Проектирование системы электроснабжения механического цеха серийного производства завода тяжелого машиностроения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Организационная часть

1.1 Основные исходные данные

1.2 Характеристика объекта

1.3 Выбор и обоснование схемы напряжением 0,4 кВ

2. Расчетная часть

2.1 Расчет электрических нагрузок

2.2 Компенсация реактивной мощности. Выбор типа, количества и мощности компенсирующих устройств

2.3 Выбор типа, количества и мощности силовых трансформаторов. Определение потерь мощности и энергии

2.4 Конструктивное исполнение КТП. Определение места расположения

2.5 Расчет питающей и распределительной сети. Выбор и защита ПРА

2.6 Предварительный выбор высоковольтного кабеля

2.7 Расчет токов короткого замыкания

2.8 Выбор высоковольтного оборудования

2.9 Окончательный выбор высоковольтного питающего кабеля

2.10 Расчет заземления

2.11 Расчет релейной защиты отходящей линии к КТП

Список литературы

1. Организационная часть

1.1 Основные исходные данные

Механический цех серийного производства (МЦСП) предназначен для серийного выпуска продукции для завода тяжелого машиностроения.

Он является вспомогательным звеном в цепи промышленного производства завода.

Цех имеет станочное отделение, производственные, вспомогательные, бытовые и служебные помещения. ЭСН осуществляется от ГПП напряжением 6 и 10 кВ, расположенной на территории завода на расстоянии 1,2 км от цеха. От энергосистемы до ГПП - 12км.

Потребители цеха относятся к 2 и 3 категории надёжности электроснабжения.

Количество рабочих смен-2. Грунт в районе цеха - суглинок при температуре +10^?С.

Каркас здания цеха смонтирован из блоков - секций, длиной 4 м каждый.

Размеры цеха АхВхН=48х32х8 м.

Все вспомогательные помещения двухэтажные высотой 3,5 м.

Перечень ЭО цеха дан в таблице.

Мощность электропотребления (Рэп) указана для одного электроприёмника.

Расположение ЭО цеха показано на плане.

№ на плане	Наименование ЭО	Рэп, кВт	Примечание
1…3	Карусельный фрезерный станок	12
4, 5	Станок заточный	3,4
6, 7	Станок наждачный	1,6
8	Вентилятор приточный	32
9	Вентилятор вытяжной	30
10	Продольно - строгальный станок	63,8
11, 12	Плоскошлифовальный станок	42
13…15	Продольно - фрезерный станок	24,5
16…18	Резьбонарезной станок	10
19, 20	Токарно-револьверный станок	22
21…28	Полуавтомат фрезерный	12,5
29, 30	Зубофрезерный станок	38
31…34	Полуавтомат зубофрезерный	10,2
35	Кран мостовой	32 кВ·А	ПВ=60%, cos ц=0,92

1.2 Характеристика объекта

Механический цех серийного производства (МЦСП) предназначен для серийного выпуска продукции для завода тяжелого машиностроения. Он содержит фрезерное отделение, заточное отделение, и отделение для вентиляции. Кроме того, имеются вспомогательные, бытовые и служебные помещения.

Основные ЭП цеха составляют станки серийного производства, кран и вентиляторы, мощностью от 1,6 до 63,8 кВт. Общая суммарная номинальная мощность по объекту составляет 644,7 кВт. Потребители цеха относятся к 2 и 3 категории надёжности ЭСН

Схему внутреннего электроснабжения радиальная. В цехе в качестве пунктов питания применены:ШР-11 комплектуемые предохранителями НПН60М, ПН-2, ПР комплектуемые автоматами АЕ2056.

«ТП получает питание по кабелю марки ААШв, сечением 3х35 мм², проложенным в траншее на глубине 0,7 м, длиной 1,2 км от заводского ГРП.

Резервное питание осуществляется по стороне 0,4кВ.»

На ГРП установлено следующее высоковольтное оборудование на отходящей линии к КТП:

Высоковольтный выключатель ВММ-10-400-10У2;

Трансформатор тока ТПЛ-10.

На высокой стороне трансформатора для защиты отходящей линии к КТП предусмотрена релейная защита, включающая в себя: ТО, МТЗ, защиту от замыкания на землю, выполнены токовыми реле РТ-40.

Для защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током предусмотрено заземление, заземляющей полосой -40х4 мм и вертикальными заземлителями - электрод длина 5 м, диаметр 12 мм.

Цех находится в IV климатической зоне. Почва суглинок»

1.3 Выбор и обоснование схемы напряжением 0,4 кВ

Для данного цеха принята радиальная схема. По радиальной схеме энергия от отдельного узла питания (РУ) поступает к одному достаточно мощному потребителю или группе электроприемников.

