Проектирование системы электроснабжения промышленного района

Размещено на http://www.allbest.ru/

Петрозаводский государственный университет

Кафедра энергообеспечения предприятий и энергосбережения

Курс «Электропривод»

Проектирование системы электроснабжения промышленного района

Курсовой проект

Исполнитель: студентка гр. 21410

Руководитель: Борисов Г.А.

Петрозаводск 2013



Содержание

Введение

1. Задание на курсовую работу

1.1 Исходные данные

1.2 Анализ исходных данных

2. Ситуационный план и план размещения электроприемников

3. Характеристики электроприемников. Обоснование принципиальной схемы электроснабжения и рабочих напряжений

3.1 Категории электроприёмников

4. Расчет нагрузок электроприемников и элементов электросети

5. Выбор оптимального напряжения

5.1 Общие положения

5.2 Расчет оптимальных напряжений в высоковольтных линиях от ГПП до поселков

6. Выбор сечения проводов

6.1 Общие положения

6.2 Расчёт и выбор сечения проводов по условию нагрева

6.2.1 ВЛ ГПП - П/пс №1

6.2.2 ВЛ ГПП - П/пс № 2

6.2.3 ВЛ ГПП - П/пс № 3

6.3 Выбор сечения проводов по условию механической прочнос

6.4 Расчёт и выбор сечения проводов по экономической плотности тока

6.4.1 ВЛ ГПП - П/пс № 1

6.4.2 ВЛ ГПП - П/пс № 2

6.4.3 ВЛ ГПП - П/пс № 3

6.5. Расчёт и выбор сечения проводов по условию величины падения напряжения

6.5.1 ВЛ ГПП - П/пс № 1

6.5.2 ВЛ ГПП - П/пс № 2

6.5.3 ВЛ ГПП - П/пс № 3

6.6 Выбор сечения по условию тлеющего разряда

7. Расчет и выбор сечения проводов линий от понизительных подстанций до потребителей

8. Выбор мощности трансформаторов

8.1 Общие положения

8.2 Расчет мощностей и подбор трансформаторов

9. Выбор типа компенсирующих устройств и их размещение

9.1 Общие положения

9.2 Расчет компенсации реактивной мощности и подбор КУ

10. Расчет сопротивления заземлителя из вертикальных электродов, связанных полосой прямоугольного сечения

11. Расчет токов короткого замыкания

11.1 Общие положения

11.2 Определение сопротивлений трансформатора в относительных единицах

11.3 Определение сопротивлений воздушных линий в относительных единицах

11.4 Расчет токов короткого замыкания

12. Выбор коммутационной аппаратуры

12.1 Основные положения

12.2 Выбор выключателей

12.3 Выбор плавких вставок релейной защиты

12.4 Защита трансформаторов

12.5 Защита воздушных линий

13. Средства обеспечения техники безопасности и охраны труда

13.1 Требования техники безопасности

13.2 Средства обеспечения охраны природы

Заключение

Список литературы

электроснабжение электросеть провод трансформатор

Введение

В условиях необходимости обеспечения роста объемов производств, как в промышленных, так и в сельскохозяйственных сферах экономики страны, возникает ряд задач, непосредственно связанных с энергоснабжением потребителей. Одной из таких задач является качественное и бесперебойное снабжение электроэнергией. Ее решением может послужить проектирование новых линий электропередач и понижающих подстанций у потребителей.

Неизбежен рост потребления электроэнергии, не только имеющимися в настоящее время крупными промышленными центрами и предприятиями практически любых отраслей, но прогнозируемыми и организующимися мелкими фирмами, организациями, а так же бытовыми потребителями.

Исходя из вышесказанного, актуальной остается проблема проектирования схем электроснабжения небольших районов и потребителей с относительно малыми нагрузками.

Курсовой проект по дисциплине “Электропривод” выполняют на четвертом курсе студенты, обучающиеся энергетическим специальностям. Этот проект должен развить у студентов навыки практического использования знаний, которые он получил при изучении курса “Электропривод”. Следующий за теоретическим изучением курса учебный проект завершает работу над этой важной для каждого энергетика дисциплиной. Первые шаги в области проектирования убеждают студента, что полученные знания, умение проводить различные расчеты сетей, недостаточны для выполнения проекта. Расчетные задачи решаются по определенным формулам по известной методике на основе необходимых исходных данных. Задачи, которые поставлены в проекте системы электроснабжения, в большинстве случаев не имеют однозначного решения. Выбор наиболее удачного варианта производится не только путем теоретических расчетов, но и на основе различных соображений, производственного опыта. Выполнение курсового проекта и дает возможность студенту получить некоторый опыт, развивать проектное мышление, и только после нескольких лет молодой инженер становится полноценным специалистом в области проектирования систем электроснабжения.

Выбор наиболее приемлемого варианта, удовлетворяющего технико-экономическим требованиям, - это один из основных вопросов при проектировании любого инженерного сооружения, в том числе и системы электроснабжения.



1. Задание на курсовую работу по проектированию электроснабжения промышленного района

1.1 Исходные данные

В районе месторасположения подстанции энергосистемы с двумя трехобмоточными трансформаторами с РПН 2х ТДТН -10000/110/35/10 находятся три населенных пункта с двумя автономно работающими дизельными электростанциями мощностью 200 и 120 кВт.

Первые два населенных пункта, удаленные между собой на 12 км, расположены в одном направлении от подстанции. В дальнем из них планируется построить деревоперерабатывающее производство с двухсменным потреблением 200 кВт мощности при максимальном удалении от подстанции в 23 км. Коммунальная нагрузка этих поселков соответственно 120 и 130 кВт. Третий поселок имеет производственный цех, работающий в одну смену с максимальным потреблением 80 кВт (рыбоконсервный цех) и коммунальную нагрузку 80 кВт. Запроектировать и обосновать для поселков наиболее эффективный вариант электроснабжения.

1.2 Анализ исходных данных

При проектировании электроснабжения объекта целесообразно рассмотреть следующие вопросы:

Ситуационный план и описание размещения электроприемников.

Классификация и общие характеристики потребителей электроэнергии (по роду тока, напряжению, надежности и т. п.).

Расчет нагрузок приемников и элементов электросети.

Выбор схемы электроснабжения предприятия и выбор рационального напряжения для распределительной сети предприятия.

