Внутризаводское электроснабжение научно-исследовательского экспериментального института

РПЗ.doc

ВЕДОМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК. КАТЕГОРИИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЁТНЫХ НАГРУЗОК ПО ЦЕХАМ И ПРЕДПРИЯТИЮ В ЦЕЛОМ8
1 Определение расчётной мощности по заводу в целом с учётом компенсирующих устройств и потерь мощности в трансформаторах11
ВЫБОР НАПРЯЖЕНИЙ ПИТАЮЩИХ ЛИНИЙ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ13
КАРТОГРАММА НАГРУЗОК И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК (ЦЭН)15
1 Картограмма нагрузок15
1 Определение условного центра электрических нагрузок17
КОЛИЧЕСТВО И МОЩНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРОВ ЦТП
ВЫБОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ26
СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ (3ВАРИАНТА)29
1 Выбор схем распределительной сети предприятия30
2 Распределение нагрузки по пунктам питания ТП-1004 кВ; РП-04 кВ.32
ВЫБОР СЕЧЕНИЯ ПИТАЮЩЕЙ ЛИНИИ
И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ36
1 Расчет потерь ЦТП36
2 Выбор сечения проводов питающей линии40
3 Выбор сечения и марки кабельных линий напряжением выше и до 1 кВ40
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ И ВЫБОР ВАРИАНТА СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ47
1 Технико-экономический расчет кабельных линий48
2 Технико-экономический расчет трансформаторных подстанций53
3 Технико-экономический расчет высоковольтных выключателей57
4 Технико-экономическое сравнение вариантов59
РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ61
ВЫБОР АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ76
Энергосбережение определяется обширной областью народного хозяйства - электроэнергетикой промышленности и транспорта объектов агропромышленного комплекса коммунально-бытовых медицины культуры спорта образования сферы услуг обороны науки и др. Система электроснабжения является частью этой области которая может быть определена от границы раздела предприятие — энергосистема до единичного электроприемника.
Энергетика нашей страны обеспечивает электроснабжение народного хозяйства и бытовые нужды различных потребителей электрической энергии. Основными потребителями являются промышленные предприятия сельское хозяйство коммунальные нужды. 70% всей электроэнергии расходуется на технологические процессы предприятий. Для передачи электроэнергии в необходимом количестве и соответствующего качества существуют следующие энергосистемы: Цеховая - обеспечивающая энергоснабжение потребителей заводская - служат для электроснабжения основных цехов и вспомогательных объектов Городские или Районные - служат для электроснабжение предприятий сельского хозяйства коммунальных объектов.
Система внешнего электроснабжения включает в себя схему электроснабжения и источники питания предприятия. Основными условиями проектирования рациональной системы внешнего электроснабжения являются надёжность экономичность и качество электроэнергии в сети.
Экономичность определяется приведёнными затратами на систему электроснабжения. Надёжность зависит от категории потребителей электроэнергии и особенностей технологического процесс неправильная оценка которых может привести как к снижению надёжности системы электроснабжения так и к неоправданным затратам на излишнее резервирование.
При проектировании как правило разрабатывается несколько вариантов наиболее целесообразный из которых определяют в результате технико-экономического сопоставления.
Целью данной работы является исследование применяемых в промышленном электроснабжении компенсирующих устройств выявление их особенностей а также выбор наиболее рационального и оптимального средства компенсации и теоретическое обоснование этого выбора.
ВЕДОМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК. КАТЕГОРИИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Исходные данные для расчета:
Питание возможно осуществить от подстанции энергосистемы на которой установлены два трехобмоточных трансформатора мощностью 15000 кВА каждый с первичным напряжением 110 кВ и вторичным – 35 20 10 и 6 кВ.
Мощность системы 700 МВА; реактивное сопротивление системы на cтороне 110 кВ отнесенное к мощности системы 07
Стоимость электроэнергии 210 рубкВтч.
Согласно Правилам устройства электроустановок приёмники электроэнергии промышленных предприятий по требуемой степени бесперебойности электроснабжения подразделяются на 3 категории:
-я категория- приёмники перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни и здоровья людей или значительный народно- хозяйственный ущерб вызванный повреждением оборудования длительным расстройством сложного технологического процесса или массовым браком продукции.
Из первой категории следует выделять особые группы приемников внезапные перерывы электроснабжения которых угрожают жизни людей
взрывами и разрушениями основного технологического оборудования то есть приёмников требующих особо повышенной бесперебойности питания так как их бесперебойная работа необходима для безаварийного останова производства (но не для продолжения его). К особой группе можно отнести например приёмники аварийной вентиляции электродвигатели задвижек и запорной аппаратуры аварийное освещение ряда цехов некоторых химических производств.
- я категория- приёмники нарушение электроснабжения которых связано только с массовым недоотпуском продукции простоем людей механизмов и промышленного транспорта (прокатные станы электрические дуговые печи металлорежущие станки штамповочные прессы и т.п.)
-я категория- все остальные приёмники не подходящие под определение 1-й и 2-й категории (например приёмники вспомогательных цехов неответственных складов).