Радиальные схемы применяются для сосредоточенных нагрузок большой мощности, при неравномерном размещении приемников в цехе или группами на отдельных его участках, а также для питания приемников во взрывоопасных, пожароопасных и пыльных помещениях.

Выполняются схемы радиальные кабелями или проводами в трубах или коробах.

Достоинства: высокая надежность (авария на одной линии не влияет на работу приемников, получающих питание от другой линии) и удобство автоматизации. Повышение надежности радиальных схем достигается соединением шин отдельных РП резервирующими перемычками, на коммутационных аппаратах которых может выполняться схема АВР - автоматического ввода резервного питания.

Недостаток: дороговизна, ограниченная гибкость сети при перемещениях технологических механизмов, связанных с изменением технологического процесса.

2. Расчетная часть

2.1 Расчет электрических нагрузок

Расчет электрических нагрузок ведем для всех элементов СЭС (конденсаторные установки, силовые трансформаторы, ТП, КТП, питающие сети и т. д.). От величины электрических нагрузок зависят ТЭП проектируемой системы электроснабжения, в том числе капитальные затраты, расход металлов и эксплуатационные расходы.

Метод упорядоченных диаграмм (коэффициент максимума):

к_и к_max

Р_ном Р_см Р_р

где, Р_ном - паспортная мощность ЭП, кВт,

К_и - коэффициент использования, служит для перехода от паспортной мощность к сменной,

Р_см - сменная активная мощность за наиболее загруженную смену, кВт,

К_max - коэффициент максимума. Служит для перехода от Р_см к Р_р,

Р_р - активная максимальная расчетная мощность, кВт.

Для одиночного ЭП [2]

Для группы ЭП:

К_и.гр.=УР_см/УР_ном

Пример на одном ЭП:

Продольно-строгальный станок

Ки = 0,17 [2]

Cos =0,65 [2]

Tg =1,17 [2]

Определяем суммарную номинальную мощность ЭП, кВт

Рном = Рном*n (2.1.1)

Рном =63,8*1=63,8 кВт

Определяем активную среднюю мощность за наиболее загруженную смену, кВт

Рсм = Рном*Ки (2.1.2)

Рсм =63,8*0,17=10,8 кВт

Определяем реактивную среднюю мощность, кВАр

Qсм = Рсм*tg (2.1.3)

Qсм =10,8*1,17=12,6 кВАр

Определяем групповой коэффициент использования:

Ки гр = Рсм/Рном (2.1.4)

Ки гр = 132,8/644,7=0,21

Определяем эффективное число ЭП, шт.

n_эф = 2·УР_номУ/Р_{ном max} (2.1.5)

n_эф = 1289,4/63,8=20 шт.

Определяем максимальный коэффициент [1]

Кmax = 1,5

Определяем максимальную активную нагрузку, кВт

Рр = Рсм*Кmax (2.1.6)

Рр =132,8*1,5=200кВт

Определяем максимальную реактивную нагрузку, кВАр

Qр = Qсм (т.к. n_эф 10) (2.1.7)

Qр = 162,6кВАр

Определяем полную расчетную мощность, кВА

Sр = Рр² + Qр² (2.1.8)

Sр = 200²+162,6²=257кВА

Определяем максимальный расчетный ток, А

Iр = Sр/3*Uном (2.1.9)

Iр = 257/1,73*0,4=367А

Рассчитываем осветительную нагрузку.

Определяем площадь цеха металлоизделий, м²

S = А*В (2.1.10)

Определяем суммарную осветительную мощность, кВт

Рном.о = Руд*S*10^-3 (2.1.11)

Рном.о = 0,00008*1536000=122,8 кВт

Определяем активную среднюю мощность освещения, кВт

Рсм = Рр = Рном.о*Кс (2.1.12)

где Кс - коэффициент спроса [2]

Кс = 0,85

Рсм = Рр = 122,8*0,85=104,4 кВт

Определяем реактивную среднюю мощность освещения, кВАр

Qсм = Qр = Рсм*tg (2.1.13)

Qсм = Qр = 104,4*0 = 0 кВАр

Расчет силовой и осветительной нагрузки цеха металлоизделий приведены в таблице 2.1.1.

