Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников электрической энергии. По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. Развитие и усложнение структуры систем электроснабжения возрастающие требования к экономичности и надежности их работы в сочетании с изменяющейся структурой и характером потребителей электроэнергии, широкое внедрение устройств управления распределением и потреблением электроэнергии на базе современной вычислительной техники ставят проблему подготовки высококвалифицированных инженеров. Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которого приходится более 60% вырабатываемой в стране энергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов, освещение помещений, осуществляется автоматическое управление технологическими процессами и др. Существуют технологии, где электроэнергия является единственным энергоносителем. Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться путем: перехода на энергосберегающие технологии производства; совершенствование энергетического оборудования, реконструкция устаревшего оборудования; сокращение всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных энергетических ресурсов.

В данной работе производится расчет и выбор оборудования главной понизительной подстанции (ГПП) и трансформаторной подстанции (ТП) системы электроснабжения предприятия.



1. Окружающая среда

Влияние окружающей среды определяется макро - и микроусловиями. Макроусловия обусловливаются природным воздействием и характеризуются температурой окружающей среды, влажностью воздуха, свойствами грунта, уровнем грунтовых вод, затопляемостью при больших паводках, направлением и скоростью ветра, сейсмичностью, высотой строительной площадки над уровнем моря, атмосферными осадками, интенсивностью и плотностью гололедно-изморозевых отложений, грозовой деятельностью, солнечным излучением и т.п. Микроусловиями определяются специфические влияния окружающей среды, вызванные производственной деятельностью, такие, как:

- агрессивность воздуха (из-за загрязнения пылью, дымом и химическими газами) и грунта (из-за загрязнения химическими веществами и разъедающими примесями);

- появление токопроводящих примесей и пыли;

- пожароопасность и взрывоопасность производственных помещений взрывающихся веществ;

- влажность воздуха из-за наличия инженерных сооружений и технологических установок;

- термические нагрузки атмосферы, вызванные выделением теплоты теплоэнергетическими и электротермическими установками, а также грунта вследствие теплового излучения проложенных в земле кабельных линий и горячих трубопроводов;

- шумовые нагрузки и вибрации от работы электроприводов и т.п.

При проектировании электрической части промышленного предприятия необходимо правильно выбирать исполнение электрооборудования и электротехнических изделий в зависимости от места их размещения в условиях эксплуатации. Промышленностью выпускаются изделия и оборудование пяти категорий по размещению.

К первой категории относятся изделия, предназначенные для работы на открытом воздухе. Ко второй категории принадлежат изделия, предназначенные для работы под навесом или в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха примерно такие же, как и на открытом воздухе. Например, в палатках, кузовах, прицепах, помещениях с металлическими стенами без теплоизоляции, а также в оболочке комплектного изделия первой категории (исключается прямое воздействие солнечного излучения и атмосферных осадков). В третью категорию входят изделия, предназначенные для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией, без искусственного регулирования климатических условий. В таких помещениях колебания температуры и влажности воздуха, воздействие песка и пыли значительно меньше, чем снаружи. Например, в помещениях из металла с термоизоляцией, деревянных помещениях. В этом случае существенно снижается воздействие солнечного излучения, ветра, атмосферных осадков, росы и др. Изделия четвертой категории предназначены для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями. Например, в отапливаемых помещениях или охлаждаемых, вентилируемых производственных и других, в том числе хорошо вентилируемых подземных помещениях. В указанных помещениях исключается прямое воздействие солнечной радиации, а также воздействие атмосферных осадков, песка и пыли, содержащихся в наружном воздухе. К пятой категории относятся изделия, предназначенные для применения в помещениях с повышенной влажностью. Например, в неотапливаемых и невентилируемых подземных помещениях, в том числе шахтах и подвалах, в грунте, в судовых, корабельных и других помещениях, в которых возможно длительное наличие воды или частая конденсация влаги на стенах и потолке (в частности, в некоторых трюмах, цехах текстильных и гидрометаллургических производств и т.п.). Категории по размещению указываются обычно в типах или паспортных данных электротехнических изделий.

Проектируемый объект электроснабжения расположен в центрально-черноземной полосе России с умеренно континентальными климатическими условиями. Все сезоны года четко выражены. Самым холодным месяцем в году является январь. Зима с устойчивым снежным покровом, средняя температура января ?8 °C. Лето тёплое, средняя температура июля +20 °C. Осадков выпадает около 500 мм в год, максимум -- в июле. Преобладающие направления ветра летом - западное, северо-западное, зимой - юго-западное. Скорость ветра 3,0-5,0 м/сек, с редкими, сильными порывами со скоростью до 30 м/сек.

