2-0,3 - 1600, более 0,3 приходится рассматривать установку трансформаторов мощностью 250-400 или 630 кВА.
Для трансформаторов цеховых ТП следует принимать следующие коэффициенты загрузки:
для цехов с преобладающей группой электроприемников первой категории при 2-х трансформаторной КТП: 0,65 - 0,75,для цехов с электроприёмниками преимущественно второй категории, где необходимо предусматривать однотрансформаторные КТП.0,9-0,95, для цехов с преобладанием электроприёмников третьей категории: 0,95 - 1,0 [4].
Для начального определения мощности трансформаторов КТП, рассчитывается удельная плотность нагрузки
где
- суммарная расчётная нагрузка цехов присоединённых к одной КТП, F - площадь этих цехов
Таблица 4.1. Распределение нагрузок по ЦТП
№ ТП
№ ЦЕХА
ТП1
3,4,15
868,49
817,5
1192,7
704,79
656,86
963,43
5865
0,16
ТП2
5,14,1,2
1431,4
1332,1
1955,4
1274,4
1132,78
1705,11
5890
0,29
ТП3
6,7,8,9
1056,86
951,18
1421,8
817,56
715,36
1086,34
4920
0, 20
ТП4
10
601,6
1024,6
1188,1
387,8
655,1
761,2
3070
0,25
ТП5
11
517,6
879,4
1020,4
336,7
566,4
658,9
3070
0,22
ТП6
12,13
909,2
954,1
1317,9
765,2
807,2
1112,2
4125
0,27
Далее приводится оптимизация выбора мощности трансформаторов ТП в зависимости о их числа, категории надёжности электроснабжения потребителей и коэффициента загрузки трансформатора потребителей и коэффициента загрузки трансформатора.
Составляются варианты с различной мощностью трансформаторов и оптимальным размещением компенсирующих устройств. По категории надёжности ЭП для всех потребителей можно принять однотрансформаторные ТП за исключением ТПЗ и ТП6.
Выберем мощности трансформаторов:
где n - количество трансформаторов в ТП.
Таблица 4.2. Выбор максимальной мощности трансформаторов
№ ТП
ТП1
963,43
630-1000
959
1000
0,9-0,95
0,92-0,97
1
ТП2
1705,11
1000-1600
1169
1600
0,9-0,95
1,13-1, 19
1
ТП3
1086,34
6304000
917,7
1000
0,65-0,75
1,32-1,59
2
ТП4
761,2
630-1000
1113,4
1000
0,9-0,95
0,92-1,26
1
ТП5
658,9
630-1000
1066
630
0,9-0,95
0,89-1,101
1
ТП6
1112,2
1000-1600
1156,3
1000
0,65-0,75
1,65-1,89
2
Для каждого предприятия, энергосистема устанавливает величину реактивной мощности, которую она передаёт по своим сетям этому заводу в часы максимума нагрузки энергосистемы Qэ, недостающая мощность должна быть скомпенсирована на месте.
Определяется реактивная мощность, соответствующая нормированному коэффициенту мощности.
Для питания цеховых ТП в системе внутризаводского электроснабжения применяется напряжение 10 кВ. Питание производится кабелями,
проложенными в траншеях. Принимаются кабели типа ААШв с бумажной изоляцией, алюминиевой оболочкой и жилами, и шланговым ПХВ покровом. Для данного типа прокладки кабеля:
расчетная температура окружающей среды +15°С
нормированная температура жилы проводника +60 С.
Условия выбора кабеля. В качестве примера, приводится выбор сечения кабеля питающего ТП2 и ТП1.
1. По условию нагрева длительно допустимым током:
К2 - поправочный коэффициент на температуру окружающей среды (К2=1) [13. табл.7.32]
К1 - поправочный коэффициент на число работающих кабелей, уложенных в одной траншее (К1-1, т.к кабель один), тогда
По условию, что Iдоп>Iрn принимается сечение кабеля F=70
с Iдоп=165А
2. По экономической плотности тока:
Число часов использования максимума нагрузки:
Для данного значения Тм = 3563,4 ч. Jэ = 154 [13. табл.7.27]
Fэк=Iр/ Jэк=150/1,4= 107
Принимаем стандартное ближайшее сечение F=120
с Iдоп=240 А.
