Электроснабжение металлургического завода

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Каменск-Уральский политехнический колледж»





















Курсовой проект

по дисциплине «Электроснабжение отрасли»

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО

ЗАВОДА





Выполнил: Абдрахманов Р.Ф.

Проверил: Демина Т.Л.











2009






Тема 1. ЭСН и ЭО ремонтно-механического цеха. Краткая характеристика производства и потребителей ЭЭ



Ремонтно-механический цех (РМЦ) предназначен для ремонта и настройки электромеханических приборов, выбывающих из строя.

Он является одним из цехов металлургического завода, выплавляющего и обрабатывающего металл РМЦ имеет два участка, в которых установлено необходимое для ремонта оборудование: токарные, строгальные, фрезерные, сверлильные станки и др. В цехе предусмотрены помещения для трансформаторный подстанции (ТП), вентиляторной, инструментальной, складов, сварочных постов, администрации и пр.

РМЦ получает ЭСМ от главной понизительной подстанции (ГПП). Расстояние от ГПП до цеховой ТП – 0,9 км, а от энергосистемы (ЭСН) до ГПП – 14 км. Напряжение на ГПП - 6 и 10 кВ.

Количество рабочих смен — 2. Потребители цеха имеют 2 и 3 категорию надежности ЭСН.

Грунт в районе РМЦ — чернозём с температурой +20 °С. Каркас здания сооружен из блоков-секций длиной 6 м каждый.

Размеры здания АхВхН=48х28х9м.

Вспомогательные помещения двухэтажные высотой 4 м.

Перечень оборудования цеха РМЦ дан в таблице 1.

Мощность электропотребления (Рэп) указана для одного электроприемника.



Таблица 1. Перечень ЭО ремонтно-механического цеха

№ на пле

Наименование ЭО

Вариант

Примечание





Рэп, КВТ



1,2

Вентиляторы

55



3.5

Сварочные агрегаты

14

ПВ = 40%

6.8

Токарные автоматы

10



9…11

Зубофрезерные станки

20



12.14

Круглошлифовальные станки

5



15…17

Заточные станки

1,5

1-фазные

18,19

Сверлильные станки

3,4

1-фазные

20…25

Токарные станки

12



26,27

Плоскошлифовальные станки

17,2



28…30

Строгальные станки

4,5



31…34

Фрезерные станки

7,5



35…37

Расточные станки

4



38,39

Краны мостовые

30

ПВ = 60%



Задание №1 Электроснабжение ремонтно-механического завода



Выполнить проект электроснабжения ремонтно-механического завода согласно заданию на курсовое проектирование.

Сведения об установленной мощности электроприёмников и другие данные приведены в таблице 1, 2, 3, 4.



Таблица №1

Наименование цеха, отделения, участка

Установленная мощность Руст электроприёмников напряжением 0,4 кВ, кВт

Приведённое число электроприёмников  nэ

Кu

Cos φ



Группа А

Группа В







Гараж и зарядная станция

-

10

-

0,2

0,64

Компрессорная станция

82

380

6

0,7

0,6

Заготовительный участок

55

-

6

0,3

0,65

Электроремонтный цех

69

295

8

0,2

0,64

Прессово-сварочный цех

636

48

44

0,4

0,7

Сантехнический участок

40

42

5

0,5

0,75

Наполнительная

48

168

5

0,5

0,75

Механический цех

1370

257

35

0,2

0,6

Насосная станция

110

210

20

0,7

0,6

Ремонтно-механический цех

664

-

39

0,2

0,6

Столярный цех

38

210

11

0,3

0,65

Гальванический цех

150

268

28

0,5

0,8

Литейный цех

293

210

38

0,2

0,85

Административный цех

58

98

8

0,5

0,75

Столовая

77

220

10

0,5

0,8

Склад готовой продукции

60

44

6

0,5

0,7



Таблица №2

Наименование цеха, отделения, участка

Данные высоковольтных электроприемников



Вид

Установленная мощность одного эл. приемника

Количество электроприемников

U

в кВ







Рабочие

Резервные



Компрессорная станция

Синхронные электродвигатели

630 кВт

1

2

6



Таблица №3

Дополнительные данные для расчетов

Расстояние от предприятия до подстанции энергосистемы, км

Существующие уровни напряжения на подстанции энергосистемы, кВ

Мощность КЗ на шинах подстанции энергосистемы Sкз, МВА, при

Коррозийная активность грунта предприятия

Наличие блуждающих токов в грунте предприятия

Наличие колебаний и растягивающих усилий в грунте предприятия



U1

U2

U1

U2







25

35

110

680

2000

Средняя

Есть

Есть






Содержание



Введение

1. Категории надёжности электроснабжения предприятия

2. Расчёт нагрузок

2.1 Расчет нагрузок цеха

2.2 Расчет нагрузок на стороне 0,4 кВ предприятия

2.3 Расчёт нагрузок на стороне 10(6) кВ ГПП

3. Выбор напряжения и схемы

3.1 Выбор напряжения и схемы внутрицеховых сетей

3.2. Выбор напряжения и схемы внутризаводских сетей

3.3 Выбор напряжения и схемы внешнего электроснабжения

4. Выбор трансформаторов

4.1. Выбор числа и мощности трансформаторов ЦТП

4.2. Выбор трансформаторов ГПП

5. Расчёт токов короткого замыкания 

6. Расчёт линий электропередачи

6.1 Расчет кабельных линий 10(6) кВ

6.2 Расчёт линий питающих предприятие 

6.3 Расчет сборных шин ГПП

7. Выбор высоковольтного оборудования 

7.1 Выбор высоковольтного выключателя со стороны 6(10) кВ

7.2 Выбор разъединителя со стороны 35(110) кВ

7.3 Выбор короткозамыкателя

7.4 Выбор отделителя

7.5 Выбор измерительных трансформаторов

8. Расчёт стоимости электроэнергии

Заключение 

Список использованных источников




Введение



Электроэнергетика России является важнейшей жизнеобеспечивающей отраслью страны. В ее состав входят более 700 электростанций общей мощностью 215,6 млн. кВт; в отрасли работают более 1 млн. человек

Стратегия развития отечественной энергетики предусматривает дальнейший рост производства электроэнергии всеми электростанциями России. К 2015 г. намечается достичь годовой выработки электроэнергии 1460 млрд. кВт-ч.

Основными потребителями электроэнергии являются промышленные предприятия и гражданские здания. Они расходуют более 78 % всей электроэнергии, вырабатываемой в нашей стране.

Ввод в действие новых предприятий, расширение существующих, рост их энерговооруженности, широкое внедрение различных видов электротехнологий во всех отраслях производств, огромное жилищное строительство выдвигают проблему рационального электроснабжения потребителей.

Системой электроснабжения называют совокупность установок для выработки, распределения и потребления электроэнергии.

Система распределения большого количества электроэнергии должна обладать высокими техническими и экономическими показателями и базироваться на новейших достижениях современной техники. Поэтому электроснабжение промышленных предприятий и гражданских зданий должно основываться на использовании современного конкурентоспособного электротехнического оборудования и прогрессивных схем питания, широком применении автоматизации. 

Современное электрооборудование требует качественное и надежное электропитание. Получение электроэнергии требует больших материальных затрат от государства и приводит к нарушению экологии. Поэтому перед энергетикой ставится проблема экономии электроэнергии.

Одним из испробованных путей минимизации потерь электроэнергии является компенсация реактивной мощности потребителей при помощи местных источников реактивной мощности, причем важное значение имеет правильный выбор их типа, мощности, местоположения и способа автоматизации. Также более экономичны сети и установки трёхфазного тока с частотой 50 Гц по сравнению с сетями и установками однофазного применения, т.к. от трехфазных сетей могут питаться как однофазные, так и трехфазные потребители.

Наряду с трехфазным током в некоторых отраслях применяют постоянный ток, который получают путем выпрямления переменного тока. В большинстве случаев это электролизные установки химической промышленности и цветной металлургии, а так же железнодорожный и городской электротранспорт.

В современных условиях главными задачами специалистов, осуществляющих проектирование, монтаж и эксплуатацию современных систем электроснабжения промышленных предприятий и гражданских зданий, являются правильное определение электрических нагрузок, рациональная передача и распределение электроэнергии, обеспечение необходимой степени надежности электроснабжения, качества электроэнергии на зажимах электроприёмников, электромагнитной совместимости приемников электрической энергии с питающей сетью, экономия электроэнергии и других материальных ресурсов.






