Электроснабжение промышленных предприятий

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский Государственный технический университет











Кафедра ЭС иЭТ









Курсовой проект

по дисциплине: электроснабжение промышленных предприятий

тема: Электроснабжение промышленных предприятий



























2005


Задание и исходные данные для курсового проекта



Для схемы электроснабжения предприятия (рисунок1.1) по исходным данным (таблица 1.1) определить:

По величине естественного коэффициента мощности  и средней мощности  рассчитать необходимое количество и выбрать тип конденсаторов или комплектной конденсаторной установки для компенсации реактивной мощности до значения  (на сборных шинах ГПП). При определении средней мощности принять годовое число использования максимальной нагрузки , а число часов работы предприятия . Расчетный максимум нагрузки  определить методом коэффициента спроса. Составить схему подключения конденсаторов к сети.

Определить величину оптимального напряжения для схемы внешнего электроснабжения. Расстояние от РП до ГПП равно .Стандартное значение  принять ближайшее к нестандартному, определенному по формуле.

Определить мощность и выбрать трансформаторы 35(110)/6 кВ и  ГПП.

Выбрать провода воздушной линии внешнего электроснабжения и кабели для подключения ТП предприятия. Длина воздушной линии , кабельной .

Рассчитать токи к.з для точек схемы, назначенных на рис.1 и проверить оборудование ГПП по токам к.з. Мощность короткозамкнутой цепи Sк.з для шин 35 кВ равна 600 МВА, для шин 110 кВ-1200 МВА.

Рассчитать продольную дифференциальную защиту трансформаторов ГПП. Привести схему защиты.

Составить схему МТЗ с независимой от тока выдержкой времени и рассчитать уставки защиты.

Рассчитать заземление ГПП, приняв удельное сопротивление грунта с=2,5104 Омсм.



Таблица 1.1 Исходные данные

Длины линий, км

Данные для ГПП

Приемники 380 В

Возду-шной 1

Кабель-ной

2

групповая номинальная

мощность

Pн1, кВт

естест-

венный

cos 1

коэффи-

циент участия в максимуме Км1

групповая

номинальная

мощность

Pн2, кВт

естест-

венный

cos 2

коэффи-

циент участия

в максимуме

Км2

10

0,5

4400

0,86

0,9

700

0,75

0,78





Рисунок 1.1 Схема электроснабжения предприятия


Содержание



Введение

1. Выбор конденсаторной установки

1.1 Расчет электрических нагрузок

1.2 Расчет компенсирующей установки

2. Определение величины оптимального напряжения

3. Выбор силовых трансформаторов

4. Выбор сечения проводников

4.1 Выбор сечения проводников внешнего электроснабжения

4.2 Выбор сечения проводников кабельной линии

5. Расчет токов короткого замыкания

6. Выбор оборудования и проверка его по токам к.з.

6.3 Короткозамыкатели

7. Продольно-дифференциальная защита трансформаторов ГПП

8. Расчет параметров срабатывания МТЗ

9. Расчет заземления ГПП

Заключение

Список использованных источников




Введение



Системой электроснабжения называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др.

По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ. Возникает необходимость внедрять автоматизацию систем электроснабжения промышленных предприятий и производственных процессов, осуществлять в широких масштабах диспетчеризацию процессов производства с применением телесигнализации и телеуправления и вести активную работу по экономии электроэнергии.

В данной работе производится расчет и выборка оборудования главной понизительной подстанции (ГПП) и трансформаторной подстанции системы электроснабжения предприятия.




1. Выбор конденсаторной установки



1.1 Расчет электрических нагрузок



1.1.1 Определяем расход электрической энергии Wг, МВт



 кВт, 					(1.1)



где  - суммарная номинальная мощность ГПП;

 - годовое число часов работы предприятия, ;

 - коэффициент использования активной мощности, .

Суммарная номинальная мощность ГПП равна



, кВт, 						(1.2)



где PН1 – групповая номинальная мощность для ГПП;

PН2 – групповая номинальная мощность приемников 380В.



Определяем коэффициент спроса Кс



 						(1.3)



где Км – коэффициент максимума.



 						(1.4)





Раздельный расчет проводим для ГПП и ТП.



1.1.2 Расчет для ГПП

Расчетный максимум активной нагрузки:



, кВт					(1.5)



где  - коэффициент совмещения максимумов.



Расчетный максимум реактивной нагрузки:



, кВар,					(1.6)



где  - определяется согласно известному .



Расчетный максимум полной нагрузки:



			(1.7)



Средняя мощность:



					(1.8)



1.1.3 Расчет для ТП

а)Расчетный максимум активной нагрузки:



, кВт,					(1.9)

где  - коэффициент совмещения максимумов.

