Расчет схемы электроснабжения цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет схемы электроснабжения цеха



Содержание

Введение

1. Выбор схемы электроснабжения, расчет электрических нагрузок

1.1 Выбор схемы электроснабжения

1.2 Расчет электрических нагрузок

2. Выбор мощности трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности

3. Компоновка КТП

4. Проверка электрооборудования напряжением 10 кВ на действие токов короткого замыкания

5. Выбор кабеля 10 кВ

6. Расчет заземления



Введение

Электроэнергетика более чем какая-либо другая отрасль народного хозяйства определяет уровень экономического развития страны.

Многие электростанции, сетевые и другие объекты Белоруской энергосистемы по качественному составу техники, организации управления, автоматизации и экономическим показателям находятся на передовых рубежах современного промышленного производства. Непрерывную вахту на своих местах несут квалифицированные энергетики. Все это позволяет с достаточной степенью надежности обеспечивать электрической и тепловой энергией промышленность, сельское хозяйство, транспорт, социальную сферу и во многом определяет устойчивую работ народного хозяйства.

После появления источника непрерывного электрического тока - Вольтова столба, открытого итальянским физиком А. Вольтой в 1799 г., а затем и более совершенных гальванических элементов, оказались возможными многочисленные исследования различных действий электрического тока, вызвавших практический интерес к этому новому виду энергии.

Огромную роль в жизни республики сыграл пуск в 1930 г. Первой в Белоруссии районной электростанции - Белорусской ГРЭС. В 1931 г. Была создана Белорусская энергосистема. В 1940 г. Установленная мощность электростанции достигла 128 мВт, выработка электроэнергии - 508 млн. кВт*ч. В 1962 г. Закончилось формирование энергосистемы - все электростанции подключились на параллельную работу.

Главная проблема, стоящая ныне перед Белорусской энергетикой, - ликвидация острого дефицита мощности источников электроэнергии. Электроэнергетика как базовая отрасль должна стать менее зависимой от внешних поставок электроэнергии и топлива.

В настоящий момент строиться первая Белорусская атомная электростанция- в 18-ти километрах от г. Островец. Дата введения первого энергоблока в эксплуатацию - 2020 г.

Ведутся работы по разработке солнечных электростанций. Планируется построить коммерческую солнечную электростанцию компанией velcom. Заявленная мощность электростанции - 22,3 МВт. Она начнет работать этим летом в Брагинском районе. Солнечная электростанция будет включать 85 тысяч солнечных панелей, которые занимают территорию 56 га. Перспективной представляется разработка космических солнечных станций.



1. Выбор схемы электроснабжения, расчет электрических нагрузок

1.1 Выбор схемы электроснабжения

Выбор рациональной схемы электроснабжения наряду с выбором напряжения является одним из главных вопросов, решаемых при разработке проекта реконструкции системы электроснабжения. Оба данных вопроса рассматриваются в неразрывной связи друг с другом. Проектируемая схема должна включать в себя элементы существующей при соответствии их пропускной способности новым расчетным условиям. Равным образом это касается ТП, РУ высокого напряжения, кабельных линий, токопроводов и других элементов.

Схема распределения электроэнергии строится с соблюдением принципов приближения высокого напряжения к потребителям, отказа от холодного резерва, раздельной работы линии и трансформаторов, глубокого секционирования.

Схема должна быть простой, удобной в эксплуатации, ремонтопригодной, предусматривать применение комплектного электрооборудования и индустриальных способов монтажа.

При выборе схемы обязательно учитывается перспектива развития предприятия на 8-10 лет.

Существующая схема внешнего электроснабжения анализируется с точки зрения обеспечения требуемой степени бесперебойности питания. При необходимости добавляются новые линии и трансформаторы.

Виды схем:

1) Радиальные

2) Магистральные

3) Смешанные

Факторы влияющие на выбор схемы:

1) Категория потребителя по надежности электроснабжения

2) Расположение цехов относительно друг друга и источника питания

3) Режим работы эл. оборудования в цехе, который определяет график нагрузки цеха

Радиальная схема электроснабжения применяется, когда электроприемники расположены в разных направлениях от питания (шкафа или распределительного пункта).

