Разработка системы электроснабжения промышленного предприятия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Технологический процесс завода по производству электроприводной арматуры

2. Выбор схемы электроснабжения

3. Расчет электрических нагрузок

3.1 Расчет электрических нагрузок по цеху

3.2 Расчет электрических нагрузок до 1000В по производству электроприводной арматуры

3.3 Расчет осветительной нагрузки

3.4 Расчет электрических нагрузок выше 1000В

4. Компенсация реактивной мощности

4.1 Выбор количества трансформаторов

4.2 Расчет компенсации реактивной мощности до 1 кВ

4.3 Расчет компенсации реактивной мощности свыше 1 кВ

4.4 Определение потерь в цеховых трансформаторах

5. Картограмма электрических нагрузок

5.1 Расчет картограммы завода

5.2 Определение центра электрических нагрузок

6. Технико-экономический расчет по выбору системы электроснабжения

6.1 Выбор напряжения распределительной и питающей сетей

6.2 Выбор трансформаторов ГПП

6.3 Варианты системы электроснабжения

6.4 Технико-экономические расчеты

7. Расчет короткого замыкания

8. Выбор силовых кабелей напряжением 6 кВ к узлам питания

9. Выбор электрооборудования выше 1000В

9.1 Выбор выключателей на 35 кВ

9.2 Выбор разъединителя на напряжение 35 кВ

9.3 Выбор измерительных трансформаторов тока

9.4 Выбор трансформаторов напряжения

9.5 Выбор ограничителя перенапряжения

10. Выбор электрооборудования ниже 1000В

10.1 Выбор автоматов ввода

10.2 Выбор секционного выключателя

10.3 Выбор пускозащитной аппаратуры и проводниковой продукции к электроприёмникам

11. Выбор жестких шин

Содержание используемой литературы

Введение

Системой электроснабжения называют комплекс устройств для производства, передачи и распределения электрической энергии.

Системы электроснабжения промышленных предприятий обеспечивают электроэнергией промышленные потребители.

Основными потребителями являются электроприводы различных машин и механизмов, электрическое освещение, электрические печи и нагревательные устройства.

Работа промышленных электроприводов и других потребителей должна находиться в строгом соответствии как с отдельными электроприемниками, так и с комплексами электроприводов, обеспечивающим работу сложных механизмов

Работа приемников электроэнергии зависит от ее качества. Качество электроэнергии и, в частности, например, отклонение напряжения, вызывает изменение скорости движения электроприводов, что уменьшает или увеличивает производительность механизмов. Это обстоятельство может привести к браку, или даже к полной остановке технологического процесса.

Влияние системы электроснабжения на производственный процесс очень велико. Достаточно сказать, что производственный процесс во многом определяется показателями системы промышленного электроснабжения и электроприводов, которые обеспечивают нормальный режим работы всего предприятия.

В силу изложенного в интересах нормальной работы промышленного предприятия необходимо достаточно полное знание комплекса вопросов электроснабжения.

В данной работе поставлена задача разработать систему электроснабжения, которая отвечала бы современным требованиям по эксплуатации и не отличалась излишней дороговизной исполнения.

1. Технологический процесс завода по производству электропиводной арматуры

Электрический привод арматуры -- это устройство, являющееся видом электрических приводов, служащее для механизации и автоматизации трубопроводной арматуры, и широко применяющееся во всех отраслях промышленности, играя важнейшую роль практически во всех технологических процессах. Чаще всего электропривода используются для дистанционного управления арматурой, её открытия и закрытия, а также для определения положения арматуры. Кроме электрических приводов, существуют пневматические, гидравлические и электромагнитные арматурные привода. В зависимости от рода тока приводы изготовляются с двигателями переменного тока и, реже, с двигателями постоянного тока. Они могут содержать ограничительное силовое устройство или быть без него. По принципу действия этого устройства приводы подразделяются на фрикционные, фрикционно-кулачковые, электромеханические, электромагнитные, электрические, электронные.

Завод по производству электропиводной арматуры работает в двухсменном режиме работы, состоит из 12 цехов, относящиеся к II категории потребителей. Каждый цех питается от трансформаторов марки ТМ-1000/6.

2. Выбор схемы электроснабжения

Для выбора схемы электроснабжения завода по пройзводству электроприводной арматуры необходимо произвести расчет электрических нагрузок. Расчет приведен в 3 разделе курсового проекта.

Расчет электрических нагрузок завода производится с целью определения оптимального числа трансформаторов на 0,4 кВ. Учитывая, что производство завода относится ко второй категории надежности электроснабжения выбраны масляные трансформаторы типа ТМ-1000/6 так как они являются более надежными и хорошо держат перегрузку. Для второй категории коэффициент загрузки масляных трансформаторов составляет 0,7ч0,8.

Для первой и второй категории надежности электроснабжения необходимо устанавливать двухтрансформаторные подстанции.После выбора количества трансформаторов необходимо произвести расчет компенсации реактивной мощности и выбор конденсаторных установок. А также произвести расчет потерь в цеховых трансформаторах.

Для определения схемы электроснабжения производства электроприводной арматуры намечаются два варианта схем и производится их технико-экономический расчет (ТЭР). На основе ТЭРа выбираемся наиболее оптимальный вариант схемы электроснабжения.

