Электроснабжение компрессорной станции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет"

Кафедра "Электротехники и электрооборудования"

Задание №13 на курсовой проект по дисциплине "Организация управления системами электроснабжения. Высоковольтное оборудование"

Электроснабжение компрессорной станции

Новокузнецк

2016



Оглавление

Введение

1. Общая характеристика объекта проектирования

2. Расчет электрических нагрузок по объекту в целом

3. Выбор числа, мощности и типа трансформаторов

4. Выбор конденсаторных батарей

5. Выбор схемы электроснабжения

6. Выбор и расчет элементов сети

6.1 Электрическая сеть до 1 кВ

6.2 Электрическая сеть выше 1 кВ

7. Расчет токов короткого замыкания

8. Выбор и проверка силового электрооборудования выше 1000 В

9. Релейная защита

Заключение

Список литературы

Приложение



Введение

Системой электроснабжения называют совокупность производства, передачи и распределения электрической энергии.

Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников электрической энергии, к которым относятся электродвигатели различных механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и другие промышленные приемники электроэнергии.

Курсовой проект электроснабжения компрессорной станции содержит список, технические характеристики и требования, предъявляемые к электроснабжению, трансформаторам, шинам и кабелям, аппаратуре защиты, монтируемому оборудованию, требования по противопожарной безопасности, к электрооборудованию и производственным помещениям.

В курсовом проекте произведены расчеты и выбор схем и элементов системы электроснабжения, приведены электротехнические характеристики, требования, предъявляемые к электроснабжению, монтируемому электрооборудованию, выбор силовых трансформаторов, проводников, аппаратов коммутации и защиты.



1. Общая характеристика объекта проектирования

Компрессорная станция (КС) предназначена для приема, сжатия и распределения воздуха. Помещения или отгороженные, например, сетками, части помещения, доступные только для квалифицированного обслуживающего персонала, в которых расположены электроустановки, называются электроприемниками.

По характеру воздействия на электрическую изоляцию и другие элементы электрооборудования помещения делятся на группы:

· по влажности воздуха - сухие, влажные, сырые и особо сырые;

· жаркие, в которых температура длительно превышает +35°С;

· пыльные по условиям производства;

· с химически активной или органической средой.

Помещения электроустановок по опасности поражения электрическим током подразделяются следующим образом.

Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием сырости или токопроводящей пыли, токопроводящими металлическими, земляными, кирпичными или железобетонными полами, высокой температурой, возможностью одновременного прикосновения человека к металлическим корпусам электрооборудования и к металлоконструкциям зданий и технологического оборудования, имеющим соединение с землей.

Помещения особо опасные характеризуются особой сыростью (потолок, стены, пол и предметы покрыты влагой) или химически активной средой и одновременно двумя или более признаками помещений с повышенной опасностью.

Конструкция, способ установки электрических машин, аппаратов, приборов и прочего электрооборудования, а также кабелей должны соответствовать условиям окружающей среды.

По взрывопожарной и пожарной опасности помещения подразделяются на категории А, Б, В1 - В4, Г и Д.

Категории взрывопожарной и пожарной опасности помещений и зданий определяются для наиболее неблагоприятного в отношении пожара или взрыва периода, исходя из вида находящихся в аппаратах и помещениях горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств, особенностей технологических процессов.

Определение пожароопасных свойств веществ и материалов производится на основании результатов испытаний или расчетов по стандартным методикам с учетом параметров состояния.

В отношении обеспечения надежности ЭСН электроприемники разделяются на следующие 3 категории:

Электроприемники I категории - перерыв ЭСН которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.

Приемники электроэнергии II категории обеспечиваются электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Однако при нарушении их электроснабжения от одного из источников питания допускается перерыв электроснабжения на время, необходимое для восстановления питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. ПУЭ допускают питание приемников электроэнергии II категории: по одной воздушной линии, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более одних суток; от одного трансформатора при наличии централизованного резерва трансформатора и возможности замены поврежденного трансформатора за время не более одних суток.

Для приемников электроэнергии III категории электроснабжение выполняют от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы энергоснабжения, не превышает 1 суток.

Так как данная станция допускает перерыв в электроснабжении на время не более 1 суток, следовательно, она относится к потребителям II категории при наличии централизованного резерва трансформатора и возможности его замены в случае повреждения за время не более 1 суток.



2. Расчет электрических нагрузок по объекту в целом

При расчете силовых нагрузок большое значение имеет правильное определение электрической нагрузки во всех элементах силовой сети. Завышение нагрузки может привести к перерасходу проводникового материала, удорожанию строительства; занижение нагрузки - к уменьшению пропускной способности электрической сети и невозможности обеспечения нормальной работы силовых электроприемников.

См. Приложение А

Расчет нагрузки освещенности

Расчет нагрузки освещенности осуществляется по формуле:

где - площадь компрессорной станции;

- коэффициент освещения;



3. Выбор числа, мощности и типа трансформаторов

При проектировании подстанции, для которой неизвестен график нагрузки потребителей, мощность трансформатора выбирается на основании расчетной максимальной нагрузки с учетом компенсации реактивной мощности и увеличения нагрузок на перспективу:

Мощность каждого трансформатора одно-трансформаторных ТП с резервированием и двух - трансформаторных ТП должна быть такой, чтобы при отключении одного из трансформаторов оставшийся в работе обеспечивал электроэнергией потребители первой и второй категорий. С этой целью рекомендуются применять следующие коэффициенты загрузки (Кз) трансформаторов:

· Кз = 0,6 - 0.7 - при преобладании нагрузок первой категории;

· Кз = 0,7 - 0,8 - при преобладании нагрузок второй категории;

· Кз = 1 - при нагрузках третьей категории.