3. По термической стойкости к токам КЗ сечение определяется по формуле
где С - температурный коэффициент,
,
А - ток короткого на шинах 10кВ ГПП, С = 98 для кабелей с алюминиевыми жилами и бумажной изоляцией.
Меньшее стандартное ближайшее сечение 50
с Iдоп
= 180 А.
4. По перегрузочной способности: Iдл. доп
> Iрмах,
где
Кпер
- коэффициент допустимой перегрузки по отношению к номинальной, определяется по Iнорм/Iдоп 150/240, Кпер
=1,25 в течении 6 часов [7. табл.13.1]
Кп=1 - так как проложен один кабель. Iдл. доп
=
.300 А > 195 А
Окончательно выбирается кабель ААШв F= 120
с Iдоп
=240А. Расчет остальных кабелей аналогичен и сводится в таблицу 4.3
Таблица 4.3. Выбор кабелей питающих ТП
№ ТП
Число кабелей
Марка кабеля
ТП2
150
195
1
ААШв (3x120)
240
ТТЛ
58
75,4
1
ААШв (3x95)
205
ТП3.1
60,7
121,5
1
ААШв (3x95)
205
ТП3.2
60,7
121,5
1
ААШв (3x95)
205
ТП5
94
122,3
1
ААШв (3x95)
205
ТП4
57,7
75,1
1
ААШв (3x70)
165
ТП6.1
60,7
121,5
1
ААШв (3x95)
205
ТП6.2
60,7
121,5
1
ААШв (3x95)
205
Сопротивление участков сети выполненных кабелями определяем по следующей формуле:
,
где
- удельное сопротивление кабельной линии, Ом/км [4 табл.2.7]
Сопротивление трансформаторов, приведённое к 10 кВ определяется по формуле:
где Рк. з
. - потери короткого замыкания, кВт [4. табл.13.]. Расчёт проводится для каждой из ТП, исходя из 2-х вариантов мощности трансформаторов (максимальной и минимальной).
;
;
Эквивалентное сопротивление всей схемы
Таблица 4.5. Сопротивления трансформаторов
№ ТП
Потери КЗ, кВт
R, Ом
1 вариант
2 вариант
1 вариант
2 вариант
ТП1
1000
630
12,2
8,5
1,22
2,4
ТП2
1600
1600
18
18
0,703
0,703
ТПЗ
1000
1000
12,2
12,2
1,22
1,22
ТП4
1000
630
12,2
8,5
1,22
2,14
'Ш5
630
400
8,5
5,5
2,14
3,44
ТП6
1000
1000
12,2
12,2
1,22
1,22
Входные реактивные мощности энергосистемы для соответствующих магистралей имеют следующие значения:
Распределение реактивной мощности от энергосистемы по трансформаторам отдельных магистралей приводится в таблице 4.6., там же находится значения минимальных мощностей компенсирующих устройств по магистралям. Рассмотрим магистраль М1.
где Етп
, Екл
- общие ежегодные отчисления от капиталовложения на ГП и кабельные линии. Етп
=0,223; Екл
=0,165 [4]; Ктп
- стоимость ТП с минимальным количеством оборудования на сторонах НН и ВН; Екл
- стоимость кабельной линии с учётом строительных работ.
-
удельные затраты на КУ, установленные на стороне 10 кВ
Зо
=Ео
(Кя
+Кк
n) +Ер
Ок
- Кя
, Кк
, Кр
–
соответственно стоимость ячейки, вакуумного выключателя и регулятора АРКОН с приставкой ППЗ.
-
затраты на компенсирующие устройства на магистрали М1
Эксплуатационные затраты:
где Стхх
- стоимость потерь электроэнергии в трансформаторе при холостом ходе, Со
- удельная стоимость потерь активной мощности,
-стоимость потерь электроэнергии в сети 10 кВ и в трансформаторах от. протекания активных нагрузок, СДО - стоимость потерь электроэнергии в сети 10 кВ и в трансформаторах от протекания реактивных нагрузок, К-матрица узловых сопротивлений, Ррi
-матрица расчетных нагрузок i-х трансформаторов
Затраты на КУ складываются да затрат на потери энергии в конденсаторах и отчислений от стоимости ККУ, соответственно для мощностей.