1. Категория надёжности электроснабжения предприятия



Категории электроприёмников по надежности электроснабжения определяются в процессе проектирования системы электроснабжения на основании нормативной документации, а также технологической части проекта.

В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприёмники разделяются на следующие 3 категории (ПУЭ п. 1.2).

Электроприемники первой категории - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Из состава электроприёмников первой категории выделяется особая группа электроприёмников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.

Если резервированием электроснабжения нельзя обеспечить непрерывность технологического процесса или если резервирование электроснабжения экономически нецелесообразно, должно быть осуществлено технологическое резервирование, например, путем установки взаимно резервирующих технологических агрегатов, специальных устройств безаварийного останова технологического процесса, действующих при нарушении электроснабжения.

Электроприёмники второй категории - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприёмники второй категории в нормальных режимах должны 

обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Электроприёмники третьей категории - все остальные электроприёмники, не подпадающие под определения первой и второй категорий.

Для электроприемников третьей категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.

Наименование цеха, отделения, участка.

Категория надёжности

Гараж и зарядная станция

III

Компрессорная станция

II

Заготовительный участок

III

Электроремонтный цех

III

Прессово-сварочный цех

II

Сантехнический участок

III

Наполнительная

III

Механический цех

II

Насосная станция

 II

Ремонтно-механический цех

III

Столярный цех

III

Гальванический цех

II

Литейный цех

II

Административный цех

II

Столовая

III

Склад готовой продукции

III

Определение категории надежности








































2 Расчёт нагрузок



2.1 Расчет нагрузок цеха



Для расчета нагрузок потребителей 0,4 кВ предприятия необходимо определить нагрузки цехов.

Произведем расчет нагрузок ремонтно-механического цеха методом упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума) [2,3], для этого:

	Все ЭП, присоединенные к соответствующим узлам, разбиваем на однородные по режиму работы группы с одинаковыми значениями коэффициентов использования и коэффициентов мощности.

	Для электроприемников с переменным графиком нагрузок номинальную мощность пересчитываем к продолжительному режиму, в кВт:

Для трансформаторов сварочных аппаратов, у которых задается полная паспортная мощность Sпасп , в кВА: 





При расчете однофазных потребителей их равномерно распределяют по трем фазам и наиболее загруженную умножают на 3, в кВт: 

3) Рассчитываем количество ЭП в каждой группе и в целом по расчетному узлу присоединения.



4) Рассчитываем суммарную номинальную мощность всех ЭП узла ∑Робщ. 

5) Находим m. Если в группе пять или более ЭП и значение m, равное отношению номинальной мощности наибольшего ЭП группы ΣРном.max к мощности наименьшего приемника ΣРном.min , определяемое по формуле:



  



Если суммарная мощность одинаковых по мощности “маленьких”

электроприемников меньше 5% от Рном всей группы, то при определении m, а далее при определении nэ эти электроприемники не учитываются.

6) В каждой группе ЭП и по узлу в целом находят пределы их номинальных мощностей и величину эффективного числа ЭП nэ по формуле: 



  



где: ΣРном.i – сумма номинальных мощностей n электроприемников узла. 

Меньше или равно 3, можно считать n э ≈ n.

7) По таблицам из справочной литературы [ 2, T 2.1 ] и [3,T3.3] находим для характерных групп ЭП коэффициенты использования Ки и коэффициенты мощности cosφ. 

По значениям cosφ с помощью тригонометрических таблиц определяют tgφ.

8) Для каждой группы однородных ЭП определяем среднюю активную мощность кВт, нагрузку за наиболее загруженную смену Рсм по формуле, в кВт: 










9) Для узла присоединения суммируем активные и реактивные составляющие мощностей по группам разнообразных ЭП, соответственно в кВт и кВАР: 



 



10) Определяем средневзвешенное значение коэффициента использования узла:





Средневзвешенное значение tgφуз:







11) По tgφуз находим cosφуз – средневзвешенное значение коэффициента мощности узла присоединения.

12) Из справочной литературы находим коэффициент максимума Кмax в зависимости от значений Ки и nэ.

13) С учетом Кмax определяем максимальную расчетную активную, в кВт и реактивную нагрузки, в кВАР: 






   

  



14) При nэ ≥ 200 и любых значениях Ки, а также при Ки ≥ 0,8 и любых значениях nэ допускается максимальную расчетную нагрузку принимать равной средней за наиболее загруженную смену (Км=1).

Для мощных ЭП (200 кВт и более) можно принять Рmax равной средней нагрузке за наиболее загруженную смену Рсм.

15) Определяем полную мощность, в кВА:



 



и максимальный расчетный ток, в А



 



Результаты расчетов сводим в таблицу 1.







Узлы питания и группы

 электроприёмников

Количество электрических электроприёмников, n

Установленная 

мощность,

приведенная к ПВ 100%,

кВт















m

Коэффициент использования, Ки















Средняя нагрузка за максимально загруженную смену

Эффективное число электроприёмников, nэ

Коэффициент максимума, Кmax

Максимальная нагрузка



















Рmaх = Кmaх · Рсм, кВт

Qmaх = Кmaх · (Qсм-1,1), квар

Smaх  = , кВ*А

Imaх =

Smaх( ), А





Одного электроприёмника Рном (пределы)

Общая Рном







Рсм=Ки· Рном, кВт

Qcм=Рсм · tgφ, квар













1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

РП 1





























Вентиляторы

2

55

110



0,6

0,8

33

24,75

2

1,33

43,85

27,2

51,6

33,96













0,75

















Всего на РП 1

2



110

<3



0,8

















РП 2





























Сварочные агрегаты

3

14

42



0,12

0,5

1,68

2,90

3

4,25

7,6

3,2

8,24

5,24













1,73

















Всего на РП 2

3



42

>3



0.5

















РП 3





























Токарные автоматы

3

10

30



0.12

0.5

1.2

2.08

3

4.52

5.4

2.3

5.86

3.86













1.73

















Всего на РП 3

3



30

>3



0.5

















РП 4





























Зубофрезерные станки



3

20

60



0.16

0.6

32

41.6

3

3.20

102.4

45.8

112.15

73.8













1.3

















Всего на РП 4

3



60

>3



0.6

















РП 5



































2.2 Расчет нагрузок на стороне 0,4 кВ предприятия



Определим нагрузки на шинах низшего напряжения ГПП. 

Производим расчет методом упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума) для электроприемников с переменным графиком нагрузок (группа А) и практически постоянным графиком нагрузок (группа В)

Расчет ведем для механического цеха(№8)

1) Определяем нагрузки в группе А.

Активная нагрузка за наиболее загруженную смену по (2.6), в кВт:



Рсм = Ки * Руст,



где: Ки - коэффициент использования, определяемый из [5,C37, T2.2]

Руст- установленная мощность, в кВт.

Находим из таблицы Ки =0,2

Рсм = 0,2 * 1370 = 274 кВт

Расчетная нагрузка цеха по (2.12), в кВт:



Рр = Рсм * Км,



где: Км – коэффициент максимума, определяемый по [5,C48,Т2.6]

Находим из таблицы Км =1,27

Рр = 274 * 1,27 = 347,98 кВт

Реактивная нагрузка за наиболее загруженную смену по (2.7), в кВАР:



Qсм = Рсм * tgφ,



где: tgφ, рассчитанный из cos φ – коэффициента мощности, определяемого из [5,C37, T2.2]

Находим из таблицы cos φ = 0,6 , рассчитываем tgφ = 1,3

Qсм = 274 * 1,3 = 356,2 кВар

Расчетная максимальная реактивная нагрузка по(2.13), в кВАР:

при nэ ≤ 10; Qp = 1,1 · Qсм

при nэ >10; Qр = Qсм

В данном примере nэ = 35 Qp = Qсм=356,2 кВар

2) Определяем нагрузки в группе В.

Активная нагрузка за наиболее загруженную смену по (2.6), в кВт:



Рсм = Ки * Руст



где: Ки - коэффициент использования, определяемый из [5,C37, T2.2]

Руст- установленная мощность, в кВт.