Расчет площади сечений проводов сети.

Выбор типа компенсирующих устройств и их размещение.

Расчет заземления и выполнение эскиза заземляющего контура.

Выбор числа, мощности и типа силовых трансформаторов главной понизительной подстанции (ГПП) и цеховых подстанций.

Расчёт токов короткого замыкания.

Выбор коммутационной аппаратуры системы электроснабжения.

Выбор плавких вставок и уставок релейной защиты.

Средства обеспечения техники безопасности и охраны природы.

Технико-экономическое обоснование проекта.



2. Ситуационный план и план размещения электроприемников

Ситуационный план и план размещения электроприемников указан на рисунке 1.

рис. 1 Ситуационный план



3. Характеристики электроприемников. Обоснование принципиальной схемы электроснабжения и рабочих напряжений

Требованиям технологического оборудования лесозаготовительного предприятия и рыбоконсервного цеха удовлетворяют трехфазные асинхронные двигатели холодильные установки и т.д., поэтому для работы электрооборудования нами был выбран трехфазный переменный ток, промышленной частотой 50 Гц и напряжением 380/220 В, допускающий питание силовых и осветительных токоприемников от общего трансформатора.

3.1 Категории электроприёмников

Технологические установки и агрегаты в отношении требуемой надежности электроснабжения делятся на три категории:

Электроприемники I категории -- установки, у которых перерыв питания электроприемников может повлечь за собой опасность для людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждения оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса. Эти потребители должны обеспечиваться питанием от двух независимых источников, и перерыв их электроснабжения допускается лишь на время автоматического включения резерва.

Электроприемники II категории -- электроприемники, у которых перерыв питания связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих механизмов и рабочего транспорта. Для этой категории допускаются перерывы электроснабжения на время, необходимое для ручного включения резерва дежурным персоналом или выездной бригадой. В нашем курсовом проекте электроприемником II категории является рыбоконсервный комбинат, т.к. на нем установлены холодильные установки, не допускающие длительного перебоя в электроснабжении.

Электроприемники III категории - вспомогательные производства, некоторые склады неответственного назначения, поселки и т.п. Они допускают перерыв питания на время ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения продолжительностью до одних суток. На этих предприятиях следует применять такие способы прокладки проводов и кабелей и такое размещение трансформаторов, которое обеспечивает быстрый их ремонт или замену. К потребителям третьей категории относятся электроприемники ДОКа и поселка.



4. Расчет нагрузок электроприемников и элементов электросети

Первым этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок. По значению электрических нагрузок выбирают и проверяют электрооборудование системы электроснабжения, определяют потери мощности и электроэнергии. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты на систему электроснабжения, эксплуатационные расходы и надежность работы электрооборудования.

Расчет нагрузок в поселках:

Первый поселок:

P_?1 = P_быт + P_пр-во = 130 + 200 = 330 кВт

S_быт = P_быт /cosц = 130/0.85 = 152.94 кВА

S_пр-во = P_пр-во /cosц =200/0.8 = 250 кВА

S_?1 = S_быт + S_пр-во = 152.94 + 250 = 402,94 кВА

Q_быт = P_быт · tgц =130·0.62 =80.57 кВАр

Q_пр-во = P_пр-во · tgц = 200·0.75 = 150 кВАр

Q_?1 = Q_быт + Q_пр-во =80.57 + 150 =230,57 кВАр

Второй поселок:

P_?2 = P_быт = 120 кВт

S_быт = P_быт /cosц = 120/0.85 = 141,18 кВА

S_?2 = S_быт =141,18 кВА

Q_быт = P_быт · tgц =120·0.62 =74,4 кВАр

Q_?2 = Q_быт = 74,4 кВАр

Третий поселок:

P_?3 = P_быт + P_пр-во = 80 + 80 = 160 кВт

S_быт = P_быт /cosц = 80/0.84 = 95.24 кВА

S_пр-во = P_пр-во /cosц =80/0.84 = 95,24 кВА

S_?3 = S_быт + S_пр-во = 95.24 + 95.24 = 190.48 кВА

Q_быт = P_быт · tgц =80·0.65 =51.67 кВАр

Q_пр-во = P_пр-во · tgц = 80·0.65 =51.67 кВАр

Q_?3 = Q_быт + Q_пр-во =51.67+ 51.67 =103.35 кВАр

Расчет нагрузок электроприемников и элементов электросети указан в сводной таблице 1.

поселки	Ракт. (кВт)	?Ракт. (кВт)	cosц	S (кВА)	?S (кВА)	tgц	Q (кВАр)	?Q (кВАр)
1	Быт	130	330	0.85	152.94	402,94	0.62	80.57	230,57
	Пр-во	200		0.8	250		0.75	150
2	Быт	120	120	0.85	141,18	141,18	0.62	74,4	74,4
	Пр-во	-		-	-		-	-
3	Быт	80	160	0.84	95.24	190,48	0.65	51.67	103.35
	Пр-во	80		0.84	95.24		0.65	51.67



5. Выбор оптимального напряжения

5.1 Общие положения

Выбор оптимального номинального напряжения является очень важной задачей. Величина номинального напряжения электрической сети весьма существенно влияет на ее технико-экономические показатели. При более высоком напряжении повышается пропускная способность линий, имеющих одно и то же сечение проводов, снижаются потери мощности, энергии и напряжения, уменьшается расход материала на провода (за исключением тех случаев, когда сечения проводов выбираются из условий коронирования), упрощаются схемы соединений подстанций, облегчается дальнейшее развитие сети. Все это приводит часто к уменьшению расходов на эксплуатацию сети. В то же время в сетях более высокого напряжения увеличивается стоимость электрооборудования и сооружения линий.

Величину напряжения питающих линий определяют в основном передаваемой мощностью и длиной линии:

,

где S - полная передаваемая мощность, МВА; L - длина линии, км.

После определения оптимального напряжения выбирается ближайшее большее стандартное номинальное напряжение.



5.2 Расчет оптимальных напряжений в высоковольтных линиях от ГПП до поселков

1) Расчет оптимального напряжения в ВЛ до первого поселка:

кВ

С учетом 40%-ой погрешности формулы и полученного оптимального напряжения подбираем ближайшее большее номинальное напряжение U_ном = 35кВ.