Радиальные схемы бывают двухступенчатые или одноступенчатые.

Небольшие объекты и питание сосредоточенных крупных потребителей используют одноступенчатые схемы. Для двухступенчатых радиальных схем вместе с промежуточными РП используют при электроснабжение средних и крупных объектов с подразделениями, которые располагаются на огромной территории.

Радиальная схема питания имеет большую гибкость и удобство в эксплуатации, и повреждение или ремонт одной линии влияет на работе лишь одного потребителя.

Магистральные схемы передачи и распределения электроэнергии применяются при расположении нагрузок в одном направлении от источника питания.

Электроэнергия к подстанциям поступает по ответвлениям от линии (воздушной либо кабельной), поочерёдно заходящей на несколько подстанций.

Число трансформаторов, присоединяемых к одной магистрали, зависит от мощности трансформаторов и требуемой бесперебойности питания. Магистральные схемы могут выполняться с одной, двумя и более магистралями.

Магистральные схемы передачи и распределения электроэнергии дают возможность снизить по сравнению с радиальными затраты за счёт уменьшения длины питающих линий, уменьшения коммутационной аппаратуры. Однако по сравнению с радиальными они являются менее надёжными, так как повреждение магистрали ведёт отключение всех потребителей, питающихся от неё.

Для электроснабжения цеха №2 выбираем радиальную схему электроснабжения.

1.2 Расчет электрических нагрузок

Расчёт электрических нагрузок промышленных предприятий необходим для определения и выбора всех элементов системы электроснабжения: линий электропередач, трансформаторных подстанций, питающих и распределительных сетей.

Расчет производим методом коэффициента расчетной нагрузки (РТМ 36.18.32.4-92) по форме Ф636-92.

В соответствии с РТМ 36.18.32.4-92 расчетная активная мощность группы электроприемников (количество электроприемников в группе более одного) на напряжение до 1 кВ определяется по выражению

(1)

где Kp - коэффициент расчетной мощности;

kиi - коэффициент использования i-го электроприемника, где ku = рс/рн,

Ки = Рс/Рн

- коэффициент использования отдельного электроприемника ku или группы ЭП; Ки - отношение средней активной мощности отдельного ЭП рс или группы ЭП Рс за наиболее загруженную смену к ее номинальному значению;

рнi - номинальная мощность i-го электроприемника;

n - количество электроприемников в группе.

Групповой коэффициент использования

(2)

Значение Кр зависит от эффективного числа электроприемников (nэ), группового коэффициента использования (Ки), а также от постоянной времени нагрева сети, для которой рассчитываются электрические нагрузки.

В случаях, когда расчетная мощность Рр, вычисленная по выражению (2), окажется меньше номинальной наиболее мощного электроприемника (рн.макс), следует принимать

Рр = рн.макс.

Расчетная реактивная мощность определяется следующим образом:

- для питающих сетей (питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты) в зависимости от значения nэ:

при nэ 10

(3)

при nэ > 10

(4)

- для магистральных шинопроводов и на шинах цеховых трансформаторных подстанций, а также при определении реактивной мощности в целом по цеху, корпусу:

(5)

где tgi - коэффициент реактивной мощности i-го электроприемника, принимаемый по значению cos.

При определении рн для многодвигательных приводов учитываются все одновременно работающие электродвигатели данного привода.

Для электродвигателей с повторно кратковременным режимом работы их номинальная мощность приводится к длительному режиму (ПВ=100 %).

Значение токовой расчетной нагрузки, по которой выбирается сечение линии по допустимому нагреву, определяется по выражению:

(6)

где

- полная расчетная мощность узла нагрузки, кВ·А.

Для примера приведем расчет электрических нагрузок распределительного шкафа ШР1.