Определим категории приёмников и сведём их в табл. 1.1
Категории приемников и потребителей электроэнергии
по бесперебойности электроснабжения
Наименование потребителя
Корпус высоких напряжений
Ремонтно-механический цех
Лаборатория низких темп-р
Лаборатория низких темп-р (10кВ)
I-70% II-20% III-10%
Электрофизический корпус
Машинный корпус (10кВ)
Лаборатория специальных работ
Лаборатория специальных работ (10кВ)
Центральный материальный склад
Ремонтно-строительный цех
Главный корпус опытного завода
Главный корпус опытного завода (10кВ)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЁТНЫХ НАГРУЗОК ПО ЦЕХАМ И ПРЕДПРИЯТИЮ В ЦЕЛОМ
Первым этапом проектирования электроснабжения является определение ожидаемых электрических нагрузок. По величине расчётных электрических нагрузок выбирают на различных ступенях системы электроснабжения количество и мощность трансформаторов подстанций сечение и марку проводников коммутационную аппаратуру. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты эксплуатационные расходы и напрямую надёжность электрического оборудования.
Для определения расчётных нагрузок воспользуемся методом коэффициента спроса.
Данный расчет покажем на примере административно-хозяйственного корпуса.
Результаты расчета по всему предприятию сведем в табл. 1.2
Определяем расчетную силовую нагрузку административно-хозяйственного корпуса ниже 1 кВ:
где - коэффициент спроса находится из справочных материалов.
Находим номинальную мощность освещения и расчетную осветительную нагрузку корпуса:
где - из справочных материалов; - коэффициент спроса на освещение находится из справочных материалов.
Находим полную расчетную мощность корпуса:
Расчет нагрузки выше 1 кВ проводим аналогично но без учета осветительной нагрузки.
Осветительная нагрузка
Административно-хозяйственный корпус
Лаборатория низких температур
Лаборатория низких температур (10кВ)
1 Определение расчётной нагрузки по предприятию в целом с учётом компенсирующих устройств и потерь мощности в трансформаторах
Суммарная нагрузка до 1 кВ:
Суммарная нагрузка выше 1 кВ:
Суммарная мощность нагрузки до 1 кВ точка 1:
Учтем потери в цеховых трансформаторных подстанциях (ЦТП):
Рассчитаем нагрузку в точке 2:
Рассчитаем нагрузку в точке 3.
Суммарная расчётная мощность в точке 3:
Рассчитаем потери в компенсирующем устройстве
Рассчитаем потери в ГПП
Полная расчётная мощность предприятия с учётом разновремённости максимума:
ВЫБОР НАПРЯЖЕНИЙ ПИТАЮЩИХ ЛИНИЙ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Для определения напряжения питающей линии воспользуемся двумя способами:
При помощи эмпирических формул:
В них используется мощность и длина питающей линии. Приведем наиболее известные из них:
Номограммы представляют собой график зависимости напряжения электроснабжения промышленных предприятий от передаваемой мощности S длинны питающих линий L схемы питания конструктивного выполнения линии и стоимости электрической энергии.
Выбираем по номограмме из справочника [2] напряжение питающей линии 35 кВ.
Таким образом исходя из этих решений полученных этими двумя способами принимаем напряжение распределительной сети равное 10 кВ.
Напряжение 10 широко используется на промышленных предприятиях средней мощности - для питающих и распределительных сетей на крупных предприятиях - на второй и последующих ступенях.
По номограммам выбираем первичное напряжение на ГПП 35кВ а вторичное 10 кВ так как вся высоковольтная нагрузка рассчитана на 10 кВ.
Выбор трансформатора на ГПП:
КАРТОГРАММА НАГРУЗОК И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК (ЦЭН)
1 Картограмма нагрузок
С целью определения места расположения ЦРП или ГПП а также цеховых ТП при проектировании строят картограмму электрических нагрузок. Картограмма представляет собой размещённые на генеральном плане предприятия или плане цеха окружности площадь которых соответствует в выбранном масштабе расчётным нагрузкам.
Радиусы окружностей картограммы определяют по формуле:
где - мощность m - масштаб для определения площади круга (постоянный для всех цехов предприятия).
Силовые нагрузки до и выше 1 кВ изображаются отдельными кругами.
Осветительная нагрузка наносится в виде сектора круга изображающего нагрузку до 1 кВ. Угол сектора определяется из соотношения активных расчетных и осветительных нагрузок цехов.
При построении картограммы необходимо знать полные расчетные и осветительные нагрузки цехов которые были рассчитаны в таблице 1.2
2 Определение условного центра электрических нагрузок
Центр нагрузок цеха или предприятия является символическим центром потребления электрической энергии цеха или предприятия. ГПП следует располагать в ЦЭН. Это позволит снизить затраты на проводниковый материал и уменьшить потери электрической энергии.