Выбирается (тупиковая линия) глухое присоединение ВЛ к трансформатору, через разъединитель и выключатель, так как ГПП удалена от источника питания на небольшое расстояние 15 км. А так же с учетом категории надежности выбирается два источника питания. Линии от источника питания соединены ремонтной перемычкой с двумя ремонтными разъединителями. На ГПП установлены высоковольтные выключатели, ограничители перенапряжений, трансформаторы тока для питания релейной защиты и приборов учета и разъединители.

ЗРУ установлено на напряжение 6 кВ. Оно выполнено одиночной секционированной системой шин. Трансформаторные подстанции и двигатели питаются непосредственно от ЗРУ через ячейки КРУ, укомплектованные вакуумными выключателями, высоковольтными разъединителями с приводами, высоковольтными заземлителями с приводами, трансформаторами тока типа ТОЛ-10. На каждой секции шин установлены НТМИ, а также вакуумный секционный выключатель серии ВА53-63.

После выбора схемы произведен расчет токов короткого замыкания для проверки выбранного оборудования на термическую и электродинамическую стойкость.

3. Расчет электрических нагрузок

3.1 Расчет электрических нагрузок по цеху

Расчет электрических нагрузок по цеху выполняют по методу коэффициента расчетной нагрузки. Руководствуясь «РУ по расчету электрических нагрузок» производят расчет и заполняют таблицу согласно форме Ф636-92.

По заданию технологов выбирают электроприемники(ЭП), для которых производится расчет, количество ЭП и номинальную мощность, а по справочным данным коэффициент использования ЭП и коэффициент реактивной мощности .

Приводится расчет одного ЭП цеха металлоизделий -продольно-строгальных станков. Определяется установленная мощность ЭП, кВт:

(3.1)

кВт

где - установленная мощность одного ЭП

Определяется промежуточная активная мощность ЭП, кВт:

(3.2)

кВт

где - коэффициент использования нагрузки одного ЭП

Определяется промежуточная реактивная мощность ЭП, кВар:

[2] табл.1.5

(3.3)

кВар

где рассчитывается отдельно или указывается согласно справочным данным

Аналогично рассчитываются все ЭП по ШРА.

Далее рассчитывается итоговая строка по узлу ЭП по ШРА1

Определяется эффективное число ЭП:

(3.4)

где -сумма произведений , которая берется по всем ЭП входящим в сборку (таб.3.1)

Определяется расчетный коэффициент по таблице 1.7 [2] методических указаний.

Определяется расчетная активная мощность ЭП, кВт:

(3.5)

кВт

Определяется расчетная реактивная мощность ЭП, кВар:

, при (3.6)

, при (3.7)

Так как расчетная реактивная мощность находится по формуле (2.6)

кВар

Определяется полная расчетная мощность ЭП, кВА:

(3.8)

кВА

Определяется расчетный ток ,А:

(3.9)

Аналогично рассчитываются итоговые строки по ШРА2, ШРА3,ШР.Также аналогично рассчитывается итоговая строка по всему цеху.

Результаты расчетов сводятся в таблицу 3.1.

3.2 Расчет электрических нагрузок до 1000В по производству электроприводной арматуры

По сравнению с расчетом электрических нагрузок цехов, где нагрузка разбивается по узлам питания, расчет силовой нагрузки корпусов, отдельно стоящих зданий выполняется, в общем, для выбора количества трансформаторов на территории предприятия.

Расчет электрических нагрузок завода выполняют по методу коэффициента расчетной нагрузки. Руководствуясь «РУ по расчету электрических нагрузок» производят расчет по второму варианту и заполняют таблицу согласно форме Ф636-92.

По заданию технологов выбирают цеха, для которых производится расчет, количество ЭП расположенных в цехе, максимальную и минимальную мощность одного ЭП и установленную мощность всех ЭП цеха, а по справочным данным коэффициент использования цеха и коэффициент мощности .

Нагрузка каждого отдельного цеха или корпуса принимается общей установленной мощностью, по которой и определяется вся расчетная нагрузка.

Расчет производится по главному корпусу:

Определяется промежуточная активная мощность цеха по формуле (3.2), кВт:

кВт

где =0,5- коэффициент использования нагрузки цеха [2, таб. 1.7]

Определятся промежуточная реактивная мощность цеха по формуле (3.3), кВАр:

кВАр

где рассчитывается отдельно или указывается согласно справочным данным

Определяется эффективное число ЭП цеха:

где =70 кВт - максимальная мощность одного ЭП в цехе

=3080 кВт - мощность всех ЭП в цехе

Определяется расчетный коэффициент по таблице 1.8 методических указаний [2].

К_Р=0,75

Определяется расчетная активная мощность цеха по формуле (3.5), кВт:

кВт

Определяется расчетная реактивная мощность цеха по формуле (3.7), кВАр:

кВАр

где при

при

Определяется полная расчетная мощность цеха по формуле (3.8), кВА:

кВА

Определяется расчетный ток цеха по формуле (3.9), А:

Расчет остальных цехов производится аналогичным способом.

Расчёт сводится в таблицу 3.2

3.3 Расчет осветительной нагрузки

Рациональное освещение рабочих мест, производственных помещений и территорий предприятий способствует повышению производительности труда, снижает вероятность производственных травм.

Расчет освещения завода производится методом удельной мощности.

Приведем расчет осветительной нагрузки одного цеха завода по производству асбоцементных и профилированных изделий -цеха приготовления сырья.