Табл. 2.1.1 Расчет электрических нагрузок по пунктам питания

Наименование ЭП	n, шт.	Рном кВт	Рном кВт	Ки	Cos tg	Рсм, кВт	Qсм, кВАр	m	nэф	Кmax	Рр, кВт	Qр, кВАр	Sр, кВА	Iр, А
Группа А
Карусельный фрезерный станок	3	12	36	0,16	0,5/1,73	5,76	10
Станок заточный	2	3,4	6,8	0,12	0,4/2,3	0,8	1,8
Станок наждачный	2	1,6	3,2	0,12	0,4/2,3	0,4	0,9
Продольно - строгальный станок	1	63,8	63,8	0,17	0,65/1,17	10,8	12,6
Плоскошлифовальный станок	2	42	84	0,16	0,5/1,73	13,4	23,2
Продольно - фрезерный станок	3	24,5	73,5	0,16	0,5/1,73	11,8	20,4
Резьбонарезной станок	3	10	30	0,12	0,4/2,3	3,6	8,3
Токарно-револьверный станок	2	22	44	0,17	0,65/1,17	7,5	8,8
Полуавтомат фрезерный	8	12,5	100	0,17	0,65/1,17	17	20
Зубофрезерный станок	2	38	76	0,17	0,65/1,17	13	15,2
Полуавтомат зубофрезерный	4	10,2	40,8	0,17	0,65/1,17	7	8,2
Кран мостовой	1	32/24,6	24,6	0,06	0,92/1,98	1,5	3
Итого по группе А	33		582,7	0,16		92,5	132,4	?3	21	1,65	152,6	132,4	202	288,5
Группа Б
Вентилятор приточный	1	32	32	0,65	0,8/0,75	20,8	15,6
Вентилятор вытяжной	1	30	30	0,65	0,8/0,75	19,5	14,6
Итого по группе Б	2		62	0,65		40,3	30,2	?3	2	1	40,3	33,2	52,2	74,5
Итого по группам	35		644,7	0,21		132,8	162,6	?3	20	1,5	200	162,6	257	367
Освещение			122,8	0,85	1/0	104,4	0				104,4	0
Итого			767,5		0,88/	237,2	162,6				304,4	162,6	345	492
Компенсация Q												-67
Всего с учетом компенсации					0,95/							95,6	319	455

Табл. 2.1.2 Расчет электрических нагрузок по пунктам питания

Наименование ЭП	n, шт.	Рном кВт	Рном кВт	Ки	Cos tg	Рсм, кВт	Qсм, кВАр	m	nэф	Кmax	Рр, кВт	Qр, кВАр	Sр, кВА	Iр, А
ШРА-1
1. Продольно - строгальный станок	1	63,8	63,8	0,17	0,65/1,17	10,8	12,6
2. Плоскошлифовальный станок	2	42	84	0,16	0,5/1,73	13,4	23,2
3. Продольно - фрезерный станок	3	24,5	73,5	0,16	0,5/1,73	11,8	20,4
4. Резьбонарезной станок	3	10	30	0,12	0,4/2,3	3,6	8,3
5. Токарно-револьверный станок	2	22	44	0,17	0,65/1,17	7,5	8,8
6. Кран мостовой	1	32/24,6	24,6	0,06	0,92/1,98	1,5	3
Итого по ШРА-1	12		319,9	0,15		48,6	76,3	>3	9	2,2	107	84	136	194
ШР-1
1. Карусельный фрезерный станок	3	12	36	0,16	0,5/1,73	5,76	10
2. Станок заточный	2	3,4	6,8	0,12	0,4/2,3	0,8	1,8
3. Станок наждачный	2	1,6	3,2	0,12	0,4/2,3	0,4	0,9
4. Вентилятор приточный	1	32	32	0,65	0,8/0,75	20,8	15,6
5. Вентилятор вытяжной	1	30	30	0,65	0,8/0,75	19,5	14,6
Итого по ШР-1	9		108	0,4		47,3	42,9	>3	7	1,58	74,7	47,2	88,4	126,3
ШРА-2
1. Полуавтомат фрезерный	8	12,5	100	0,17	0,65/1,17	17	20
2. Зубофрезерный станок	2	38	76	0,17	0,65/1,17	13	15,2
3. Полуавтомат зубофрезерный	4	10,2	40,8	0,17	0,65/1,17	7	8,2
Итого по ШРА-2	14		216,8	0,17		37	43,4	>3	10	2,1	77,7	47,7	91,2	130,3

2.2 Компенсация реактивной мощности. Выбор типа, количества и мощности компенсирующих устройств

В качестве основного средства компенсации мощности в механическом цехе серийного производства рекомендуется применять батареи статических конденсаторов и комплектные конденсаторные установки (ККУ). КУ является наиболее экономичным источником мощности.