Находим из таблицы Ки =0,2

Рсм = 0,2 * 257 = 51,4 кВт

Расчетная нагрузка цеха по (2.12), в кВт:



Рр = Рсм



Так как Км = 1 при практически постоянной нагрузке.

Рр = 51,4 кВт

Реактивная нагрузка за наиболее загруженную смену по (2.7), в кВАР:



Qсм = Рсм * tgφ,



где: tgφ, рассчитанный из cos φ – коэффициента мощности, определяемого из [5,C37, T2.2]. Находим cos φ = 0,6 , рассчитываем tgφ = 1,3

Qсм = 51,4 * 1,3 = 66,82 кВАР

Расчетная максимальная реактивная нагрузка по(2.13), в кВАР:




Qр = Qсм



В нашем случае: Qр = 66,82 кВАР

Результаты расчётов по остальным цехам в группе В сводятся в таблицу.



Таблица  - Расчетные данные по группе В

№

Наименование цеха, отделения, участка

cosφ

Ки

Pуст, кВт

Pсм, (Pр)кВт

Qсм,(Qр) кВт





tgφ









1

Гараж и зарядная станция

0,64

0,2

10

2

2,4





1,20









2

Компрессорная станция

0,6

0,7

380

266

345,8





1,3























4

Электроремонтный цех

0,64

0,2

295

59

70,8





1,20









5

Прессово-сварочный цех

0,7

0,4

48

19,2

19,584





1,02









6

Сантехнический участок

0,75

0,5

42

21

18,48





0,88









7

Наполнительная

0,75

0,5

168

84

73,92





0,88









8

Механический цех

0,6

0,2

257

51,4

66,82





1,3









9

Насосная станция

0,6

0,7

210

147

191,1





1,3









11

Столярный цех

0,65

0,3

210

63

73,71





1,17









12

Гальванический цех

0,8

0,5

268

134

100,5





0,75











13

Литейный цех

0,85

0,2

210

42

26,04





0,62









14

Административный цех

0,75

0,5

98

49

43,12





0,88









15

Столовая

0,8

0,5

220

110

82,5





0,75









16

Склад готовой продукции

0,7

0,5

44

22

22,24





1,02









Итого:



-

-

2460

1128,6

1137,014




2.3 Расчёт нагрузок на стороне 6 кВ ГПП



Этот расчет необходим для выбора мощности трансформатора ГПП и выбора сечения воздушных линий, питающих предприятие. 

Активную нагрузку на ГПП предприятия определяют как сумму электроприемников группы А (с учетом коэффициента максимума группы В и высоковольтных ЭП, в кВт:



Рр.пред. = Кmax * ∑Рсм. гр. А + ∑Рсм. гр. Б + Рр. вв. эп 



где: Км – коэффициент максимума, определяемый по [5,C48,Т2.6] в зависимости от средневзвешенного Ки для группы ЭП с переменным графиком нагрузки по (2.10): 





= 



и эффективного числа ЭП по (2.5) 









Произведён расчет средневзвешенного коэффициента использования: 

Ки =0,3

и эффективного числа ЭП:

nэ =4

Из [5,C48,Т2.6] Км = 2,14

Активная нагрузка высоковольтных электроприёмников определяется с учетом технологического резервирования и коэффициента загрузки для общезаводских ЭП, в кВт:



Рр.вв.эп=Рном*n*Ku*Kзагр = 630*3*1/3*0,8=503,9 кВт, 



где Руст – активная номинальная мощность одного ЭП, в кВт;

n – количество высоковольтных ЭП;

Ки – коэффициент использования, принятый с учетом объектов резервирования, так как при определении расчетных нагрузок резервные ЭП не рассматриваются. Технологические высоковольтные установки работают в продолжительном режиме и на них не предусмотрен холодный резерв, то есть Ки=1;

Кзагр – для механизмов общезаводского назначения принимается равным 0,8 – для СД, так как при такой нагрузке возможно использование СД в качестве естественных компенсаторов реактивной мощности. 

Если в качестве привода используется АД, а также для высоковольтных ЭП технологического назначения, Кзагр=1.

На данном предприятии высоковольтными электроприёмниками являются синхронные электродвигатели, расположенные в цехе № 2

Рассчитываем активную нагрузку высоковольтных электроприёмников, в кВт:

Рр.вв.эп = 630*3*1/3*0,8=503,9 кВт 

Активная расчетная нагрузка всего предприятия:



Рр.пред = Км∑Рсм.гр А+∑Рсм. Гр В+Рр.вв.эп=

=2,14*1112,4+1069,6+503,9 = 3954,1 кВА ,






Реактивная нагрузка предприятия определяют аналогично по формуле, в кВАР:



Qр.пред = 1,1 * ∑Qсм. гр. А + ∑Qсм. гр. Б ± Qр. вв. эп , 



Qр.пред = 1,1 * 1228,55 + 1137,1 – 377,9 = 2110,5 кВАР

Реактивная нагрузка для синхронных электродвигателей рассчитывается со знаком « - », если они используются в качестве компенсаторов реактивной мощности на предприятии.

Рассчитываем реактивную нагрузку высоковольтных электроприёмников по формуле, в кВт:



Qр.вв.эп = Рр.вв.эп *  = 503,9 * 0,75 = 377,9 кВт 



Полная расчетная ожидаемая нагрузка на шинах 6 кВ ГПП, в кВА:



 










3 Выбор напряжения и схемы



3.1 Выбор напряжения и схемы внутрицеховых сетей



Для внутрицеховых электрических сетей самое распространённое напряжение 380/220 В, основным преимуществом которого является возможность совместного питания силовых и осветительных ЭП. 

Наибольшая единичная мощность трёхфазных ЭП, получающих питание от системы 380/220 В, как правило, не должна превышать питание 200-250 кВт, допускающих применение коммутирующей аппаратуры на ток 630 А.

С внедрением напряжения на предприятиях напряжения 10 кВ вместо напряжений 6(3) кВ нагрузки потребителей, их число и единичная мощность значительно увеличились, поэтому ввели напряжение 660В.

Напряжение 660 В в первую очередь целесообразно на тех предприятиях, на которых по ряду причин (условий планировки, технологии, окружающей среды и т.д.) трудно приблизить ТП к ЭП.

Напряжение 660 В целесообразно также на предприятиях с высокой удельной плотностью электрических нагрузок на квадратный метр площади, концентрацией мощностей и с большим числом электродвигателей в диапазоне мощностей 220-600 кВт.

В данном курсовом проекте для внутризаводского электроснабжения применяем напряжение 380/220 В и сети с глухозаземленной нейтралью.

Для выполнения электропроводок внутри цехов применяются изолированные провода и кабели, а также шинопроводы. Их марка выбирается в зависимости от условий прокладки с учётом характеристики помещения. Сечение выбирают по расчетному току и по таблицам ПУЭ.

По расчетному току выбирают установки защитных аппаратов (автоматические выключатели и предохранители).




3.2 Выбор напряжения и схемы внутризаводских сетей



Для внутризаводского электроснабжения применяют напряжение 6 или 10 кВ, при наличии энергоемких цехов возможно распределение электроэнергии на напряжение 20 и 35 кВ.

Напряжение 10кВ является наиболее распространенным, т.к. входят в ряд стандартных номинальных напряжений источников и потребителей и для этого напряжения выпускается достаточное количество высоковольтного оборудования и кабелей. Оно является более экономичным по сравнению с напряжением 6 кВ.

На данном предприятии высоковольтные электроприёмники получают питание 10 кВ, поэтому выбираем напряжение внутризаводского электроснабжения 10 кВ.

Выбор схем электрического снабжения связан с выбором напряжения. Для внутризаводских сетей применяют радиальные, магистральные и смешанные. Схемы должны обеспечивать требующую напряженность электрического снабжения, эксплуатационную гибкость, ремонтопригодность, безопасность обслуживания. 

При выборе варианта схем на ряду с перечисленными техническими требованиями рассматривается их экономичность.

Для питания внутризаводских сетей выбираем смешанную схему электроснабжения. Питание цеховых подстанций осуществляется по отдельным магистралям, которые резервируются по стороне 0,4 кВ.

Для питания высоковольтных двигателей предусмотрена отдельная распределительная подстанция.



3.3 Выбор напряжения и схемы внешнего электроснабжения



Выбор напряжения для линий, питающих предприятие, производится с учетом мощности и дальности электропередачи. 