Определяем установленную мощность ,кВт

(3.11)

где К - коэффициент, учитывающий дополнительные потери в сетях, зависит от типа светильника:

К=1-для ламп накаливания

К=1,25-для люминесцентных ламп дроссельного типа

К=1,1ч1,15-для люминесцентных ламп с электронной ПРА

К=1,15-для ламп типа ДРЛ

К_ЗАП - коэффициент запаса, зависит от технологической среды помещения

К_ЗАП=1,1ч1,15-для чистой благоприятной среды

К_ЗАП=1,1ч1,3-для запыленных помещений

К_ЗАП=1,4ч1,5-для пыльных помещений

Р_УД -удельная мощность, кВт, выбирается в зависимости от типа светильника, высоты помещения и минимальной освещенности, таб.6.7-6.15.

F - площадь помещения, м²

кВт

Определяем расчетную активную мощность Р_Р, кВт:

(3.12)

где К_С-коэффициент спроса, таб.11.1[4]

кВт

Определяем расчетную реактивную мощность Q_Р, кВар

(3.13)

кВар

Расчет остальных цехов производится аналогичным способом.

Расчёт сводится в таблицу 3.3

3.4 Расчет электрических нагрузок выше 1000В

При расчете СД значение будет записываться с отрицательным знаком. Так как они будут работать во время пиков нагрузки в качестве синхронных компенсаторов

Расчет производится по компрессорной завода:

СД: =4 шт.; =2000 кВт;=0,8;=-0,95

Определяется промежуточная активная мощность по формуле (3.12) СД, кВт:

кВт

где =0,8- коэффициент использования нагрузки СД [2]

Определяется промежуточная реактивная мощность по формуле (3.13) СД, кВАр:

кВАр

где рассчитывается отдельно или указывается согласно справочным данным

Определяется расчетный коэффициент по таблице 1.8 методических указаний.[2]

К_Р=1

Определяется расчетная активная мощность СД, кВт:

кВт

Определяется расчетная реактивная мощность СД, кВАр:

(3.15)

кВАр

Определяется полная расчетная мощность по формуле (3.8) СД, кВА:

кВА

Определяется расчетный ток по формуле (3.8) СД, А:

Расчет остальных высоковольтных потребителей цехов производится аналогичным способом. Расчёт сводится в таблицу 3.4

4. Компенсация реактивной мощности

4.1 Выбор количества трансформаторов

Производство электроприводной арматуры относится ко второй категории электропотребителей, а, следовательно перерыв питания может привести к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта. В связи с этим выбираются масляные силовые трансформаторы ТМ, которые выдерживают высокую перегрузку, номинальной мощностью 1000 кВА. Для масляных трансформаторов коэффициент загрузки равен 0,8.

Расчет количества трансформаторов

Определяется минимальное число трансформаторов на территории предприятия.

(4.1)

где P_P = 5929,96 кВт-расчетная активная мощность

S_Н.Т.=1000 кВА- номинальная мощность трансформатора

_Т =0,8 коэффициент загрузки трансформатора

?N ? добавка до целого числа.

Определяется оптимальное число трансформаторов.

(4.2)

где m=0, определяется по графику Рис.4.1 [3]

4.2 Расчет компенсации реактивной мощности до 1 кВ

Руководствуясь «РУ по расчету результирующих электрических нагрузок цеховых трансформаторных подстанций» производится расчет и заполняется таблица согласно форме Ф202-90.

Суммарная мощность компенсации определяется в 2 этапа.

Выбор экономически оптимального числа трансформаторов

Выбор дополнительной мощности БК в целях оптимального снижения потерь в трансформаторах и в сети 6-10 кВ

По предварительно выбранному числу трансформаторов определяется наибольшая реактивная мощность, которую они могут передать в сеть до 1 кВ, кВАр.

(4.3)

кВАр

Определяется суммарная мощность трансформаторов, кВАр.

(4.4)

кВАр

? определяется по таблице 3.2, суммарная расчетная нагрузка, кВАр

Дополнительная суммарная мощность трансформаторов, кВАр.

(4.5)

кВАр

где г= 0,1, расчетный коэффициент, зависящий от К1 и К2, определяется по графику [3]

К1=15, коэффициент, зависящий от количества рабочих смен и от энергосистемы

К2=2, коэффициент, зависящий от мощности трансформатора и длины кабельной линии. Для расчета принимается среднее значение кабельной линии, L_K= до 0,5 км.

Суммарная расчетная мощность, кВАр.

(4.6)

кВАр

где суммарные мощности батарей двух этапов расчета

Суммарная расчетная мощность распределяется между трансформаторами пропорционально их реактивным нагрузкам.

Распределяем конденсаторные батареи между трансформаторными подстанциями пропорционально потребляемой ими реактивной мощности:

(4.7)

ТП-1: Цех металлоизделий и главный корпус

Цех металлоизделий

где - суммарная реактивная мощность, приходящаяся на ТП, кВАр.

- реактивная мощность, подлежащая компенсации по всему заводу.

Принимаются стандартные значения комплектных конденсаторных установок: 2хУКМ63-0,4-600-5У3 и 2xУКМ63-0,4-400-5У3

Аналогично выполняются расчеты для других ТП, результаты расчетов заносятся в таблицы 4,2.