На основе расчетов электрических нагрузок определяем необходимость компенсации реактивной мощности, т.е. определяем Cos:

Cos = Рр/Sр (2.2.1)

Cos = 304,4/345 = 088

В зависимости от S объекта выбираем формулу для расчета Qку:

Qку = Рр*(tg - 0,2) (2.2.2)

Qку = 304,4*0,33 = 100,5 кВАр

Определяем Qр, Sр и Cos_{после компенсации Q}

Qр = Qр - Qку спр, кВАр (2.2.3)

Qр = 162,6-67 = 95,6 кВАр

Sр = Рр² + (Qр)² (2.2.4)

Sр = 304,4² + 95,6² = 319 кВА

Cos _{после компенсации} = Рр/Sр (2.2.5)

Cos _{после компенсации} = 304,4/319 = 0,95, что соответствует ПУЭ.

Iр = Sр/3*0,38 (2.2.6)

Iр = 319/0,7 = 455 А

В цехе металлоизделий принята централизованная компенсация реактивной мощности, выполненная двумя комплектными конденсаторными установками типа УКБН-0,38-200-50У3 и подключена к ШНЛ через АВ.

2.3 Выбор типа, количества и мощности силовых трансформаторов. Определение потерь мощности и энергии

Для рационального построения схем электроснабжения предприятия существенное значение имеет правильный технический и экономически обоснованный выбор числа и мощности трансформаторов для цеховых КТП.

Предварительно определяем номинальную мощность трансформатора для однотрансформаторной подстанции, кВА

Sпред.тр = Sр/_т (2.3.1)

Sпред.тр = 319/0,8 = 398 кВА

Из шкалы мощностей трансформатора выбираем два : Sн.тр = 400 кВА

Коэффициент загрузки трансформатора:

_Т = Sр/Sн.тр (2.3.2)

_Т = 319/400 = 0,8

Выписываем технические данные трансформатора:

Табл. 2.3.1 Справочные данные силового трансформатора ТМФ-400/10/0,4

Тип	Кол-во	Ркз, кВт	Рхх, кВт	Uкз,%	Iхх,%	Группа соединения
ТМФ-400/10/0,4	1	5,5	0,95	4,5	2,1	Y/Yn-0

Определяем потери активной мощности, кВт

 Ртр = Ркз * _т² + Рхх (2.3.3)

Ртр = 5,5*0,8² + 0,95 = 4,5 кВт

Определяем потери реактивной мощности при номинальной нагрузке, кВАр

Qном = Sном.тр.*Uкз/100 (2.3.4)

Qном = 400*4,5/100 = 18 кВАр

Определяем потери реактивной мощности, кВАр

Qтр = Qном * _т² + Qхх (2.3.5)

Qхх = Sном.тр.* Iхх/100 (2.3.6)

Qхх = 400*2,1/100 = 8,4 кВАр

Qтр = 18*0,8² + 8,4 = 20 кВАр

Определяем по справочнику

Тmax - время работы трансформатора 4000 [3]

- число часов максимальных потерь 2000 [3]

Определяем годовые потери электроэнергии, кВт*ч

А = Ркз * _т² * + Рхх * Т (2.3.7)

А = 5,5*0,8²*2000 + 0,95*8760 = 15362 кВт*ч

Определяем экономический эквивалент реактивной мощности [3]

Кэ = 0,05 кВт/кВАр

Определяем потери мощности и энергии с учетом Кэ

Рхх = Кэ * Qхх + Рхх (2.3.8)

 Рхх = 0,05*8,4 + 0,95 = 1,4 кВт

Ркз = Кэ * Qном + Ркз (2.3.9)

Ркз = 0,05*18 + 5,5 = 6,4 кВт

Ртр = Ркз *_т² + Рхх (2.3.10)

Ртр = 6,4*0,8² + 1,4 = 5,5 кВт

Определяем потери электроэнергии за год, кВт*ч

А = Ркз * _т² * + Рхх * Т (2.3.11)

А = 6,4*0,8²*2000 + 1,4*8760 = 20456 кВт*ч

Полученные данные заносим в таблицу.

Табл. 2.3.2 Сводные данные на силовой трансформатор ТМФ-400/10/0,4

Тип	т	Ртр	Qтр	А	Ртр	А
ТМФ-400	0,8	4,5	20	15362	5,5	20456

2.4 Конструктивное исполнение КТП. Определение места расположения

КТП состоит из устройства ввода со стороны высокого напряжения (УВН), представляет собой шкаф глухого ввода (ВВ-2У1) - металлический шкаф без выключателя нагрузки, в котором высоковольтный кабель присоединяется непосредственно к выводам высокого напряжения силового трансформатора.

Шкаф ШВВ-2У1 комплектуется выключателем нагрузки ВНПз-17 с встроенным предохранителем типа ПК 10/100.

В КТП находится трехфазный двухобмоточный силовой трансформатор с масляным охлаждением ТМФ-400, а также шкафы низкого напряжения (ШНВ) и линейный отходящих линий (ШНЛ).