Определяем суммарную мощность групп электроприемников. В многодвигательных станках суммируем мощность всех ЭП. Разобьем электроприемники по группам:

Шлифовальные станки:

Рн1 гр. = (30+18,5+4+0,75)*4 = 53,25 * 4 = 213 кВт

Обдирочные станки:

Рн2 гр. = (15+3+1,1)*4 = 19,1 * 4 = 76,4 кВт

? Рн.гр. = Рн1 гр. + Рн2 гр. = 213 + 76,4 = 289,4 кВт

Определяем среднюю активную мощность электроприемников за наиболее загруженную смену в группах:

Шлифовальные станки:

КиРн н1 гр.= 213* 0,35 = 74,55 кВт

Обдирочные станки:

КиРн н2 гр.= 76,4 * 0,17 = 12,99 кВт

Суммарная средняя активная мощность за наиболее загруженную смену на ШР1:

? КиРн =74,55+12,99= 87,54 кВт

Коэффициент использования ШР1

Ки =? КиРн / ? Рн.гр. = 87,54 / 289,4 = 0,30248

Среднюю реактивную мощность групп электроприемников за наиболее загруженную смену:

Шлифовальные станки:

КиРнtg н1 гр. = 213* 0,35 * 1,1691296 = 87,158608 квар,

Обдирные станки:

КиРнtg н2 гр. = 76,4* 0,17 *1,1691296 = 15,1846546 квар,

? КиРнtg = 87,158608 +15,1846546 = 102,34323квар

Коэффициент реактивной мощности ШР1

tg = ? КиРн / ? КиРнtg = 87,54/ 102,34323= 0,86

Коэффициент активной мощности ШР1 cos(arctg0,86) = 0,76

Эффективное число электроприемников:

nэ = (Рн)2/n рн2 = (289,4) 2 / (4 * 53,25 2 + 4 * 19,1 2) = 6

Коэффициент максимума Кр = 1,28 (таблица 1, [3]).

Активная максимальная мощность:

Рр = Кр? КиРн = 1,28 * 87,54 = 112,049 кВт

Реактивная максимальная мощность:

Qр = 1,1? КиРн tg = 13,7040684 квар

Полная мощность:

= 112,8836 кВА

Расчетный ток:

Iр = Sр / (1,73 * Uн) = 112,8836 / (1,73 * 0,38) = 171,7121461 А

При определении нагрузки на секциях ТП Кр определялся по [3], таблица 2.1.

Расчёт остальных распределительных щитов производим на ЭВМ, таблицы прилагаются.



2. Выбор мощности трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности

Экономичность, надежность и удобство эксплуатации СЭС напряжением до 1кВт в значительной степени зависят от правильного выбора вида ТП и их размещения на территории промышленного объекта. Каждый вид ТП имеет свою область рационального применения с учетом обеспечения требований надежности электроснабжения потребителей.

Правильный выбор числа и мощности трансформаторов на цеховых трансформаторных подстанциях являеться одним из основных вопросов рационального построения СЭС.

Наличие резервных линий (РЛ) между ТП позволяет эффективно осуществлять электроснабжение потребителей при резких снижениях нагрузок в нерабочее время путем отключения части подстанций.

Выбор мощности трансформаторов производится исходя из расчетной нагрузки объекта электроснабжения, числа часов использования максимума нагрузки, стоимости электроэнергии, темпов роста нагрузки, допустимой перегрузки трансформаторов и их экономической загрузки.

Предварительно рассчитаем ориентировочную мощность трансформаторов, удовлетворяющую указанным выше условиям

Sт = Рр / вт*N, где [5]

Рр - расчетная активная нагрузка электроприемников цеха, кВт;

вт - коэффициент загрузки трансформатора, вт=0,9;

N - число трансформаторов, шт.

Sт=(229,95+250) / (0,9*1)=533,28 кВА

Пользуясь шкалой мощности трансформаторв, принимаем трансформатор мощностью 630 кВА

Выбираем ТМГ12/630

Таблица 2.1 - Технические характеристики силового трансформатора

Тип	Потери холостого хода Pхх, кВт	Потери короткого замыкания, Pкз, кВт	Ток холостого хода, Iхх, %	Напряжение короткого замыкания, uкз, %	Примечание
ТМГ12/630	0.8	6.75	0.6	5,5	Y/Y-0

Для снижения потерь электрической энергии применяется компенсация реактивной мощности, т.е. снижение потребления реактивной мощности, что достигается в основном применением компенсирующих устройств, КБ (конденсаторных батарей).