Таблица 4.2

Мощности ККБ установленных на ТП
Наименование	Qнкi	Qнр	Qрi	ККБ
ТП-1	2000	1905,576	2188,84	2хУКМ63-0,4-600-25У3 2xУКМ63-0,4-400-5У3
ТП-2	1200	1221,847	1403,47	2х УКМ63-0,4-600-25У3
ТП-3	600	686,5606	788,62	2х УКМ63-0,4-300-25У3
ТП-4	1500	1520,807	1746,87	2х УКМ63-0,4-600-25У3 2х УКМ63-0,4-150-25У3

4.3 Расчет компенсации реактивной мощности свыше 1 кВ

Основными потребителями электроэнергии на напряжении 6-10 кВ являются электродвигатели, трансформаторные понижающие подстанции, преобразовательные подстанции и установки, термические электроустановки

Руководствуясь «РУ по расчету результирующих электрических нагрузок цеховых трансформаторных подстанций» производится расчет и заполняется таблица согласно форме Ф202-90-6.

До выполнения расчета следует осуществить привязку потребителей 6-10 кВ к распределительным или главным понижающим подстанциям, исходя из их территориального расположения и надежности электроснабжения.

Выбор дополнительной мощности БК в целях оптимального снижения потерь в трансформаторах и в сети 6-10 кВ

Расчет производиться аналогично форме Ф202-90-0,4. Результаты расчетов заносятся в таблицу 4.3 и 4.4 .

Примечание: в данных вариантах компенсации не требуется, а значит и выбор дополнительной мощности в БК не нуждается.

4.4 Определение потерь в цеховых трансформаторах

Выбираются цеховые трансформаторы марки ТМ и рассчитываются сменные потери в трансформаторах.

Расчет производится для трансформаторов ТП-1

Определяются потери активной мощности, кВт:

(4.8)

кВт

где n - количество трансформаторов

потери холостого хода в трансформаторе, кВт [4. стр.199]

потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт [4.стр.199]

k_з - коэффициент загрузки трансформатора после компенсаций

Определяются потери активной мощности, кВАр:

(4.9)

кВАр

где

n - количество трансформаторов

потери холостого хода в трансформаторе, кВт

потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт

k_з - коэффициент загрузки трансформатора после компенсаций

(4.10)

кВт

где I_хх - ток холостого хода, [4. стр.199]

S_{ном тр} - номинальная мощность трансформатора

(4.11)

кВт

где U_кз - напряжение короткого замыкания, [4. стр.199]

Расчет потерь для остальных трансформаторов производится аналогичным способом.

Расчёт сводим в таблицу 4.6

Таблица 4.7. Результирующие электрические нагрузки цеховых трансформаторных подстанций

5. Картограмма электрических нагрузок

5.1 Расчет картограммы завода

Расчет производится для главного корпуса:

Р_р=1180,40 кВт, Q_р=1808,81 кВАр

Определяется радиус окружности активной мощности

(5.1)

м

где: Рр - активная расчетная мощность

m - масштаб

Определяется радиус окружности реактивной мощности

(5.2)

м

где: Qр - реактивная расчетная мощность

Определяется угол освещения:

(5.3)

где: Рр.о - активная расчетная мощность осветительной нагрузки

Радиусы нагрузок остальных цехов рассчитываются аналогично.

Расчет сводится в таблицу 5.1

5.2 Определение центра электрических нагрузок

С целью определения места расположения главной понизительной подстанции предприятия определяют координаты активного и реактивного условного центра электрических нагрузок (ЦЭН).

Определяются координаты ха, уа - центра активной нагрузки

(5.4)

м

где: Ррi - расчётная активная мощность i-го цеха

хi - координата по оси абсцисс до центра цеха

(5.5)

где: уi - координата по оси ординат до центра цеха

Итог: по расчетам принимается центр электрических нагрузок (с учётом эллипса сдвига) ЦЭН ГПП - (235,24:188,53).

Расчет сводится в таблицу 5.1

6. Технико-экономический расчет по выбору системы электроснабжения

6.1 Выбор напряжения распределительной и питающей сетей

Определяем напряжение внешнего электроснабжения, используя ряд общих рекомендаций из опыта выполнения ТЭР в проектной практике.

Для предприятий средней мощности при передаваемой мощности 5-15 Мвт на расстояние до 10-15 км экономические преимущества имеет напряжение 35 кВ. На этом напряжении можно и распределять электроэнергию к подстанциям 35/10 кВ с помощью магистралей глубокого ввода.

6.2 Выбор трансформаторов ГПП

Выбор мощности трансформаторов ГПП производиться на основании расчетной нагрузки предприятия S_p с учетом проведенной компенсации реактивной мощности. электрический нагрузка короткий замыкание

Если на ГПП устанавливается два трансформатора, то расчетная мощность каждого из них определяется по формуле:

(6.1)

где S_p - полная расчетная мощность данного завода, кВА

N - количество трансформаторов на ГПП

К_з - коэффициент загрузки

кВА

По получившейся расчетной мощности из ряда номинальных мощностей трансформаторов выбирают ближайшее стандартное значение мощности трансформаторов и рассчитывается коэффициент загрузки для двух вариантов.