Место расположение заводской (ГПП) и цеховых подстанций должно быть вблизи центра их нагрузок, что сокращает протяженность, а следовательно, стоимость и потери в питающих и распределительных сетях электроснабжения предприятия.

В цехе применена КТП встроенного типа.

Рис. 1. Трансформаторная подстанция: вид сверху

А - устройство ввода ШВВ-2У1

Б - силовой трансформатор ТМ-400

1 - релейный шкаф

2 - низковольтный ввод ШНВ - 1У1

3 - линейный шкаф ШНЛ - 4У1

2.5 Расчет питающей и распределительной сети. Выбор и защита ПРА

Провода и кабели, выбранные по Iном или Imax, в нормальном режиме могут испытывать нагрузки, значительно превышающие допустимые из-за перегрузок ЭП, а также при однофазных и межфазных коротких замыканиях, поэтому как ЭП, так и участки сети должны защищаться защитными аппаратами, плавкими предохранителями, автоматическими выключателями и магнитными пускателями.

Если ток, протекающий по проводникам, будет превышать ток длительно допустимый (Iд.д.), определяемый ПУЭ, то это приведет к быстрому старению изоляции и выходу из строя. Поэтому очень важно выбранное сечение проводников проверять по условию нагрева Iд.д.

Определяем расчетный ток ЭП (продольно-строгальный станок; Рном = 63,8 кВт; Cos = 0,65; = 1), А

Iр = Рном/3*Cos *Uном* (2.5.1)

где Uном - номинальное линейное напряжение (для распределительных сетей Uном = 0,38 кВ)

Iр =63,8/3*0,65*0,38*1=152 А

Для защиты выбираем выключатель, исходя из условия:

Iавт Iрасц.спр (2.5.2)

Iрасц.спр Iрасц.расч (2.5.3)

Определяем ток расцепителя расчетный [1], А

Iрасц. = 1,25*Iрасч (2.5.4)

Iрасц. = 1,25*152=190 А

Выбираем автоматический выключатель [1]

Табл. 2.5.1 Расчет распределительной сети

Наименование ЭП	n шт.	Рн кВт	Iр А	Iд.д. А	Марка	S мм2	Аппарат защиты	Iав А	Iпуск А	Iрасц	Тип ПРА	Iпра А
										расч	спр
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
ШРА-1
1. Продольно-строгальный станок	1	63,8	152	200	АПВ/т	3(1х95)	А3720Б	250	760	190	200	комплектно
2. Плоскошлифовальный станок	2	42	131,3	200	АПВ/т	3(1х95)	А3720Б	250	656,5	164,1	200	комплектно
3. Продольно-фрезерный станок	3	24,5	76,5	130	АПВ/т	3(1х50)	А3710Б	160	382,5	95,6	100	комплектно
4. Резьбонарезной станок	3	10	38,5	60	АПВ/т	3(1х16)	А3710Б	160	192,5	48,1	50	комплектно
5. Токарно-револьверный станок	2	22	52,3	95	АПВ/т	3(1х35)	А3710Б	160	261,5	65,4	80	комплектно
6. Кран мостовой	1	24,6	39	60	АПВ/т КГ/о	3(1х16) (3х16+1х6)	А3710Б	160	195	48,7	50	комплектно
ШР-1
1. Карусельный фрезерный станок	3	12	37,5	60	АПВ/т	3(1х16)	АЕ2056	100	187,5	46,8	50
2. Станок заточный	2	3,4	13	25	ПВ/т	3(1х2,5)	АЕ2056	100	65	16,3	20	комплектно
3. Станок наждачный	2	1,6	6,2	25	ПВ/т	3(1х2,5)	АЕ2056	100	31	7,7	16	комплектно
4. Вентилятор приточный	1	32	61,5	95	АПВ/т	3(1х35)	АЕ2056	100	307,5	76,8	80	ПМЛ-4200	63
5. Вентилятор вытяжной	1	30	57,7	95	АПВ/т	3(1х35)	АЕ2056	100	288,5	72,1	80	ПМЛ-4200	63
ШРА-2
1. Полуавтомат фрезерный	8	12,5	30	42	ПВ/т	3(1х6)	А3710Б	160		30	40
2. Зубофрезерный станок	2	38	90,5	130	АПВ/т	3(1х50)	А3710Б	160	452,5	113	125	комплектно
3. Полуавтомат зубофрезерный	4	10,2	24,3	25	ПВ/т	3(1х25)	А3710Б	160		24,3	25

Проверяем выбранное сечение по условию защитного аппарата:

Iд.д. Iзащ*Кзащ/Кпопр (2.5.5)

Iзащ - справочный ток вставки

Кзащ = 1 - коэффициент защиты, [1]

Кпопр = 1

Iавт А Iрасц.справ

Iрасц.справ А Iрасц.расч,

что соответствует ПУЭ.