2) Расчет оптимального напряжения в ВЛ до второго поселка:

кВ

С учетом 40%-ой погрешности формулы и полученного оптимального напряжения подбираем ближайшее большее номинальное напряжение U_ном = 10 кВ.

3) Расчет оптимального напряжения в ВЛ до третьего поселка:

кВ

С учетом 40%-ой погрешности формулы и полученного оптимального напряжения подбираем ближайшее большее номинальное напряжение U_ном = 10 кВ.



6. Выбор сечения проводов

6.1 Общие положения

Сечения проводов выбирают по нескольким условиям:

· по допустимой токовой нагрузке (по нагреву);

· по механической прочности;

· по величине потерь напряжения;

· по экономической плотности тока;

· по условиям тлеющего разряда

Выбор сечения проводов по нагреву осуществляется по расчетному току:

,

где S - расчётная полная мощность, передаваемая по ВЛ;

U_н - номинальное напряжение ВЛ.

По справочным данным в зависимости от расчетного тока определяют ближайшее большее стандартное сечение провода.

Потери электроэнергии при передаче по линии возрастают с увеличением сопротивления линии, которое, в свою очередь, определяется сечением провода: чем больше сечение провода, тем меньше потери. Однако при этом возрастают расходы цветного металла и капитальные затраты на сооружение линии.

Потребители электрической энергии должны быть обеспечены качественной электрической энергией. Основным показателем качества электрической энергии является подводимое к потребителям напряжение. Т.к. в проводах линии неизбежно происходят потери напряжения, то эти потери нормируются и не должны превышать определенных пределов: ± 5 % - в нормальном; ± 10 % - в аварийном режиме работы сети.

Потери напряжения в линии могут быть определены по формуле:

,

где Р и Q - суммарная активная и реактивная мощность соответственно, передаваемые по ВЛ;

R и X - активное и индуктивное сопротивления линии (r₀ и x₀ - удельные значения активного и индуктивного сопротивления ВЛ).

L - длина ВЛ.

Для проверки проводов на механическую прочность проводят специальный механический расчет. Но чтобы не производить механический расчёт, достаточно выполнение условий: площадь сечения алюминиевых проводов должна быть не менее 16 мм2, а медных - не менее 6 мм2

6.2 Расчёт и выбор сечения проводов по условию нагрева

Определяем расчётные токи ВЛ от ГПП до поселковых понизительных подстанций:

6.2.1 ВЛ ГПП - П/пс № 1

I_р = = = 6.65 А

Из таблицы длительно допустимых токовых нагрузок на неизолированные провода ВЛ (прокладка вне помещений) определяем: должно выполняться условие I_р ? I_д; для длительно допустимого тока I_д = А площадь сечения провода марки АС равна s = 16 мм². Т.е. по условию нагрева выбираем для ВЛ провод АС-16.

6.2.2 ВЛ ГПП - П/пс № 2

I_р = = = 8.15 А

Из таблицы длительно допустимых токовых нагрузок на провода ВЛ (прокладка вне помещений) определяем: должно выполняться условие I_р ? I_д; для длительно допустимого тока I_д = 105 А площадь сечения провода марки АС равна s = 16 мм². Т.е. по условию нагрева выбираем для ВЛ провод АС-16.

6.2.3 ВЛ ГПП - П/пс № 3

I_р = = = 11 А

Из таблицы длительно допустимых токовых нагрузок на провода ВЛ (прокладка вне помещений) определяем: должно выполняться условие I_р ? I_д; для длительно допустимого тока I_д = 105 А площадь сечения провода марки АС равна s = 16 мм². Т.е. по условию нагрева выбираем для ВЛ провод АС-16.

6.3 Выбор сечения проводов по условию механической прочности

По механической прочности рекомендуется брать для ВЛ выше 1кВ провода диаметром не меньше 35 мм². Мы выбираем самонесущий изолированный провод СИП-3 на 35 кВ для линии от ГПП до П/пс №1. А для линий от ГПП до П/пс №2 и №3 мы выбираем СИП-3 на 10 кВ.

Конструкция:

1. Токопроводящая жила -- скручена из круглых проволок из алюминиевого сплава, уплотненная, имеет круглую форму.

2. Изоляция -- впрессована из светостабилизированного сшитого полиэтилена черного цвета. Номинальная толщина изоляции защищенных проводов на номинальное напряжение 10-20 кВ -- 2,3 мм, на номинальное напряжение 35 кВ - 3,5 мм.

Применение:

Провода защищенные марки СИП-3 предназначены для применения в воздушных линиях электропередачи на напряжение 6-20 кВ и 35 кВ.

Несмотря на то, что стоимость СИП больше, чем неизолированных проводов, мы всё-таки выбираем их за ряд технических и экономических преимуществ:

· Возможность монтажа СИП без отключения линии.

· Бесперебойная работа в экстремальных условиях

· Долговечность.

· Минимальные затраты при эксплуатации.

· Антивандальность линии.

Характеристики СИП-3:

· Площадь сечения: s = 35 мм²;

· Длительно допустимый ток: I_д = 200 А (для напряжения до 20 кВ), I_д = 220 А (для напряжения 35 кВ);

· Удельное активное сопротивление: r₀ = 1,2 Ом/км;

· Удельное реактивное сопротивление: х₀ = 0,1 Ом/км.



6.4 Расчёт и выбор сечения проводов по экономической плотности тока

6.4.1 ВЛ ГПП - П/пс № 1

Для проводов с ПВХ изоляцией и жилами по ПУЭ экономическая плотность тока (при числе часов использования максимума нагрузки Т_max более 5000 часов в год) составляет j_эк = 1,2 А/мм². Находим значение площади сечения провода по формуле:

s = = = 5,54 мм².

6.4.2 ВЛ ГПП - П/пс № 2

Для проводов с ПВХ изоляцией и жилами по ПУЭ экономическая плотность тока (при числе часов использования максимума нагрузки Т_max более 5000 часов в год) составляет j_эк = 1,2 А/мм². Находим значение площади сечения провода по формуле:

s = = = 6,79 мм².

6.4.3 ВЛ ГПП - П/пс № 3

Для проводов с ПВХ изоляцией и жилами по ПУЭ экономическая плотность тока (при числе часов использования максимума нагрузки Т_max более 5000 часов в год) составляет j_эк = 1,2 А/мм². Находим значение площади сечения провода по формуле:

s = = = 9,17 мм².