При расчете ВЛ и их элементов должны учитываться климатические условия - ветровое давление, толщина стенки гололеда, температура воздуха, степень агрессивного воздействия окружающей среды, интенсивность грозовой деятельности, пляска проводов и тросов. Основные климатические факторы и показатели приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные климатические факторы и показатели

Район по ветровому давлению II	500 Па
Район по гололеду IV	25 мм
Среднегодовая продолжительность гроз в часах	60…80 с грозой
Район пляски проводов	Умеренный
Снеговая нагрузка, кг/м	100…105
Максимальная температура воздуха, °С	+40
Минимальная температура воздуха, °С	-34
Среднегодовая температура воздуха, °С	+7
Тип грунтов в месте расположения предприятия	Суглинки твердые
Среднее количество осадков, мм	540…650



2. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов главной понизительной подстанции

2.1 Расчёт полной суммарной мощности для максимальных нагрузок предприятия

Выбор номинальной мощности трансформаторов ГПП осуществляется по полной расчётной мощности предприятия:

где расчётная активная мощность предприятия, кВт; значение оптимальной реактивной мощности для проектируемых и действующих предприятий.

Определим полную суммарную мощность для максимальных активных нагрузок цехов предприятия, пользуясь данными из таблицы 2. Для этого найдём реактивную мощность для каждого цеха и просуммируем её.

Для цеха 1:

,

,

,

Так как формулы для других цехов аналогичны первому, то расчёт не указывается. Значения полных и реактивных мощностей для цехов предприятия сведены в таблицу 3.

Таблица 2. Максимальные расчётные активные нагрузки цехов предприятия.

Номер цеха
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
кВт	-	кВт	-	кВт	-	кВт	-	кВт	-	кВт	-	кВт	-	кВт	-	кВт	-	кВт	-
651	0,54	489	0,61	543	0,79	706	0,79	326	0,63	445	0,87	760	0,62	347	0,57	315	0,59	271	0,79

Таблица 3. Максимальные расчётные реактивные и полные нагрузки цехов предприятия.

	Номер цеха
Нагрузка	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	1014,674	634,898	421,414	547,916	401,857	252,193	961,770	500,194	431,071	210,319
	1205,556	801,639	687,342	893,671	517,46	511,494	1225,806	608,772	533,898	343,038

Суммируем максимальные активные и реактивные нагрузки всех цехов:

,

,

Полная суммарная максимальная мощность предприятия:

,

2.2 Расчёт полной суммарной мощности средних нагрузок за максимально загруженные смены предприятия

Находим реактивную мощность средней нагрузки за максимально загруженные смены для каждого цеха предприятия, используя данные, приведённые в таблице 4.

Для цеха 1:

,

,

,

Так как формулы для других цехов аналогичны первому, то расчёт не указывается. Значения полных и реактивных мощностей для цехов предприятия сведены в таблицу 4.



Таблица 4. Средние расчётные полные и реактивные нагрузки цехов за максимально загруженные смены предприятия.

	Номер цеха
Нагрузки	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	912,64	584,615	411,565	535,902	369,020	271,63	862,006	450,08	396,799	206,264
	1046,939	700	593,056	772,222	449,123	443,038	1049,123	526,923	467,925	297,222

Суммируем средние активные и реактивные нагрузки за смену всех цехов:

,

,

Полная суммарная мощность средней нагрузки за максимально загруженные смены предприятия:

2.3 Выбор трансформатора ГПП

Сделаем предварительный выбор напряжения питающей сети по формуле Стилла [2]:

где - длина линии электропередач, км; Р - мощность проектируемого промышленного предприятия, кВт.

Длина линии электропередач по условию равна 13 км, подставляя значения в формулу, получаем:

Примем напряжение питающей сети равным 35 кВ. Для выбора номинальной мощности трансформаторов ГПП используем значение полной расчетной мощности предприятия, которое равно кВА. Номинальную мощность трансформатора определяем из соотношения:

Исходя из соотношения, выбираем два трансформатора типа ТМ-6300/35 [5]. Паспортные данные трансформаторов приведены в таблице 6

Таблица 6. Паспортные данные трансформатора.

Тип трансформатора	Uвн, кВ	Uкз, %	Ixx, %	ДPxx, кВт	ДPкз, кВт	Цена, руб.
ТМ - 6300/35	35	7,5	0,9	9,4	46,5	3600000



3. Выбор места расположения главной понизительной подстанции

Для определения местоположения ГПП предприятия, а также цеховых ТП при проектировании строят картограмму электрических нагрузок. Картограмма представляет размещение на генеральном плане предприятия или плане цеха окружностей, площадь которых соответствует в выбранном масштабе расчётным нагрузкам.

Радиусы окружностей картограммы определяют по формуле:

,

где расчётная активная нагрузка i-го цеха или i-го узла электрических нагрузок; масштаб для определения площади круга, кВт/.

Для цеха 1:

,

Так как формулы для других цехов аналогичны первому, то расчёт не указывается. Значения радиусов для цехов предприятия сведены в таблицу 7.