2.6 Предварительный выбор высоковольтного кабеля

Высоковольтные проводники выбираются по номинальному току на стороне высокого напряжения трансформатора, А

Iвн = Sном.тр./3*Uвн (2.6.1)

Iвн = 400/17,3 = 23,1 А

Выбираем кабель [3], ААШВ(3х16) мм².

Iд.д. Iвн (2.6.2)

Iд.д. = 75 А

75 А 23,1 А

Проверяем выбранное сечение по экономической плотности тока, мм²

Sэк = Iвн/jэк (2.6.3)

где Iвн - расчетный ток во время максимальной нагрузки энергосистемы в номинальном режиме, А

jэк - нормированное значение экономической плотности тока, А/мм²;

jэк = 1,4 А/мм² [3]

Sэк = 23,1/1,4 = 16,5 мм²

Округляем сечение в меньшую сторону и принимаем ААШВ(3х16) мм² с Iд.д. = 75А.

Проверяем выбранное сечение на допустимую потерю напряжения, 5%

U = (Рвн*r₀+Qвн* х_о)*l/10*Uн² (2.6.4)

где Рвн - активная мощность на высокой стороне, кВт

Рвн = Рнн + Ртр = Рр + Ртр (2.6.5)

Рвн = 304,4 + 4,5 = 308,9 кВт

где Рр из таблицы электрических нагрузок

Ртр из раздела определения потерь мощности и энергии в трансформаторе

Qвн - реактивная мощность на высокой стороне, кВАр

Qвн = Qнн + Qтр = Qр + Qтр (2.6.6)

Qвн = 162,6 + 20 = 182,6 кВАр

где Qр из таблицы электрических нагрузок

Qтр из раздела определения потерь мощность и энергии в трансформаторе

r₀ = 0,98 Ом/км [1]- активное сопротивление линии

х₀ = 0,11 Ом/км [1]- индуктивное сопротивление линии

L = 1,2 км - длина кабельной линии

U = (308,9*0,98 + 182,6*0,11)*1,2/10*10² = 0,38 5%,

что соответствует ПУЭ.

2.7 Расчет токов короткого замыкания

Токи короткого замыкания необходимо знать для выбора высоковольтных аппаратов, проверки на термическую и динамическую устойчивость, на отключающую способность для настройки релейной защиты.

Расчет ТКЗ ведем в относительных базисных единицах. В данном расчете все параметры схемы выражаются в долях или процентах от базисной величины.

Рабочая схема:

Составляем схему замещения относительно точки короткого замыкания.



Задаемся базисными величинами:

Sб - базисная мощность, МВА

Sб = 100 МВА

Uб - базисное напряжение, выбирается на 5% выше номинального, кВ

Uб = 10,5 кВ

Определяем базисный ток, кА

Iб = Sб/3*Uб (2.7.1)

Iб = 100/18,2 = 5,5 кА

Определяем сопротивление входящее в схему замещения в ОБЕ, [1] и сравниваем схему относительно точки КЗ, т.е. определяем Zкз по формуле:

Zкз = r_Л*² + х_РЕЗ*² (2.7.2)

r_Л* = r₀*l*Sб/Uср² (2.7.3)

r_Л* = 0,98*1,2*100/10,5² = 1,08

Zкз = 1,08² + 3,02² = 3,2

Определяем ТКЗ установившийся (периодическая составляющая)

I = Iб/Zкз (2.7.4)

I = 5,5/3,2 = 1,7 кА

Определяем мгновенное значение ударного тока, кА

i уд. = 2*Ку*I (2.7.5)

где, Ку = 1,3 - ударный коэффициент [1]

i уд. = 1,41*1,3*1,7 = 3 кА

Определяем действующее значение установившегося тока КЗ, кА

I⁽³⁾ = I*q (2.7.6)

q = 1+2*(к_у-1)² (2.7.7)

q = 1 + 2*(1,3-1)² = 1,1

I⁽³⁾ = 1,7*1,1 = 1,87 кА

Определяем полную мощность токов короткого замыкания, МВА

Sк.з. = Sб/Zрез. (2.7.8)

Sк.з. = 100/3,2 = 31,3 МВА

Сводная таблица расчета ТКЗ:

() КЗ	Хрез	Zкз	I, кА	iуд, кА	I(3), кА	Sк.з., МВА
Кз-1	3,2	3,2	1,7	3	1,87	31,3

2.8 Выбор высоковольтного оборудования

Работа электроприемников осуществляется по трем основным режимам: в длительном режиме, в режиме перегрузки и в режиме короткого замыкания. Выбор высоковольтного оборудования осуществляется по напряжению на ВН трансформатора и по току Iвн.