Мощность трансформатора определяется по формуле:

где: - расчетная мощность нагрузки ТП с учетом компенсирующих устройств, кВА;

n - количество трансформаторов на подстанции

Выбираем по номинальной мощности ближайший трансформатор ТМ-630кВА-10/0,4 кВ.

Характеристика трансформатора ТМ-630кВА-10/0,4 кВ.



Наименование	Единица измерения	Значение
Номинальная мощность	кВА	630
Высокое напряжение (напряжение на стороне ВН)	кВ	10
Низкое напряжение (напряжение на стороне НН)	кВ	0.4
Напряжение короткого замыкания	%	5,5
Потери короткого замыкания	кВт	7,6
Ток холостого хода	%	0,8
Потери холостого хода	кВт	1,16

Условное обозначение:

Т - трехфазный тр-р,

М - масляный, 630 - мощность,

10 - напряжение на высокой стороне, 0,4 - напряжение на низкой стороне.

В нормальном режиме трансформаторы будут работать с неполной нагрузкой. Коэффициент загрузки в часы максимума равен:

С учетом загрузки определяемой выше загрузки выше, оба трансформатора в нормальном режиме смогут пропустить всю потребляемую мощность во время максимальной нагрузки, поскольку допустимой максимальная мощность составит:

Проверяем возможность перегрузки намеченных трансформаторов при отключении одного из них.

При отключении одного из трансформаторов мощностью 630 кВ оставшийся в работе, сможет обеспечить мощность равную:

Коэффициент 1.4 учитывает перегрузку трансформатора в послеаварийном режиме. В аварийном режиме один трансформатор полностью покрывает нагрузку подстанции.



4. Выбор конденсаторных батарей

Для снижения потерь от реактивных нагрузок на подстанции применяют регулируемые конденсаторные батареи. Выбор мощности по формуле

Выбираем конденсаторные батареи типа КРМ-0,4-250-Р-250 мощностью 250 на каждую секцию распределительного устройства 0.4 кВ производства ООО "Балтийское электромеханическое предприятие"



5. Выбор схемы электроснабжения

Под питающей сетью понимают кабельные линии и магистрали, отходящие от распределительных устройств подстанций для питания цеховых распределительных магистралей, пунктов и щитков, а также кабельные линии, отходящие от цеховых распределительных магистралей, пунктов и щитков к другим цеховым распределительным магистралям, пунктам и щиткам.

Под распределительной сетью понимают линии, отходящие от распределительных устройств подстанций, от питающих магистралей, распределительных магистралей, пунктов и щитов непосредственно к электроприемникам.

Питающие и распределительные сети имеют три вида схем: магистральные; радиальные; смешанные (магистральные и радиальные).

Магистральные схемы имеют несколько меньшую надежность в подаче питания, чем радиальные схемы, т. к. при повреждении магистрали одновременно отключаются все подключенные к ней распределительные магистрали, пункты, щиты и отдельные мощные электроприемники, что нежелательно.

При радиальных схемах питающей сети подстанции выполняются с большими низковольтными распределительными устройствами, предназначенными для распределения всей мощности подстанции. К положительным качествам радиальных схем можно отнести большую надежность питания, т. к. авария на одной линии не отражается на работе электроприемников, питающихся от других радиальных линий.

Для распределения электроэнергии по цеху применить магистральные и радиальные схемы в чистом виде не всегда представляется возможным и в таких случаях находят применение смешанные схемы, сочетающие в себе, как магистральное, так и радиальное питание.

В данном проекте принят радиальный вид схемы распределения электроэнергии, что обусловлено расположением технологического оборудования в цехе, а также категорией по надежности электроснабжения.



6. Выбор и расчет элементов сети

Для того чтобы выбрать питающие сети и защитную аппаратуру рассчитаем максимальный ток.

6.1 Электрическая сеть до 1 кВ

Проверке по экономической плотности тока не подлежат: сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1 кВ при числе использования максимума нагрузки предприятий до 4000-5000; сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых распределительных устройств всех напряжений; ответвления к отдельным электроприёмникам напряжением до 1 кВ, а также осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий.

Т.к. шины не входят в перечень, то выбор осуществляем по току с условием, что Iд?Imц с проверкой по потере напряжения и на действие токов короткого замыкания.

В результате расчёта электрических нагрузок максимальный ток Imц=923,22 А. Т.к. ток проходящий по одной секции Im1с=461,61 А, то принимаем к предварительной установке шину алюминиевую сечением 50Ч6 с Iд=540А .

При расположении шин плашмя ток, должен быть уменьшен на 5 %, если ширина шины до 60 мм и на 8 %, если ширина шины больше 60 мм.

Iд? = 540-0,05·540 = 513 А > Im1с=461.61 А.

По справочнику определяем активное (r0) и реактивное (х0) сопротивления шины, Ом/км

х0=0,137 Ом/км,

r0=0,119 Ом/км.

Проверяем выбранную шину по потере напряжения ?U, %, при длине шины l =0,005 км

?U= Im1c·l·( r0·cosцсрв+ х0·sinцсрв),

?U%=·100%,?U= 461.61·0,005·(0,119·0,83+0,137·0,55) =0,57 В,

?U%=·100=0,3 % ? 1,8%.

Т.к. Iд? = 513А > ImIс = 461.61 А; ДU% = 0,5 % < 1,8 %, то принимаем шину к предварительной установке. Окончательное решение будет принято после проверки шины на термическое и динамическое действие токов короткого замыкания.