Таблица 6.1. Паспортные данные трансформаторов ГПП 35/10 кВ

Тип трансформатора	Sном	Uк	Ркз	Рхх	I x	цена
	МВА	%	кВт	кВт	%	тыс. тг.
ТДН-6300/35	6300	7,5	46,5	9,4	0,9	5650
ТДН-10000/35	10000	7,5	65	14,5	0,8	8000

Расчетный коэффициент загрузки трансформаторов по мощностям

(6.2)

ТДН-6300/35

ТДН-10000/35

По расчетным данным выбирается трансформатор с коэффициентом загрузки 0,74, т.е. трансформатор типа ТДН-6300/35

Далее рассчитаем реактивные потери мощности в трансформаторах ГПП

Определяются реактивные потери трансформаторах:

(6.3)

(6.4)

где Q_кз и Q_хх - реактивные потери короткого замыкания и холостого хода

U_кз - напряжение короткого замыкания

I_хх - ток холостого хода трансформатора

S_нт - номинальная мощность трансформатора

Реактивные потери короткого замыкания и холостого хода трансформатора марки ТДН-6300/35 по формулам 6.3 и 6.4

Определяем расчетные активные, реактивные и полные потери мощности

(6.5)

(6.6)

где Р_кз и Р_хх - активные потери короткого замыкания и холостого хода

Потери активной мощности равны:

Потери реактивной мощности равны:

Для трансформатора ТДН-10000/35 потери мощности рассчитываются аналогично. Полученные при расчете данные заноситься в таблицу 6.2

Таблица 6.2. Потери мощности в трансформаторах ГПП

Тип Тр-ра	Мощность тр-ров S, кВА	Кол-во тр-ров	Рр кВт	Qр кВт	Sp кВА	kз.р	Расчетные потери
							Рр кВт	Qр квар
ТДН	6300	2	9193,58	1170,38	9267,77	0,74	69,11	624,66
ТДН	10000	2	9193,58	1170,38	9267,77	0,46	56,91	482,09

6.3 Варианты системы электроснабжения

Целью технико-экономических расчетов является определение оптимального варианта схемы, параметров электросети и ее элементов. Для систем электроснабжения промышленных предприятий характерна многовариантность решения задач, которая обусловлена широкой взаимозаменяемостью технических решений.

При технико-экономических расчетах систем промышленного электроснабжения соблюдают следующие условия сопоставимости вариантов:

1) технические, при которых сравнивают только взаимозаменяемые варианты при оптимальных режимах работы и оптимальных параметрах, характеризующих каждый рассматриваемый вариант;

2) экономические, при которых расчет сравниваемых вариантов ведут применительно к одинаковому уровню цен и одинаковой достижимости принятых уровней развития техники с учетом одних и тех же экономических показателей, характеризующих каждый рассматриваемый вариант.

Каждый рассматриваемый вариант должен соответствовать требованиям, предъявляемым к системам промышленного электроснабжения соответствующими директивными материалами, отраслевыми инструкциями и ПУЭ.

Расчёт производится с целью определения затрат по каждому варианту рассматриваемых схем.

Для технико-экономического расчета намечается два варианта схем. Варианты схем представлены на рисунке 6.1 и 6.2.

По первому варианту в ТЭР входит расчет стоимости кабельных линий и стоимость потерь в них, стоимость и потери трансформаторов ГПП, а так же стоимость ячеек ЗРУ.

По второму варианту в ТЭР входит расчет стоимости кабельных линий и стоимость потерь в них, стоимость и потери трансформаторов ГПП, а так же стоимость ячеек ЗРУ и РП.

Рисунок 6.1 - Первый вариант схемы электроснабжения

Рисунок 6.2 - Второй вариант схемы электроснабжения

6.4 Технико-экономические расчеты

Выполняем технико-экономические расчеты для радиальной схемы электроснабжения с распределительным пунктом

Определяем годовые эксплуатационные издержки для трансформаторов

(6.7)

где с_а=5%, норма амортизационных отчислений

с₀=9,4% - норма отчислений на обслуживание

К - капиталовложения на сооружение, тыс.тг

в=8,72 тенге/кВт*час - стоимость потерь электроэнергии

ДW - потери электроэнергии в трансформаторах, кВт*час

Для определения годовых эксплуатационных расходов необходимо сначала определить капиталовложения на сооружение и потери электроэнергии в трансформаторах.

Потери электроэнергии в трансформаторах определяется по формуле:

(6.8)

где ф - время потерь определяется по кривым

Т=8760 часов - годовая продолжительность времени потерь

Капитальные затраты на основное оборудование вычисляются, в соответствии с укрупненными показателями стоимости. На таблице 6.3 приведена капитальные затраты трансформатора марки ТДН-6300/35.

Таблица 6.3. Капитальные затраты трансформатора

Тип трансформатора	Стоимость единицы, тыс.тг	количество	Общая стоимость, тыс.тг.
ТДН-6300/35	5660	2	11300

Определяется годовые эксплуатационные издержки для трансформаторов по формуле 7.8:

Далее определяется минимальные приведенные затраты:

(6.9)

где с_н=0,15% - нормативный коэффициент экономической эффективности

Для определения технико-экономических показателей для кабельной линии необходимо предварительно выбрать кабельные линии. Предварительный выбор кабельной линии производиться по допустимому току и экономической плотности.

Выбор кабельной линий для ТП-1:

Определяется допустимый ток по значению длительного расчетного тока

(6.10)

где К_попр - поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей.

I_дл - расчетный послеавариный ток

(6.11)

где К_t =1 (t=25⁰C)- - коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды, если она отличается от расчетной +25⁰С [3, таб.4.2.]

К_П =1- коэффициент, учитывающий условия прокладки[3, таб.4.1.]