Для оценки величины рационального напряжения применяется формула «Стилла», в кВ: 



 



где l – расстояние от питающей ПС до предприятия, в км;

Рр’– активная максимальная нагрузка предприятия, с учетом потерь в линии и трансформаторах и коэффициента одновременности максимальных нагрузок отдельных цехов, в МВт: 



 



где Ко – коэффициент одновременности всегда  1: 0,92 – 0,95, так как максимум нагрузок цехов никогда не совпадают;

Кn – коэффициент потерь, равен 1,03 (3% потерь) при ориентировочных расчетах, когда неизвестны марки питающих кабелей.

Рр’ = 0,94*1,03*3,9=3,8 МВт

Рассчитываем рациональное напряжение электроснабжения, в кВ:

Uрац =4,34* = 34,12 кВ

Выбираем ближайшее из задания напряжение электроснабжения: 35 кВ

ГПП предприятия получает питание от районной ПС энергосистемы по двум ВЛ с разных секций шин. В большинстве случаев ГПП является тупиковыми, без транзита мощности по стороне высшего напряжения. В этом случае РУ ВН имеет четыре присоединения и выполняется без системы сборных шин (бесшинной). Схема на стороне ВН выполняется блочной, с упрощенными коммутационными аппаратами и является сравнительно дешевой, экономичной, но достаточно надежной. 

Для двухтрансформаторной ГПП применяется схема «два блока линия - трансформатор с отделителями и короткозамыкателями и неавтоматической перемычкой». 

В этой схеме высоковольтные выключатели устанавливают только со стороны НН. Из коммутационных аппаратов только высоковольтные выключатели позволяют автоматическое управление и отключение элементов СЭС в аварийных режимах.

Кратковременное отключение силового трансформатора при внутренних повреждениях со стороны высшего напряжения осуществляется высоковольтным выключателем с помощью релейной защиты в районной ПС в режиме АПВ. 

Для увеличения чувствительности РЗ короткозамыкатель создаёт в одной или двух фазах КЗ на землю.

В безтоковую паузу отделитель автоматически отключает линию.






4 Выбор трансформаторов



4.1 Выбор числа и мощности трансформаторов ЦТП



В соответствии с требованиями по обеспечению надежности ЭСН ЭП I категории должно быть два источника питания, для II категории рекомендуется два, но разрешается один. ЭП III категории могут получать питание от одного источника питания. ЦТП для ЭП I и II категорий выполняются двух трансформаторными, одно трансформаторные ЦТП устанавливаются для потребителей III категории и для небольшой мощности II категории. 

Для сокращения номенклатуры складского резерва, мощность трансформаторов следует выбирать из стандартного ряда мощностей, так чтобы на одном предприятии было не более одной - двух мощностей.

Стандартный ряд мощностей, в кВА: 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500.

ЦТП размещают внутри цехов равномерно, с максимальным приближением к потребителю (не менее 200м). ЦТП по конструктивному исполнению делятся на: встроенные; пристроенные; внутрицеховые и отдельно стоящие.

Выбор мощности трансформаторов осуществляется по расчетным среднесменным нагрузкам: Pсм; и Qсм

Для трансформаторов общего назначения масляных и сухих по ПУЭ допустимы длительные систематические перегрузки в нормальном режиме и длительные перегрузки в послеаварийном режиме. 

Полная расчетная среднесменная мощность рассчитывается по формуле, в кВА: 



 

где  - средняя нагрузка цеха за наиболее загруженную смену, кВА;

N - число трансформаторов;

Kзагр. - коэффициент загрузки трансформатора

В среднем для расчета мощности трансформаторов для двух трансформаторной подстанции для расч Кзагр=0,7. Это удовлетворяет условиям ПУЭ по перегрузки для масляных трансформаторов.

Для примера рассчитаем мощность трансформатора цеха №8 (Механический цех). 

Активная мощность, потребляемая цехом, в кВт: 



Рсм.цеха = Рсм.гр.А + Рсм.гр.Б 



Рассчитываем: Рсм.цеха = 274 + 51,4 = 325кВт

Реактивная мощность, потребляемая цехом, в кВАР:



Qсм.цеха = Qсм.гр.А + Q см гр.Б 



Рассчитываем: Qсм.цеха = 356,2 + 66,82 = 423 кВАР

Полная мощность, потребляемая цехом, в кВА:



Sсм.цеха =  



Рассчитываем: Sсм.цеха =  кВА

Определяем мощность трансформатора по (4.1):

 

Проверяем коэффициент загрузки:




Кзагр =  



Проверяем коэффициент загрузки.

Кзагр = 

Согласно ПУЭ: 

Для электроприемников I категории Кзагр от 0,6 до 0,7;

Для электроприемников II категории Кзагр от 0,7 до 0,85.

Для однотрансформаторных ПС Кзагр от 0,85 до 0,9

Рассчитанный коэффициент загрузки меньше допустимого, что дает возможность в дальнейшем для увеличения нагрузки в результате расширения сетей 0.4 кВ или замены электрооборудования на более мощное.

Результаты расчетов заносим в таблицу.



№

Наименование цеха, участка

Рсм, кВт

Qсм, кВ*А

Sсм, кВ*А

Категория надёжности ЭСН

N кол-во тр-торов

Sтр-ра

Кзагр, 1 тр.

Кзагр, 2 тр.



Гараж и зарядная станция

2

2,4

3,12

III

2









Компрессорная станция

323,4

340,62

469,7

II

2

400

0,6

1,2



Заготовительный участок

16,5

19,305

25,4

III

2

400

0,52

1,08



Электроремонтный цех

72,8

75,56

104,9

III

1









Прессово-сварочный цех

273,5

279,072

390,7

II

2









Сантехнический участок

41

36,08

54,6

III

1

400

0,75

-



Наполнительная

108

95,04

143,9

III

1









Механический цех

325

423

534

II

2

400

0,67

1,34



Насосная станция

224

291,2

367,4

II

1

400

0,6

1,2



Ремонтно-механический цех

132,8

172,64

217,8

III

1

400

0,5

1,0



Столярный цех

74,4

87,05

114,5

III

1









Гальва-кий цех

209

156,75

261,25

II

1

400

0,65

1,3



Литейный цех

100,6

62,4

118,4

II

1

400

0,48

0,96



Администр. цех

78

68,64

103,9

II

1









Столовая

148,5

111,4

185,6

III

1

400

0,72

1,44



Склад готовой продукции

52

52,8

74,1

III

1









Итого:



















4.2 Выбор трансформаторов ГПП



Трансформаторы ГПП являются важнейшим звеном систем ЭСН, так как рассматриваются в качестве основных источников питания потребителей всего предприятия. 

Для выбора трансформаторов необходимо знать уровни напряжения внешнего ЭСН и внутризаводских сетей. 

Мощность трансформаторов выбирается из максимальной расчетной мощности предприятия, в кВА:



 



где Sр.пред – максимальная расчетная нагрузка предприятия, кВА;

N - число трансформаторов (как правило на ГПП устанавливается 2 трансформатора)

Kзагр - коэффициент загрузки трансформатора (0,7)

Рассчитаем мощность трансформатора ГПП:







Из таблицы литературы [5, C.214 - 219] выбираем трансформатор напряжением 35 кВ типа ТМН – 4000/35, Uном= 4000 кВА, UВН= 35 кВ, UНН= 11кВ, Pх.х.= 5600 Вт, Pк.з.=33,500 Вт, UКЗ= 7,5%

Произведем расчет компенсации реактивной мощности.

Определим количество требуемой для предприятия реактивной мощности:



 



Для поддержания нормальной работы генераторов электрических станции в СЭС должно поддерживаться потребление определенного количества реактивной мощности, которое рассчитывается по формуле, в кВАР:



Qэн.сист = Рр.пред · tgφэн.сист (4.8)



где tgэн.сист при проектировании принимается равным 0,4 кВАр/кВт



Qэн.сист = =1581,6 кВар



Если Qр предпр ≤ Q эн.сист, то искусственной компенсации не требуется.

Если Qр предпр ≥ Q эн.сист, 



Qтреб = 2110,5-1581,6=528,9 кВА 



Делим на 2 системы шин;



кВАР



Компенсацию реактивной мощности лучше выполнять со стороны 10 кВ.