Выбор кабельных сетей, идущих к силовым шкафам.

В результате расчёта электрических нагрузок шкафа ШР1 Imшр1= 48,8 А. Т.к. сети напряжением до 1 кВ не подлежат проверке по экономической плотности тока при Tm ? 5 тыс. час/год, то выбор осуществляем по току с условием, что Iд ? Imшр1, с проверкой по потере напряжения и на установленную защитную аппаратуру.

Определяем ток расцепителя автоматического выключателя Iрасц, А

Iрасц = Kп1·Imшр1,

где Кп1 - поправочный коэффициент учитывающий неточность калибровки расцепителя и одновременный запуск всех потребителей шкафа, принимаем Кп1 = 1,25.

Iрасц = 1,25·48,8 = 61 А.

Принимаем к установке автоматический выключатель ВА 13-29

Принимаем к предварительной прокладке кабель АВВГ 4Ч25

Iд = 75·0,92 = 69 А

Проверяем кабель на установленную защитную аппаратуру по условию

Iд? ? Iз · Кз ,

где Iз - ток срабатывания защиты, равный току расцепителя, А, принимаем Iз = 63 А;

Кз - коэффициент защиты, зависящий от вида защитной аппаратуры, изоляции кабеля, среды в помещении и необходимости защиты кабеля от перегрузки, принимаем Кз = 1

Iд? = 69 А > (63 · 1) А,

r0 = 1,25 Ом/км, x0 = 0,0662 Ом/км.

Проверяем выбранный кабель по потере напряжения ?U, %, при длине кабеля l=0,015 км

,

?U=· 28,4 · 0,015 · (1,25 + 0,0662 · 0,53) = 0,38% ? 5%

Т.к. Iд? ? Imшр1, Iд? ? Iз · Кз, ?U ? 5%, то кабель принимаем к окончательной прокладке. Аналогичным образом выбираем кабели, идущие к остальным шкафам.

Выбор кабелей идущих к одиночным электроприёмникам

Т.к. сети, идущие к одиночным электроприёмникам, не подлежат проверке по экономической плотности тока, то выбор ведём по номинальному току электроприёмника Iн, А.

Определяем номинальную силу тока синхронного двигателя, позиция 1 Iн1, А

Iн1 = ,

где з - коэффициент полезного действия двигателя.

Iн1 = = 41,27 А.

Определяем ток расцепителя автоматического выключателя Iрасц, А

Iрасц = Kп2 · Iн1,

где Kп2 - коэффициент, учитывающий неточность калибровки расцепителя и пусковые токи двигателя, принимаем Kп2 = 1,15

Iрасц = 1,15 · 41,27 = 47,5 А.

Принимаем к установке автоматический выключатель ВА 13-29 [8]

Принимаем к прокладке кабель АВВГ 4Ч16

Iд?= 60 · 0,92 = 55 А

Iд? = 55 А ? Iн = 41,27 А.

Проверяем кабель на установленную защитную аппаратуру по условию

Iд? ? Iз · Kз,

Iд? = 55 А ? (50 · 1) А. r0 = 1,95 Ом/км;

x0 = 0,0675 Ом/км

?U = ·22·0,01·(1,95+0,0675·0,48) = 0,3% ? 5% .

Т.к. Iд? ? Iн, Iд? ? Iз · Kз, ?U ? 5%, то кабель принимаем к окончательной прокладке.

Аналогичным способом выбираем кабели идущие к остальным электроприёмникам.

Выбираем кабель идущий к вентилятору, защищаемому предохранителем

Рассчитываем силу тока двигателя вентилятора Iн2, А

Iн2 = = 1,2 А.

Определяем ток плавкой вставки предохранителя, А

,

где kп - кратность пускового тока,

принимаем kп =5;

б - коэффициент снижения пускового тока,

принимаем б =2,5 (при легких пусках).

Iвст = = 2,4 А.

Для защиты двигателя вентилятора принимаем к установке предохранитель ПП 21

Принимаем к предварительной прокладке кабель АВВГ 4Ч2,5 с Iд?= 19 · 0,92 = 18 А

Iд? = 18 А ? Iн = 1,2 А

Проверяем кабель на установленную защитную аппаратуру по условию

Iд? ? Iз · Kз,

Iд? = 18 А ? (5 · 0,33)=1,65 А,

ro = 12,5 Ом/км,

xo = 0,104 Ом/км,

?U = · 0,37 · 0,011 · (12,5 + 0,104 · 1,04) = 0,04% ? 5%.

Т.к. Iд? ? Iн, Iд? ? Iз · Kз, ?U ? 5%, то кабель принимаем к окончательной прокладке.



6.2 Электрическая сеть выше 1 кВ

Критерием для выбора сечения кабельных линий является минимум приведённых затрат. В практике проектирования линий массового строительства выбор сечения производится не по сопоставительным технико-экономическим расчётам в каждом конкретном случае, а по нормируемым обобщённым показателям.

Т.к. сети напряжением выше 1 кВ не входят в перечень, то выбор сетей до цеховой трансформаторной подстанции осуществляем по экономической плотности тока jэк, .Рассчитываем максимальную активную мощность, проходящую по высоковольтному кабелю, Рm(10), кВт с учётом потерь мощности в трансформаторе

Рm(10) = Рmц+nтр · ДP,

Рm(10) = 725,12+2·4,6=734,32 кВт.

Определяем максимальную реактивную мощность, проходящую по кабелю U=10 кВ с учётом потерь мощности в трансформаторе Qm(10), кВар, по формуле

Qm(10)=Qm'+ nтр · ДQ,

Qm(10)=210,72+2·31,4=273,52 кВар.