Координаты центра электрических нагрузок всего предприятия определим по формуле:
Данные полученные при расчёте занесём в табл. 1.4
Данные для нахождения ЦЭН
После расчетов получаем координаты ЦЭН
Все известные методы нахождения ЦЭН сводятся к тому что центр электрических нагрузок определяется как некоторая постоянная точка на генплане промышленного предприятия. Как показали исследования такое положение нельзя считать правильным и ЦЭН следует рассматривать как некоторый условный центр так как определение его еще не решает до конца задачи выбора местоположения подстанции так как в действительности ЦЭН смещается по территории предприятия. Это объясняется изменением потребляемой мощности отдельными приёмниками в соответствии с графиками их нагрузок и с развитием предприятия.
Если по каким либо причинам нельзя расположить источник питания в точке с найденными координатами то его смещают в сторону внешнего источника питания. При этом увеличиваются годовые приведённые затраты на систему электроснабжения обусловленные этим смещением.
В данной работе при обнаружении ЦЭН выяснилось что нельзя ГПП ставить в ЦЭН и нельзя смещать в сторону внешнего источника питания так расстояние между цехами не позволяет устанавливать ГПП. Поэтому пришлось установить ГПП в зоне рассеивания ЦЭН смещая его на запад учитывая так же что в западной части предприятия большая незастроенная площадь и она скорее всего будет застраиваться что приведет к смещению ЦЭН. ВЛ 35кВ будет проходить вдоль границы предприятия к ГПП.
Предварительный выбор числа и мощности трансформаторов цеховых подстанций производится на основании требуемой степени надежности электроснабжения и распределения между ТП потребителей электроэнергии до 1 кВ. На заводе имеется оборудование относящееся к потребителям I и II категории и требует высокой надежности питания поэтому цеховые подстанции выполняются с двумя рабочими трансформаторами. Нормальный режим работы - раздельная работа трансформаторов это предусматривается в целях уменьшения токов короткого замыкания и позволяет применить более легкую и дешевую аппаратуру на стороне низшего напряжения трансформаторов.
Номинальная мощность цеховых (Sнт) выбирается по расчетной мощности исходя из условия экономичной работы трансформаторов (60-80%) в нормальном режиме и допустимой перегрузки (на 30-40%) от Sнт в послеаварийном режиме.
В соответствии с ГОСТ 14209-85 и 11677-75 цеховые трансформаторы имеют следующие номинальные мощности: 400 630 1000 1600 кВА.
Количество трансформаторов определяют исходя из полной расчётной мощности цеха номинальной мощности трансформатора и рекомендуемым значением коэффициента загрузки.
Для цехов I и II категории при двутрансформаторных подстанциях рекомендуемые значения = 065-07
Для цехов II категории при однотрансформаторных подстанциях рекомендуемые значения = 07-08
Для цехов III категории при однотрансформаторных подстанциях рекомендуемые значения = 09-095
Для компенсации потребляемой реактивной мощности и коррекции коэффициента мощности мы используем автоматические конденсаторные батареи Nokian Capacitors. Коррекция коэффициента мощности позволяет избежать дополнительных финансовых расходов связанных с потреблением реактивной мощности. Автоматические батареи конденсаторов состоят из требуемого набора ступеней управляемых цифровым регулятором реактивной мощностей что обеспечивает необходимую точность регулирования генерируемой мощности конденсаторной батареи.
Все данные выбора и расчёта сведены в табл. 1.5 1.6 1.7
Выбор количества и мощности трансформаторов с учетом компенсирующих устройств (вариант №1)
Выбор количества и мощности трансформаторов с учетом компенсирующих устройств (вариант №2)
Выбор количества и мощности трансформаторов с учетом компенсирующих устройств (вариант №3)
ВЫБОР ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В лаборатории низких температур устанавливаем три высоковольтных асинхронных двигателя выбор производим по установленной активной мощности.
В машинном корпусе устанавливаем два высоковольтных асинхронных двигателя выбор производим по установленной активной мощности.
хАЗМ1-100010000 УХЛ4
В лаборатории специальных работ устанавливаем два высоковольтных асинхронных двигателя выбор производим по установленной активной мощности.
В насосной устанавливаем два высоковольтных асинхронных двигателя выбор производим по установленной активной мощности.
В главном корпусе опытного завода устанавливаем два высоковольтных асинхронных двигателя выбор производим по установленной активной мощности.
СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ (3ВАРИАНТА)
Характерной особенностью схем внутризаводского распределения электроэнергии является большая разветвленность сети и наличие большого количества коммутационно-защитной аппаратуры что оказывает значительное влияние на технико-экономическое показатели и на надежность системы электроснабжения.С целью создания рациональной схемы распределения электроэнергии требуется всесторонний учёт многих факторов например таких как конструктивное исполнение сетевых узлов схемы способ канализации электроэнергии токи КЗ при разных вариантах и т.д.
При проектировании схемы важное значение приобретает правильное решение вопросов питания силовых и осветительных нагрузок в ночное время в выходные и праздничные дни. Для взаимного резервирования рекомендуется использовать шинные и кабельные перемычки между ближайшими подстанциями а также между концами сетей низшего напряжения питаемых от разных трансформаторов.
В общем случае схемы внутризаводского распределения электроэнергии имеют ступенчатое построение. Считается не целесообразным применение схем с числом ступеней болеет двух-трёх так как в этом случае усложняется коммутация и защита цепи. На небольших по мощности предприятиях рекомендуется применять одноступенчатые схемы.