Суммарная расчётная мощность определяется по формуле:

Qкб=Рр(tgц1+tgц2) [5]

Следует отметить, что обычно не рекомендуют компенсировать РМ полностью (до cosц=1), т.к. при этом возможна перекомпенсация (за счет переменной величины активной мощности нагрузки и других случайных факторов). Обычно стараются достигнуть значений cosц =0,9…0,95.

Qкб=479,95(0,9-0,2)=335,97квар

По справочнику [4] выбираем конденсаторную батарею

YKM-0,4-350-25У3

Конденсаторную батарею устанавливаем в помещение трансформаторной подстанции.



3. Компоновка КТП

Конструкция трансформаторной подстанции, как правило, состоит из трех основных узлов: РУ первичного напряжения, содержащего сборные и соединительные шины, аппараты присоединений защиты; камер трансформаторов; РУ вторичного напряжения. Взаимное расположение улов подстанций следует выполнять таким образом, чтобы длина ошиновки и кабеля была минимальной.

Пользуясь справочной литературой выбираем необходимые типы шкафов для КТП цеха. Компоновку и схему КТП приводим на рис.4.1

Рисунок 4.1 - Компоновка и схема КТП цеха

ШВ3-шкаф ввода ВН для однорядной КТП;

Т - трансформатор;

1 - шкаф стыковой;

2 - шкаф рабочего ввода НН (8ШН-14У);

3 - шкаф питания отходящих линий (3ШН606);

4 - шкаф питания отходящих линий (3ШН304);

5 - конденсаторная батарея (УКМ-0,4-350-25УЗ).

Выбираем автоматические выключатели на КТП

Таблица 4.2 - Автоматические выключатели на КТП

Наименование	Iном,А	Iпуск,А	Iном. ВА,А	Iном.расцепителя,А	Kотс. расчетный	Котс.	Тип выключателя
ШС(на сборке)	159,1	289,2	160	160	2	10	ВА51-33
ШР-1	171,7	291,57	250	200	2	12	ВА51-35
ШР-2	33,9	197,5	100	40	6	7	ВА51-31
ШР-3	89,8	347,2	100	100	4	7	ВА52-31
ШР-4	184,5	207,22	250	200	1,3	12	ВА51-35
ШР-5	114,5	370,42	160	125	4	10	ВА51-33
ЩО	42,4	42,4	100	50	1	3	ВА51-31
КРУ	86,4	564,12	100	100	7	10	ВА52-31
ШС(на КТП)	159,1	289,2	250	200	2	12	ВА51-35
Дополнительная нагрузка			400	400			ВА51-37
Общий ВА	900		1000				ВА53-41



4. Проверка электрооборудования напряжением 10 кВ на действие токов короткого замыкания

На стороне 10 кВ:

= 630 / (1,73 * 10,5) = 34,7 А

В РУ-10 кВ выбираем алюминиевые шины с размером полос 30 х 4 мм (b х ), сечением мм2, с Iдоп = 365 А. Полоса установлена на ребро, расстояние между опорными изоляторами (пролёт) принимаем 1 = 1000 мм, расстояние между фазами а = 350 мм. Установка шин на изоляторы приведена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Расположение полос на изоляторах.

Проверяем шины на динамическую устойчивость к действию токов КЗ.

Усилие, действующее между фазами при трёхфазном КЗ

Fрасч=(1,73i2удl/a) х 10-7= (1,73 * 80002 * 1 / 0,35) * 10-7 = 31,6 Н

l - расстояние между изоляторами шинной конструкции (пролет), м;

a - расстояние между фазами, м;

iуд - ударный ток при трехфазном КЗ (определяется из задания), А.

Определяем механическое напряжение в шинах

расч =F l / (10W) = 31,6 * 1 / (10 * 0,08) = 40 МПа,

где

W = b2 h/6 = 0,42 * 3 / 6 = 0,08 см3 -

момент сопротивления шин.

Выбранные шины сечением 30 х 4 см удовлетворяют условию динамической устойчивости, т. к. расч = 40 МПа < доп = 80 МПа.

Изоляторы для РУ-10 кВ выбираем на номинальные напряжение и ток, и проверяем на механическую нагрузку при КЗ с условием, что полученное значение Fpасч не должно превышать 50% от разрушающей нагрузки для данного типа изолятора.