6.5 Расчёт и выбор сечения проводов по условию величины падения напряжения

6.5.1 ВЛ ГПП - П/пс № 1

ДU = = = 0,0079 = 0,79%

Полученные потери напряжения в линии ДU = 0,79 % ? ± 5 % - удовлетворяют требованиям ПУЭ, поэтому провод СИП-3 подходит по условию падения напряжения.

6.5.2 ВЛ ГПП - П/пс № 2

ДU = = = 0,018 = 1,8%

Полученные потери напряжения в линии ДU = 1,8 % ? ± 5 % - удовлетворяют требованиям ПУЭ, поэтому провод СИП-3 подходит по условию падения напряжения.

6.5.3 ВЛ ГПП - П/пс № 3

ДU = = = 0,024 = 2,4%

Полученные потери напряжения в линии ДU = 2,4 % ? ± 5 % - удовлетворяют требованиям ПУЭ, поэтому провод СИП-3 подходит по условию падения напряжения.

6.6 Выбор сечения по условию тлеющего разряда

Поскольку явление тлеющего разряда учитывают только для линий напряжением 110 кВ и выше, то для ВЛ 10 кВ и 35 кВ условие тлеющего разряда не повлияет на выбор сечения проводов.

Итог:

Таким образом, исходя из всех пяти условий выбора сечения проводов для всех трёх линий выбираем провода СИП-3 (на 35 кВ и на 10 кВ, сечением 35 мм²), поскольку провода этой марки по результатам расчётов удовлетворяют всем пяти условиям выбора.

7. Расчет и выбор сечения проводов линий от понизительных подстанций до потребителей

Расчет номинальных токов и проверка выбранных проводов по потери напряжения внутри поселков (от трансформаторной подстанции до потребителей) ведется аналогично пункту 6. Расстояния от понижающих трансформаторных подстанций, установленных в поселках, до потребителей указаны в ситуационном плане (пункт 2). Разницу в подборе проводов составляет лишь то, что потеря напряжения от понижающей трансформаторной подстанции до поселков может превышать 5 %, т.к. вопрос о качестве электроэнергии не столь принципиален (ДU_быт<10%). Результаты расчетов сведены в таблицу 2.

поселок	S	Р	Q	Uном	L	I расч	rуд	R	xуд	X	ДU	Провода (мм2)
	(кВА)	(кВт)	(кВАр)	(кВ)	(км)	(А)	(Ом/км)	(Ом)	(Ом/км)	(Ом)	(%)	доп.токи (А)
I	Быт	152,941	130	80,57	0,4	0,15	220,75	0,45	0,07	0,066	0,010	5,980	АС-70/11 (265)
	Пр-во	250	200	150	0,4	0,15	360,84	0,23	0,03	0,059	0,009	5,084	АС-120/19 (385)
II	Быт	94,12	120	74,4	0,4	0,1	135,85	0,54	0,05	0,069	0,007	4,394	АС-50/8 (215)
III	Быт	95,24	80	51,67	0,4	0,2	137,47	0,76	0,15	0,072	0,014	8,108	АС-35/6,2 (175)
	Пр-во	95,24	80	51,67	0,4	0,1	137,47	1,53	0,15	0,072	0,007	7,877	АС-35/6,2 (175)

8. Выбор мощности трансформаторов

8.1 Общие положения

Выбор трансформаторов заключается в определении их требуемого числа, типа номинальных напряжений и мощности, а также группы включения обмоток.

Число трансформаторов на подстанции выбирают обычно 1 или 2, при этом при проектировании подстанции необходимо учитывать требования резервирования, исходя из следующих основных положений.

Потребители первой категории должны иметь питание от двух независимых источников электроэнергии, при этом может быть обеспечено резервирование питания и всех других потребителей. При питании потребителей первой категории от одной подстанции для обеспечения надежности питания необходимо иметь минимум по одному трансформатору на каждой секции шин, при этом мощность трансформаторов должна быть выбрана так, чтобы при выходе из строя одного из них второй (с учетом допустимой перегрузки) обеспечивал питание всех потребителей первой категории.

Потребители второй категории должны быть обеспечены резервом, вводимым автоматически или в результате действий дежурного персонала. При питании от одной подстанции следует иметь два трансформатора. В случае выхода из строя одного из них, на время замены трансформатора, может вводиться ограничение питания потребителей с учетом допустимой перегрузки оставшегося в работе трансформатора.

Потребители третей категории могут получать питание от однотрансформаторной подстанции при наличии «складского» резервного трансформатора.

При выборе мощности трансформаторов следует добиваться как экономически целесообразного режима работы, так и соответствующего обеспечения явного и неявного резервирования питания приемников при отключении одного из трансформаторов, причем нагрузка трансформатора в нормальных условиях не должна (по нагреву) вызывать сокращения естественного срока его службы. Мощность трансформаторов должна обеспечивать потребную мощность в режиме работы после отключения поврежденного трансформатора в зависимости от требований, предъявляемых потребителями данной категории.

Надежность электроснабжения достигается за счет установки на подстанции двух трансформаторов (второй в нормальном режиме работы может быть, как отключен, так и включен). При этом любой из оставшихся в работе трансформаторов (при аварии с другим) обеспечивает полную потребную мощность. Покрытие потребной мощности может осуществляться не только за счет использования номинальной мощности трансформаторов, но и за счет их перегрузочной способности.

В местностях, где среднегодовая температура отличается от и_с.г=5?С, номинальная мощность трансформатора или снижается с повышением температуры или повышается с снижение температуры. С учетом этого номинальную мощность трансформатора можно определить по формуле:

где S_пасп - номинальная паспортная мощность трансформатора для и_с.г=5?С; и_с.г - реальная среднегодовая температура для данной местности.

Потери мощности в трансформаторах

Приемники электроэнергии присоединяются к сетям высокого напряжения, как правило, через трансформаторы. Трансформаторы, имеющие значительные сопротивления, влияют на потери энергии в сети, на отклонения напряжения у потребителей и потому должны учитываться при расчетах и анализах работы сетей.

Потери мощности в трансформаторах можно разделить на две части: не зависящие и зависящие от их нагрузки.