К_ПВ =1 коэффициент допустимой перегрузки.[2]

Далее определяется сечение кабеля по экономической плотности по формуле

(6.12)

где j_эк =1,4 А/мм² [2,таб.4.3]- экономичная плотность тока

По полученным расчетным данным выбираем кабель марки ААШвУ-(3х50), I_доп=155А.[5 таб.2.14]

Аналогичным путем производится выбор кабельной линии для остальных ТП радиальной схемы электроснабжения и радиальной схемы электроснабжения с распределительным пунктом. Но условия выбора кабельной линии для синхронных и асинхронных двигателей отличается. По мощности выбираем синхронный двигатель типа СТД-1000-23УБ

.Паспортные данные выбранных двигателей заносится в таблицу 6.4

Таблица 6.4. Паспортные данные синхронного и асинхронного двигателя

Тип двигателя	Рном, кВт	Uном, кВ	cosц	з, %
СТД-1000-23УБ	1000	6	0,9	96,3

(6.13)

(6.14)

где Р_дв - мощность синхронного двигателя, кВт

U_ном - номинальная напряжения синхронного двигателя, кВ

з - КПД синхронного двигателя, %

cosц - коэффициент мощности

По формуле 6.12 определяем сечение кабеля для синхронного двигателя

Выбираем кабель марки ААШвУ - (3х95), I_доп=225А

Аналогичным путем производится выбор кабельной линии для асинхронного двигателя.

Капитальные затраты на основное оборудование вычисляются, в соответствии с укрупненными показателями по стоимости. Для сравнения капитальных затрат вариантов удобнее заполнить таблицу 6.5.

Дальше определяется годовые эксплуатационные затраты. Для этого сначала нужно определить потери активной мощности и потери электроэнергии в кабельных линиях.

Рассмотрим технико-экономический расчет на примере кабельной линии марки ААШвУ-(3х35).

Определяем потери активной мощности

(6.15)

где I_макс - расчетный послеавариный ток, А

r_уд - активное сопротивление на 1 км длины, Ом/км

- длина кабельной линии

Потери электроэнергии в кабельных линиях

(6.16)

Для остальных марок кабельной линии расчет производиться аналогичным путем и представлен в таблице 6.5 и 6.6

Таблица 6.5. Потери электроэнергии в кабельных линиях для радиальной схемы

Таблица 6.6. Потери электроэнергии в кабельных линиях для радиальной схемы с РП

Годовые эксплуатационные расходы для кабельных линии

(7.17)

где с_а=5% - норма амортизационных отчислений

Минимальные приведенные затраты для кабельных линии:

(7.18)

где с_н=0,01% - нормативный коэффициент экономической эффективности

Аналогичным путем определяется годовые эксплуатационные расходы и минимальные приведенные затраты для второго варианта схемы электроснабжения.

Таблица 6.7. Сравнение технико-экономических показателей двух вариантов

Таблица 6.8. Капитальные затраты по двум вариантам

Для дальнейшего расчета выбираем первый вариант схемы электроснабжения радиальная схема без РП , потому что вторая схема электроснабжения требует больших капиталовложении.

7. Расчет короткого замыкания

При расчете токов короткого замыкания определяются:

. Периодическая составляющая тока в месте КЗ I_П0

. Ударный ток КЗ в начальный момент КЗ i_УД

Расчет токов короткого замыкания производится методом от источника неограниченной мощности в относительные единицах.

Приводится пример расчета токов короткого замыкания ТП1.

Расчетная схема представлена на рисунке 7.1.

Схема замещения:

Рисунок 7.1 - Однолинейная схема замещения

Для расчета тока КЗ задаются базисные условия: S_Б=100 МВА

Базисный ток I_Б, кА определяется по формуле:

(7.1)

где S_Б=100МВА - базисная мощность,

U_Б.СР - средне номинальное базисное напряжение ступени КЗ.

Ток короткого замыкания в точке К1.

Сопротивление системы в относительных единицах:

(7.2)

где =1,56кА - базисный ток первой ступени КЗ,

=20кА - ток отключения выключателя в линии 35 кВ

Сопротивление линии в относительных единицах:

(7.3)

Где Х_УД=0,4Ом/км - удельное сопротивление воздушной линии

=15 км - длина воздушной линии

Результирующее сопротивление в точке К1:

(7.4)

Периодическая составляющая тока:

(7.5)

В точке К1, кА

кА

Ударный ток КЗ в начальный момент времени, кА:

(7.6)

где К_УД=1,8 - ударный коэффициент[10]

кА

Ток короткого замыкания в точке К2.

Реактивное сопротивление трансформатора в относительных единицах:

(7.7)

где =7,5% - напряжение короткого замыкания трансформатора

=6,3МВА-номинальная мощность трансформатора

Активное сопротивление трансформатора в относительных единицах:

(7.8)

где ДP_К =46,5 кВт - потери короткого замыкания трансформатора

Результирующее сопротивление в точке К2:

(7.9)

Периодическая составляющая тока КЗ в точке К2 определяется по формуле 8.5, кА

кА

В точке К2 также необходимо учитывать подпитку от электродвигателей.

Ток подпитки от синхронных двигателей, кА:

(7.10)

где Е_СД=(1,05ч1,07) - ЭДС синхронного двигателя

Х_СД=0,15 - сопротивление синхронного двигателя

- суммарный номинальный ток электродвигателей:

где N=2 - количество электродвигателей на одной секции шин

cosц=0,9 - коэффициент мощности электродвигателя

Р_Н=1000кВт - номинальная мощность двигателя

Суммарный ток в точке К2 с учетом подпитки от электродвигателей, кА:

(7.11)

кА

Ударный ток в точке К2 определяется по формуле 8.6, кА:

кА

где К_УД=1,3-ударный коэффициент электродвигателей.

Ток короткого замыкания в точке К3.