Остальные расчеты проводятся аналогично, результаты расчетов приведенных затрат по вариантам сведены в таблице 4.8
Результаты расчётов приведённых затрат 4.8
№
Магистр али
Вариант
Руб.
%
М1
I
4749
271
2870
4218
12110
-
-
II
4155
271
3103
2897
10430
1680
13,8
М2
I
5143
32,522
473,23
839,1
6488
-
-
II
5143
32,522
543,85
810,5
6530
-42
-0.6
М3
I
2853
446,9
2051
2582
7932
-
-
II
2195
446,9
2113
1165
5920
2012
25,4
М4
I
5143
162,6
1161
916,6
7384
-
-
II
5143
162,6
1438
805,7
7549
-165
-2,1
Для магистралей М1 и М3 экономичным оказался второй вариант с минимальной мощностью трансформаторов и установкой КУ на стороне 0,4 кВ.
Хотя для М2 и М4 экономически равноценны оба варианта, но учитывая технические преимущества применения БК-0,4кВ для них также принимаются второй вариант мощности трансформаторов.
Технические преимущества второго варианта складываются из возможности подключения БК-0,4кВ в питающей сети до 1 кВ, что разгрузит эти сети от перетоков реактивной мощности и уменьшит потери мощности в этой сети.
Обслуживание БК-0,4кВ значительно проще чем БК-10кВ т.к для их обслуживания необходима более высокая квалификация электриков и по правилам техники безопасности при обслуживании БК-10кВ необходим наряд на ведение работ и участие порой не менее трех человек. БК-10кВ размещены на ГПП или РП - 10кВ, а это не разгружает кабельные линии от перетоков реактивной мощности и энергии в этих сетях, что видно из таблицы 4.8 по эксплуатационным затратам (Зэ
).
Распределение устройств 110 кВ главной понизительной подстанции выполняется по схеме "Два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линии". ОРУ обеспечивает надежность работы, безопасность и удобство в обслуживании при минимальных затратах на сооружение, возможность расширения, максимальное применение
крупноблочных узлов заводского изготовления.
Все аппараты ОРУ располагаются на невысоких основаниях из
возможности механизации монтажа и ремонта оборудования. Шины выполняются гибкими из многопроволочных проводов и крепятся с помощью опорных изоляторов на железобетонных порталах.
Распределительное устройство 10 кВ выполняется из шкафов КРУН серии К-59.
Схема изображена на рис.5.1. В нормальных условиях выключены все аппараты кроме разъединителей QS3, QS4. Наличие перемычки дает возможность связи трансформатора Т1 с линией W2 и трансформатора Т2 с линией WI. При работе с одной ЛЭП WI и трансформаторами Т1 и Т2 должны быть включены разъединители QS3, QS4 и отключен разъединитель QS2. Режим работы с двумя ЛЭП и одним трансформатором менее вероятен, так как ЛЭП WI и W2 должны быть рассчитаны на передачу всей мощности между источником питания и подстанцией.
На ГПП устанавливаются два трансформатора типа ТДН-16000/110. Регулирование напряжения осуществляется под нагрузкой.
Технические характеристики трансформатора Таблица 5.1
Cтоимость т. р.
ТДН-16000/110
18
85
10,5
0,7
48
Для установки на ГПП рассматриваются маломасляные выключатели, обладающие следующими достоинствами: небольшое количество масла служащего дугогасящей средой и частично изоляцией между разомкнутыми контактами; относительно малая масса; удобный доступ к дугогасительным контактам.
К недостаткам маломасляных выключателей относятся взрыво и пожароопасность, хотя и значительно меньшая, чем у баковых выключателей, невозможность осуществления быстродействующего АПВ, и необходимость периодического контроля, доливки, относительно частот замены масла в дугогасительных бачках, трудность установки встроенных трансформаторов тока.
На ГПП устанавливается два выключателя типа ВМТ-110, выбор которых будет рассматриваться ниже.
На подстанции принимаются разъединители типа РНДЗ-110 горизонтально-поворотные. Разъединители двухколонковые, с заземляющими ножами, которые приспособлены работать и в зимнее время и при гололеде, выбор разъединителей будет рассматриваться ниже.