Потери в стали трансформаторов принимаются при расчетах сетей зависящими только от их мощности и напряжения. Потери активной мощности в стали трансформатора ?P_ст как уже указывалось, приравниваются потерям холостого хода ?P_хх, а потери реактивной мощности в стали ?Q_ст принимаются равными намагничивающей мощности холостого хода трансформатора.

Потери активной мощности в обмотках трансформатора ?P_м при номинальной нагрузке приравниваются потерям короткого замыкания ?P_кз, а потери реактивной мощности в обмотках ?Q_м при той же нагрузке - потерям рассеяния магнитного потока.

При расчетах электрических сетей обычно проводимости и сопротивления трансформатора заменяются нагрузкой:

,

где ?P_тр - потери активной мощности в трансформаторе; ?Q_тр - потери реактивной мощности в трансформаторе, которые находятся по следующим формулам:

,

,

где S_н - мощность передаваемая через трансформаторы; S_нтр - номинальная мощность одного трансформатора; ?P_хх, ?P_кз - потери холостого хода и короткого замыкания соответственно; i_xx - ток холостого хода трансформатора, %; U_кз - напряжение короткого замыкания, %; n - число трансформаторов на подстанции.

8.2 Расчет мощностей и подбор трансформаторов

1) Первый поселок.

В первом поселке располагается ДОК и непосредственно жилые дома. Все потребители относятся к III группе категории надежности, поэтому в поселке устанавливаем понижающую подстанцию с одним трансформатором.

Суммарная нагрузка в поселке составляет:

?S_p = 402,94 кВА

Потери активной мощности в трансформаторе составляют примерно 2% от полной мощности:

ДP ? 0,02 * ?S_p = 0,02 * 402,94 ? 8,06 (кВт)

Потери реактивной мощности в трансформаторе составляют примерно 10% от полной мощности:

ДQ ? 0,1 * ?S_p = 0,1 * 402,94 ? 40,29 (кВАр)

Потери полной мощности в трансформаторе составят:

ДS = (ДP² + ДQ²)^0,5 ? 41 кВА

Полная расчетная мощность на стороне высокого напряжения:

S_ВН = S + ДS = 402.94+41 = 443.94 кВА

По расчетной мощности выбирается трансформатор с ближайшей большей мощностью. Таким трансформатором является трансформатор ТМ-630/35, имеющий следующие технические данные:

S_тр=630 кВА; ?P_кз=7,8 кВт; ?P_xx=1,2 кВт; U_кз=6,0%;

Среднегодовая температура для севера Карелии и_сг = +1 ⁰С, исходя из этого номинальная мощность тр-ра составит:

кВА

Коэффициент загрузки тр-ра определяется отношением его общей расчетной нагрузки к номинальной нагрузке:

К_з = S_ВН / S_н = 443,94 / 655,2 = 0,68

2) Второй поселок.

Во втором поселке производство отсутствует, поэтому вся нагрузка складывается из бытовой нагрузки потребителей. Потребители во втором поселке также относятся к III группе категории надежности, поэтому в поселке устанавливаем понижающую подстанцию с одним трансформатором.

Суммарная нагрузка в поселке составляет:

?S_p = 141,18 кВА

Потери активной мощности в трансформаторе составляют примерно 2% от полной мощности:

ДP ? 0,02 * ?S_p = 0,02 * 141,18 ? 2,82 (кВт)

Потери реактивной мощности в трансформаторе составляют примерно 10% от полной мощности:

ДQ ? 0,1 * ?S_p = 0,1 * 141,18 ? 14,12 (кВАр)

Потери полной мощности в трансформаторе составят:

ДS = (ДP² + ДQ²)^0,5 ? 14,4 кВА

Полная расчетная мощность на стороне высокого напряжения:

S_ВН = S + ДS = 141,18+14,4 = 155,58 кВА

По расчетной мощности выбирается трансформатор с ближайшей большей мощностью. Таким трансформатором является трансформатор ТМ-160/10, имеющий следующие технические данные:

S_тр=160 кВА; ?P_кз=2,6 кВт; ?P_xx=0,45 кВт; U_кз= 4,5%;

Среднегодовая температура для севера Карелии и_сг = +1 ⁰С, исходя из этого номинальная мощность тр-ра составит:

кВА

Коэффициент загрузки тр-ра определяется отношением его общей расчетной нагрузки к номинальной нагрузке:

К_з = S_{расч.тр-р} / S_н = 155,58 / 166,4 = 0,93

3) Третий поселок.

В третьем поселке общая нагрузка складывается из бытовой нагрузки поселка и производственной нагрузки (рыбоконсервный комбинат),причем, рыбоконсервный комбинат является потребителем II категории надежности, т.к. на нем установлены холодильные установки, не допускающие длительных перебоев в электроснабжении.

Суммарная нагрузка в поселке составляет:

?S_p = 190,48 кВА

Потери активной мощности в трансформаторе составляют примерно 2% от полной мощности:

ДP ? 0,02 * ?S_p = 0,02 * 190,48 ? 3,81 (кВт)

Потери реактивной мощности в трансформаторе составляют примерно 10% от полной мощности:

ДQ ? 0,1 * ?S_p = 0,1 * 190,48 ? 19,05 (кВАр)

Потери полной мощности в трансформаторе составят:

ДS = (ДP² + ДQ²)^0,5 ? 19,43 кВА

Полная расчетная мощность на стороне высокого напряжения:

S_ВН = S + ДS = 190,48+19,43 = 209,91 кВА

По расчетной мощности выбирается два тр-ра с ближайшей большей мощностью. Трансформаторы выбираем с перспективой дальнейшего расширения производства. В случае аварийного отключения одного из тр-ов, второй тр-р должен обеспечить надежную работу рыбоконсервного комбината. Такими трансформаторами являются трансформаторы ТМ-250/10, имеющий следующие технические данные:

S_тр=250 кВА; ?P_кз=3,7 кВт; ?P_xx=0,74 кВт; U_кз= 6,5%;

Среднегодовая температура для севера Карелии и_сг = +1 ⁰С, исходя из этого номинальная мощность тр-ра составит:

кВА

Коэффициент загрузки тр-ра определяется отношением его общей расчетной нагрузки к номинальной нагрузке:

К_з = S_{расч.тр-р} / S_н = 209,91 / 260 = 0,81

4) Главная понижающая подстанция

На ГПП установлены два трансформатора на параллельную работу ТДТН -10000/110 со следующими характеристиками:

S_тр=10000 кВА; ?P_кз=72 кВт; ?P_xx=47 кВт; U_{кз вн-сн} =10,5%; U_{кз вн-нн} =17%; U_{кз сн-нн} = 6%;

Среднегодовая температура для севера Карелии и_сг = +1 ⁰С, исходя из этого номинальная мощность тр-ра составит:

кВА

Коэффициент загрузки тр-ра определяется отношением его общей расчетной нагрузки к номинальной нагрузке:

К_з = S_{расч.тр-р} / S_н = 0,25

Результаты расчетов сведены в таблицу 3.