PМ2=

б) Расчетный максимум реактивной нагрузки:



					(1.10)



где  - определяется согласно известному .



с)Расчетный максимум полной нагрузки:

	

				(1.11)



д) Средняя мощность:



					(1.12)



1.2 Расчет компенсирующей установки



1.2.1 Для уменьшения потерь, возникающих в результате присутствия реактивной мощности, используем компенсирующую установку на сборных шинах ГПП. Она компенсирует реактивную мощность, возникающую при работе активно–индуктивных приемников, изменением коэффициента мощности от первоначального значения на шинах ГПП (cosц1=0,89) до необходимого заданного значения (cosц=0,98).



				(1.13)


где  - коэффициент загрузки приемников по активной мощности;

 - определяется согласно известному .



Мощность каждой из двух используемых конденсаторных установок:



				(1.14)



По рассчитанным данным выбираем две конденсаторных установки типа УК-0,38-450 НЛ(П). Технические характеристики выбранной установки приведены в таблице 1.2.

Применяем автоматическое регулирование мощности конденсаторной установки по напряжению на шинах подстанции. Принципиальная схема автоматического одноступенчатого регулирования мощности конденсаторной батареи по напряжению приведена на рисунке 1.2.



Таблица 1.2 Технические характеристики конденсаторной установки

Тип конденсаторной установки

УК-0,38-300

Номинальная реактивная мощность, кВар

450

Номинальное напряжение, кВ

0,38

Диапазон установок напряжения, 

90-110

Диапазон изменения зоны нечувствительности, 

0,5-6

Число управляемых ступеней

3

Масса, кг

1130






1В

ТН

КБ

1Н

ПВ

1ВК

В-1

В-2

2ВК

П

1В

1В

П

РЗ

П

3ОК

1Н

1В

1В

1ЭВ

1ЭО

П

В-1

В-2

~

~

1Н

1В

R

a

b

Рисунок 1.2 Схема автоматического одноступенчатого регулирования мощности конденсаторной батареи по напряжению



В качестве пускового органа схемы используют реле минимального напряжения, имеющее один замыкающий и один размыкающий контакты. При понижении напряжения на подстанции ниже заданного предела реле 1Н срабатывает и замыкает свой размыкающий контакт 1Н в цепи реле В-1. Реле В-1 с заданной выдержкой времени замыкает свой размыкающий контакт в цепи электромагнита включения выключателей и выключатель автоматически включается. При повышении напряжения на шинах подстанции выше предельного значения реле 1Н возвращается в исходное состояние, размыкает свой контакт 1Н в цепи реле В-2. Реле В-2 срабатывает и с заданной выдержкой времени отключает выключатель 1В. Конденсаторная батарея отключается. Для отключения конденсаторной батареи от защиты предусмотрено промежуточное реле П. При действии защиты реле П срабатывает и в зависимости от положения выключателя осуществляет отключение выключателя, если он включен, или предотвращает включение выключателя на КЗ размыканием размыкающего контакта П.

При многоступенчатом регулировании напряжение срабатывания пускового реле для каждой ступени выбирают в зависимости от заданного режима напряжения в сети.

электрический нагрузка трансформатор энергоснабжение


2. Определение величины оптимального напряжения



2.1 По формуле Нигосова С.Н. определяем нестандартное напряжение U, кВ



,						(2.1)



где  - длина воздушной линии, ;

- передаваемая мощность, МВА.



	Выбираем из ряда стандартных ближайшее значение напряжения внешнего электроснабжения =35 кВ.




3. Выбор силовых трансформаторов





3.1 В соответствии с требованиями ПУЭ для исследуемой системы следует использовать два трансформатора на ГПП и два трансформатора на ТП.



3.2 Начальная мощность каждого трансформатора для ГПП



	(3.1)

 				(3.2)



Выбираем два трансформатора типа ТМ-2500/35. Технические характеристики трансформатора приведены в таблице 3.1



Таблица 3.1 Технические характеристики трансформатора ТМ-2500/35

Тип трансфо-рматора

,

кВА

Сочетание напряжений,

кВ

Потери,

кВт









ВН

НН









ТМ-2500/35

2500

35

6,3

1,0

3,7

6,5

2,3



3.3 Номинальная мощность каждого трансформатора для ТП



 			(3.3)

				(3.4)



Выбираем два трансформатора типа ТМ-400/10. Технические характеристики трансформатора приведены в таблице 3.2.