Проверяется на динамическую стойкость к ТКЗ:

i_уд i_дин (2.8.1)

На термическую устойчивость к ТКЗ:

I⁽³⁾ t_ПР Iтер² t_ТЕР (2.8.2.)

На отключающую способность:

S Sоткл (2.8.3)

I Iоткл (2.8.4)

Расчет в табличной форме:

Табл. 2.8.1 Расчет и выбор высоковольтного оборудования

Расчетные данные	Трансформатор тока	Выключатель нагрузки	Предохранитель	В/в выключатель
	ТПЛ-10	ВНП-17	ПКТ102-10-40-31-5У3	ВММ-10-400-10У2
Uн=10 кВ	Uн=10 кВ	Uн=10 кВ	Uн=10 кВ	Uн=10 кВ
Imax=23,1 А	Iн1=150 А	Iн=30 А	Iн=40 А	Iн=400 А
I"=1,7 кА		Iоткл=12 кА	Iоткл=31,5 кА	Iоткл=10 кА
Sкз=31,3 МВА		Sоткл=3* Uн* Iоткл=1,73*10*12=207,6 МВА	Sоткл=1,73*10*31,5=545 МВА	Sоткл=1,73*10*10= =173 МВА
iуд=3 кА	iд=250*2*0,15= =52,5 кА			iд=25,5 кА
I2?*tпр=1,872*1,35= =4,8 кА2*с	I2тер*tтер=(Kt* Iн1)2* *tтер=( 45*0,15)2*3=136,6 кА2*с			I2тер*tтер=102*3= =300 кА2*с

2.9 Окончательный выбор высоковольтного питающего кабеля

радиальный электроснабжение цех трансформатор

Окончательный выбор проводника осуществляется по наиболее тяжелому режиму.

Проверка на термическую устойчивость:

Sту = I⁽³⁾*t_ПР/с (2.9.1)

где I⁽³⁾ - установившийся ток ТКЗ, А

I⁽³⁾ = 1870 А

t пр - приведенное время, сек.

t_ПР = t_РЗ + t_ОТКЛ (2.9.2)

где t_РЗ - заданная величина, сек.

t_ОТКЛ - [6] сек.

t_ОТКЛ = 0,15 сек.

t_ПР = 1,2+0,15=1,35 сек.

с - коэффициент, зависящий от допустимой температуры при КЗ и материала проводника, для кабелей и проводов с поливинилхлоридной изоляцией и алюминиевыми жилами [1].

Sту = 1870*1,35/75=28,92 мм²

Ранее выбранное сечение кабеля ААШв(3х16) мм² с Iд.д. = 75 А - термически не устойчиво к ТКЗ, поэтому выбираем стандартное сечение по Sту округленное в большую сторону, т.е. кабель ААШв(3х35) мм² с Iд.д. = 115 А.

2.10 Расчет заземления

Заземление выполняется с целью обеспечения безопасного ведения работ для обслуживающего персонала цеха.

Определяем сопротивление одиночного заземлителя по [6] по упрощенной формуле для одиночных электродов.

r_В = 0,27*_РАСЧ (2.10.1)

_РАСЧ = _ИЗМ * k_СЕЗ (2.10.2)

где _РАСЧ - удельное расчетное сопротивление, Ом*м

_ИЗМ = 100 Ом*м, [7]

k_СЕЗ = 1,1 - коэффициент сезонности для стержневых заземлителей, выбирается в зависимости от климатической зоны, [7]

_РАСЧ = 100*1,1 = 110 Ом*м

r_В = 0,27*110 = 29,7 Ом

Проектируем контур заземления вокруг КТП вертикальными заземлителями (электродами) длиной 5 м, диаметром 12 мм и заземляющей полосой 25х4 мм. Грунт - суглинок.

Определяем предварительное число заземлителей вокруг КТП с периметром 28 м

n_ПРЕД = Р/а (2.10.3)

где а - расстояние между электродами, а = 2,5 - 5 м

n_ПРЕД = 28/5 = 6 шт.

Определяем коэффициент экранирования, [7]

_В = 0,58

Определяем фактическое число вертикальных заземлителей по формуле

n_ФАКТ = r_В/Rзу*_В (2.10.4)

n_ФАКТ = 29,7/4*0,58 = 13 шт.