Схема распределения электроэнергии должна быть связана с технологической схемой объекта. Питание приёмников электроэнергии разных параллельных технологических потоков должно осуществятся от разных источников: подстанций РП разных секций шин одной подстанции. Это необходимо для того чтобы при аварии не останавливались оба технологических потока. В тоже время взаимосвязанные технологические агрегаты должны присоединятся к одному источнику питания чтобы при исчезновении питания все приёмники электроэнергии были одновременно обесточены.
При построении общей схемы внутризаводского электроснабжения необходимо принимать варианты обеспечивающие рациональное использование ячеек распределительных устройств минимальную длину распределительной сети максимум экономии коммутационно-защитной аппаратуры.
1 Выбор схем распределительной сети предприятия
Внутризаводское распределение электроэнергии выполняют по магистральной радиальной или смешанной схеме. Выбор схемы определяется категорией надёжности потребителей электроэнергии их территориальным размещении особенностями режимов работы.
Радиальными схемами являются такие в которых электроэнергия от источника питания передаётся непосредственно к приёмному пункту. Чаще всего радиальную схему применяют с числом ступеней не более двух.
Одноступенчатые радиальные схемы применяют на небольших по мощностям предприятиях для питания сосредоточенных потребителей (насосные станции печи преобразовательные установки цеховые подстанции) расположенных в различных направлениях от центра питания. Радиальные схемы обеспечивают глубокое секционирование всей системы электроснабжения начиная от источников питания и кончая сборными шинами до 1кВ цеховых подстанций.
Питание крупных подстанций или РП с преобладанием потребителей I категории осуществляется не менее чем двумя радиальными линиями отходящими от разных секций источника питания.
Отдельно расположенные одно трансформаторные подстанции мощностью 400-630 кВА получают питание по одиночным радиальным линиям без резервирования если отсутствуют потребители первой и второй категорий и по условиям прокладки линии возможен её быстрый ремонт. Если обособленные подстанции имеют потребителей II категории то их питание должно осуществляться двух кабельной линией.
Магистральные схемы распределения электроэнергии применяют в том случае когда потребителей много и радиальные схемы не целесообразны. Основное преимущество магистральной схемы заключается в сокращении звеньев коммутации. Их целесообразно применять при расположении подстанций на территории предприятия близко к линейному что способствует прямому прохождению магистрали от источника питания к потребителю и тем самым сокращают длину магистрали.
Недостатки магистральной схемы является более низкая надёжность т.к. исключается возможность резервирования на низшем напряжении одно трансформаторных подстанций при питании их по одной магистрали. Рекомендуется питать от одной магистрали не более двух-трёх трансформаторов мощностью 2500-1000 кВА и не более четырех-пяти мощностью 400-630 кВА.
Существует много разновидностей и модификаций магистральных схем которые с учетом степени надёжности делятся на одиночные и двойные сквозные.
На практике проектирования и эксплуатации редко применяют схемы внутризаводского распределения электроэнергии построенные только по радиальному или только по магистральному принципипу. Сочетание преимуществ радиальных и магистральных схем позволяет добиться создания систем электроснабжения с наилучшими технико-экономическими показателями. Три варианта схем электроснабжения представлены.
2 Распределение нагрузки по пунктам питания
ТП-1004 кВ; РП-04 кВ.
Распределение потребления электроэнергии напряжением до и выше 1 кВ между цеховыми трансформаторами подстанции и распределительными устройствами выполнено в табл. 1.8 1.9 1.10 на основании картограммы электрических нагрузок по принципу разукрупнения ТП.
Размещение ТП показано на генплане завода.
Распределение нагрузок по пунктам питания (вариант №1)
Наименование пункта питания
Потребители электроэнергии
Место расположения пункта питания по генплану
Цех 1112 перемычка 10
Распределение нагрузок по пунктам питания (вариант №2)
Распределение нагрузок по пунктам питания (вариант №3)
Цех 7123 перемычка 6
И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Потери в ТП определяются активными потерями состоящими из потерь холостого хода Х.Х и КЗ и реактивными потерями состоящих из реактивных потерь Х.Х и КЗ.
Активные и реактивные потери в ЦТП определяются по формулам:
где - коэффициент загрузки; - ток КЗ в процентах; - напряжение КЗ в процентах.
Покажем порядок выполнения расчёта на примере ТП 1 (3 цех для 1-ого варианта схемы):
Активная и реактивная мощности с учетом потерь в ЦТП:
Полная мощность с учетом потерь в ЦТП:
Все данные расчета сведены в табл. 1.11 1.12 1.13
Потери мощности в трансформаторах (вариант №1)
Потери мощности в трансформаторах (вариант №2)
Потери мощности в трансформаторах (вариант №3)
2 Выбор сечения проводов питающей линии
Выберем сечение проводов воздушных линий по следующим значениям:
Принимаем минимальное допустимое сечение по нагреву
Проверим по экономической плотности тока:
Принимаем провод АС-100 сечением 100 мм
3 Выбор сечения и марки кабельных линий напряжением выше и до 1 кВ
Передачу электроэнергии от источника питания до приёмного пункта промышленного предприятия осуществляется воздушными или кабельными линиями. Сечение проводов и жил выбирается по техническим и экономическим условиям.