Определяем полную мощность в сетях высокого напряжения Sm(10), кВА

Sm(10)= =783,6 кВА.

Рассчитываем коэффициенты активной (cosц(6)) и реактивной (tgц(6)) мощности высоковольтной линии

cosц(10)= = 0,94,

tgц(10)= = 0,37.

Рассчитываем силу тока, проходящую по линии напряжением U=10 кВ Im(10), A

Im(10)= =22,6 А.

Определяем экономическую плотность тока, учитывая, что число часов использования максимума нагрузки в год Тm=3000-5000 тысяч час/год и прокладываемый кабель марки ААШв

jэк = 1,4 А/мм2

Определяем экономически целесообразное сечение кабеля Fэк, мм2

Fэк=,

Fэк= =16,14 мм2.

Принимаем к прокладке кабель ближайшего стандартного сечения 16 мм2, т.е. ААШв 3х16 с допустимым током Iд, А, определяемым по каталогу Iд=80 А.

Определяем допустимую величину тока с учётом поправочных коэффициентов

Iд'=Iд·Kп·Kт,

где Kп - поправочный коэффициент на параллельную прокладку двух кабелей в траншее, принимаемый по каталогу по Kп=0,9;

Kт - поправочный коэффициент на температуру земли, принимаемый по каталогу Kт=1, т.к. принята температура t=15 єC.

Iд'=80·0,9·1=72 А > Im(10)=22,6 А.

По справочникуопределяем активное (r0) и реактивное (х0) сопротивления кабельной линии, Ом/км

r0=1,95 Ом/км,

х0=0,113 Ом/км.

Проверяем выбранный кабель по потере напряжения ?U, %, которые не должны превышать 5%

?U=,

?U==0,59% .

Характеристики кабеля ААШв 3х16

Uн, кВ	Im(10), А	Марка и сечение кабеля	Iд?, А	r0, Ом/км	x0, Ом/км	l, км	ДU, %
10	22,6	ААШв 3Ч16	72	1,95	0,113	0,8	0,59

ААШв - кабель с алюминиевыми жилами, с бумажной изоляцией, алюминиевая оболочка, в поливинилхлоридном шланге.

Итак, кабель выбранный по экономической плотности тока обеспечивает снижение сопротивления кабеля, возможность расширения производства, а также запас по току, что ведет к снижению эксплуатационных затрат, т.к кабель нагревается значительно меньше, обеспечивая, тем самым, меньший физический износ изоляции, а как следствие меньшее число повреждений и пробоев.



7. Расчет токов короткого замыкания

В электроустановках могут возникать различные виды коротких замыканий, сопровождающиеся резким увеличением тока. Поэтому электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения, должно быть устойчивым к токам короткого замыкания и выбираться с учётом величин этих токов. Основными причинами возникновения коротких замыканий в сети могут быть: повреждение изоляции отдельных частей электроустановки; неправильные действия обслуживающего персонала; перекрытие токоведущих частей.

Вычисление токов короткого замыкания производится для определения условий работы потребителей при аварийных режимах; выбора электроаппаратов, шин, изоляторов, силовых кабелей; проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики; проектирования защитных заземлений; подбора характеристик разрядников для защиты от перенапряжений.

При расчёте токов КЗ принимают, что источниками питания места КЗ являются: синхронные генераторы, синхронные компенсаторы и двигатели, асинхронные двигатели в начальный период времени.

До начала расчётов токов короткого замыкания составляем упрощённую схему согласно. Затем строим схему замещения, согласно рисунку 3, на ней указываем все точки наиболее вероятных возникновений токов короткого замыкания. Расчёт ведём в именованных единицах.

Рисунок 2 - Упрощённая однолинейная схема

Рисунок 3 - Схема замещения

Пересчитываем удельные сопротивления высоковольтной линии в мОм

r1? = r1 • l,

r1? = 1,95 • 800 = 1560 мОм;

х1? = х1 • l,

х1? = 0,113 • 800 = 90,4 мОм.

Определяем ток периодической составляющей тока кз в начальный момент времени Iпо, кА

Iпо = = ,

где Uср - среднее напряжение в точке расчёта тока кз, В;

z - полное сопротивление участка сети, мОм.

Iпо = = 3,88 кА.

Находим соотношение реактивного и активного сопротивлений

= = 0,06.

Определяем ударный коэффициент Ку=1

Рассчитываем ударный ток, iу, кА

iу = • Iпо • Ку,

iу = • 3,88 • 1 = 5,49 кА.

Пересчитываем сопротивления всех остальных участков сети аналогично точке 1

Пересчитываем сопротивления трансформатора, мОм

rтр = ,

rтр = = 2,94 мОм ,

xтр = ,

xтр = = 13,65 мОм.

По максимальному току первой секции ImIc=660,9 А выбираем выключатель с низкой стороны трансформатора ВА 62 .

Определяем активное сопротивление катушек расцепителей Rа=0,12 мОм, и переходное сопротивление контактов Rк=0,25 мОм и индуктивное сопротивление катушек Xа=0,094 мОм.

Пересчитываем сопротивления шины 50Ч6, мОм

rш? = 0,119 • 5 = 0,595 мОм,

xш? = 0,137 • 5 = 0,685 мОм.

Находим сопротивление кабельной линии, идущей к шкафу ШР1, мОм

rшр1? = 1,25 • 15 = 18,75 мОм,

xшр1 = 0,0662 • 15 = 0,99 мОм.