Таблица 7. Вероятности, окружности и размеры цехов предприятия.

Номер цеха	,	,	,	,
1	651	2,04	80	230
2	489	1,76	265	240
3	543	1,86	450	215
4	706	2,12	80	150
5	326	1,44	205	165
6	445	1,68	325	160
7	760	2,20	450	140
8	347	1,49	80	55
9	315	1,42	265	65
10	271	1,31	450	70

Далее определяем координаты условного центра активных электрических нагрузок предприятия по следующим формулам:

где количество цехов, в данном случае

Подставляем в формулу данные из таблицы 5, получим:

,

,

,

,

Выбранное место ГПП должно корректироваться. Как показала практика, процесс проектирования необходимо вести с учетом динамики электрических нагрузок, как отдельных цехов, так и предприятия в целом.

Таким образом, для оптимального выбора местоположения ГПП с учетом роста электрических нагрузок на генеральный план промышленного предприятия следует нанести зону рассеяния центра электрических нагрузок (ЦЭН). Исследования показали, что распределение случайных координат ЦЭН следует нормальному закону распределения.

где математическое ожидание случайных координат; дисперсии случайных координат.

На следующем этапе необходимо определить числовые характеристики.

Находим вероятности по формуле :

Для цеха 1:

Для других цехов значения вероятностей занесены в таблицу 8.

Таблица 8. Значения вероятностей в соответствии с каждым цехом.

Номер цеха	Вероятность
1	0,134
2	0,101
3	0,112
4	0,145
5	0,0672
6	0,0917
7	0,157
8	0,0715
9	0,0649
10	0,0558

Далее определяем дисперсию:

где за принимаем координаты центра нагрузок . Тогда

Находим следующие числовые характеристики:

Используя данные, полученные из числовых характеристик, находим зоны рассеяния. Зона рассеяния ЦЭН промышленного предприятия в общем случае представляет собой эллипс. Значения полуосей эллипса, совпадающих по направлению с осями новой системы координат, определяются из следующего выражения:

,

,

,

По полученным значениям Rx и Ry строим зону рассеяния ЦЭН.

Построим зону рассеяния на генеральном плане. Местоположение ГПП выбирается в любой наиболее удобной точке построенной зоны рассеяния. Картограмма активных нагрузок и зона рассеяния представлены на рисунке 2.



4. Выбор числа и мощности цеховых подстанций

При выборе числа и мощности трансформаторов цеховых подстанций рекомендуется:

- трансформаторы мощности более 1000 кВ·А применять при наличии группы электроприемников большой мощности (например, электропечей), значительного числа однофазных электроприемников, элетроприемников с частыми пиками нагрузки и в цехах с высокой удельной плотностью нагрузки;

- стремиться к возможно большей однотипности трансформаторов цеховых подстанций;

- мощность каждого трансформатора следует выбирать с таким расчётом, чтобы отказом одного трансформатора оставшийся в работе трансформатор мог нести всю нагрузку потребителей 1-й и 2-й категорией. Для этого номинальная мощность трансформаторов двухтрансформаторной подстанции принимается равной 70% от общей расчётной нагрузки цеха (участка). С отказом одного трансформатора второй трансформатор на время ликвидации аварии должен быть загруженным не более чем на 140%,что допускается в аварийных ситуациях;

На основании данных, полученных опытным путём целесообразно использовать двухтрансформаторные подстанции.

Распределим цеха предприятия на четыре группы. Первая образована цехами - №2, №3 и №10; вторая цехами - №7 и №9; третья цехами - №4, №6, №5; четвертая цехами - №1 и №8.



Учитывая необходимость 100%-ного резервирования приёмников первой категории, а также ответственных приёмников второй категории надёжности, номинальная мощность одного трансформатора из рассматриваемых должна быть:

где максимальная расчётная полная мощность приёмников, запитанных от выбранных трансформаторов с учётом возможного отключения приёмников третьей категории надёжности.

Получим рабочую мощность трансформатора для каждого ТП:

По результатам принимаем два трансформатора по 1600 кВ·А [5]. Паспортные данные трансформаторов приведены в таблицу 9.

Таблица 9.Паспортные данные трансформатора

Тип трансформатора	n, шт.	Uвн, кВ	Uкз, %	Ixx, %	ДPxx, кВт	ДPкз, кВт	Цена, руб.
ТМ-1600/10	2	10	5,5	1,3	3,3	18,0	1362000



Расчёт мощности трансформаторов осуществляется с учётом перегрузочной способности. В свою очередь перегрузка зависит от особенностей графика нагрузок, который характеризуется коэффициентом заполнения графика нагрузок [5], который определяется из выражения:

где средняя расчётная мощность группы приёмников за наиболее загруженную смену, получающих питание от выбранного трансформатора, кВА.