5. Расчёт токов короткого замыкания



КЗ является наиболее тяжелым видом повреждения сетей электроснабжения. Причинами их возникновения могут быть повреждение изоляции, неисправность электрооборудования, попадание посторонних предметов на токоведущие части и на выводы силовых трансформаторов, ошибки оперативного персонала.

Возникают следующие виды КЗ:

	трехфазное междуфазное;

	трехфазное на землю;

	однофазное на землю.

Расчет токов КЗ выполняется для проверки токоведущих частей и аппаратов на термическую и электродинамическую стойкости при сквозных КЗ и для выбора уставок РЗ и А. 

В первом случае расчетные условия выбирают такие, при которых токи КЗ будут максимальны. Для выбора уставок РЗ и А рассчитывают минимальные значения токов КЗ.

Так как внутризаводские сети выполняют с изолированной нейтралью, то необходимо вести расчет 3-фазного тока КЗ, как для наиболее тяжелого режима КЗ.

Ток короткого замыкания рассчитывают для тех точек сети, при коротких замыканиях в которых аппараты и токоведущие части будут находиться в наиболее тяжелых условиях. 

В каждый момент переходного процесса IКЗ равен сумме двух составляющих: периодической и апериодической (свободной).



Iк = iп + iа (5.1)



Периодическая составляющая iп протекает от действия ЭДС ИП и изменяется с той же частотой и зависит от сопротивления цепи КЗ. 

Она соответствует току нового установившегося режима по окончанию переходного процесса:

Упрощенные методы расчетов IКЗ не учитывают апериодическую составляющую, если ИП удален от места КЗ и представляет собой источник «неограниченной мощности». 

Например, таки источником является энергосистема для тупиковых ГПП предприятия.

Если ИП служит собственная ТЭЦ апериодическая составляющая учитывают и для определения токов КЗ используют метод расчетных кривых, так как аналитические методы расчета применять затруднительно.

Без учета апериодической составляющей действующее значение IКЗ равен действующему значению периодической составляющей, в А:



 (5.2)



По периодической составляющей трехфазного КЗ проверяются на термическую стойкость токоведущие части аппаратов. Для проверки их на электродинамическую определяют ударный ток.

Ударный ток – это наибольший из всех мгновенных значений токов короткого замыкания, в А: 



 (5.3)



где Kуд - ударный коэффициент, который приводятся в таблицах литературы [5,С 127] в зависимости от места КЗ.

Для вычисления токов короткого замыкания составляют расчетную схему, на которую наносят все данные, необходимые для расчета, и точки в которых следует определить токи КЗ.

По расчетной схеме составляют схему замещения, в которой все элементы представляют виде сопротивлений, выраженных в относительных единицах или в Омах.

При расчете токов короткого замыкания вводят ряд допущений:

Если источником питания является энергосистема, а не собственная ТЭЦ, то напряжение энекгосистемы (Е) принимают равной единице и апериодическая составляющая тока короткого замыкания равна нулю.

Если индуктивное сопротивление линии в 3 раза превышает активное, то активное сопротивление не учитывают.

Подпитку места КЗ от синхронных двигателей в режиме перевозбуждения можно не учитывать, если они отделены ступенью трансформации.

Производим расчет в относительных единицах. Задаемся значением базисной мощности: Sбаз = 100 МВА , Uбаз.ВН = 36,5 кВ, Uбаз.НН =10,5 кВ.

Рассчитаем параметры схемы:

1) Индуктивное сопротивление системы в относительных единицах:





где SК – заданная мощность короткого замыкания системы, в МВА





2) Индуктивное сопротивление воздушной линии в относительных единицах:



  





3) Индуктивное сопротивление силового трансформатора в относительных единицах:



  





Рассчитываем ток КЗ в точке К1:



  





Определяем базисный ток, в кА:







Ток короткого замыкания в точке К1 равен, кА:



  



Ударный ток по (5.3) при Куд =1,8 [5,С 127] равен:



Рассчитываем ток КЗ в точке К2:



  





Определяем базисный ток, в кА: 



 



Ток короткого замыкания в точке К2 равен, кА по (5.10)





Ударный ток по (5.3) при Куд =1,92 [5,С 127] равен:






6. Расчёт линий электропередачи



6.1 Расчет кабельных линий 10(6) кВ



При проектировании внутризаводских сетей расчет линий сводится к выбору марки и сечения кабеля.

Марку кабеля выбирают по рекомендациям литературы [1,С. 31, Т. 3.1]

Для прокладки кабеля в земле с средней коррозийной активностью, наличием блуждающих токов, наличием колебаний и растягивающих усилии в грунте выбираем марку кабеля: ААГЕлУ

Выбираем наибольшее сечение кабеля для цеха № 1 «Станция предварительной очистки воды» по следующим четырем условиям: 

1) По длительно-допустимому нагреву максимальным расчётным током:

Рассчитываем активную максимальную расчетную нагрузку цеха, в кВт:



Р р.цеха = Р р.гр.А + Рр гр.В (6.1)

Р р.цеха = 347,98 + 51,4 = 399,38 кВт.



Рассчитываем реактивную максимальную расчетную нагрузку цеха, в кВАР:



Qр.цеха = Qр.гр.А + Qр.грВ (6.2)

Qр.цеха = 356,2 + 66,82 = 422,4 кВар



Рассчитываем полную максимальную расчетную нагрузку цеха, в кВА:



Sр.цеха = 

Производим расчет тока, в А:



Sр.цеха =  =  кВА



≈60 А



По таблицам ПУЭ соответственно марки, напряжения и из условия, что Iдл.доп. Iр.max находим сечение кабеля: S = при I дл.доп .= 60 A

2) По экономической плотности тока, в мм2:



 



где Iр.нор – ток в линии при нормальном режиме, в А

(в нашем случае: Iр.нор = Ip.max/2 Iр.нор = 30 А)

γЭК - экономическая плотность тока, в А/мм2, определяется по справочным таблицам в зависимости от типа проводника и числа часов использования максимальной активной нагрузки в год (Тм) [2]

Тм приводится в литературе [5,C.80]

При Тм = 3000 час/год γЭК = 1,6 А/ мм2

Рассчитываем сечение: 





увеличиваем сечение до 16 ммІ 

3) Проверяем сечение кабельной линии по условию допустимой потери напряжения: 

Допустимые потери в линии согласно ПУЭ не должны превышать (ΔUдоп ) 5% , т.е. должно выполняться условие ΔUдоп ≥ ΔUрасч.

Расчетное значение потери напряжения в линии определяем по формуле, в В:





где Р р.цеха – активная максимальная расчетная нагрузка, в кВ;

Qр.цеха - реактивная максимальная расчетная нагрузка, в кВАР;

Uср ном – среднее номинальное напряжение в линии, в кВ;

R = ro · L – активное сопротивление в линии, в Ом

X = xo · L – индуктивное сопротивление в линии, в Ом

L -длина лини (расстояние от ГПП до ЦТП), в км (определяется по генеральному плану предприятия)

r0 и х0 - - удельные активные и реактивные сопротивления кабелей из литературы [7, С. 175, Т. 2.65]

Из таблиц находим: r0 = 3,12Ом/км, х0 = 0,11 Ом/км.

По генплану измеряем в масштабе длину кабеля с учетом 10 метров для прокладки в ПС, 85 на «змейку» и 2% на линейное расширение.

В результате получили L =0,3 км.

Сопротивления линии:



R = r0 * L = 3,12 * 0,3 = 0,94

X = х0 * L = 0,11 * 0,3 = 0,033



Потеря напряжения в линии, в В:



Потеря напряжения в линии в %:





Оставляем сечение 16 ммІ

4) Проверяем сечение кабеля на термическую стойкость при коротком замыкании в мм2:



Fтерм ≥  , (6.7)



где Bк – тепловой импульс, А2·с



 (6.8)



где  - действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ в начале и конце линии (точка К2), в А;

tпривед - приведенное или расчетное время КЗ складывается из времени релейной защиты и собственного времени отключения, в с:



tпривед = tРЗ + tОВ (6.9)



tРЗ - обычно берется в пределе от 1,2 до 2,5 с 



tпривед = 2 + 0,05= 2,05 c



СТ – термический коэффициент, учитывающий разницы нагрева в 

нормальных условиях и в условиях КЗ, с учетом допустимой температуры и материала проводника, выбираем из литературы [3, С.190], СТ = 92 Ас2/мм2







6.2 Расчёт линий питающих предприятие



Воздушные линии 35 и 110 кВ выполняются неизолированным проводом марки А, АС или самонесущими изолированными воздушными проводами (СИП).