	1 поселок	2 поселок	3 поселок	ГПП
?Sр (кВА)	402,94	141,18	190,48
ДS тр-ра (кВА)	41	14,4	19,43
ДQ тр-ра (кВар)	40,29	14,12	19,05
ДРтр-ра (кВт)	8,06	2,82	3,81
S тр-ра	443,94	155,58	209,91
марка тр-ра	ТМ-630/35	ТМ-160/10	ТМ-250/10	ТМ-10000/110/35/10
S паспорт (кВА)	630	160	250	10000
ДP х.х. (кВт)	1,2	0,45	0,74	47
ДP к.з (кВт)	7,8	2,6	3,7	72
S ном.тр-ра (кВА)	655,2	166,4	260	10400
U к.з.(%)	6	4,5	6,5	вн-сн >10,5
				вн-нн > 17
				сн-нн > 6
Кз	0,68	0,93	0,81	0,25



9. Выбор типа компенсирующих устройств и их размещение

9.1 Общие положения

Система промышленного электроснабжения представляет собой единое целое, и от правильного выбора средств компенсации, размещения источника реактивной энергии зависит эффективность мероприятий по повышению коэффициента мощности.

Низкий коэффициент мощности цеха или предприятия является следствием неполной её загрузки двигателей, компрессоров и их холостой работы, неполной загрузки трансформаторов. Чтобы правильно вести электрохозяйство предприятия, надо систематически следить за величиной коэффициента мощности и своевременно принимать меры к его повышению. Для ДОКа и рыбоконсервного комбината необходимо повысить коэффициент мощности до 0,94, а для поселков до 0,95. Из имеющихся средств искусственной компенсации реактивной мощности наиболее эффективными являются статические конденсаторы.

После предварительного ориентировочного определения необходимой мощности и выбора типов компенсирующих устройств (КУ) возникает задача их оптимального расположения в системе электроснабжения промышленного предприятия. От места установки КУ зависят стоимость установки КУ и потери электрической энергии.

Размещение конденсаторов в сетях напряжением до 1000 В и выше должно удовлетворять условию наибольшего снижения потерь активной мощности от реактивных нагрузок. Нерегулируемые конденсаторные батареи на напряжение 380--660В, как правило, следует устанавливать на цеховых распределительных пунктах или присоединять к магистральным токопроводам при условии, что окружающая среда не препятствует такой установке.

9.2 Расчет компенсации реактивной мощности и подбор КУ

1) Первый поселок:

Производство:

cosц _док = 0,8 > tgц _док = 0.75

Необходимо повысить cosц' _док до 0,94 > tgц' _док = 0.363

P_док = 200 кВт

Находим компенсацию реактивной мощности для ДОК:

Q_{ку док} = P_док ·( tgц _док - tgц' _док) = 200·(0,75-0,363) = 77,4 кВАр

Бытовые нагрузки:

cosц _быт = 0,85 > tgц _быт = 0.62

Необходимо повысить cosц' _быт до 0,95 > tgц' _быт = 0.329

P_быт = 130 кВт

Находим компенсацию реактивной мощности для бытовых нагрузок:

Q_{ку быт} = P_быт ·( tgц _быт - tgц' _быт) = 130·(0,62-0,329) = 37,83 кВАр

Общая компенсация реактивной мощности на поселок:

? Q_ку = Q_{ку док} + Q_{ку быт} = 77,4 + 37,83 = 115,23 кВАр

Для компенсации реактивной мощности устанавливаем комплексную конденсаторную установку УКБТ-0,38-150

2) Второй поселок

Бытовые нагрузки:

cosц _быт = 0,85 > tgц _быт = 0.62

Необходимо повысить cosц' _быт до 0,95 > tgц' _быт = 0.329

P_быт = 120 кВт

Находим компенсацию реактивной мощности для бытовых нагрузок:

Q_{ку быт} = P_быт ·( tgц _быт - tgц' _быт) = 120·(0,62-0,329) = 34,92 кВАр

Общая компенсация реактивной мощности на поселок:

? Q_ку = Q_{ку быт} = 34,92 кВАр

Для компенсации реактивной мощности на подстанции устанавливаем силовой конденсатор

КС1-0,38-50

1) Третий поселок:

Производство:

cosц _рыб = 0,84 > tgц _рыб = 0.646

Необходимо повысить cosц' _рыб до 0,94 > tgц' _рыб = 0.363

P_рыб = 80 кВт

Находим компенсацию реактивной мощности для рыбоконсервного комбината:

Q_{ку рыб} = P_рыб ·( tgц _рыб - tgц' _рыб) = 80·(0,646-0,363) = 22,64 кВАр

Бытовые нагрузки:

cosц _быт = 0,84 > tgц _быт = 0.646

Необходимо повысить cosц' _быт до 0,95 > tgц' _быт = 0.329

P_быт = 80 кВт

Находим компенсацию реактивной мощности для бытовых нагрузок:

Q_{ку быт} = P_быт ·( tgц _быт - tgц' _быт) = 80·(0,646-0,329) = 25,36 кВАр

Общая компенсация реактивной мощности на поселок:

? Q_ку = Q_{ку рыб} + Q_{ку быт} = 22,64 + 25,36 = 48 кВАр

Для компенсации реактивной мощности на подстанции устанавливаем силовой конденсатор КС2-0,38-50



10. Расчет сопротивления заземлителя из вертикальных электродов, связанных полосой прямоугольного сечения

Для заземления электроустановок могут быть использованы искусственные и естественные заземлители. Если при использовании естественных заземлителей сопротивление заземляющих устройств или напряжение прикосновения имеет допустимое значение, а также обеспечиваются нормированные значения напряжения на заземляющем устройстве и допустимые плотности токов в естественных заземлителях, выполнение искусственных заземлителей в электроустановках до 1000 В не обязательно.