Подставляем значения:

Найдем длительно допустимую нагрузку трансформатора по формуле:

где номинальная паспортная мощность трансформатора, кВ·А



Возникают ситуации, когда необходимо перегружать трансформатор зимой. Это возможно за счёт снижения нагрузки в летнее время. Если снижена нагрузка трансформатора вообще, то срок службы его увеличивается. На каждый процент недогрузки в летнее время допустима перегрузка на 1% в зимнее время, но перегрузка не должна превышать 15%.

Перегрузочная способность характеризуется коэффициентом загрузки трансформаторов, который определяется по формуле:

Отсюда:

Так как перегрузка не должна превышать 15 %, принимаем коэффициент допустимой перегрузки = 0,15 [5]. В результате получаем суммарный коэффициент кратности допустимой перегрузки по формуле:



Подставляем значения:

Суммарная допустимая мощность трансформаторов при их одновременной работе с учетом систематической перегрузки определяется из выражения:

Отсюда:



5. Составление схемы распределительных сетей предприятия

Система электроснабжения промышленных предприятий состоит из питающих распределительных пунктов (РП),трансформаторных подстанций (ТП),преобразовательных подстанций (ПП),связывающих кабельных и воздушных сетей, а также токопроводов напряжением до 1000В и выше. На предприятии имеются приёмники I категории и приёмники особой группы. Поэтому число питающих линий предприятия должно быть не менее двух. Обычно же число питающих линий значительно больше.

Схема электроснабжения должна удовлетворять условиям экономичности, надёжности, удобства и безопасности, обеспечивать необходимое качество электроэнергии, резервирование и защиту.

На ГПП установлены два двухобмоточных трансформатора ТМ -4000/35. Каждый трансформатор питает отдельную секцию шин распределительного устройства 10 кВ. Для обеспечения надежности электроснабжения секции шин соединены между собой секционным выключателем, который в нормальном состоянии выключен. От секции шин 10 кВ питаются четыре ТП. На каждой ТП установлено по два двухобмоточных трансформатора. Для обеспечения бесперебойного электроснабжения потребителей трансформаторы питаются от разных секций шин 10 кВ. Каждый трансформатор ТП питает отдельное РУ 0,4 кВ. Однолинейная схема электроснабжения представлена на рисунке 4.



Рисунок 4. Схема электроснабжения предприятия



6. Выбор сечений кабельных и воздушных линий

Электроэнергия от источника питания до приёмного пункта промышленного предприятия передаётся по воздушным и кабельным линиям. Сечение проводов и жил кабелей выбирают по техническим и экономическим условиям.

К техническим условиям, влияющим на выбор сечения проводов и кабелей, относят:

- нагрев от длительного выделения тепла током КЗ;

- нагрев от кратковременного выделения тепла током КЗ;

- потери напряжения в жилах кабеля или проводах ВЛ от проходящего по ним тока в нормальном и аварийном режимах;

- устойчивость к механической нагрузке;

- коронирование фактор, зависящий от величины применяемого напряжения, сечения провода и окружающей среды.

Экономические условия выбора заключаются в определении сечения линии (КЛ или ВЛ), приведённые затраты на сооружение которой будут минимальными.

Определим провода и их сечение ВЛ 35 кВ. Для этого найдём расчётный ток одной цепи двухцепной ВЛ:

,

где - максимальная расчетная полная мощность определённой ступени, кВА; - номинальное напряжение ступени, кВ.



По найденному значению тока, определим экономическое сечение проводов ЛЭП, приняв экономическую плотность тока =1 [1]:

Принимаем для каждой цепи двухцепной ВЛ стандартное сечение провода АС 150 [1].

Далее выбираем кабели, соединяющих ГПП с ТП.

Расчитаем токи, претакающие по кабелям, до каждой ТП:

По полученным токам выбираем марку кабеля [1], их значения сведены в таблицу 10.

Таблица 10. Технические параметры трехжильных кабелей для цеховых подстанций.

№ ТП	, А	Длина кабеля, м	Сечение кабеля,	Марка кабеля
ГПП-ТП 1		225	50	ААШВ 350-10
ГПП-ТП 2		242	50	ААШВ 350-10
ГПП-ТП 3		170	50	ААШВ 350-10
ГПП-ТП 4		235	50	ААШВ 350-10

На следующем этапе определим токи, протекающие по кабелям к цехам, по формуле, приведённой выше.

Для первого цеха:

Расчетные токи остальных цехов предприятия вычисляются аналогичным образом, результаты расчетов приведены в таблицу 11.

Таблица 11. Расчетные токи каждого цеха.

Номер цеха	Полные мощности цеха S,кВ·А	Значение тока, А
1	1205,556	1742,133
2	801,639	1158,438
3	687,342	993,269
4	893,671	1291,432
5	517,460	747,775
6	511,494	739,153
7	1225,806	1771,396
8	608,772	879,728
9	533,898	771,529
10	343,038	495,72

Сила рабочего тока, передаваемого по линии в нормальном режиме, не должна превышать допустимую силу тока нагрузки :

.