Определяем сопротивление кабельной линии, идущей к двигателю, мОм

r2? = 1,95 • 10 = 19,5 мОм,

x2? = 0,0675 • 10 = 0,675 мОм.

Принимаем, что напряжение на шинах U=10 кВ при возникновении тока кз остаётся неизменным и сопротивление энергосистемы не учитываем.

Аналогично точке К - 1 выполняем расчёт тока кз в оставшихся намеченных точках.

К - 2

rк-2 = rтр + Ra + Rк ,

rк-2 = 2,94 + 0,12 + 0,25 = 3,31 мОм,

xк-2 = xтр + Хa,

xк-2 = 13,97 + 0,094 = 14,06 мОм,

Iпок-2 = = 16,01кА,

= = 4,24

Ку = 1,40,

iу = • 1,40 • 16,01 = 31,60 кА.

К - 3

rк-3 = rк-2 + rш? + Rа1 + Rк1 + rшр1? ,

rк-3 = 3,31 + 0,595 + 1,8 + 0,75 + 18,75 = 25,21 мОм,

xк-3 = хк-2 + хш? + Xа1 + xшр1?,

xк-3 = 13,74 + 0,685 + 0,86 + 0,99 = 16,275 мОм,

Iпок-3 = = 7,7 кА,

= = 0,65, Ку = 1,02,

iу = • 7,7 • 1,02 = 11,11 кА.

К - 4

rк-4 = rк-3 + Rа2 + Rк2 + r2?,

rк-4 = 25,21 + 1,8 + 0,75 + 19,5 = 47,26 мОм,

хк-4 = хк-3 + Xа2 + x2?,

хк-4 = 16,275 + 0,86 + 0,675 = 17,81 мОм,

Iпо = = 4,57 кА,

= = 0,38,

Ку = 1,

iу = • 4,57 • 1 = 6,46 кА.



8. Выбор и проверка силового электрооборудования выше 1000 В

Токи короткого замыкания вызывают нагрев токоведущих частей, значительно превышающий нормальный. Чрезмерное повышение температуры может привести к выжигании изоляции, разрушению контактов и даже их расплавлению, несмотря на кратковременность процесса короткого замыкания.

Проверка аппаратов на термическую стойкость производится по току термической стойкости Iт и времени термической стойкости tт. Аппарат термически стоек, если тепловой импульс Вк < Iт2 • tт.

Выбранные шины или кабель термически стойки, если принятое сечение больше минимального Fmin, то есть Fmin < Fпр .

При коротком замыкании по токоведущим частям проходят токи переходного режима, вызывая сложные усилия в шинных конструкциях и аппаратах электроустановок. Эти усилия изменяются во времени и имеют колебательный характер. Проверка аппаратов по электродинамической стойкости производится по условию:

iу ? iпр.скв (iдин),

где iпр.скв (iдин) - предельный сквозной ток, указанный заводом-изготовителем.

Проверку шин на динамическую стойкость проводят по условию:

урасч ? удоп

В качестве защитной аппаратуры с высокой стороны трансформатора принимаем к предварительной установке вакуумный выключатель серии ВВ/TEL-10-12,5/1000-У2-41.

Расчетные данные		Справочные данные
U = 10 кВ	=	UH = 10 кВ
Im = 22,6 А	<	Iн = 630 А
Iп.о = 3,88 кА	<	Iн.откл = 12,5 кА
iу = 5,49 кА	<	iдин = 50 кА
Вк = 7,9 кА2 • с	<	It2 • tt = 12,52 • 3 = 468,75 кА2 •с

Определяем время отключения короткого замыкания tоткл , с

tоткл = tв + tз,

где tв - полное время отключения выключателя, с,

принимаем tв = 0,025 с; tз - время действия основоной защиты, с,

принимаем tз = 0,5 с. tоткл = 0,025 + 0,5 = 0,525 с.

Находим время затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания Тa, с по формуле

Та = ,

Та = = 0,00018 с.

Определяем тепловой импульс Вк.

Вк = Iп.о.к-12 · (tв + tз + Tа),

Вк = 38802 · (0,025 + 0,5 + 0,00018) = 7906269,79 А2 · с.

Т.к. расчётные данные не превышают справочные, то вакуумный выключатель ВВ/TEL-10-12,5/1000-У2-41 принимаем к окончательной установке. Для видимого разрыва цепи выбираем разъединитель внутренней установки с заземляющими ножами типа РВЗ-10/400I.

U = 10 кВ	=	UH = 10 кВ
Im = 22,6 А	<	Iн.раз = 400 А
iу = 5,49 кА	<	iдин = 50 кА
Вк = 7,9 кА2 • с	<	It2 • tt = 162 • 4 = 1024 кА2 •с

Для подключения катушек измерительных приборов выбираем трансформатор тока проходной с литой изоляцией для КРУ типа ТПЛ-10К с классом точности 0,5, с номинальным током вторичной обмотки Iн2 = 5 А, с номинальной нагрузкой в классе точности 0,5 Rн0,5 = 0,4 Ом.

U = 10 кВ	=	UH = 10 кВ
Im = 22,6 А	<	Iн = 30 А
iу = 5,49 кА	<	iдин = 175 кА
Вк = 7,9 кА2 • с	<	It2 • tt = 452 • 4 = 8100 кА2 •с

Выбираем по справочнику однофазный трансформатор напряжения с естественным масляным охлаждением типа НОМ-10 с номинальным напряжением вторичной обмотки U2н = 100 В, с номинальной мощностью в классе точности 0,5 Sн0,5 = 75 ВА

U = 10 кВ электрический трансформатор проводник аппарат

UH = 10 кВ

Проверяем кабель ААШв 3Ч16 на термическое действие токов кз.