Реактивное сопротивление кабельной линии в относительных единицах:

(7.12)

где Х_УД=0,083 Ом/км - удельное реактивное сопротивление кабеля

U_СР=6,3 кВ - средне номинальное напряжение ступени КЗ

L=1,93 км - длина кабельной линии

Активное сопротивление кабельной линии в относительных единицах:

(7.13)

где

R_УД=0,59 Ом/км - удельное активное сопротивление кабеля

Результирующее сопротивление в точке К3:

(7.14)

(7.15)

Полное сопротивление в точке К3:

(7.16)

Периодическая составляющая тока КЗ в точке К3 определяется по формуле 7.5:, кА

кА

Ударный ток в точке К3 определяется по формуле 7.6, кА:

кА

Ток короткого замыкания в точке К4.

Точка К4 находится на шине 0,4 кВ. Расчет производится в именованных единицах.

Для расчета тока КЗ в точке К4 необходимо перевести сопротивление предыдущей ступени КЗ в именованные единицы по формуле, мОм:

(7.17)

где U_СТ.К=0,4кВ-средненоминальное напряжение ступени КЗ

(7.18)

Реактивное сопротивления трансформатора ТП3 в относительных единицах:

(7.19)

(7.20)

где Р_К=10,8кВт-потери короткого замыкания трансформатора

U_К=5,5%-напряжение короткого замыкания трансформатора

S_H.T=1000кВА-номинальная мощность трансформатора

Сопротивления трансформатора в именованных единицах, мОм:

(7.21)

(7.22)

Аналогично производится расчет токов короткого замыкания по другим трансформаторным подстанциям. Результат сводится в таблицы 7.1 и 7.2

8. Выбор силовых кабелей напряжением 6 кв к узлам питания

Приводится пример выбора силовых кабелей к узлу питания ТП-1

Силовые кабели выбираются по следующим условиям:

1. По длительно допустимому току

2. По экономической плотности тока

После выбора, силовые кабели проверяются:

1.На термическую стойкость

2.По потере напряжения

Выбор кабельной линий для ТП-1:

Определяется допустимый ток по значению длительного расчетного тока

(8.1)

где I_Р=74,96А - расчетный ток, равен половине расчетного послеаварийного тока

К_ПОПР - поправочный коэффициент, рассчитывается по формуле:

где К_t =1 (t=25⁰C)- - коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды, если она отличается от расчетной +25⁰С [3, таб.4.2.]

К_П =1- коэффициент, учитывающий условия прокладки[3, таб.4.1.]

К_ПВ =1 коэффициент допустимой перегрузки.[3]

Далее определяется сечение кабеля по экономической плотности по формуле

(8.2)

где j_эк =1,4 А/мм² [2,таб.4.3]- экономичная плотность тока

По полученным расчетным данным выбираем кабель марки ААШвУ-(3х50), I_доп=155А.[5 таб.2.14]

Проверка сечения кабеля

На термическую стойкость, мм²:

(8.3)

где С=94[3,табл.4.4]-коэффициент зависящий от вида проводниковой продукции,

В_К-тепловой импульс тока КЗ, кА²с, находится по формуле:

где I_П0=2,51-периодическая составляющая тока КЗ в точке К2 с учетом потпитки от электродвигателей (раздел 8).

t_Д=t_РЗ+ t_СВ=0,66 - действительное время срабатывания релейной защиты, t_РЗ-время срабатывания релейной защиты по ступеням, t_СВ - собственное время выключения секционного выключателя.

Выбираем кабель маркой ААШвУ (3х50) I_ДОП=155А.[5 таб.2.14]

1. По потере напряжения, В:

(8.4)

(8.5)

Где

Р_Р=1531,35 кА -расчетная активная мощность, приходящаяся на ТП1

Q_Р=276 кВар-расчетная реактивная мощность, приходящаяся на ТП1

R_КЛ=0,62Ом-активное сопротивление кабельной линии

Х_КЛ=0,083Ом-реактивное сопротивление кабельной линии

Выбранный кабель удовлетворяет условию проверки. Окончательно выбираем кабель маркой ААШвУ (3х50) I_ДОП=155А.[5 таб.2.14]

Аналогично производится расчет остальных кабелей. Результат сводится в таблицу 8.1.

Таблица 8.1. Выбор силовых кабелей 6 кВ к узлам питания

9. Выбор электрооборудования выше 1000в

К электрооборудованию выше 1 кВ относят выключатели, выключатели нагрузки, разъединители, ограничители перенапряжения, трансформаторы тока, измерительные трансформаторы напряжения, ошиновку, изоляторы.

Все высоковольтные выключатели служат для отключения нагрузочных цепей, разъединители - для создания видимого разрыва в обесточенной цепи.

Ограничители напряжения применяют для ограничения атмосферных и коммутационных перенапряжений.

Трансформаторы тока понижают ток основной цепи до 5А и служат для подключения измерительных приборов, токовых цепей релейной защиты и автоматики, цепей учета электроэнергии.

Трансформаторы напряжения измерительные понижают напряжение основной цепи до 100В и служат для подключения измерительных приборов, цепей напряжения релейной защиты и автоматики, цепей учета электроэнергии.