При прокладывании нескольких кабелей в одной траншее надо учитывать их взаимный нагрев. Поэтому допустимую силу тока, указанную в справочных данных, следует уменьшать. Будем умножать на коэффициент 0,92 при двух кабелях, 0,87при трех, 0,84 при четырех, 0,82 при пяти и 0,81 при шести кабелях в одной траншеи. Выбираем сечение жил, количество и марку кабелей по [9] таким образом, чтобы при обрыве одного кабеля не вышедшие из строя кабели могли обеспечить цеховые нагрузки. Технические данные кабелей представлены в таблице 12.

Таблица 12. Технические параметры кабелей на напряжение 0,4 кВ

№ Цеха	Iдоп, А	Сечение жилы, мм2	l, м	Сопротивление жилы, Ом/км	Количество кабелей, шт
				Rп	Xп
1	385		130			6
2			20			4
3			160			3
4			215			4
5			90			3
6			40			3
7			210			6
8			375			3
9			60			3
10			490			2



7. Расчёт токов короткого замыкания

Коротким замыканием называется соединение токоведущих частей разных фаз или потенциалов между собой или на корпус оборудования, соединённый с землёй, в сетях электроснабжения или в электроустановках. При возникновении КЗ происходит увеличение токов в фазах системы электроснабжения (электроустановок) по сравнению с их нормированным значением. Это вызывает снижение напряжений в системе. Особенно в районе места КЗ. Оно может возникнуть по разным причинам:

- уменьшение сопротивления изоляции во влажной или химической активной среде;

- при недопустимом её перегреве;

- механическом воздействии на изоляцию, а также ошибочных воздействиях персонала в результате обслуживания и ремонта.

Расчёт произведём в относительных единицах. Примем значение базисной мощности МВ·А. На первоначальном этапе расчета для точки К-1 определим результирующее сопротивление, приведенное к базисной мощности. Значение базисного напряжения на этом этапе принимается равным номинальному среднему напряжению ступени 37 кВ.

Определим относительное значение результирующего сопротивления до точки К-1 по выражению, что погонные сопротивления ВЛ

[9]



.

Подставляя численные значения в формулы, приведённые выше, получим:

Далее найдём базисный ток, по выражению:

.

Отсюда:

Ток при коротком замыкании для точки К-1 определяется в зависимости от значения базисного тока по выражению:

Подставляя численные значения, имеем:

После чего определим значение ударного тока короткого замыкания для точки К-1 по формуле:

где ударный коэффициент, определяющийся по формуле[1]:

где постоянная времени затухания:

где и индуктивные и активные сопротивления ступени КЗ;

угловая частота, равная

Отсюда:

Подставляя численные значения, имеем:



Учитывая, изложенное выше ударный ток равняется:

Мощность короткого замыкания для точки К-1 определяется по выражению:

Подставляя численные значения, получим:

Результирующее сопротивление до точки К-2 определяется с учетом значения базисного напряжения, которое принимается равным среднему номинальному напряжению ступени кВ. Определим относительное сопротивление трансформатора по выражению:

где напряжение короткого замыкания трансформатора, берётся из паспортных данных трансформатора[5]; номинальная мощность трансформатора.

Откуда:



Результирующее относительное индуктивное сопротивление до точки К-2 определяется: трансформатор подстанция сеть замыкание

Имеем:

Полное относительное результирующее сопротивление в точки К-2 равно:

Следовательно:

Находим базисный ток второй ступени:

Получаем:

Ток при коротком замыкании для точки К-2:

Подставляя численные значения, имеем:

После чего определим значение ударного тока короткого замыкания для точки К-2 по формуле:

Ударный коэффициент точки К-2

Подставляя данные, получим:

Откуда ударный ток точки К-2 равняется:

Мощность короткого замыкания для точки К-2 определяется по выражению:

Подставляя численные значения, получим:

Определим относительное значение результирующего сопротивления до точки К-3 по выражению, что погонные сопротивления

ВЛ [9]

Получим:

Найдём результирующее индуктивное и активное относительные сопротивления:

Подставляем значения, откуда:

Полное относительное результирующее сопротивление в точки К-3 равно:

Следовательно:

Ток при коротком замыкании для точки К-3 определяется в зависимости от значения базисного тока по выражению:

Подставляя численные значения, имеем:



После чего определим значение ударного тока короткого замыкания по формуле:

Ударный коэффициент точки К-3

Подставляя данные, получим:

Откуда ударный ток точки К-3 равняется:

Мощность короткого замыкания для точки К-3 определяется по выражению:

Подставляя численные значения, получим:

Результирующее сопротивление до точки К-7 определяется с учетом значения базисного напряжения, которое принимается равным среднему номинальному напряжению ступени кВ. Определим относительное сопротивление трансформатора по выражению:

где напряжение короткого замыкания трансформатора, берётся из паспортных данных трансформатора [5]; номинальная мощность трансформатора.