На ГПП для защиты от перенапряжений устанавливаются вентильные разрядники типа РВС-110. Разрядник разряжает волну перенапряжений на землю с последующим немедленным восстановлением нормальной изоляцией сети по отношению к земле.
Системы 110 кВ работают с эффективно-заземлённой нейтралью.
В качестве РУНН применяется комплектное распределительное устройство наружной установки. При применении комплектных устройств повышается общее качество электроустановки, надёжность её работы, удобство и безопасность её обслуживания, обеспечивается быстрое расширение и мобильность при реконструкции. Электромонтаж сводиться лишь к установке различных комплектных электроустройств и присоединению их к электрическим сетям. Комплектные устройства полностью со всеми аппаратами, измерительными приборами и вспомогательными изготавливаются комплектуются и испытываются на заводе и в собранном виде доставляются на место установки. КРУН предназначены для открытой установки вне помещений. Оно состоит из металлических шкафов со встроенными в них аппаратами, приборами, устройствами защит и управления. Шкафы КРУН имеют уплотнения, обеспечивающие защиту аппаратуры от загрязнения и атмосферных осадков, КРУН рассчитываются для работы при температурах окружающего воздуха от
Для выполнения РУНН применяются шкафы КРУН серии К-59. К-59 предусматривает однорядную установку шкафов с коридором для обслуживания. Основные коммутационными аппаратом в шкафах серии К-59 является вакуумный выключатель ВВЭ-10 на токи до 1600 А. В качестве трансформатора собственных нужд ТСН используется трансформатор типа ТМ мощностью до 63 кВА, а также трансформаторы тока серии ТЛМ-10 и трансформаторы напряжения типа НАМИ.
Для расчета токов короткого замыкания необходимо составить расчётную схему, соответствующую нормальному режиму работы системы электроснабжения, считая, что трансформаторы работают раздельно, и схему замещении (рис.7,8)
Расчёт токов короткого замыкания проводится в относительных единицах. По заданной мощности короткого замыкания Sкз = 1000 МВА проводится расчёт установившихся токов короткого замыкания. За базисные величины принимаются:
Определение параметров схемы замещения: Система: Ес
=1
Трансформатор:
Рассматривается трехфазное замыкания в точке К-2:
Периодический ток короткого замыкания:
Апериодический ток короткого замыкания:
[8. табл.3.8]
tотк = 0,2 [8. рис.3.62], определяется по расчётным зонам токов короткого замыкания (Та
= 0,02 с)
Ударный ток короткого замыкания:
Рис 5.1 Расчётная схема Рис.5.2 Схема замещения
Двухфазное замыкание в точке К-2:
Однофазное замыкание в точке К-2:
Для определения однофазного тока короткого замыкания составляются схемы замещения трех последовательностей - прямой, обратной и нулевой
Рассматриваются короткие замыкания в точке короткого замыкания К-3:
Трёхфазное КЗ:
Периодический ток короткого замыкания:
Апериодический ток короткого замыкания:
Та
= 0,03 для системы связкой со сборными шинами 6-10 кВ, где рассматривается короткое замыкание через трансформаторы мощностью 32 МВА [8 табл.3.8]
Ударный ток короткого замыкания:
Двухфазное короткое замыкание в точке К-3:
Рассматривается короткое однофазное замыкание в точке К-1:
Выбор выключателей осуществляется по следующим условиям: по напряжению установки Uном
>Uуст
по длительному току: Iном
>Iнорм
; Iном
>Iмах
. по отключающей способности
а) проверка на симметричный ток отключения Iотк ном
>Iпо
Условия выбора выключателей остаются те же. В КРУН серии К-59 устанавливаются выключатели типа ВВЭ-10. В таблице 5.5 приведены результаты проверки условий выбора для вводных выключателей. Остальные выключатели выбираются аналогично
Предварительно выбран выключатель ВВЭ-10-20/1600УЗ
Таблица 5.5. Выбор выключателей 10 кВ
Расчетные значения
ВВЭ-10-20/1600УЗ
10
10
1293
1600
6,72
20
20
20
2,5
52
16,34
52
7,916
60
Выбранный выключатель удовлетворяет всем условиям выбора.