Определяем минимальное сечение кабеля Fmin, мм2

Fmin = ,

где Ст - коэффициент, зависящий от допустимой температуры при коротком замыкании и материала проводника,

Принимаем Ст = 85: для кабельной линии с U=10кВ, алюминиевыми жилами, без изоляции

Fmin = = 33 мм2 > Fпр = 16 мм2

Т.к. условие не соблюдается, то принимаем к окончательной установке кабель ААШв 3Ч35 с Iд? = 115 Аю=.

Проверяем шину алюминиевую с размерами 50Ч6 на термическое действие токов кз.

Так-2 = = 0,013 с,

Вкк-2 = 163402 · ( 0,04 + 0,1 + 0,013) = 40850326,8 А2 · с,

Fmin = = 73 мм2 < Fпр = 50 · 6 = 300 мм2.

Т.к. расчётные данные не превышают принятых, то шина термически стойка.

Проверяем шину алюминиевую сечением 50Ч6 на динамическое действие токов кз.

Определяем максимальное усилие на шинную конструкцию F(3), Н

F(3) = · iy2 · 10-7,

где l - расстояние между изоляторами, м,

принимаем l = 0,9 м;

а - расстояние между фазами, м

принимаем а = 0,07 м.

Определяем изгибающий момент М, Н · м

М = ,

М = = 218,79 Н · м.

Определяем момент сопротивления сечения шины при расположении шины плашмя W, см3

где b и h - размеры поперечного сечения шины, см

W = = 2,5 см3.

Находим напряжение в материале шин от изгиба урасч, МПа

урасч = ,

урасч = = 87,5 МПа > удоп Al = 75 МПа.

Т.к. условие не выполняется , то принимаем к установке шину большего сечения 60Ч6 с Iд? = 870 - 870 · 0,05 = 827 А



9. Релейная защита

В условиях эксплуатации возможны повреждения отдельных элементов системы электроснабжения. 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. Это и есть релейная защита, действующая на отключение.

Иногда в условиях эксплуатации возникают ненормальные режимы, существование которых допустимо в течение некоторого времени. Нарушение нормального режима в этих случаях может быть ликвидировано действием оперативного персонала. При этом нецелесообразно немедленное отключение элемента электрической сети, а достаточно дать сигнал персоналу. Это осуществляется релейной защитой, действующей на сигнал.

Релейная защита и автоматика должны удовлетворять ряду требований, основными из которых являются: селективность, чувствительность, быстродействие, надежность.

Под селективностью понимается свойство релейной защиты, действующей на отключение, избирать поврежденный участок и отключать только его. Для релейной защиты, действующей на сигнал, под селективностью понимается способность однозначно указывать место возникновения ненормального режима и конкретный элемент системы электроснабжения, требующий вмешательства персонала.

Под чувствительностью релейной защиты понимается ее способность реагировать на возможные повреждения в минимальных режимах системы электроснабжения, когда изменение воздействующей величины (величина, на которую реагирует защита) будет минимальным. Обычно стремятся сделать защиту возможно более чувствительной, сохраняя, однако, ее селективность. Это требование и ставит практический предел возможной чувствительности защиты.

Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности. Он регламентирует отношение между значением воздействующей величины при повреждении в защищаемой зоне и установленным на защите значением параметра ее срабатывания.

Чувствительность - одно из основных требований, предъявляемых к устройствам автоматики. Высокой чувствительностью должны обладать, например, автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) и автоматические регуляторы частоты (АРЧ), реагирующие на изменения напряжения и частоты в системе.

Быстродействие защиты необходимо в большинстве случаев по следующим соображениям:

1) при кз мощность, отдаваемая генераторами станций, вблизи которых произошло КЗ, резко снижается. В результате скорость вращения генераторов возрастает. Если КЗ отключается защитой, имеющей выдержку времени, то к моменту его отключения генераторы этой станции выйдут из синхронизма по отношению к другим станциям. Быстрое отключение КЗ может предотвратить нарушение синхронизма, представляющее собой наиболее тяжелую аварию в системе.

2) кз в любом элементе системы приводит к понижению напряжения, снижению вращающего момента синхронных и асинхронных двигателей и их торможению. При быстром отключении КЗ двигатели немедленно возвращаются к нормальному режиму, их торможение не является опасным. Отключение КЗ с выдержкой времени может привести к полной остановке и необходимости отключения синхронных и некоторых асинхронных двигателей.

3) быстрое отключение КЗ уменьшает размеры нарушения изоляции и токоведущих частей в месте повреждения, уменьшает вероятность несчастных случаев.

4) ускорение отключения повреждений повышает эффективность АПВ и АВР, так как чем меньше разрушения в месте КЗ, тем меньше вероятность успешного действия автоматики.

Время отключения повреждения складывается из времени действия защиты и времени действия выключателя. Следовательно, для ускорения отключения повреждений необходима не только быстродействующая защита, но и быстродействующие выключатели. Защиты, действующие со временем, не большим 0,1 ...0,2 с, считаются быстродействующими. Время отключения наиболее распространенных выключателей не превышает 0,06...0,15 с.

Для повышения надежности электроснабжения недостаточно только быстрого отключения поврежденного элемента, необходимо также быстро включить этот элемент повторно в работу или заменить его резервным. Таким образом, быстродействием должны обладать также устройства АПВ и АВР.

Применительно к релейной защите и автоматике под надежностью понимают свойство этих устройств выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.