Откуда:

Результирующее относительное индуктивное сопротивление до точки К-3 определяется:

Имеем:

Пренебрегаем активным сопротивлением, так как его значение для этой точки очень мало, отсюда полное относительное результирующее сопротивление в точки К-7 равно:

Следовательно:

Находим базисный ток третьей ступени:

Получаем:

Ток при коротком замыкании для точки К-7:

Подставляя численные значения, имеем:

После чего определим значение ударного тока короткого замыкания для точки К-7 по формуле:



Ударный коэффициент точки К-7 так как .

Откуда ударный ток точки равняется:

Мощность короткого замыкания для точки К-7 определяется по выражению:

Подставляя численные значения, получим:

Определим относительное значение результирующего сопротивления до точки К-11 по выражению, что погонные сопротивления КЛ

[9]

Получим:



Найдём результирующее индуктивное относительные сопротивления:

Подставляем значения, откуда:

Полное относительное результирующее сопротивление в точки К-11 равно:

Следовательно:

Ток при коротком замыкании для точки К-11 определяется в зависимости от значения базисного тока по выражению:



Подставляя численные значения, имеем:

После чего определим значение ударного тока короткого замыкания по формуле:

Ударный коэффициент точки К-11

Подставляя данные, получим:

Откуда ударный ток точки К-11 равняется:

Мощность короткого замыкания для точки К-11 определяется по выражению:



Подставляя численные значения, получим:

Для дальнейших точек КЗ расчёт аналогичен, изменения будут в длинах КЛ до ТП и цехов. Параметры короткого замыкания всех точек снесены в таблицу 13.

Таблица 13. Результаты расчета токов короткого замыкания.

Точка КЗ	Параметры
	, кА	, кА	, МВ·А
1	2	3	4
К-1	3,68	6,136	235,582
К-2	3,485	8,055	63,312
К-3	3,396	7,162	61,688
К-4	3,389	7,102	61,553
К-5	3,419	7,363	62,111
К-6	3,392	7,126	61,609
К-7	29,658	83,636	20,524
К-8	29,651	83,615	20,518
К-9	29,683	83,706	20,541
К-10	29,654	83,624	20,52
К-11	23,989	43,934	16,6
К-12	7,072	10,039	4,894
К-13	2,498	3,524	1,728
К-14	5,549	7,854	3,84
К-15	14,998	22,359	10,379
К-16	5,432	7,687	3,759
К-17	18,772	29,606	12,99
К-18	11,331	16,369	7,841
К-19	8,448	12,04	5,846
К-20	3,229	4,559	2,235



8. Выбор аппаратуры и токоведущих частей

8.1 Выбор высоковольтных выключателей

Выключатели высокого напряжения предназначены для коммутации цепей переменного тока с напряжением выше 1000 В. Они служат для включения и отключения:

- номинальных токов;

- токов короткого замыкания;

- токов холостого хода силовых трансформаторов;

Выбор высоковольтных выключателей производят:

- по напряжению электроустановки и длительному току

где номинальное напряжение электроустановки, в которой используется выключатель; наибольший ток утяжелённого режима, кА;

- по электродинамической стойкости пои токах КЗ:

где действующее значение периодической составляющей начального тока КЗ, кА; действующее значение периодической составляющей и амплитудное значение полного тока электродинамической стойкости выключателя, кА; ударный ток КЗ, кА.

- по термической стойкости выключатель должен быть проверен из условия протекания тока в течение максимального времени, состоящего из времени срабатывания защиты и времени отключения других выключателей. Поэтому термическая стойкость оценивается по расчетному импульсу квадратичного тока короткого замыкания согласно зависимости:

.

где - расчетный импульс, характеризующий количество теплоты, выделяющейся в аппарате за время короткого замыкания, ; - ток термической стойкости выключателя, кА; - время протекания тока термической стойкости, с.

Проведем проверку условий выбора выключателей на ступени 35 кВ. Рассчитаем параметры установки:

- номинальное напряжение установки:

- наибольший расчетный ток установки:

,

- амплитуда ударного тока короткого замыкания:

- действующее значение тока короткого замыкания:



- тепловой импульс тока короткого замыкания:

где время отключения выключателя,[6]; постоянная времени затухания,[1].

Подставляя значения в выражение, получим:

По справочным данным [6] принимаем установку на ступени 35 кВ выключателя марки С-35М. Параметры выбранного выключателя и проверка условий выбора приводятся в таблице 14.

Таблица 14. Параметры выбора выключателя типа С35М.

Расчетный параметр цепи	Справочные данные	Условия выбора

Все условия выбора выключателя типа С-35М выполняются, таким образом, окончательно принимаем установку данного типа выключателя на стороне 35 кВ. Основные технические данные выключателя переменного тока марки С-35М приведены в 15.