В цепях на ГПП требуется устанавливать следующие контрольно-измерительные приборы.
В цепи вводного выключателя: трансформаторы тока и напряжения для подключения амперметра, ваттметра, счетчики активной и реактивной энергии.
На сборных шинах: трансформатор напряжения для подключения вольтметра для измерения междуфазного напряжения, вольтметр с переключением для измерения трех фазных напряжений и счетчики активной и реактивной энергии.
Трансформатор тока в цепи секционного выключателя для подключения амперметра.
Трансформаторы тока на линиях 10 кВ к потребителям для подключения счетчиков активной и реактивной энергии.
В шкафах серии К-59 устанавливаются трансформаторы тока типа ТЛМ-10. Трансформаторы тока выбираются по следующим условиям:
По напряжению: Uном
>Uуст
.
Потоку: Iном
>Iнорм
; Iном
>Iмах
.
По конструкции и классу точности (в данном случае класс точности должен быть не ниже 0,5).
По электродинамической стойкости (электродинамическая стойкость шинных трансформаторов тока определяется устойчивостью самих шин, поэтому такие трансформаторы не проверяются по этому условию).
По термической стойкости:
или
где Кт -
кратность термической стойкости.
По вторичной нагрузке:
, где
- номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока в выбранном классе точности.
Так как индуктивное сопротивление токовых цепей не велико, то
,
, rприб
- сопротивление приборов, rпр
- сопротивление проводов, rк - сопротивление контактов, при количестве приборов до трех rк
= 0,05 Ом, при большем количестве rк
= 0,1 Ом
Зная rпр
можно определить сечение соединительных проводов:
,
где
- удельное сопротивление материала
для провода с алюминиевыми жилами, Iрасч
- расчетная длина, зависящая от схемы соединения трансформаторов тока.
Выбор трансформаторов тока проводится на примере для цепи вводных выключателей.
Предварительно для установки выбирается трансформатор тока ТЛМ-ЮУЗ
Таблица 5.7. Технические характеристики ТЛМ - 10 У3
Класс точности
10
1500
5
0,5
0,4
100
3969
Проверка условий выбора:
По напряжению: Uном>Uуст,
Потоку: Iном
>Iнорм
; Iном1
>Iмах
Класс точности равен 0,5
,
Определяется суммарная мощность подключенных приборов
Таблица 5.8. Приборы и их мощность
Прибор
Тип
Нагрузка фазы, В - А
А
В
С
Амперметр
Э-355
-
0,5
-
Ваттметр
Д-355
0,5
-
0,5
Счётчик
САЗИ-681
2,5
-
2,5
Счётчик
СРИИ-676
2,5
-
2,5
Наиболее загружены фазы А и С - 5,5 В-А. Общее сопротивление приборов:
В качестве соединительных проводов принимаются провода с алюминиевыми жилами.
Ориентировочная длина l=5 м. Трансформаторы тока соединяются в полную звезду: Lрасч
= L = 5м
Сечение проводов принимается с учетом условия прочности 4
Отсюда:
, тогда
Выбранный трансформатор тока ТЛК - 10 УЗ удовлетворяет всем условиям.
Остальные трансформаторы тока выбираются аналогично.
При проектировании электроснабжения завода важнейшей задачей является выбор распределительной схемы внутреннего электроснабжения. Правильно выбранная схема должна обеспечивать необходимую степень надёжности питания потребителей, должна быть удобной и экономичной в эксплуатации.
Внутризаводская схема распределения электроэнергии выполняются по магистральному, радиальному или смешанному принципу. Выбор схемы определяется категорией надёжности потребителей электроэнергии, их территориальным размещением особенностями режима работы.
Радиальными схемами является такие, в которых электроэнергия от источника питания передаётся непосредственно к приемному пункту. Питание крупных подстанций с преобладанием потребителей 1 - категории осуществляется не менее чем по двум радиальным линиям, отходящим от разных секций источника питания. Отдельно расположенные однотрансформаторные подстанции мощностью 400-630 кВА питаются по одиночным радиальным линиям, если отсутствуют потребители 1 и 2
Магистральные схемы распределения электроэнергии принимаются в случае, когда потребителей много и радиальные схемы нецелесообразны. Основное преимущество магистральной схемы заключается в сокращении звеньев коммутации. Магистральные схемы целесообразно принимать при расположении подстанций на территории предприятия, что способствует прямому прохождению магистралей от источника питания до потребителя и тем самым сокращению длины магистралей. Недостатком магистральных схем является более низкая надёжность, по сравнению с радиальными, так как исключается возможность резервировать на низком напряжении их по одной магистрали.