Для обеспечения надежности релейная защита и автоматика должны выполняться при помощи высококачественных и надежно работающих реле и других элементов. Их монтаж должен быть надежным, т. е. таким, при котором исключается обрыв проводов, замыкание между ними, ложное срабатывание от механических сотрясений и др. Существенное значение для надежности имеет правильная эксплуатация защиты и автоматики. Состояние всех устройств защиты и автоматики должно периодически проверяться. Так как каждый элемент может оказаться неисправным, то надежность защиты и автоматики тем выше, чем меньшее число элементов они содержат. Особенно важно уменьшение числа наименее надежных элементов, которыми являются контакты реле. Поэтому для увеличения надежности устройства следует стремиться к его упрощению. Существенное повышение надежности устройств релейной защиты и автоматики может быть достигнуто применением бесконтактных элементов.

Для предупреждения повреждений необходим свой вид релейной защиты, в соответствии с чем, для отдельных элементов электроустановок рекомендуются следующие наборы защит:

1) для генераторов - от внешних коротких замыканий, перегрузок, многофазных замыканий, однофазных замыканий на землю, замыканий между витками одной фазы в обмотке статора, замыканий на корпус в цепи возбуждения и повышения напряжения в обмотке статора;

2) для силовых трансформаторов - от внешних коротких замыканий, перегрузок, многофазных замыканий, однофазных замыканий на землю, витковых замыканий в обмотках, понижения уровня масла в кожухе трансформатора;

для воздушных и кабельных линий - от многофазных замыканий, однофазных замыканий на землю и внешних коротких замыканий;

для синхронных и асинхронных электродвигателей - от многофазных замыканий, однофазных замыканий на землю, перегрузок, снижения напряжения и асинхронного режима для синхронного двигателя;

для конденсаторных установок - от коротких замыканий, повышения напряжения и перегрузок токами высших гармоник при наличии в сети вентильных преобразовательных и выпрямительных установок.

Для защиты ряда электроустановок вместо автоматических выключателей и релейной защиты следует применять предохранители или открытые плавкие вставки. Если они выбраны с требуемыми параметрами, то обеспечивают селективность и чувствительность и не препятствуют применению автоматики.

Предохранители и устройства релейной защиты от многофазных замыканий являются основными средствами защиты, однако, в случае выхода их из строя в качестве резервной для сетей, трансформаторов и генераторов предусматривается защита от внешних коротких замыканий. Такая защита осуществляет отключение только с определенной выдержкой времени, так как предназначена для работы только при отказе основной защиты.

Для отключения тока внешнего короткого замыкания в сетях напряжением выше 1 кВ применяется максимальная токовая защита. Ток, проходящий по защищаемому элементу системы, через трансформатор тока подводится к максимальной токовой защите, которая при соответствии нормальному режиму работы на него не реагирует. При возникновении короткого замыкания ток резко возрастает, защита срабатывает и подает сигнал на отключение выключателя.

Максимальная токовая защита обладает достаточной селективностью, определенной чувствительностью; широко применяется в радиальных сетях всех уровней напряжения с одним источником питания, а в системах электроснабжения промышленных предприятий напряжением 10 кВ и ниже она является основной защитой.

Токовая отсечка, являясь разновидностью максимальной токовой защиты, имеет ограниченную зону действия и в большинстве случаев реагирует мгновенно.

Токовая отсечка устанавливается обычно для защиты электродвигателей мощностью менее 5000 кВт, трансформаторов мощностью менее 6300 кВА, нереактированных линий, конденсаторных установок мощностью более 400 кВар.

Защита от многофазных замыканий требует селективного и быстрого отключения элементов электроустановки, предотвращая тем самым ее раз рушение.

Наиболее распространенными видами защит всех элементов электрической системы являются токовая отсечка и дифференциальные защиты. Помимо этих защит используют дистанционную защиту и направленную защиту с высокочастотной блокировкой (высокочастотная защита). Выбор той или иной определяется требованиями защиты конкретной установки и схемы электроснабжения.

Дифференциальная защита подразделяется на продольную и поперечную. Продольная используется в основном для элементов с сосредоточенными нагрузками (электродвигатели, трансформаторы и др.), а также для линий относительно небольшой длины. Поперечная дифференциальная защита применяется для защиты параллельных линий.

Для силовых трансформаторов предусматривается релейная защита от следующих повреждений и анормальных режимов работы: междуфазных КЗ в обмотках и на выводах; однофазных КЗ в обмотке и на выводах; витковых замыканий в обмотках; скачков токов в обмотках при внешних КЗ; перегрузок; понижения уровня масла в маслонаполненных трансформаторах и в маслонаполненных вводах.

Газовая защита устанавливается на трансформаторах, автотрансформаторах, преобразовательных агрегатах и реакторах с масляным охлаждением, имеющих расширители. Основным элементом газовой защиты является газовое реле. Широкое распространение получили реле типа ПГ-22 и РГЧЗ-66.

Защита от перегрузки выполняется одним реле тока, включенным в цепь трансформатора тока защиты от внешних коротких замыканий. Для отстройки от кратковременных перегрузок и коротких замыканий предусмотрено реле времени, рассчитанное на длительное прохождение тока в его обмотках.

Для защиты трансформаторов мощностью 6300 кВА и выше от междуфазных замыканий, витковых и замыканий на землю используют дифференциальную токовую защиту, действующую без выдержки времени на отключение всех выключателей трансформаторов.

Для защиты трансформаторов мощностью ниже 6300 кВА, работающих одиночно, и трансформаторов мощностью менее 4000 кВА, работающих параллельно, устанавливается токовая отсечка.