К техническим условиям относятся выбор сечения по нагреву расчётным током условиям коронирования механической прочности нагреву от кратковременного выделению тепла током КЗ потерям напряжения в нормальном и после аварийном режимах.
Экономические условия выбора заключаются в определении сечения линии приведённые затраты которой будут минимальными.По условиям коронирования выбирают минимально допустимое сечения только для воздушных линий. Для жил кабелей самое малое стандартное сечение обеспечивает отсутствие коронирования.
Выбор сечения по нагреву осуществляется по расчётному току. Для параллельно работающих линий в качестве расчётного тока принимается ток после аварийного режима когда одна питающая линия вышла из строя. По справочным данным в зависимости от расчетного тока определяется ближайшее большее стандартное сечение. Это сечение приводится для конкретных условий среды и способа прокладки кабеля и проводов.
По нагреву длительно допустимому току нагрузки:
По потере напряжения:
По экономической плотности тока:
Пример расчёта кабельной линии проведем на линии Л-1 (ГПП-ТП1) вариант №1. По данным таблицы 1.7-1 определим расчетный номинальный и расчетный аварийный ток.
По справочнику [4] выбираем кабель ААБ с Iдоп = 115А сечением
Принимаем сечение 16 мм2.
По потере напряжения:
где = 056 по (табл. П4.7 ст.342[2]); =5%.
По всем условиям выбранный кабель с сечением 35 мм2 проходит. Выбор кабелей остальных линий сведем в табл. 1.14 (вариант №1) 1.15 (вариант №2) и 1.16 (вариант №3).
На территориях промышленных предприятий кабельные линии должны прокладываться в земле (в траншеях) туннелях блоках каналах по эстакадам в галереях и по стенам зданий. Мы выбираем способ прокладки – в траншеях.
Так как кабели на 10 кВ имеют пересечения с жд то следует помнить что «при пересечении кабельными линиями железных и автомобильных дорог кабели должны прокладываться в туннелях блоках или трубах по всей ширине зоны отчуждения на глубине не менее 1 м от полотна дороги и не менее 05 м от дна водоотводных канав. При отсутствии зоны отчуждения указанные условия прокладки должны выполняться только на участке пересечения плюс по 2 м по обе стороны от полотна дороги.» [ПУЭ]
Одной из важных задач стоящих перед энергетиками страны является решение проблемы надежности электроснабжения. Силовые кабели использовавшиеся ранее при прокладке сетей рассчитанных на среднее низкое и высокое напряжение во многих случаях морально устарели. Сегодня отечественная промышленность в состоянии удовлетворить растущий спрос на силовые кабели нового поколения – появилась возможность купить кабель с улучшенными характеристиками непосредственно у производителей. Современное кабельное производство предлагает потребителям силовые кабели трех типов: с бумажной изоляцией в свинцовой оболочке с изоляцией из сшитого полиэтилена (полиолефина) и обычные с изоляцией из термопластичного полиэтилена. Важное достоинство кабеля с бумажной пропитанной изоляцией рассчитанного на низкое и среднее напряжение (это марки ААБ АСБ СБ СГ ЦАСБ ЦСБ и другие) – стабильные электрические характеристики.
Для кабелей на 10 и 04кВ мы выбираем марку ААБ. Кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках для сетей на напряжение 1; 6; 10кВ
Жила - мягкая алюминиевая секторная проволока
Изоляция - бумага пропитанная вязким составом
Поясная изоляция - бумага пропитанная вязким составом
Экран - лента электропроводящей бумаги
Оболочка - выпрессованная алюминиевая оболочка
Защитный покров - подушка из крепированной бумаги и пластмассовых лент две стальные ленты и наружний покров из стеклопряжи по ГОСТ 7006-72
Выбор кабелей (вариант №1)
Выбор кабелей (вариант №2)
Выбор кабелей (вариант №3)
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ И ВЫБОР ВАРИАНТА СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Целью технико-экономических расчётов является определение оптимального варианта схемы параметров электросети и её элементов.
При технико-экономических расчётах систем промышленного электроснабжения соблюдают следующие условия сопоставимости вариантов:
-технические при которых сравнивают только взаимозаменяемые варианты при оптимальных режимах работы и оптимальных параметров характеризующих каждый рассматриваемый вариант;
-экономические при которых расчёт сравниваемых вариантов ведут применительно к одинаковому уровню цен и одинаковой достижимости принятых уровней развития техники с учётом одних и тех же экономических показателей характеризующий каждый рассматриваемый вариант.
Каждый рассматриваемый вариант должен соответствовать требованиям предъявляемым к системе промышленного электроснабжения соответствующими директивными материалами отраслевыми инструкциями и ПУЭ.
В технико-экономических расчётах используют укрупненные показатели стоимости (УПС) элементов системы электроснабжения а так же УПС сооружения подстанций в целом. В УПС не включены некоторые статьи расхода поэтому их не применяют для определения реальной стоимости сооружения объекта а используют при сравнительных
расчётах вариантов.