Цеховые КТП по способу компоновки выполняются внутрицеховые (открытыми и закрытыми), встроенными, пристроенными и отдельно стоящими.
При радиальном питании КТП кабельными линиями от распределительного устройства 10 кВ по схеме блок-линия трансформатор допускается глухое присоединение к трансформатору. Глухой ввод выполняется в виде металлического короба, подвешиваемого на силовой трансформатор. Внутреннее электроснабжение рассматривается на примере термического цеха.
Заданный цех серийного производства включает в состав: литейный участок, кузнечное отделение, участок термической обработки. На литейном участке производится изготовление болванок и заготовок нужной формы путём расплавления материалов. В кузнечном отделении производятся обработка изделий путём ковки, штамповки, волочения и др.
На участке термической обработки деталям придаются нужные физические свойства: твёрдость, прочность и т.д. путем закалки, отжига, отпуска и других операций.
Литейный участок имеет потребителей 1-ой категории: вентиляторы дутья варганок, разливочные краны.
Перечень потребителей участков цеха представлен в таблице 6.3.
План цеха показан на рисунке 6.2.
Общая площадь цеха составляет 1520м, габаритные размеры 20х76м, ширина пролета равна 6м. Высота цеха составляет 8,5м.
Расстояние от ГПП до цеха - 25 м. Принимаем коэффициенты отражения равными: Рпотолка
= 30%, Рстен
= 10%, Рпола
= 10% по [2].
Во всех отделениях цеха применяем систему общего освещения с равномерным размещением светильников под потолком.
Рабочее освещение устраивается во всех помещениях и обеспечивает на рабочих поверхностях нормированную освещенность.
Также, цех оснащается аварийным освещением, необходимым для безопасной эвакуации людей, в случае погасания рабочего освещения. Аварийное освещение должно обеспечивать освещенность не менее 0,5лк
Для общего освещения, применяем ртутные лампы типа ДРЛ, т.к. они наиболее часто применяются для освещения больших производственных помещений высотой более 5 метров, в которых не требуется различать цветовые оттенки.
Для снижения коэффициента пульсации подключаем лампы поочередно к разным фазам сети. Применяем светильники типа СД2ДРЛ
В помещениях с фермами и мостовыми кранами светильники располагаются заподлицо с фермами (hс
= 0), следовательно, высота подвеса светильников равна высоте здания h = Н = 8м. Высота рабочей поверхности над полом равна hР
= 0,8м. Тогда расчетная высота: h= hп
- hР
=8 - 0,8 = 7,2м.
При равномерном освещении лучшим вариантом расположения светильников с лампами ДРЛ является расположение их по углам прямоугольника.
Рекомендуется выбирать расстояние между светильниками по соотношению
для светильников типа СД2ДРЛ с косинусной кривой распределения света
,
тогда расстояние между светильниками по длине помещения:
Расстояние от стен до светильников:
Расстояние между светильниками по ширине помещения:
Количество рядов светильников: Количество светильников в ряду:
Расчет освещения на участках цеха будем проводить по методу коэффициента использования на примере литейного участка.
Нормы освещенности Е = 300лк, К3
= 1,5 [2]. Размер помещения F = 48x12 = 576
. Для ламп типа ДРЛ z = 1,15
Определим индекс помещения
Округляем до стандартного ближайшего значения i = 1,5
Коэффициенты отражения равны: Рпотл
= 30%, Рстен
= 10%, Рпола
= 10%, тогда по [2] для светильников типа ДРЛ определяется коэффициент использования светового потока
Потребный поток одной лампы равен:
Выбираем лампу 1000Вт, 50000 лм
Что лежит в допустимых пределах - 10%: +20%
Расчёт освещения остальных участков цеха проводится аналогично, результаты расчёта сводим в таблицу 6.1
Суммарная мощность осветительной нагрузки равна (по таблице 6.1)
Расчетная мощность:
К1
= 1,2 - коэффициент, учитывающий потери мощности в ПРА
Кс
= 0,95 - коэффициент спроса для производственных зданий, состоящих из отдельных пролётов
для ламп типа ДРЛ с некомпенсированным ПРА
где
=1,73соответствует
Результаты расчёта освещения ремонтно-механического цеха Таблица 6.1
Расчет нагрузки термического цеха проводим методом коэффициента максимума (метод упорядоченных диаграмм). Этот метод удобно использовать, когда известно количество электроприемников и их характеристики (таблица 6.3).