Заземляющие устройства должны быть механически прочными, термически и динамически прочными к токам замыкания на землю.

Рассчитаем контурное заземляющее устройство подстанции 35/0,4 кВ первого поселка. Искусственный заземлитель должен быть расположен рядом с трансформатором. Для внутрицеховых подстанций допускается располагать заземлитель около стены здания. В качестве вертикальных заземлителей принимаем стальные трубы диаметром 50 мм, длиной 2,5 м и толщиной стенок 4 мм. Расстояние между вертикальными электродами равно 5м, количество электродов равно 12шт. Трубы вертикально забиты в землю так, чтобы верхние концы располагались на глубине 0,5 м от поверхности земли. Вертикальные заземлители соединены между собой стальной полосой 404мм² с помощью сварки, общая длина соединительной полосы 60м. Удельное сопротивление грунта в месте сооружения составляет 20 Ом·м.

Глубина заложения:

t =0.5+l/2=0.5+2.5/2=1.75 м

Сопротивление одного вертикального электрода:

6,32 Ом

Суммарное сопротивление части заземлителя, состоящей из вертикальных электродов, электрически связанных между собой, без учета сопротивления соединяющей их полосы:

0,68 Ом

где n-число вертикальных электродов, з_в - коэффициент экранирования для электродов расположенных по контуру.

Сопротивление растеканию горизонтально положенной полосы, связывающей вертикальные электроды между собой:

0,612 Ом

Расчётное сопротивление растеканию тока горизонтальных полосовых электродов (с учётом экранирующего влияния электродов друг на друга):

0,8 Ом

Полное сопротивление растеканию заземлителя:

0,36 Ом

В соответствии с ПУЭ R_з не должно превышать 0,5 Ом. Наше заземление удовлетворяет этим условиям.



11. Расчет токов короткого замыкания

11.1 Общие положения

Знание токов короткого замыкания необходимо для правильного выбора коммутационной и защитной аппаратуры, а также для проверки токоведущих элементов и элементов конструкций на термическую и электродинамическую прочность.

При расчете токов короткого замыкания пользуются следующими допущениями:

ь все ЭДС считаются совпадающими по фазе;

ь ЭДС источников значительно удаленных от места КЗ (x_расч*>3), считаются неизменными;

ь часто не учитывается влияние нагрузок, и, в частности, влияние мелких асинхронных и синхронных двигателей;

ь не учитываются поперечные емкостные цепи КЗ и токи намагничивания трансформаторов.

Расчет может производиться в именованных или в относительных (базисных) единицах.

Сопротивление трансформатора определяется по формуле:

, Ом

Сопротивление линии определяется:

, Ом

Ток короткого замыкания определяем как:

, кА

11.2 Определение сопротивлений трансформатора в именованных единицах единицах

1) Трансформатор понижающей подстанции в первом поселке.

трансформатор ТМ-630/35 (U_кз = 6,0% ДP_кз = 7,8 кВт)

= 116,7 Ом

2) Трансформатор понижающей подстанции во втором поселке.

трансформатор ТМ-160/10 (U_кз = 4.5% ДP_кз = 2.6 кВт)

=28,125 Ом

3) Трансформатор понижающей подстанции в третьем поселке.

трансформатор ТМ-250/10 (U_кз = 6,5% ДP_кз = 3,7 кВт)

= 26 Ом

4) Трансформатор главной понижающей подстанции.

трансформатор ТМ-10000/35/10 (U_{кз вн-сн} = 10,5%, U_{кз вн-нн} = 17%, U_{кз сн-нн} = 6%, ДP_кз = 72 кВт)

= 1,05 Ом

= 1,7 Ом

= 0,6 Ом

11.3 Определение сопротивлений воздушных линий в именованных единицах

Расчет сопротивлений ВЛ до поселков.

1) ВЛ до первого поселка:

= 27,7 Ом

2) ВЛ до второго поселка:

= 14,45 Ом

2) ВЛ до третьего поселка:

= 14,45 Ом

поселок	Z линии, Ом
1	1 поселок	27,7
2	2 поселок	14,45
3	3 поселок	14,45

Расчет сопротивлений НЛ внутри поселков.

1) первый поселок:

НЛ до ДОКа

= 0,04 Ом

НЛ до поселка

= 0,07 Ом

2) второй поселок:

НЛ до поселка

= 0,05

1) третий поселок:

НЛ до рыбокомбината

= 0,15

НЛ до поселка

=0,15

результаты расчетов сопротивлений НЛ внутри поселков сведены в таблицу 5.

поселок	Z линии, Ом
1	Бытовые	0,07
	Производство	0,04
2	Бытовые	0,05
3	Бытовые	0,15
	Производство	0,15



11.4 Расчет токов короткого замыкания

Расположение точек КЗ представлено на рис.2.

Точка1:

= 0,71 кА

Точка2:

= 0,36 кА

Точка3:

= 0,36 кА

Точка4:

=0,12 кА

Точка5:

= 0,13 кА

Точка6:

= 0,14 кА

Точка7:

=0,0017 кА

Точка8:

= 0,0017 кА

Точка9:

= 0,009 кА

Точка10:

= 0,0086 кА

Точка 11:

= 0,0086 кА



12. Выбор коммутационной аппаратуры

12.1 Основные положения

В условиях эксплуатации систем электроснабжения возможны повреждения отдельных её элементов. В ряде случаев повреждение должно быть ликвидировано в течение долей секунды, совершенно очевидно, что человек не в состоянии справиться с такой задачей. Поэтому для определения места повреждения и подачи сигнала на отключение соответствующих выключателей устанавливаются специальные автоматические устройства. Релейная защита и автоматика должны удовлетворять ряду требований, основными из которых являются: селективность, чувствительность, быстродействие, надежность.