Наибольшая расчетная нагрузка на головку опорного изолятора, Н, определяется электрический замыкание трансформатор мощность

Fрасч=(1,76i2удl/a) х 10-1= (1,76 * 82 * 1 / 0,35) * 10-1= 32 Н

Принимаем к установке опорные изоляторы типа ИО-10-3,75 У3 с параметрами Uн = 10 кВ, Fpазр = 3750 Н. В этом случае 0,6Fразр > Fpacч; 0,6 * 3750 = 2250 Н > 32 Н, что соответствует условию.

Определим приведенное время, в течение которого установившийся ток к.з. выделяет такое же количество тепла, как и изменяющийся во времени ток к.з. за действительное время короткого замыкания

tпр= tоткл. + Ta = 1,2 + 0,01 = 1,21 с,

где tоткл. - время отключения цепи защитой, с;

Ta - время затухания апериодической составляющей, 0,01 с.

Проверяем изолятор по условиям:

Параметры	Каталожная величина аппарата	Расчетная величина установки	Условия для выбора и проверки
Номинальное напряжение, кВ	Uном = 10 кВ	Uном у = 10 кВ	Uном ? Uном у; 10 кВ = 10 кВ
Допустимое усилие на головку изолятора, Н	Fдоп = 3750 Н	Fрасч = 32 Н	Fдоп=0,6Fразр ? Fрасч; 2250 Н > 32 Н
Допустимый ток термической стойкости	=(45*0,35)2*1,21=300кА2с.	6 кА	? 300кА2с>62*1,21=43,5кА2с

Для контроля и учета на стороне высшего напряжения принимаем трансформатор тока ТПЛ-10-0,5/Р-150УЗ с параметрами:

Iном1=100 А - номинальный ток на первичной стороне;

Iном2=5 А - номинальный ток на вторичной стороне;

Ктс=45 - коэффициент термической стойкости;

Кдин=250 - коэффициент динамической стойкости.

Проверяем трансформатора тока ТПЛ-10-0,5/Р-150УЗ по условиям:

Параметры	Каталожная величина аппарата	Расчетная величина установки	Условия для выбора и проверки
Номинальное напряжение, кВ	Uном = 10 кВ	Uном у =10 кВ	Uном ? Uном у; 10 кВ = 10 кВ
Номинальный ток, А	Iном = 100 А	Iр = 35 А	Iном ? Iр; 100 А > 35А
Электродинамическая стойкость, кА2с	Кдин=250	8 кА	1,41*250*0,35=123 кА >
Термическая стойкость (односекундная), кА2с	=(45*0,35)2*1=248кА2с.	6 кА	? 248кА2с>62*1,21=36кА2с

Высоковольтный разъединитель РВФ3-10/630УХЛ3 выбираем из условий:

Параметры	Каталожная величина аппарата	Расчетная величина установки	Условия для выбора и проверки
Номинальное напряжение, кВ	Uном = 10 кВ	Uном у = 10 кВ	Uном ? Uном у; 10 кВ = 10 кВ
Номинальный ток, А	Iном = 630	Iр = 35 А	Iном ? Iр; 630 А > 35А
Динамическая стойкость, кА	51 кА	8 кА	51 кА > 8 кА
Термическая стойкость, кА2с	=(45*0,35)2*1,21=300кА2с.	6 кА	? 300кА2с>62*1,21=43,5кА2с

Высоковольтные предохранители ПКТ-103-10-160-31,5-У3 выбираем из условий:

Параметры	Каталожная величина аппарата	Расчетная величина установки	Условия для выбора и проверки
Номинальное напряжение, кВ	Uном = 10 кВ	Uном у = 10 кВ	Uном ? Uном у; 10 кВ = 10 кВ
Номинальный ток, А	Iном = 160 А	Iр = 35 А	Iном ? Iр; 160 А > 35А
Предельная коммутационная способность переменного тока, кА	Icu = 31,5 кА	6 кА	Icu ? I; 31,5 кА > 6 кА



5. Выбор кабеля 10 кВ

Сечение жил кабеля выбираем по экономической плотности тока и проверяем по нагреву и термической стойкости при КЗ.