В соответствии с существующей методикой технико-экономических расчётов в качестве основного метода оценки рекомендуется метод срока окупаемости. В этом случае показателями являются капитальные вложения (затраты) и ежегодные (текущие) эксплуатационные расходы. Экономические (стоимостные) показатели в большинстве случаев являются решающими при технико-экономических расчётах. Однако если рассматриваемые варианты равноценны в отношении стоимостных показателей предпочтение отдают варианту с лучшими техническими показателями.
При экономических расчётах для сравнения двух вариантов используют метод срока окупаемости лет.
1 Технико-экономический расчет кабельных линий
Технико-экономический расчет кабельной линии покажем на примере линии Л-1(ГПП-ТП1) (вариант №1).
Определение капитальных затрат: L=0195 км кабель марки ААБ (3×95) стоимость 1 км кабеля 18494 тыс.руб расход металла на 1 км q=03 ткм.
Стоимость кабельной линии:
Полная масса металла:
Определение эксплуатационных расходов на кабельную линию:
Коэффициент загрузки кабельной линии:
Потери в кабеле при полной нагрузке:
Действительные потери мощности:
Потери электроэнергии в линии:
Стоимость потерь электроэнергии:
Амортизационные отчисления на кабельную линию:
Результаты остальных расчетов сведем в табл. 1.17 1.18 1.19
Таблица 1.17. ТЭР кабельных линий (вариант №1)
Таблица 1.18. ТЭР кабельных линий (вариант №2)
Таблица 1.9. ТЭР кабельных линий (вариант №3)
2 Технико-экономический расчет трансформаторных подстанций
В качестве примера определим технико-экономические показатели трансформаторов установленных в ТП-1 для 1-го варианта схемы электроснабжения.
На ТП-1 установлены два трансформатора типа: ТМ 100.4 мощностью 400 кВА.
Технические параметры трансформатора:
=21%; =45%; =147 кВт; =55 кВт.
Стоимость одного трансформатора тыс.руб. Тогда полная стоимость цеховой ТП будет равна:
Определим приведенные потери в трансформаторе:
Определим стоимость потерь электроэнергии в трансформаторе:
Стоимость потерь в трансформаторе:
Стоимость амортизационных отчислений:
Данные остальных расчётов сведем в табл. 1.20 1.21 1.22
Трансформаторные подстанции (вариант №1)
Трансформаторные подстанции (вариант №2)
Трансформаторные подстанции (вариант №3)
3 Технико-экономический расчет высоковольтных выключателей
Рассмотрим на примере (варианта №1) ГПП-ТП1 результаты расчета результаты расчета других вариантов сведем в табл. 1.23 1.24 1.25
На линии установлено два выключателя марки Siemens 3AH5 стоимость выключателя составляет 100 тыс.руб тогда капитальные вложения на установку выключателя составят:
где К1- стоимость выключателя; n- количество выключателей.
Эксплуатационные расходы на выключатель составят:
где - коэффициент окупаемости электрооборудования для срока в шесть лет.
Высоковольтные выключатели (вариант №1)
Высоковольтные выключатели (вариант №2)
Высоковольтные выключатели (вариант №3)
4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ
Рассмотрим на примере (варианта №1) результаты расчета других вариантов сведем в табл. 1.28
Единовременные капитальные вложения:
Амортизационные отчисления:
Ежегодные эксплуатационные расходы:
Технико-экономическое сравнение вариантов
Исходя из результатов полученных при технико-экономическом расчёте принимаем вариант №2 в качестве схемы внутризаводского электроснабжения так как он отвечает требованиям надёжности а также имеет минимальные приведённые затраты.
РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Основной причиной нарушения нормального режима работы системы энергоснабжения является возникновения КЗ в сети или в элементах электрооборудования вследствие повреждения изоляции или неправильных действий обслуживающего персонала. Для снижения ущерба обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов КЗ а также для быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения необходимо правильно определять токи КЗ и по ним выбирать электрооборудование защитную аппаратуру и средства ограничения токов КЗ. При возникновении КЗ имеет место увеличение токов в фазах системы электроснабжения или установок по сравнению с их значением в нормальном режиме работы. В свою очередь это вызывает снижение напряжений в системе которая особенно велико вблизи места КЗ.
В трехфазной сети различают следующие виды КЗ: трехфазные двухфазные однофазные и двойные замыкания на землю. Расчетным видом КЗ для выбора или проверки параметров электрооборудования обычно считают трехфазное КЗ.
Расчет токов КЗ ведем в относительных единицах (Ом).
Ввиду того что обе секции шин загружены равномерно в расчёте будем рассматривать лишь одну секцию шин. Выберем самую нагруженную и удалённую ветвь и посчитаем на ней возможные значения токов короткого замыкания рис. 1
Составим схему замещения:
Рассчитаем сопротивления элементов системы:
линия (2 двигателя номиналом 800 кВт)
линия (двигатель номиналом 400 кВт)
линия (двигатель номиналом 1000 кВт)
линия (двигатель номиналом 500 кВт)
Определяем ударный ток:
После того как мы нашли Ток к.з. можно проверить кабели на термическую стойкость.