Основными коммутационными аппаратами на подстанциях являются силовые масляные и безмасляные выключатели. В целях экономии дорогих и дефицитных выключателей наряду с последними применяются также отделители, короткозамыкатели и стреляющие предохранители на подстанциях 35-220 кВ. В электрических цепях небольшой мощности напряжением 6-10 кВ устанавливаются простейшие коммутационные аппараты - выключатели нагрузки и токоограничивающие предохранители. На вторичном напряжении подстанций 6-10 кВ применяются автоматы и рубильники.

Выключатели ВН являются основными коммутационными аппаратами, при помощи которых осуществляется включение и отключение таких элементов системы электроснабжения предприятия, как трансформаторные подстанции и трансформаторы, агрегаты собственных электростанций, источники реактивной мощности ВН, линии ВН, играющие важнейшую роль в обеспечении надежности питания промышленных приемников электроэнергией.

В системах электроснабжения у выключателей ВН кроме обязательного местного управления может предусматриваться дистанционное управление или телеуправление. Разъединители применяются в основном для снятия напряжения с отключенной выключателем электрической цепи. Ошибочное отключение разъединителя под током может привести к аварии на подстанции и к несчастным случаям с людьми. Поэтому между силовым выключателем и разъединителем данной цепи предусматривается механическая или электромагнитная блокировка, не допускающая отключения разъединителя при включенном выключателе.

12.2 Выбор выключателей

Выключатели выбирают по номинальному току, номинальному напряжению, по типу, роду установки, с сопоставлением технико-экономических показателей и проверяют по электродинамической, термической стойкости и отключающей способности в режиме КЗ.

Выбор выключателей по номинальному напряжению сводится к сравнению номинального напряжения установки и номинального напряжения выключателя с учетом того, что выключатель в нормальных условиях эксплуатации допускает продолжительное повышение напряжения до 15% номинального, т.е. 1.15U_ном,а?U_р,у, где U_ном,а - номинальное напряжение аппарата-выключателя; U_р,у - рабочие напряжение установки в данный момент времени.

Выбор по номинальному току I_ном,а сводится к выбору выключателя, у которого номинальный ток является ближайшим большим по отношению к расчетному току установки I_р,у, т.е. должно быть соблюдено условие I_ном,а?I_р,у.

Выбор по отключающей способности сводится к проверки того, чтобы расчетная мощность отключения S_р,о была не больше отключающей способности выключателя S_ном,о, т.е. S_ном,о? S_р,о.

12.3 Выбор плавких вставок релейной защиты

Системы электроснабжения -- это сложный производственный комплекс, все элементы которого участвуют в едином производственном процессе, основными специфическими особенностями которого являются быстротечность явлений и неизбежность повреждений аварийного характера -- коротких замыканий в электрических установках. Поэтому надежное и экономичное функционирование систем электроснабжения возможно только при широкой их автоматизации. Для этой цели используется комплекс автоматических устройств, состоящий из устройств автоматического управления и устройств автоматического регулирования.

Среди устройств автоматического управления первостепенное значение имеют устройства релейной защиты, действующие при повреждении электрических установок. Релейная защита нашла применение в системах электроснабжения раньше других устройств автоматического управления. Наиболее опасные и частые повреждения--короткие замыкания между фазами электрической установки и короткие замыкания фаз на землю в сетях с глухозаземленными нейтралями. Возможны и более сложные повреждения, сопровождающиеся короткими замыканиями и обрывом фаз. В электрических машинах и трансформаторах наряду с указанными повреждениями возникают замыкания между витками одной фазы. Вследствие короткого замыкания нарушается нормальная работа системы электроснабжения с возможным выходом синхронных генераторов, компенсаторов и электродвигателей из синхронизма и нарушением режима работы потребителей. Опасность представляет также термическое и динамическое действие тока к.з. как непосредственно в месте повреждения, так и при прохождении его по неповрежденному оборудованию.

Для предотвращения развития аварии и уменьшения размеров повреждения при к.з. необходимо быстро выявить и отключить поврежденный элемент системы электроснабжения. В ряде случаев повреждение должно быть ликвидировано в течение долей секунды. Очевидно, что человек не в состоянии справиться с такой задачей. Определяют поврежденный элемент и воздействуют на отключение соответствующих выключателей устройства релейной защиты с действием на отключение. Основным элементом релейной защиты является специальный аппарат--реле. В некоторых случаях выключатель и защита совмещаются в одном устройстве защиты и коммутации, например в виде плавкого предохранителя.

Иногда в эксплуатации возникают ненормальные режимы, вы-званные перегрузкой оборудования или внешними короткими замыканиями, возникающими в других элементах. При этом по неповрежденному оборудованию проходят значительные токи (сверхтоки), которые приводят к преждевременному старению изоляции, износу оборудования. Сверхтоки, вызванные внешними короткими замыканиями, устраняются после отключения поврежденного элемента собственной защитой. От сверхтоков перегрузки на соответствующем оборудовании должна предусматриваться защита, действующая на сигнал. При этом оперативный персонал принимает меры к разгрузке оборудования или к его отключению. При отсутствии постоянного дежурного персонала защита должна действовать на автоматическую разгрузку или отключение.

Устройства релейной защиты должны выполнять определеннные функции. Такими функциями являются срабатывание при повреждении защищаемого элемента системы электроснабжения (внутренние повреждения) и несрабатывание при коротких замыканиях за пределами этого элемента (внешние к.з.), а также в нормальных режимах. Иногда допускается срабатывание защиты и при внешних к.з. На каждом элементе системы электроснабжения обычно устанавливают основную и резервную защиты. Основная защита предназначена для действия при к.з. в пределах всего защищаемого элемента с временем, меньшим, чем у других защит, а резервная защита работает вместо основной в случае ее отказа или вывода из работы. Такое резервирование называется ближним. К резервной защите обычно предъявляется требование срабатывать и при повреждениях на смежных элементах в случае отказа их собственных защит или выключателей. При этом резервная защита выполняет дальнее резервирование. В условиях эксплуатации в силу ряда причин защита может не справиться с заданными функциями: не сработать при повреждении в пределах защищаемого элемента (отказ срабатывания); сработать при внешних к.з. (излишнее срабатывание) и при отсутствии повреждений в системе электроснабжения (ложное срабатывание). Все эти неправильные действия называются отказом функционирования защиты. С целью ограничения отказов функционирования защите придаются определенные свойства. Основные из них селективность, устойчивость...