Определяем групповой коэффициент использования для приемников с неравномерным графиком нагрузок:
Определяем эффективное число электроприемников:
Принимаем nэ
= 20
Для nэ
= 20 и Ки
= 0,17
Определяем величину коэффициента максимума, Км
= 1,53 по зависимости
Км
= f (nэ
, Ки
) [4]
Результаты расчетов установленных мощностей сводим в таблицу 6.2
Цех питается от комплектной трансформаторной подстанции Чирчикского завода с мощностью трансформаторов 1000 кВа. Распределительные сети подключаются к питающей магистрали через распределительные шкафы.
Оборудование располагается неравномерно по площади цеха. Эти электроприемники запитываются от силовых шкафов, которые объединяются по цепочной схеме и подключаются непосредственно к ТП.
Так как подстанция двухтрансформаторная, то для взаимного резервирования устанавливаем перемычку с автоматическим выключателем.
Определяем групповой коэффициент использования для приемников с неравномерным графиком нагрузок:
Эффективное число электроприемников определяем по точной формуле:
Так как nэ
=3<4, то определяем активную расчетную нагрузку приемников с переменным графиком нагрузок:
Определяем суммарную расчетную нагрузку:
Расчетный ток равен:
Выбираем силовой шкаф защищенного исполнения марки ШРС1-20У3, с номинальным током 250А, с числом отходящих линий и номинальными токами предохранителей типа НПН равным 5х60. Размеры шкафа 1600x500x380 [9].
Силовой шкаф СШ2
Таблица 6.5. Расчёт силового шкафа СШ2
№
ЭП
Наименование
Кол-во
N
Установленная
мощность
Ки
Средние
нагрузки
6-8
Молот
3
6,7
20,1
0,2
0,65/1,16
4,01
4,66
9
Литейная
машина
1
17
17
0,17
0,65/1,16
3,35
4
37,1
6,9
8,01
Определяем групповой коэффициент использования для приемников с неравномерным графиком нагрузок:
Определяем активную расчетную нагрузку:
для приёмников с переменным графиком нагрузок
Определяем суммарную расчетную нагрузку:
Расчётный ток равен:
Выбираем силовой шкаф защищенного исполнения марки ШРС1-20У3, с номинальным током 250А, с числом отходящих линий и номинальными токами предохранителей типа НПН равным 5х60. Размеры шкафа 1600x500x380 [9].