Таблицы 15. Технические данные выключателя типа С-35М.

, А		, кА	t, с	, с
630		10	0,04	0,3	600

Для ступени напряжения 10 кВ принимаем установку выключателя марки ВММ-10 [6]. Параметры выключателя сведены в таблицу 16.

Таблица 16. Параметры выбора выключателя типа ВММ-10.

Расчетный параметр цепи	Справочные данные	Условия выбора

Основные технические параметры выключателя ВММ10 приведем в таблице 17 [6].

Таблица 17. Технические параметры выключателя ВММ10

Тип
ВММ10	10	400	170	10	25	0,1	0,2

8.2 Выбор разъединителей, отделителей, короткозамыкателей

Разъединители - наиболее распространённые аппараты высокого напряжения. Поэтому важными характеристиками для них являются габаритные размеры и простота обслуживания.

Разъединители выбирают по номинального току, номинальному напряжению, роду установки, конструктивному выполнению, электродинамической и термической стойкости.

Формулы для определения расчётных параметров разъединителей, отделителей, короткозамыкателей, аналогичны выключателям, соответственно ниже не приводятся.

Значения расчётных параметров установки разъединителей снесены в таблицу 18.

По справочным данным [5] принимаем установку разъединителя на ступени 35 кВ выключателя марки РВ-35/630. Параметры выбранного выключателя и проверка условий выбора приводятся в таблице 18.

Таблица 18. Параметры выбора разъединителя типа РВ-35/630.

Расчетный параметр цепи	Справочные данные	Условия выбора

Все условия выбора разъединителя РВ-35/630 выполняются. Основные технические параметры разъединителя РВ35/630 приведем в таблице 19 [5].

Таблица 19. Технические параметры разъединителя РВ35/630

Тип						Масса, кг
РВ35/630	35	630	20	0,04	0,3	50

Для ступени напряжения 10 кВ принимаем установку разъединителя марки РВ-10/400 [6]. Параметры выключателя сведены в таблицу 20.



Таблица 20. Параметры выбора выключателя типа РВ-10/400.

Расчетный параметр цепи	Справочные данные	Условия выбора

Все условия выбора разъединителя РВ-10/400 выполняются, таким образом, принимаем установку данного типа разъединителя на стороне 10 кВ. Основные технические параметры разъединителя РВ10/400 приведем в таблице 21 [6].

Таблица 21. Технические параметры разъединителя РВ10/400

Тип						Масса, кг
РВ10/400	10	400	16	0,1	0,2	30

Отделители выбирают по номинального току, номинальному напряжению, роду установки, конструктивному выполнению, электродинамической и термической стойкости.

Отделитель - это разъединитель, который отключает обесточенную цепь после подачи команды релейной защитой на специальный привод аппарата.

По справочным данным [6] принимаем установку отделителя на ступени 35 кВ марки ОД-35/630. Параметры выбранного отделителя и проверка условий выбора приводятся в таблице 22.



Таблица 22. Параметры выбора отделителя типа ОД-35/630.

Расчетный параметр цепи	Справочные данные	Условия выбора

Все условия выбора отделителя ОД-35/630 выполняются. Основные технические параметры отделителя ОД35/630 приведем в таблице 24 [6].

Таблица 24. Технические параметры отделителя ОД35/630

Тип
ОД35/630	35	630	80	12,5	0,5

Короткозамыкатель предназначен для быстрого создания в сети короткого замыкания после подачи сигнал на отключение.

Проверку условий выбора короткозамыкателей по номинальному току не проводится.

По справочным данным [6] принимаем установку короткозамыкателя на ступени 35 кВ марки КРН-35/630. Параметры выбранного короткозамыкателя и проверка условий выбора приводятся в таблице 25.

Таблица 25. Параметры выбора отделителя типа КРН-35/630.

Расчетный параметр цепи	Справочные данные	Условия выбора

Все условия данного короткозамыкателя выполняются, следовательно принимаем его на стороне напряжения 35 кВ. Основные технические параметры короткозамыкателя КРН35 приведем в таблице 26 [6].

Таблица 26. Технические параметры короткозамыкателя КРН35

Тип
КРН35	35		80	12,5	0,15



9. Расчёт заземляющих устройств

Заземляющим устройством называют совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлитель - металлический проводник, находящийся в непосредственном соприкосновении с землёй. Заземляющие устройства должны обеспечивать безопасность людей, защиту электроустановок и их эксплуатационные режимы работы. Заземлению подлежат все металлические части электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением.

В ПУЭ указывается допустимое сопротивление заземляющего устройства . После этого определяют сопротивление естественного заземлителя . В установках напряжением выше 1 кВ с большими токами замыкания на землю должно быть не более 0,5 Ом в любое время года, поэтому принимаем в нашем случае [10]. Сопротивление естественного заземлителя, в качестве которого используются металлические конструкции подземной части зданий, принято равным , Ом [10].