Определяем сопротивление вертикальных заземлителей предварительно уточнив коэффициент экранирования _в по [7]

_В = 0,52

Rв = r_в/n_В*_В (2.10.5)

Rв = 29,7/13*0,52 = 4,3 Ом

Определяем сопротивление заземляющей полосы, Ом

r_Г = (0,366*_ИЗМ*Ксез/1) * lg (2*1²/b*t) (2.10.6)

где, l - длина заземляющей полосы, м (28 м)

b - ширина заземляющей полосы, м (0,04 м)

t - глубина заложения, м (0,7 м)

r_Г = (0,366*110*1,5/28)* lg(2*28²/0,04*0,7) = 10,3 Ом

Определяем сопротивление заземляющей полосы в контуре

Rr = r_Г/_Г (2.10.7)

где _Г = 0,21 по [7]

Rr = 10,3/0,34 = 30,3 Ом

Определяем полное сопротивление растекания заземлителя

Rзу = (Rв*Rr)/(Rв+Rr) (2.10.8)

Rзу = (4,3*30,3)/(4,3+30,3) = 3,7 Ом

Уточняем расстояние между вертикальными заземлителями

а = Р/n_факт (2.10.9)

а = 28/13 = 2 м

Рис. 2

2.11 Расчет релейной защиты отходящей линии к КТП

В процессе эксплуатации системы электроснабжения возникают повреждения отдельных ее элементов.

Наиболее опасными и частыми видами повреждений являются КЗ. В следствии возникновения КЗ нарушается нормальная работа системы электроснабжения, что создает ущерб для промышленного предприятия.

При протекании тока КЗ элементы системы подвергаются термическому и динамическому воздействию. Для уменьшения размеров повреждения и предотвращения развития аварии устанавливают совокупность автоматических устройств, называемых релейной защитой.

Расчет ведется по следующим формулам:

1. Iср = Кн*Ксх*Iотст/Ктт (2.11.1)

Ктт = Iн₁/Iн₂, Iн₂ = 5 А (2.11.2)

Кч.то = 0,87*10³*Uвн/Iуст*Ктт 1,5 (2.11.3)

2. Iср мтз = Кн*Ксх*Ко/Кв*Ктт (2.11.4)

Кч.мтз = 0,5*Iо^(II)/Iуст*Ктт 1,5 (2.11.5)

Табл. 2.11.1 Расчет релейной защиты отходящих линий КТП 400/10/0,4

Элемент схемы

Вид релейной защиты

Расч. ток, А

Отстройка защиты

Расчетные Коэффициенты

Расчетный Iср, А

Принят. установ., А

Установ. tСР, сек

Коэффициент чувст. защиты, Кч

Дейст. защ.

Принятое реле

Коэффициент Ко

Ток Iо, А

Схемы Ксх

Надежности Кн

Возврата Кв

формула

Числовое значение

Тип

Кол-во, шт.

Отходящая линия к КТП 400/10/0,4

ТО

23,1

-

1700

1

1,2

-

1

1,2*1*1700/30= =68

68

0

0,87*103*10/68*30=4,3

Отключение МВ

РТ-40/200

2

МТЗ

2

23,1

1

1,2

0,85

2

1,2*1*2*23,1/ /0,85*30=2,17

2,2

0

0,5*1700/2,2*30=12,8 >1,5

Отключение МВ

РТ-40/10

2

Защита от замыкания на землю

Сигнал

РТ-40/0,2

1

Список литературы

1. Л.Л. Коновалова, Л.Д. Рожкова «Электроснабжение промышленных предприятий и установок», М., «Энергоатомиздат», 1989.

2. Н.П. Постников «Электроснабжение промышленных предприятий», Л., «Стройиздат», 1980.

3. Н.А. Гурин, Г.И. Янукович «Электрооборудование промышленных предприятий и установок», М., «Высшая школа», 1990.

4. Б.Ю. Липкин «Электроснабжение промышленных предприятий и установок». Учебное пособие для техникумов. М., «Высшая школа», 1996.

5. И.Е. Цигельман «Электроснабжение коммунального хозяйства».

6. Н.П. Постников и др. «Монтажное электрооборудование промышленных предприятий», Л., «Строймаш», 1991.

7. Л.Е. Федоров, Ю.Г. Барыбин «Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудованию», М., «Энергоатомиздат», 1991.

8. В.П. Бондаренко, Н.Ф. Коба «Справочник прораба-электромонтажника», Киев, 1989.

9. Б.Н. Крючков «Электрическая часть электростанций и подстанций», м., «Энергоатомиздат», 1989.

10. Р.А. Кисаримов «Справочник электрика», М., 1998.

11. «Правила Устройства Электроустановок» (ПУЭ) 6-е издание, переработанное и дополненное, М., «Энергоатомиздат», 1987.

12. «Правила Устройства Электроустановок» (ПУЭ) 7-е издание, переработанное и дополненное, М., «Энергоатомиздат», 1987.

Размещено на Allbest.ru

...