Таблица 3.2 Технические характеристики трансформатора ТМ-400/10

Тип трансформатора



кВт

Сочетание напряжений,

кВ

Потери,

кВт









ВН

НН









ТМ-400/10-

75У1

400

10

0,23

0,4

1,05

4,5

4,5-4,7

2,3-3,7




4. Выбор сечения проводников



4.1 Выбор сечения проводников внешнего электроснабжения (ВЛ)



4.1.1 Определяем ток нагрузки IM1, A, соответствующий максимуму нагрузки на 35кВ



			(4.1)



По току нагрузки, соответствующему напряжению 35кВ выбираем следующую марку голых сталеалюминевых проводов (таблица 4.1)



Таблица 4.1 Токовая нагрузка голых сталеалюминевых проводов

Алюминиевые провода

Марка

Токовая нагрузка, А

АС-50

210



4.2 Выбор сечения проводников кабельной линии



4.2.1 Выбор производим по экономической плотности тока Sэ, мм2



, мм2 ,						(4.2)



где IМ – ток в линии;

jэ – экономическая плотность тока, А/мм2, jэ=1,4 А/мм2.



				(4.3)




По справочнику принимаем сечение проводников с большим ближайшим нормированным током нагрузки (таблица 4.2).



Таблица 4.2 Кабели силовые с алюминиевыми жилами

Номинальное напряжение, кВ

Число и сечение жил,

мм2

ААБ





Наружный диаметр, мм

Масса 1км кабеля, т

6

3x85

28,3

0,6




5. Расчет токов короткого замыкания



5.1 Принимаем и рассчитываем базисные значения. За базисную мощность SБ принимаем мощность, равную 100МВт, а за базисные напряжения принимаем напряжения равные следующим значениям (таблица 5.1).Схема замещения для расчета токов к.з. приведена на рисунке 5.1.





ХБС





ХТ

ХКЛ

К1

К2

К3

К4



























Рисунок 5.1 Схема замещения для расчета токов к. з.



Определим базисный ток для ГПП IБ1, кА



					(5.1)



Определяем базисный ток для ТП IБ2, кА


				(5.2)



Таблица 5.1 Базисные условия











100

37

115

1,6

0,5



Определяем сопротивление элементов схемы замещения в базисных единицах:

		Сопротивление системы 

		

								(5.3)



	Сопротивление воздушной линии 



				(5.4)



Сопротивление трансформатора ГПП 



				(5.5)

		

		Сопротивление кабельной линии 



				(5.6)




Рассчитаем эквивалентные сопротивления точек КЗ, и так как все элементы схемы замещения включены последовательно, то расчет производится путем алгебраического сложения сопротивлений этих элементов для каждой точки КЗ, обозначенной на схеме замещения . Результаты расчета эквивалентных сопротивлений и токов короткого замыкания для всех точек КЗ сведены в таблицу 5.2. Ниже приведены формулы, используемые при расчете:

	Начальное значение периодической составляющей тока КЗ:



, к						 (5.7)



		Ударный ток в точке КЗ: , кА	(5.8)

		где  - ударный коэффициент.

		Наибольшее действующее значение тока КЗ:

	

	, кА					(5.9)



		Мощность КЗ для точки: , МВА	(5.10)

	

Таблица 5.2 Результат расчета параметров КЗ для точек КЗ

Номер точки к.з.



, кА

, кА

, кА

, МВА

1

0,38

4,21

10,73

6,36

270

2

0,59

2,71

6,91

4,09

174

3

3,19

2,88

7,34

4,35

32

4

3,31

2,80

7,14

4,23

31




6. Выбор оборудования и проверка его по токам к.з.



6.1 Выключатели



6.1.1 Типы выбранных выключателей приведены в таблице 6.1



Таблица 6.1 Типы выбранных выключателей

Номинальное напряжение, кВ

Тип выключателя

35

ВМК-35Э-630/8

110

ВМП-110-200-4У2



Результаты проверки оборудования сведены в таблицу 6.2



Таблица 6.2 Высоковольтные выключатели

Параметры для выбора и проверки выключателя нагрузки

Формула для выбора и проверки

Параметры выключателя,

Расчетные параметры

Номинальное напряжение выключателя нагрузки , кВ



35

110

35

110

Номинальный длительный ток , А



630

200

59,7

35

Номинальный ток отключения , кА



8

4

4,21

2,88

Номинальная мощность отключения



-

-

270

32

Допустимый ударный ток КЗ , кА



26

10

10,73

7,34




6.2 Отделители



6.2.1 Типы выбранных отделителей приведены в таблице 6.3



Таблица 6.3 Типы выбранных отделителей

Номинальное напряжение, кВ

Тип отделителя

35

ОД-35/630У1



Выбор отделителей производим по тем же параметрам, что и выбор выключателей. Результаты выбора сведены в таблицу 6.4.