Силовой шкаф СШ3
Таблица 6.6. Расчёт силового шкафа СШ3
№
ЭП
Наименование
Кол-во
N
Установленная
мощность
Ки
Средние
нагрузки
10,11
Приточный вентилятор
2
19
38
0,6
0,8/0,75
22,8
17,1
12,13
Литейная машина
2
17
34
0,17
0,65/1,16
5,78
6,70
14
Машина для разъёма
1
17
17
0,2
0,65/1,16
0,34
0,39
15
Молот
1
6,7
6,7
0,2
0,65/1,16
3,0
3,48
16
Литейная машина
1
20
20
0,17
0,65/1,16
3,40
3,94
7
108,7
35,3
31,6
Определяем групповой коэффициент использования для приемников с неравномерным графиком нагрузок:
Определяем эффективное число электроприемников:
приёмников nэ
= 6
Для nэ
= 6 Ки
= 0,33
Определяем величину коэффициента максимума:
Км
= 1,81 по зависимости Км
= f (nэ
, Ки
) [11]
Определяем активную расчетную нагрузку:
Определяем Км
= 1,1 для Ки
= 0,33 и nэ
<10
Определяем реактивную расчетную нагрузку:
Расчётный ток равен:
Выбираем силовой шкаф защищенного исполнения марки ШРС1-24У3, с номинальным током 400А, с числом отходящих линий и номинальными токами предохранителей типа НПН равным 5х60. Размеры шкафа 1600x700x580 [9]. Силовой шкаф СШ4
Таблица 6.7. Расчёт силового шкафа СШ4
№
ЭП
Наименование
Кол-во
N
Установленная
мощность
Ки
Средние
нагрузки
17-18
Молот
2
15
30
0,5
0,65/1,16
6,0
6,96
19-20
Круглошлифо-вальный станок
2
4,9
9,8
0,17
0,65/1,16
1,67
1,93
21
Литейная машина
1
20
20
0,17
0,65/1,16
3,4
3,94
5
59,8
11,1
12,8
Определяем групповой коэффициент использования для приемников с неравномерным графиком нагрузок:
Определяем эффективное число электроприемников:
приёмников nэ
= 6
Для nэ
= 4, Ки
= 0,186
Определяем величину коэффициента максимума:
Км
= 2,6 по зависимости Км
= f (nэ
, Ки
) [11]
Определяем активную расчетную нагрузку:
Определяем Км
= 1,1 для Ки
= 0,186 и nэ
<10
Определяем реактивную расчетную нагрузку:
Расчётный ток равен:
Выбираем силовой шкаф защищенного исполнения марки ШРС1-20У3, с номинальным током 250А, с числом отходящих линий и номинальными токами предохранителей типа НПН равным 5х60. Размеры шкафа 1600x500x380 [9].
Силовой шкаф СШ5
Таблица 6.8. Расчёт силового шкафа СШ5
№
ЭП
Наименование
Кол-во
N
Установленная
мощность
Ки
Средние
нагрузки
22
Станок
1
5,0
50
0,16
0,55/0,61
0,80
1,21
23
Машина контактного нагрева
ПВ=15%,
,S=200 кВА
1
53
53
0,2
0,65/1,16
10,6
18,3
24
Ковочная машина
1
22
22
0,2
0,65/1,16
4,40
5,10
3
59,8
15,8
24,6
Определяем групповой коэффициент использования для приемников с неравномерным графиком нагрузок:
Определяем эффективное число электроприемников:
приёмников nэ
= 2
nэ
= 2<4тогда:
Определяем активную расчетную нагрузку:
для приёмников с переменным графиком нагрузок
Определяем суммарную расчетную нагрузку:
Расчётный ток равен:
Выбираем силовой шкаф защищенного исполнения марки ШРС1-27У3, с номинальным током 400А, с числом отходящих линий и номинальными токами предохранителей типа НПН и ПН-2 равным 5х100+2х250. Размеры шкафа 1600x700x580 [9]
Силовой шкаф СШ6.
Таблица 6.9. Расчёт силового шкафа СШ6
№
ЭП
Наименование
Кол-во
N
Установленная
мощность
Ки
Средние
нагрузки
25
Вентилятор
1
5,5
5,5
0,6
0,8/0,75
3,3
2,48
28
Машина контактного нагрева
ПВ=40%,
,S=200 кВА
1
76
76
0,2
0,6/1,33
15,2
20,2
26-27
Ковочная машина
2
55
110
0,2
0,65/1,16
22
25,6
29
Кран 5т, ПВ=25%
Р1
=7кВт,Р2
=7кВт,
Р3
=13кВт
1
10
10
0,05
0,5/1,173
0,5
0,87
5
201,5
41
49,2
Определяем групповой коэффициент использования для приемников с неравномерным графиком нагрузок:
Определяем эффективное число электроприемников:
приёмников nэ
= 2, nэ
= 3<4 тогда определяем активную расчетную нагрузку:
,
для приёмников с переменным графиком нагрузок:
Определяем суммарную расчетную нагрузку:
Расчётный ток равен:
Выбираем силовой шкаф защищенного исполнения марки ШРС1-27У3, с номинальным током 400А, с числом отходящих линий и номинальными токами предохранителей типа НПН и ПН-2 равным 5х100+2х250. Размеры шкафа 1600x700x580 [9]. Силовой шкаф СШ7.