α – температурный коэффициент зависящий от материала жилы. Для алюминия =12
tn – приведенное время срабатывания защиты.
I - установившееся значение периодического Iкз.
Выбранное сечение жил проходит по термической стойкости.
Минимальное сечение на 10 кВ должно быть 35 мм2.
Минимальное сечение на 10 кВ должно быть 25 мм2.
Таким образом принимаем минимальное сечение 35 мм2.
Минимальное сечение на 04 кВ должно быть 50 мм2.
ВЫБОР АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
Выбор и проверка шин ГПП
Sр=1460618 кВА; Uс=10 кВ tп=21 с.
Определим ток на шинопроводе:
Определим допустимый ток на шинопроводе с учетом поправочных коэффициентов:
где к1=095 – поправочный коэффициент при расположении шин горизонтально (плашмя);
к2=10 – для однополосных шин;
к3=10 – поправочный коэффициент для шин при температуре окружающей среды 250С.
Выбираем жесткие однополосные алюминиевые шины прямоугольного сечения (80х8) мм2 с Iдоп=1320 А.
Проверим шинопровод на электродинамическую стойкость:
а) определим расчетное усилие от динамического воздействия тока короткого замыкания:
где a=2h=2*50=100 мм - расстояние между осями шинопровода.
б) определим момент сопротивления одной полосы:
в) определим максимальное расчетное напряжение в шинах:
Для алюминиевых полосовых шин допустимое напряжение на изгиб принимается =650 кгссм2. Так как то выбранный шинопровод проходит по электродинамической стойкости.
проверим шинопровод на механический резонанс:
Определим частоту собственных колебаний:
Проверим шинопровод на термическую стойкость:
Выбор и проверка головных и секционных выключателей.
Определим наибольший рабочий ток:
Высоковольтные выключатели выбираются по номинальному току номинальному напряжению по типу роду установки с сопоставлением технико-экономических показателей и проверяются по электродинамической термической устойчивости и отключающей способности в режиме к.з.
Намечаем к установке высоковольтный вакуумный выключатель Siemens 3AH5-10-1250-20 со следующими параметрами:
Uном = 10 кВ; Iном = 1250 А;
Iоткл.ном. = 20 кА; Iтер.но.м = 20 кА; tтер.норм = 4 c;
Iвкл.ном. = 20 кА; tвыкл.соб = 008 c
) По условиям рабочего продолжительного режима имеем:
Uном = 10 кВ = Uсети = 10 кВ
Iном = 1250 А > Iраб.нб = 84329 A.
) Проверка выключателя по отключающей способности
Iоткл.н = 20 кА > IПО = 765 кА
) На электродинамическую стойкость
Iпр.скв. = 20 кА > IПО = 765 кА
Iпр.скв. = 65 кА > iу2 = 1469 кА.
) Проверка выключателя на термическую стойкость
где Вк расчетный тепловой импульс тока КЗ
Вывод: выбранный выключатель удовлетворяет всем условиям
Выбор и проверка высоковольтных выключателей для защиты
ЦТП и асинхронных двигателей.
Выбираем вакуумный выключатель типа Siemens 3AH5-10-1250-20 со следующими параметрами:
а) по номинальному напряжению
б) по номинальному току
Iном = 1250 А > Iраб.н = 12932 A.
Выбор трансформатора собственных нужд
Определим предварительную мощность трансформатора собственных нужд.
Предположим что на собственные нужды предприятием расходуется 1% от расчетной мощности предприятия:
Выбираем трансформатор типа ТМ-12010-У1 с =120 кВА
По номинальному напряжению:
Определим коэффициенты загрузки ТСН в нормальном и аварийном режимах:
Коэффициент загрузки в аварийном режиме не превышает 14.
Вывод: выбранный трансформатор собственных нужд удовлетворяет всем расчетным условиям.
Выбор и проверка предохранителя для защиты ТСН
Выбираем предохранитель типа ПКТ101-10-8-20У3:
Uном=10 кВ; Iном.=8 А; Iоткл.ном.=20 кА
Iном = 8 А > Iраб.н = 693 A.
Проверим предохранитель по отключающей способности:
Вывод: предохранитель удовлетворяет условиям проверки.
Выбор и проверка трансформатора напряжения
Выбираем трансформатор напряжения типа НТМИ-10 который имеет следующие характеристики:
Uном.ВН=10 кВ; к=05; Sном=150 ВА; Smax=1000 ВА
Проверим выбранный трансформатор напряжения по вторичной нагрузке:
- нагрузка всех измерительных приборов и реле присоединенных к трансформатору напряжения ВА.
Вывод: выбранный трансформатор напряжения удовлетворяет всем условиям проверки.
Выбор предохранителя для защиты трансформатора напряжения
Выбираем предохранитель типа ПКН001-10У3 с Uном=10 кВ Iном=50 80 А.
По номинальному напряжению
Вывод: выбранный предохранитель удовлетворяет условию выбора.