Выбираем провод марки АС.

Производим выбор сечения провода по четырем условиям:

1) По длительно-допустимому нагреву максимальным расчётным током:

Производим расчет тока, в А:





По таблицам ПУЭ из условия, что Iдл.доп.  Iр.max находим сечение провода: S = 10 мм2 при I дл.доп .= 84 A

2) По экономической плотности тока, в мм2:





где Iр.нор – ток в линии при нормальном режиме, в А

(в нашем случае: Iр.нор = Ip.max/2 Iр.нор = 37 А)

 γЭК - экономическая плотность тока, в А/мм2, определяется по справочным таблицам в зависимости от типа проводника и числа часов использования максимальной активной нагрузки в год (Тм) [2]

Тм приводится в литературе [5,C.80]

При Тм = 3000 час/год γЭК = 2,5 А/ мм2

2-х сменная работа

Рассчитываем сечение: 







Увеличиваем сечение до 16 мм2

3) Проверяем сечение кабельной линии по условию допустимой потери напряжения: 

Допустимые потери в линии согласно ПУЭ не должны превышать (ΔUдоп ) 5% , т.е. должно выполняться условие ΔUдоп ≥ ΔUрасч.

Расчетное значение потери напряжения в линии определяем по формуле, в В:





где Р р.цеха – активная максимальная расчетная нагрузка, в кВ;

Qр.цеха - реактивная максимальная расчетная нагрузка, в кВАР;

Uср ном – среднее номинальное напряжение в линии, в кВ;

R = ro · L – активное сопротивление в линии, в Ом

X = xo · L – индуктивное сопротивление в линии, в Ом

L -длина линии (расстояние от ГПП до районной ПС), в км (указана в задании), L = 4 км

r0 и х0 - - удельные активные и реактивные сопротивления провода марки АС из литературы [7, С. 40, Т. 2.65]

Из таблиц находим: r0 = 2,06 Ом/км, х0 = 0,43 Ом/км.

Рассчитаем активные и реактивные сопротивления лини:



R = ro · L=2,06 * 4 = 8,24

X = xo · L=0,43 * 4 = 1,72



Потеря напряжения в линии в В:





Потеря напряжения в линии в %:

Оставляем сечение 16 мм2





4) Допустимые потери на «корону», проверяются только для ВЛ 110кВ и выше, но практикой эксплуатации установлено и техническим расчетами подтверждено, что потери на корону не превышают допустимых значений, если сечение проводов не более 70 мм2.

В нашем случае напряжение воздушной линии 75 кВ и расчет потерь на «корону» не производим. 



6.3 Расчет сборных шин ГПП



Сборные шины распределительных устройств, выбирают в зависимости от конструктивного исполнения, способа присоединения коммутационных аппаратов, ячеек КСО или КРУ и т.д. 

В основном сборные шины выполняются из алюминиевых сплавов прямоугольного сечения, одно или многополюсными, или коробчатого сечения. 

Выбираем материал шин – алюминий.

 Расчет сборных шин РУ 10 кВ производим в следующем порядке:

1) Выбираем сечение шины из условий длительно допустимого нагрева максимально расчетным током. 

Рассчитываем максимальный ток, в А:



 (6.13)





Из условия: Iдл.доп ≥ Iрmax из ПУЭ выбираем шины прямоугольного сечения:

S= 40Ч4 ммІ, Iдл.доп = 480 А

2) Проверяем сечение шин на термическую стойкость при сквозных коротких замыканиях, в мм2:



 (6.14)



Рассчитываем тепловой импульс при токах КЗ, в кА2·с



Вк =·tприв , (6.15)



где - ток трехфазного КЗ в точке К1, в кА;

tприв – расчетное время термической стойкости, в с, которое больше расчетного времени кабельной линии на 0,5 с ( на ступень выше по сравнению с расчетом кабельной линии по условию селективности), т.е.

tпривед =  (6.16)



Ст – термический коэффициент, учитывающий разницу нагрева в условиях нормального режима и в условиях КЗ с учетом допустимой температуры и материала проводника, выбираем из литературы [3, С.190], СТ = 95 Ас2/мм2 



Рассчитываем: tпривед = 







Оставляем сечение 160 мм2

4) Для проверки электродинамической стойкости жестких шин выполним механический расчет [5]. 

Установлено, что механический резонанс не возникает, если частота собственных колебаний шинных конструкций меньше 30 Гц или больше 200 Гц. 

Для алюминиевых шин частота собственных колебаний, в Гц



 (6.17)



где L- расстояние между изоляторами (длина пролета), м;

J - момент инерции поперечного сечения шины относительно оси перпендикулярно направлению изгибающей силы, см4;

q - площадь поперечного сечения шины, см2.

Определим расчетную длину пролета L, т.е. расстояние между точками крепления вдоль шины. 

Если принять fо ≥200 Гц, то 



 (6.18)







Расположим шины на изоляторах на ребро.

Момент инерции [5, C], в см4



 



где h – ширина шины, в см;

 b – толщина шины, в см.

Площадь поперечного сечения шины, в см2:



q = h · b (6.20)



Рассчитываем момент инерции:





Проверяем шину на электродинамическую стойкость как статическую систему с нагрузкой равной наибольшей электродинамической силе. 

Наибольшее удельное усилие, в Н/м 




(6.21)



где Iуд – ударный ток при КЗ на шинах в точке К2, в А;

 а – расстояние между осями крепления, в м; 



а = 130 + b (6.22)



130 – минимально допустимое расстояние в свету между токоведущими частями для РУ 10 кВ по ПУЭ, в мм.



а = 160 +40 = 200 мм ≈ 0.2 м



Рассчитываем наибольшее удельное усилие







Изгибающий момент, создаваемый распределенной силой в пределах одного пролета, в Н·м:



 (6.23)





где L – длина пролета, м.

Расчетное напряжение в материале шины, в МПа:



(6.24)




где W – момент сопротивления поперечного сечения оси, перпендикулярной направлению изгиба, в см3.

Момент сопротивления шины, расположенной на ребро, в см3: 



 (6.24)



Рассчитываем момент сопротивления шины 







и напряжение в материале шины:







Шины считаются прочными, если расчетное напряжение меньше допустимого:



σдоп ≥ σрасч (6.25)



Допустимые напряжения в литературе [5].

Выбираем марку материала шины: алюминиевый сплав АД31Т1 с допустимым напряжением 200 МПа и σдоп = 90.






7. Выбор высоковольтного оборудования



7.1 Выбор высоковольтного выключателя со стороны 6(10) кВ



Высоковольтные выключатели устанавливаются на всех присоединениях систем электроснабжения для автоматического отключения цепей в аварийном режиме и для коммутации токов нагрузки. 

Выключатель - это единственный аппарат, позволяющий автоматическое управление, т.е. действие по сигналу релейной защиты или противоаварийной автоматики. 

Для отключения токов короткого замыкания в выключателях устанавливают специальные дугогасительные камеры. 

Типы выключателей и их конструкция определяются способом гашений дуги.

В распределительном устройстве 10(6) кВ выбираем камеры КСО с высоковольтными выключателями типа: ВВУ-СЭЩ-Э(П)3-10-20/1000



Из условия: Uном ≥ U уст , (7.1)



где Uном – номинальное напряжение высоковольтного выключателя, в кВ. 

Из паспортных данных выключателя: Uном =10 кВ

U уст - номинальное напряжение распределительного устройства, в кВ

ИЗ главы 3.1 U уст = 35кВ

Условие (7.1) выполняется.

Произведём расчет и выбор выключателя для вводного фидера ПС.

1) Максимальный расчетный ток по формуле (6.13) , в А:









Номинальный ток выключателя: Iном = 1000 А, 

что соответствует условию, в А: 



Iном.  Iр.мах (7.2)



2) Проверяем по отключающей способности, в кА:



Iном.откл.  In,(3), (7.3) 



где In,(3) – ток КЗ в точке К2, в кА

20 ≥ 8,2

Условие (7.3) выполняется.