Таблица 6.4 Отделители

Параметры для выбора и проверки отделителей

Формула для выбора и проверки

Параметры выключателя,

Расчетные параметры

Номинальное напряжение выключателя нагрузки , кВ



35

35

Номинальный длительный ток , А



630

59,7

Допустимый ударный ток КЗ , кА



80

6,91



6.3 Короткозамыкатели



6.3.1 Типы выбранных короткозамыкателей приведены в таблицу 6.5



Таблица 6.5 Типы выбранных короткозамыкателей

Номинальное напряжение, кВ

Тип короткозамыкателей

35

КЗ-35У1



Результаты проверки оборудования сведены в таблицу 6.6.


Таблица 6.6 Короткозамыкатели

Параметры для выбора и проверки короткозамыкателей

Формула для выбора и проверки

Параметры выключателя

Расчетные параметры

Номинальное напряжение выключателя нагрузки , кВ



35

35

Допустимый ударный ток КЗ , кА



42

6,91



Параметры для выбора и проверки КРУ

Формула для выбора и проверки

Параметры выключателя

Расчетные параметры

Номинальный ток отключения , кА



16

2,88

Допустимый ударный ток КЗ , кА



52

7,34


7. Продольно-дифференциальная защита трансформаторов ГПП



7.1 При применении реле типа РНТ-565, имеющих быстронасыщающиеся трансформаторы, ток срабатывания защиты должен быть:



 , А ,					(7.1)



где 

Принимаем



						(7.2)



Для шин 35 кВ имеем



Схема продольно-дифференциальной защиты приведена на рисунке 7.1.





QF2

QF8

T1

KA

+

-

KA

+

П1

+

KH1

на сигнал

-

YAT1

YAT2

-

+

KH2

на сигнал

QF2W

QF8

Рисунок 7.1 Схема продольно-дифференциальной защиты


8. Расчет параметров срабатывания МТЗ



8.1 Так как на схеме в линиях высокого и низкого напряжения нет заземленной нейтрали, то необходимо использовать защиту от межфазных КЗ с независимой от тока выдержкой времени.

Ток срабатывания защиты для ГПП ICP.З, А, определяем по формуле



					(8.1)



где  - коэффициент надежности;

- коэффициент самозапуска;

 - коэффициент возврата.

Для шин 35кВ , следовательно



Схема МТЗ приведена на рисунке 8.1.





QF

KA1

KA2

YAT

-

QF

KH

+

П

П

KT

KA1

KA2

KT

Рисунок 8.1 Схема МТЗ


9. Расчет заземления ГПП



9.1 Значение полного тока замыкания на землю на стороне высокого напряжения Iз , А, определяется из выражения



					(9.1)



Для шин 35кА значение емкостного тока равно

.

Сопротивление заземляющего устройства для сети высокого напряжения Rз, Ом, равно



,						(9.2)





Принимаем Rз=50 Ом.

В качестве заземлителя необходимо выбрать прутовой электрод длиной  и диаметром . Тогда сопротивление одиночного прутового электрода такого исполнения определяется по эмпирической формуле



			(9.3)



где  - удельное сопротивление грунта.

Количество заземлителей n определятся из выражения


							(9.4)



где  - коэффициент использования заземления.

Для шин 35кВ



.




Заключение



Современные угольные шахты - крупные потребители электрической энергии – предъявляют повышенные требования к электрооборудованию. Совершенствование систем электроснабжения осуществляется в направлении повышения пропускной способности их на основе повышения номинального напряжения распределительных и низковольтных сетей, с одновременным увеличением допустимой мощности короткого замыкания в шахтах.

В курсовом проекте был произведен расчет схемы электроснабжения предприятия. В соответствии с исходными данными произведен расчет электрических нагрузок предприятия, выбраны понижающие трансформаторы 35/6 кВ и 6/0,38 кВ, выбрано и проверено оборудование подстанции. Также рассмотрены вопросы релейной защиты: рассчитана продольно – дифференциальная защита трансформаторов ГПП, составлена схема МТЗ с независимой от тока выдержкой времени, выбраны уставки защиты.




Список использованных источников



		Справочник по электроустановкам угольных предприятий. Под ред. Дегтярева В.В., Цепелинского Г.Ю., М.: Недра, 1988.

		Справочник по электроснабжению угольных шахт. Под ред. Морозова В.П., М.: Недра, 1975.

		Федоров А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергия, 1967.

		Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб для вузов по спец.”Электроснабжение”.-3-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш.шк.,1991.-496 с.: ил.