Выбор нелинейного ограничителя перенапряжения
Выбираем нелинейный ограничитель перенапряжения типа ОПНп-1012101(2) УХЛ2.
по номинальному напряжению
Вывод: выбранный ОПН удовлетворяет условиям выбора.
Выбор и проверка трансформатора тока
Выбираем трансформатор тока типа ТНПШ-1 который имеет следующие характеристики:
Uном = 10 кВ; Iном = 175 кА;
Iтер.ст = 24 кА; tтер.ст = 10 c
Iном = 175 кА > Iраб.нб = 84329 A.
Проверим выбранный трансформатор тока:
а) на электродинамическую стойкость.
Электродинамическая стойкость шинных трансформаторов тока определяется устойчивостью самих шин распределительной подстанции вследствие этого такие трансформаторы по этому условию не проверяются.
б) по кратности термической стойкости:
Вывод: выбранный трансформатор тока удовлетворяет всем условиям проверки.
Выбор и проверка выключателей нагрузки для защиты ТП-1004
Выбираем выключатель нагрузки типа ВНП-17:
Uном = 10 кВ; Iном = 400 А;
Iпр.скв. = 145 кА; Iоткл.ном. = 20 кА;
Iтер.ст. = 67 кА; tтер.ст. = 10 с;
Iвкл.ном. = 20 кА; tвкл.ном. = 05 c; tвыкл.пол. = 1 c
Iном = 400 А > Iраб.н = 12932 A.
Проверим выбранный выключатель нагрузки
а) по отключающей способности
Iоткл.н = 20 кА > IПО = 534 кА
а) по включающей способности
Iвкл.н = 20 кА > IПО = 534 кА
в) на электродинамическую стойкость
Iпр.скв. = 145 кА > IПО = 534 кА
Iпр.скв. = 25 кА > iу3 = 868 кА.
Вывод: выбранный выключатель нагрузки удовлетворяет всем условиям проверки.
Выбор и проверка предохранителя для ЦТП
Выбираем предохранитель типа ПКТ103-10-160-20У3:
Uном=10 кВ; Iном.=160 А; Iоткл.ном.=20 кА
Iном = 160 А > Iраб.н = 12932 A.
Выбор автоматических выключателей
Выбираем автоматический выключатель Schneider Electric Compact LS 380-1600-150
Uном = 380 В; Iном = 1600 А;
Iоткл.ном. = 150 кА;
Проверим выключатель
Uном = 380 В = Uсети = 400 В
Iном = 1600 А > Iраб.н = 1293 A.
в) по отключающей способности
Iоткл.н = 150 кА > IПО = 3175 кА
Выбор измерительных приборов
Счетчик ватт-часов: САЗ-И681
Счетчик вольт-ампер-часов: СР-И673Д
Все выбранные аппараты и условия их проверки сведем в таблицу
Выбранные электрические аппараты
Электрический аппарат или проводник
Условия выбора и проверка
Iдоп=1320 А.> Iрасч=88767 А.
=29672 кгссм2=650 кгссм2
Трансформатор напряжения НТМИ-10
Предохранитель ПКН001-10У3
Нелинейный ограничитель перенапряжения ОПНп-1012101(2) УХЛ2
Трансформаторы тока ТНПШ-1
Трансформатор собственных нужд ТМ-12010-У1
Предохранитель ПКТ101-10-8-20У3
Выключатель нагрузки ВНП-17
Высоковольтный выключатель Siemens 3AH5-10-1250-20
Высоковольтный выключатель Siemens 3AH5-10-1250-20
Предохранитель ПКТ103-10-160-20У3
Автоматический выключатель Schneider Electric Compact LS 380-1600-150
Iоткл.н = 150 кА > IПО =3175 кА
В результате выбранный вариант соответствует требованиям предъявляемым к системам промышленного электроснабжения соответствующими директивными материалами отраслевым инструкциям и ПУЭ.
Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию 4-е изд.-М:Высш.шк.2005-255 с.
Алиев И.И. Абрамов М.Б. Электрические аппараты. Справочник. – М: Издательское предприятие РадиоСофт 2005.-256 с.
Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. – М.:Изд-во «Мастерство» Высш.шк.2001-320 с.
Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Интермет Инжиниринг 2005.
Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установое. – М.:Высш.шк.1981.-376 с.
Неклепаев Б.Н. Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования :Учеб. пособие для вузов. – 4-е изд.перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат 1989. – 608 с.: ил.
Правила устройства электроустановок. 6-е изд. переработанное и дополненное с изменениями. Главгосэнергонадзор России. М.:1998.
Справочник электрика Под ред. В.И. Григорьева.-М.: Колос.2004-746 с.
Федоров А. А. Сербиновский Г. В Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. В 2-х кн. М.: «Энергия» 1974.
Федоров А. А. Старкова Л. Е.. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: М.: Энергоатомиздат 1987. – 368 с.

Ген.план-2.dwg

распределительный пункт
- трансформаторная пст
Инв.N подли дата Взам. инв.N
- высоковольтная нагрузка
- низковольтная нагрузка
Питание от пст системы