3) Проверяем на термическую стойкость при сквозных токах КЗ, в



кА2с: Вк ≥ Вк.расч. (7.4)

.Вк = IT2 · tт , (7.5)



где Iт - предельный ток термической стойкости, в кА;

Из паспортных данных выключателя: Iт = 3 кА

tт- время протекания тока термической стойкости , в с

Из паспортных данных выключателя: tт = … c



.Вк =  

Вк.расч = In,(3)2 ∙ tрасч , (7.6)



где In,(3) – ток КЗ в точке К2, в кА 

tрасч = tр.з.+ tов – расчетное время КЗ, в с

tр.з.= (от 0,12 до 2,5) – время срабатывания релейной защиты, в с

tов- собственное время отключения выключателя с приводом, в с

По условию селективности: 



tрасч = 2,5+0,05 = 2,55 с

Вк.расч = (3,5)2 · 2,55 = 31,2 кА2с



Условие (7.4) выполняется.

4) Проверяем на электродинамическую стойкость, в кА. 



ic ≥ Iуд (7.7)



где Iс - амплитудное значение предельного сквозного тока (ток электродинамической стойкости), в кА;

Из паспортных данных выключателя: iс = 52 кА Iуд=24,4 кА

Iуд - ударный ток в точке К2, в кА.

52 ≥ 24,4

Условие (7.7) выполняется.

Выбранный выключатель типа: ВВУ-СЭЩ-10-20/1600



7.2 Выбор разъединителя со стороны 35(110) кВ



Разъединители - это аппараты, предназначенные для создания видимых разрывов в цепях при ремонтных работах. Они не предназначены для отключения токов нагрузки и токов КЗ, т.к. не имеют дугогасительных устройств.

Из условия: 



Uном ≥ U уст , (7.8)




где Uном – номинальное напряжение разъединителя, в кВ. 

Из паспортных данных разъединителя: Uном = 35 кВ

U уст - номинальное напряжение распределительного устройства, в кВ

Из главы 3.2 U уст = 35 кВ

Условие (7.8) выполняется.

Выбираем разъединитель на стороне (35) 110 кВ типа: 

1) Максимальный расчетный ток по формуле (6.10) , в А:



 





Номинальный ток разъединителя из паспортных данных: Iном =1000 А, 

что соответствует условию, в 



А: Iном.  Iр.мах (7.7)



2) Проверяем на термическую стойкость при сквозных токах КЗ, в кА2с: 



.Вк ≥ Вк.расч. (7.8) 

.Вк = IT2 · tт , (7.9)



где Iт - предельный ток термической стойкости, в кА;

Из паспортных данных разъединителя: Iт = 20 кА

tт- время протекания тока термической стойкости , в с

Из паспортных данных разъединителя: tт = 3 c



.Вк = 202 · 3 = 1200 кА2с 

Вк.расч = In,(3)2 ∙ tрасч , (7.10)

где In,(3) – ток КЗ в точке К2, в кА 

tрасч = tр.з.+ tов – расчетное время КЗ, в с

tр.з.= (от 0,12 до 2,5) – время срабатывания релейной защиты, в с

tов - собственное время отключения выключателя с приводом, в с

По условию селективности: 



tрасч = 2,5+0,5 +0,05 = 3,05 с

Вк.расч = 



Условие (7.8) выполняется.

4) Проверяем на электродинамическую стойкость, в кА. 



ic ≥ Iуд (7.11)



где Iс - амплитудное значение предельного сквозного тока (ток электродинамической стойкости), в кА;

Из паспортных данных разъединителя: iс = 50 кА

Iуд - ударный ток в точке К1, в кА.

 50 ≥ 24,4 

Условие (7.11) выполняется.

Выбранный разъединитель типа: РГП СЭЩ-35/1000-УХЛ 1 с приводом, разъединитель наружной установки.



7.3 Выбор короткозамыкателя



Короткозамыкатели предназначены для создания искусственного КЗ. 

Из условия: 



Uном ≥ U уст , (7.12)




где Uном – номинальное напряжение высоковольтного выключателя, в кВ. 

Из паспортных данных выключателя: Uном = 35 кВ

U уст - номинальное напряжение распределительного устройства, в кВ

ИЗ главы 3.2 U уст = 35 кВ

Условие (7.12) выполняется.

Выбираем короткозамыкатель (устанавливают на стороне (35) 110 кВ) типа: КРН – 35У1 

1) Максимальный расчетный ток по формуле (6.10) , в А:









Номинальный ток короткозамыкателя из паспортных данных: Iном = 1000 А, 

что соответствует условию, в 



А: Iном.  Iр.мах (7.13)



2) Проверяем на термическую стойкость при сквозных токах КЗ, в 



кА2с: .Вк ≥ Вк.расч. (7.14) 

.Вк = IT2 · tт , (7.15)



где Iт - предельный ток термической стойкости, в кА;

Из паспортных данных разъединителя: Iт = 20 кА

 tт- время протекания тока термической стойкости , в с

 Из паспортных данных короткозамыкателя: tт = 3 c

Вк.расч = In,(3)2 ∙ tрасч , (7.16)

Вк = (12,5)2 · 4 = 625 кА2с



где In,(3) – ток КЗ в точке К2, в кА 

tрасч = tр.з.+ tов – расчетное время КЗ, в с

tр.з.= (от 0,12 до 2,5) – время срабатывания релейной защиты, в с

tов- собственное время отключения выключателя с приводом, в с

По условию селективности: 

tрасч = (2,5+0,5 +0,05) = 3,05 с

Вк.расч = кА2с

Условие (7.16) выполняется.

4) Проверяем на электродинамическую стойкость, в кА. 



ic ≥ Iуд (7.17)



где Iс - амплитудное значение предельного сквозного тока (ток электродинамической стойкости), в кА;

Из паспортных данных короткозамыкателя: iс = 42 кА

Iуд - ударный ток в точке К1, в кА.

42 ≥ 20,6 (в точке К2) 

Условие (7.17) выполняется.

Выбранный короткозамыкатель типа: КРН-35 У1



7.4 Выбор отделителя



Отделители отличаются от разъединителей способом управления. Разъединители позволяют дистанционное и ручное (по месту) включение и отключение. Отделители отключаются автоматически после прекращения искусственного КЗ, созданного короткозамыкателем с помощью реле РБО, а включается дистанционно или в ручную.

По конструкции и по коммутационной способности отделители практически не отличаются от разъединителей и выбираются по тем же условиям.

Из условия:



Uном ≥ U уст , (7.18)



где Uном – номинальное напряжение, в кВ. 

Из паспортных данных отделителя: Uном = 35 кВ

U уст - номинальное напряжение распределительного устройства, в кВ

Из главы 3.2 U уст = 35кВ 

Условие (7.18) выполняется.

Выбираем отделитель на стороне (35) 110 кВ типа: 

1) Максимальный расчетный ток по формуле (6.10) , в А:







Номинальный ток отделителя из паспортных данных: Iном = 630 А, 

что соответствует условию, в 



А: Iном.  Iр.мах (7.19)



2) Проверяем на термическую стойкость при сквозных токах КЗ, в кА2с: 



Вк ≥ Вк.расч. (7.20) 

Вк = IT2 · tт , (7.21)




где Iт - предельный ток термической стойкости, в кА;

Из паспортных данных отделителя: Iт = кА

tт- время протекания тока термической стойкости , в с

 Из паспортных данных отделителя: tт = … c .Вк = (12,5)2 · 4 = 625 кА2с 



Вк.расч = In,(3)2 ∙ tрасч , (7.22)



где In,(3) – ток КЗ в точке К1, в кА 

tрасч = tр.з.+ tов – расчетное время КЗ, в с

tр.з.= (от 0,12 до 2,5) – время срабатывания релейной защиты, в с

tов- собственное время отключения выключателя с приводом, в с

По условию селективности: 



tрасч = (2,5+0,5 +0,05) = 3,05 с

Вк.расч = 



Условие (7.3) выполняется.

4) Проверяем на электродинамическую стойкость, в кА. 



ic ≥ Iуд (7.23)



где Iс - амплитудное значение предельного сквозного тока (ток электродинамической стойкости), в кА;

Из паспортных данных разъединителя: iс = 80 кА

Iуд - ударный ток в точке К1.