F = Iр / jэ = 36,89 / 1,4 = 26,35 мм2,

где Iр - расчетный ток кабеля в нормальном режиме, А;

jэ - экономическая плотность тока, А/мм2, принимаем в соответствии с [2] при числе часов использования 3000 - 5000 ч jэ = 1,4.

Расчетный ток кабеля в нормальном режиме

=638,197 / (1,73 * 10) = 36,89 А

где - расчетная нагрузка линий с учетом потерь в трансформаторе.

=638,197 кВА

Где

- активные потери в трансформаторе, кВт;

- реактивные потери в трансформаторе, квар.

Активные потери в трансформаторе определяем по формуле

6,75* (533,28 / 630)2 + 0,8= 5,64 кВт

Реактивные потери в трансформаторе определяем по формуле

5,5 * (533,282 / (100 * 630)) + 0,6 * 630 / 100 = 28,61 квар

По расчетному току нагрузки по таблице допустимых нагрузок для кабелей на напряжение выше 1 кВ выбираем минимальное сечение жил кабеля s = 35 мм2 из условия

Iдоп Iтп, 115 А > 36,89 А

Проверим выбранный кабель на термическую устойчивость тока КЗ по минимально-допустимому сечению

Fmin = Bk / С

где С = 85 - коэффициент для кабелей с алюминиевыми жилами.

Bk - тепловой импульс тока КЗ,А2*с

Bk=I2по*(tоткл + Ta)=140002* (0.6+0.01)=119560000 A2*c

Fmin =119560000/85=128.64 мм2

Принимаем кабель ААБл-3х150-10 (рисунок 7.1).

1) алюминиевая токопроводящая жила; 2) изоляция жил из пропитанной бумаги; 3) поясная изоляция (с полупроводящей бумагой для 6, 10 кВ); 4) алюминиевая оболочка; 5) подушка под броню; 6) броня из двух стальных лент; 7) наружный покров из стеклопряжи

Рисунок 7.1 - Силовой кабель ААБл с бумажной пропитанной изоляцией, в алюминиевой оболочке, бронированный

Кабель ААБл прокладывается в земле (траншеях) с низкой и средней коррозионной активностью, в помещениях, туннелях, каналах. В процессе эксплуатации не подвергается растягивающим усилиям.



6. Расчет заземления

Сопротивление заземляющего устройства нейтрали трансформатора 0,4кВ должно быть не более 4 Ом.

Заземляющее устройство выполняется общим, поэтому это требование является определяющим для расчета Rзащ.

Заземляющее устройство выполняется в виде контура из полосы 40х4мм.,проложенной на глубине 0,7м. вокруг цеха и стержней длинной 5м. и диаметром 12мм. На расстоянии 5 метров друг от друга. Общая длина полосы L= периметр цеха + 8м=Pц+8=168+8=176м.

Предварительное число стержней - 36 штук.

Грунт - супесь.

срасч.=Rсез. * с=300*1,45=435 Ом

Сопротивление одного стержня:

rст=0,27 * срасч =0,27 * 435=117,4 Ом

Необходимое число вертикальных заземлителей

nв= rст/ Rзащ. * зст=117,4/4 * 0,4=73,4 шт.,

где зст определено по таблице №13 методического указания для а/l=1, n=40

Сопротивление заземляющей полосы

rпол.=(0.366* срасч/L)*lg(2l2/bt)=13.82 Ом

где срасч - удельное сопротивление грунта, Ом*м;

L - длина полосы,м.;

b - ширина полосы,м.;

t - глубина заложения, м.

Сопротивление полосы в контуре из 36 электродов:

Rпол.= rпол/ зпол=13,82/0.21 Ом,

где зпол определено по таблице №15 методического указания

Необходимое сопротивление вертикальных заземлителей:

Rв=( Rпол* Rзащ)/ (Rпол- Rзащ)=65.8*4/65.8-4=4.25 Ом

Уточненное число стержней:

nв*= rпол./ зпол*Rпол=117,4./4,25*0,4=69,05 шт.

Размещено на Allbest.ru

...