Определяем необходимое сопротивление искусственного заземлителя с учётом использования естественного заземлителя, включенного паралельно, из выражения:

Получаем:

Определим расчетное удельное сопротивление грунта с учетом повышающих коэффициентов, учитывающих высыхание грунта летом и промерзание его зимой. Повышающий коэффициент для второй климатической зоны, в которой находится предприятие, принимается равным 4 для горизонтальных электродов при глубине заложения 0,8 м и 1,65 для вертикальных стержневых электродов длиной при глубине заложения их вершины 0,5…0,8 м.

Рисунок 6. Контурный заземлитель

В качестве вертикальных электродов примем стальной уголок шириной . Определим эквивалентный диаметр уголка

Сопротивление растеканию одного вертикального электрода длиной при погружении ниже уровня земли на 0,8 м равно[5]:



где - расстояние от центра заземлителя до поверхности земли, м.

Определим примерное число вертикальных заземлителей n, учитывая что расстояние между вертикальными электродами а = 3 м, при этом коэффициент использования принимаем равным 0,4 [1]:

Определим сопротивление растеканию горизонтальных электродов - полос 404 мм, приваренных к верхним концам уголков [5]. Коэффициент использования Ки.г полосы в контуре при числе уголков 58 шт. и отношения а/ = 1 принимается равным 0,19[2]:

где - длина горизонтального заземлителя, м; - ширина горизонтального заземлителя, м; - расстояние от центра заземлителя до поверхности земли, м.

Уточним необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов

Уточним число вертикальных электродов, учитывая коэффициент использования , при и а/ = 1 равным 0,4[2]:

Окончательно принимаем 57 вертикальных стержней, при этом сопротивление растеканию несколько меньше расчетного.



10. Расчет молниезащиты и защиты от перенапряжений

Одним из самых опасных проявления молний, является прямой удар разряда в здание, сооружение.

Стандартной зоной защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h является круговой конус высотой h0<h, вершина которого совпадает с вертикальной осью молниетвода. Габариты зоны определяются двумя параметрами: высотой конуса h0 и радиусом конуса на уровне земли r0.

Считая, что высота ГПП hx составляет 15 м, а высота молниетвода h=40 м с надежностью защиты 0,999, из таблицы 3.4 инструкции [11] определяем, что высота конуса равна:

Откуда:

А радиус конуса r0 составляет:

Подставляем значения:

На следующем этапе находим радиус горизонтального сечения по формуле:

Подставляя численные данные, получим:

Визуально покажем на рисунке 7 размеры ГПП с полученными зонами защитного стержневого молниотвода.

Для цехов в качестве молниеприемника будет служить их металлическая кровля, так как она соответствует всем требованиям в пункте 3.2.1.2 инструкции [11], под которой будет находить сетка, выполняющая роль молниеотвода, с размерами сот 12х12.

Рисунок 7. Расположение молниеотвода (масштаб 1:25)



Заключение

В курсовом проекте был произведен расчет схемы электроснабжения предприятия.

В соответствии с исходными данными определено номинальное напряжение для питания промышленного предприятия. Было выбрано место расположения ГПП, а так же цеховых ТП. Так же построена картограмма электрических нагрузок, которая представляет размещение на генеральном плане предприятие или план цехов окружностей, площадь которых соответствует в выбранном масштабе расчетным нагрузкам.

Далее были выбраны трансформаторы ГПП, так и цеховых подстанций. Была составлена схема распределительных сетей и рассчитаны токи короткого замыкания, по которым был произведен выбор основного оборудования по некоторым условиям.

В заключении проекта были рассчитаны заземляющие устройства и молниезащита.



Список источников

1. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: В 2-х т. / Под общей ред. А.А. Федорова. Т.1: Электроснабжение. М.: Энергоатомиздат, 1986. 568с.

2. Федоров А.А. Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового проектирования по электроснабжению промышленных предприятий.M.: Энергоатомиздат. 1987.

3. Кудрин Б.И., Прокопчик В.В. Электроснабжение промышленных предприятий: Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1988.

4. Шпиганович А.Н., Гамазин С.И., Калинин В.Ф. Электроснабжение: Учебное пособие. Липецк: ЛГТУ, 2005. 90 с.

5. Шпиганович А.Н., Электроснабжение металлургических предприятий /А.Н. Шпиганович, К.Д. Захаров - Липецк: ЛГТУ, 2006 - 358 с.

6. Файбисович Д. Л. Справочник по проектированию электрических сетей. М.: НЦ ЭНАС, 2006. 320 с.

7. Сибикин Ю. Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М: Высшая школа, 2001. 336 с.

8. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. М.: Энергия, 1973. 584 с.

9. Мельников Н. А. Электрические сети и системы. М.: Энергия, 1975. - 463с.

10. ...