 80 ≥ 12,5 

Условие (7.23) выполняется.

Выбранный отделитель типа: ОДЗ-35.630 У1






7.5 Выбор измерительных трансформаторов



Трансформаторы тока и напряжения предназначены для питания катушек измерительных приборов и реле, а так же для снижения тока и напряжения до безопасных и удобных для эксплуатации величин.



7.5.1 Выбор трансформатора тока

Трансформаторы тока на стороне 35 (110) кВ встраивают в вывода высоковольтных выключателей или силовых трансформаторов и устанавливают на отдельных фундаментах, на стороне 10 (6) кВ в ячейках КРУ или КСО.

Трансформаторы тока всегда должны работать при короткозамкнутых вторичных обмотках.

Вторичное напряжение трансформаторов тока в большинстве случаях 5 В.

Из условия: 



Uном ВН ≥ U уст , (7.24)



где UномВН – номинальное напряжение на первичной обмотке трансформатора тока, в кВ. 

Из паспортных данных трансформатора тока: Uном ВН = 10 кВ

U уст - номинальное напряжение распределительного устройства, в кВ

Из главы 3.1 U уст = 6 кВ

Условие (7.24) выполняется.

Выбираем трансформатор тока на стороне 6 кВ типа: ТЛК10-УЗ

Произведём расчет и выбор выключателя для вводного фидера ПС.

1) Максимальный расчетный ток по формуле (6.13), в А:








Номинальный ток трансформатора тока: Iном = 600 А, 

что соответствует условию, в 



А: Iном.  Iр.мах (7.25)



2) Проверяем на термическую стойкость при сквозных токах КЗ, в 



кА2с: .Вк ≥ Вк.расч. (7.26) 

Вк = IT2 · tт или Вк = (Iном ∙ Кт)2 · tт , (7.27)



где Iт - предельный ток термической стойкости, в кА

Из паспортных данных трансформатора тока: Iт = … кА или Кт = …

 tт- время протекания тока термической стойкости , в с

 Из паспортных данных трансформатора тока: tт = … c

 .Вк = (31,5)2 · 3 = 2977 кА2с 



Вк.расч = In,(3)2 ∙ tрасч , (7.28)



где In,(3) – ток КЗ в точке К2, в кА 

tрасч = tр.з.+ tов – расчетное время КЗ, в с

tр.з.= (от 0,12 до 2,5) – время срабатывания релейной защиты, в с

tов- собственное время отключения выключателя с приводом, в с

По условию селективности: 



tрасч = (2+0,5) + 0,05 = 2,55 с

Вк.расч = кА2с

Условие (7.26) выполняется.

3) Проверяем на электродинамическую стойкость, в кА. 



ic ≥ Iуд или iном ∙ Кт ≥ Iуд (7.29)



где Iс - амплитудное значение предельного сквозного тока (ток электродинамической стойкости), в кА;

Из паспортных данных выключателя: iс = 81 кА

Iуд - ударный ток в точке К2, в кА.

81 ≥ 20,6 

Условие (7.29) выполняется.

4) По вторичной нагрузке трансформатора, в Ом (можно не проверять):



Z2 < Z2 ном. ,



Выбранный трансфотматор типа: ЗНОЛ 



7.5.2 Выбор трансформатора напряжения

Различаются трансформаторы напряжения на однофазные и трёхфазные. 

Трансформаторы напряжения всегда должны работать в режиме холостого хода, т.е. при большом сопротивлении на вторичной обмотке.

Вторичное напряжение трансформаторов напряжения, применяемых на ПС 100 В.

Из условия: 



Uном ВН ≥ U уст , (7.30)



где Uном ВН – номинальное напряжение на первичной обмотке трансформатора напряжения, в кВ. 

Из паспортных данных трансформатора напряжения: Uном ВН = 6 кВ

U уст - номинальное напряжение распределительного устройства, в кВ

Из главы 3.1 U уст = 6 кВ

Условие (7.30) выполняется.

Выбираем трансформатор напряжения на стороне 6 кВ типа: 3*3НОЛП.06-6

Выбор ограничителей перенапряжения

Изоляция электрооборудования и сетей в процессе эксплуатации для защиты вакуумного выключателя от перенапряжений подвергается воздействию перенапряжения. 

Перенапряжения бывают внешними и внутренними.

Внешние связаны с действием атмосферного электричества, т.е. появляются при прямых ударах молнии на территории подстанции или вносятся на территорию подстанции по воздушным линиям и возникают при вторичных проявлениях молнии. Защита от прямых ударов молний осуществляется с помощью стержневых молниеотводов.

Защита от вторичных проявлений молний осуществляется путем заземления металлических конструкций с использованием выравнивающей сетки и присоединение к сетям заземления подземных металлических инженерных коммуникаций.

Защиту изоляции трансформатора от перенапряжений выполняют с помощью вентильных разрядников и ОПН, устанавливаемых со стороны ВЛ. Их выбирают по напряжению установки.

Выбираем ограничитель перенапряжения на 35 (110) кВ типа: 

ОПН – Т / TEL 10/10,5 

Выбираем ограничитель перенапряжения на 10 (6)кВ типа: 

ОПН – Т / TEL 35/38,5 






8. Расчёт стоимости электроэнергии



Промышленные предприятия составляют с энергоснабжающей компанией договор потреблению электроэнергии. В нем указывается допустимая присоединенная мощность, с которой предприятие участвует в потреблении электроэнергии в часы максимума энергосистемы - это активная мощность в кВт. 

Под тарифом понимается система отпускных цен на электроэнергию деференцированных для различных групп потребителей. 

В настоящее время тарифы, предусмотренные прейскурантом цен на электроэнергию N09-01, и корректируется с учетом инфляционных коэффициентов.

Согласно этому прейскуранту применяется 2 системы тарифов: одноставочный и двухставочный.

Предприятие с установленной мощностью до 750 кВА рассчитываются за электроэнергию по одноставочному тарифу. 

Произведем расчет электроэнергии по двухставочному тарифу:

Стоимость электроэнергии, в рублях рассчитывается:



Сэ = А*Рр + В*Wа (8.1)



А∙Рр – основная ставка тарифа, 

где А – стоимость электроэнергии в руб. за 1 кВт присоединенной договорной максимальной тридцатиминутной мощности предприятия, участвующей в максимуме нагрузки.

Рр – договорная мощность, в кВт (в КП Рр = Рр.НН.ЭП + Рр.ВВ.ЭП)

В∙Wа - дополнительная ставка тарифа,

где В – стоимость за 1 кВт∙час израсходованной электроэнергии учтенную счетчиками

Wа – годовой расход электроэнергии (в КП Wа=Рр∙Тм), в кВт∙час 

Wа = Pр.пред.* Тм = 4013 * 3000 = 12039000 кВт∙час

Сэ = 40 * Рр.пред + 2 * Wа = 40 * 4013 + 2 * 12039000 = 24238520 руб.год 






Заключение



В данном курсовом проекте было спроектировано электроснабжение ремонтно–механического завода спроектированы и выбраны сети внешнего, внутризаводского и внутрицехового электроснабжении. 

Рассчитаны нагрузки и выбраны трансформаторы и т. Д. 

Все рассчитанные параметры системы электроснабжения удовлетворяют всем требованиям, поэтому система может считаться пригодной для практического применения на производстве с высокой гибкостью, экономичностью и надежностью работы.






Список используемых источников



	 Коновалова Л. Л., Рожкова Л. Д. “Электроснабжение промышленных предприятий и установок”, Москва: Энергоатомиздат 1989 г

	Правила устройства электроустановок (ПУЭ 6-7 издание)

	Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных предприятий. – М. – АСАДЕМА, 2006 электрооборудования” (под редакцией Барыбина Ю.Г. и других). М.: Энергоатомиздат, 1991.

	“Справочник по проектированию электроснабжения” (под редакцией Барыбина Ю.Г.). М.: Энергоатомиздат, 1990.

	Рожкова Л.Д., Карнеева Л.К., Чиркова. “Электрооборудование электрических станций и подстанций”. М.: ACADEMIA, 2004.

	«Справочник по проектированию электросетей и электрооборудования». Под редакцией Ю.Г. Барыбина. М: Энергоатомиздат 1991г.