Для секций сборных шин напряжением (6-35) кВ предусматривается защита от многофазных коротких замыканий, а также сигнализация о замыканиях на землю.

Определяющим для типа защиты является конструктивное исполнение и расположение шин: внутри и вне комплектных распределительных устройств (КРУ).

Для сборных шин КРУ применяется дуговая защита и быстродействующая неполная дифференциальная токовая защита. Сборные шины вне КРУ защищаются максимальной токовой защитой, установленной на выключателе ввода в РУ или на выключателе в начале питающей линии, а также максимальной токовой защитой - на секционном выключателе.

Для конденсаторных установок, предназначенных для компенсации реактивной мощности, применяется защита от многофазных коротких замыканий, от сверхтоков перегрузки и от повышения напряжения. Однако не требует защиты от повышения напряжения, если конденсаторная установка выбрана по максимально возможному напряжению.

В качестве защиты от многофазных коротких замыканий рекомендуется максимальная токовая защита без выдержки времени. На батареях, состоящих из нескольких секций конденсаторов, если они не защищены предохранителями, может устанавливаться, помимо общей, собственная защита от многофазных коротких замыканий.

Защита от повышения напряжения выполняется одним реле максимального напряжения с высоким коэффициентом возврата и действует на отключение всей установки.

Любое отключение должно сопровождаться запретом на повторное включение прежде, чем пройдет время, достаточное для разряда батареи (5с).



Заключение

В результате проделанной работы, были приобретены практические навыки разработки проекта электроснабжения различных потребителей, так же были получены более полные понятия о электроустановках и проектировании подстанции.



Список литературы

1.Справочник по проектированию электроснабжения. Электроустановки промышленных предприятий / Под ред. Ю. Г. Барыбина и др. Под общ. ред. Ю.Н. Тищенко и др. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

2.Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования. Электроустановки промышленных предприятий / Под ред. Ю. Г. Барыбина и др. Под общ. ред. Ю. Н. Тищенко и др. - М.: Энергоатомиздат, 1991.

3.Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Том 1. Электроcнабжение. / Под общ. ред. А. А. Федорова. - М.: Энергоатомиздат

4.Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Том 2. Электрооборудование / Под общ. ред. А. А. Федорова. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

5.Справочник по электрическим установкам высокого напряжения / Под ред. И. А. Баумштейна, С. А. Батанова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

6.Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР . 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

7.Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю. Б. Айзенберга. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

8.Неклепаев Б. Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Учебное пособие для вузов / Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

9. Васильев А. А. Электрическая часть станций и подстанций: Учеб. для вузов / А. А. Васильев, И. П. Крючков, Е. Ф. Наяшкова и др. под ред.А. А. Васильева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

10.Мукосеев Ю. Л. Электроснабжение промышленных предприятий. - М.: "Энергия", 1972.

11.Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок. / Под ред. Я. М. Большама, В. И. Круповича, М. Л. Самовера. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: " Энергия" 1975.

12.Проектирование промышленных электрических сетей / Под ред. В. И. Круповича. - М.: " Энергия" , 1979.

13.Кудрин Б. И. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебник для вузов. / Б. И. Кудрин - М.: Энергоатомиздат, 1995.

14.Федоров А. А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. / А. А.Федоров, В. В. Каменева. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

15.Справочник по электроснабжению промышленных предприятий / Под общ. ред. А. А. Федорова и Г. В. Сербиновского. Кн. 1. Проектно - расчетные сведения - М.: " Энергия", 1973.

16.Справочник по электроснабжению промышленных предприятий / Под общ. ред. А. А. Федорова и Г. В. Сербиновского. Кн. 2. Технические сведения об оборудовании. - М.: " Энергия" , 1973.

17.Электромонтажные устройства и изделия: Справочник / Главэлектромонтаж Минмонтажспецстроя СССР, - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

18.Справочник по проектированию электроснабжения, линий электропередачи и сетей. / Под ред. Я. М. Большама, В. И. Круповича, М. Л. Самовера. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: " Энергия", 1975.

Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

Гетлинг Б. В. Чтение схем и чертежей электроустановок. - М.: Высшая школа, 1986.

21.Оформление дипломных и курсовых проектов: Метод. указ. / Сост. Г. С. Свирская, В. М. Кипервассер.: СибГИУ. - Новокузнецк, 2002 г.



Приложение

№ на пл.	Наименование ЭО	Pн, кВт	n	Pн?, кВт	Кс	cos ц	tg ц	m	Pсм, кВт	Qсм, кВАр	Sсм, кВА
1	Привод компрессора Синхронные двигатели 10 кВ, Cos?=0,9 опережающий	630	5	3150	0,16	0,9	0,48	-	504	244,10	560,00
2	Маслонасос	5,5	5	27,5	0,7	0,75	0,88	-	19,25	16,98	25,67
3	Вентилятор	1,5	4	6	0,75	0,7	1,02	-	4,5	4,59	6,43
4	Насос	1,7	1	1,7	0,7	0,75	0,88	-	1,19	1,05	1,59
5	Возбудитель	1,7	5	8,5	0,65	0,8	0,75	-	5,53	4,14	6,91
6	Воздухофильтр	1,1	2	2,2	0,8	0,7	1,02	-	1,76	1,80	2,51
7	Кран-балка г/п 2.5т; ПВ = 25%	9,1	1	9,1	0,25	0,5	1,73		2,28	3,94	4,55
	Итого	650,6	23	3205	0,168	0,886	1,95		538,5	276,60	607,65

Размещено на Allbest.ru

...