9.1 Выбор выключателей на 35 кВ

При выборе выключателей необходимо учесть 12 параметров, но так как завод изготовитель гарантирует определенную зависимость параметров, допустимо производить выбор по важнейшим параметрам:

По напряжению установки, кВ:

(9.1)

По длительному току, А:

(9.2)

(9.3)

Определяются рабочие и максимальные токи:

Рабочий ток, А:

(9.4)

где S_Р=8692,5кВА-расчетная полная мощность по заводу(таб.3.2)

А

Максимальный ток, А:

(9.5)

где S_Р=8692,5кВА -расчетная полная мощность по заводу(таб.3.2)

А

Принимается для установки маслянный боковой выключатель марки С-35-2000-50БУ1[таб.5.2]

Технические данные:

Номинальное напряжение

Номинальный ток

Номинальный ток отключения

Производим проверку на симметричный ток отключения по условию:

(9.6)

Выключатель удовлетворяет всем параметрам и проверкам.

9.2 Выбор разъединителя на напряжение 35 кВ

Примем к установке разъединитель РДЗ-35Б/2000НУХЛ1 [таб.5.5]

Технические характеристики:

Номинальное напряжение

Наибольшее напряжение

Номинальный ток

Стойкость при сквозных токах КЗ, кА

· Амплитуда предельного сквозного тока - 80кА

· Предельный ток термической стойкости- 31,5кА

Время протекания наибольшего тока термической стойкости-3 с

Привод - ПР-2 БУХЛ1

Выбор производится:

По напряжению установки, кВ:

(9.7)

По длительному току, А:

(9.8)

(9.9)

По конструкции, роду установки:

Наружной установки.

По электродинамической стойкости, кА:

(9.10)

(9.11)

где, = 80 кА - амплитуда предельного сквозного тока;

Действующее значение предельного сквозного тока:

(9.12)

(9.13)

Проверка на термическую стойкость:

(9.14)

где -расчетный тепловой импульс, кА²с

-тепловой импульс по каталожным данным

(9.15)

где I_ТЕР=31,5кА-предельный ток термической стойкости

t_ТЕР =3с-время протекания наибольшего тока термической стойкости

(9.16)

где I_ПО2=8,38кА-периодическая составляющая тока короткого замыкания в начальный момент времени на второй ступени короткого замыкания с учетом подпитки от электродвигателей

t_РЗ=2с-время действия релейной защиты

t_{откл.вык}=3с-время отключения выключателя

Разъединитель удовлетворяет всем условиям.

Выбор разъединителя 35 кВ производится аналогично выбору выключателя 35 кВ. Расчет показан в таблице 9.1.

Выбор распределительных высоковольтных выключателей: вводные, секционный и выключателей отходящих линий, производится аналогично условиям выше. Выбранные выключатели показаны в таблице 9.2 в общем виде.

Таблица 9.2. Выключатели отходящих присоиденений 6 кВ

9.3 Выбор измерительных трансформаторов тока

Выбору и проверке подлежат трансформаторы тока, устанавливаемые на вводе, на линиях, отходящих к цеховым подстанциям, высоковольтным синхронным двигателям СД.

Рабочие максимальные токи, А:

- для ввода в ЗРУ-10:

; (9.17)

где -номинальная мощность трансформатора на ТП[таб.4.1]

А

- для секционной ячейки:

(9.18)

А

- для линий к СД:

; (9.19)

где Р_Н.СД=1000кВт-номинальная мощность синхронного двигателя

U_Н=6кВ-номинальное напряжение

cosц_H=0,95-номинальный коэффициент мощности синхронного двигателя

= А

-для линии к ТП:

(9.20)

Где

S_Р=1556,19-полная мощность на ТП1(таб.4.7)

U_Н=6кВ-номинальное напряжение

А

(9.21)

А

Производится проверка по вторичной нагрузке.

Согласно справочным данным [10] на подстанции для цепи трансформатора на стороне низкого напряжения устанавливаются следующие контрольно-измерительные приборы: амперметр, ваттметр, счётчики активной и реактивной энергии. Данные контрольно-измерительные приборы выбираются по справочной литературе [6]. Вторичная нагрузка трансформатора тока сведена в таблицу 9.3.

Таблица 9.3
Вторичная нагрузка трансформатора тока
Наименование прибора	Тип	Нагрузка, Sприб, В·А
		фаза А	фаза В	фазаС
Амперметр	Э-335	0,5	-	-
Ваттметр	Д-335	0,5	-	0,5
Счётчик активной и реактивной энергии	ПСЧ 4АР.05.2	0,3	-	0,3
Итого	1,3	-	0,8

Условие проверки по вторичной нагрузке:

1,3 В·А < 50 В·А

где - мощность приборов наиболее загруженной фазы таблица 9.3, ВА

Выбранный трансформатор тока проходит проверку.

Выбор трансформаторов тока для отходящих линий производится аналогично условиям таблицы 9.3 в общем виде в таблице 9.4.

Таблица 9.4
Выбор трансформаторов тока для отходящих линий
Наим-ие прис-ия	Расчетный ток I,А	Ток К.З.	Тип трансформатора тока	Технические данные выключателя
		iу, кА		Iном,А	iу, кА	Вк, кА2с	S2ном, ВА
ТТ 35 кВ	31,5	7,70	ТФЗМ110Б-1	150	30	108	550
Секционный	454,48	13,47	ТОЛ-10	800	51	992,25	50
ТП-1	149,92	13,47	ТОЛ-10	150	51	992,25	50
ТП-2	146,49	13,47	ТОЛ-10	150	51	992,25	50
ТП-3	144,79	13,47	ТОЛ-10	150	51	992,25	50
ТП-4	147,19	13,47	ТОЛ-10	150	51	992,25	50
СД	163,91	13,47	ТОЛ-10	150	51	992,25	50

9.4 Выбор трансформаторов напряжения

Место установки трансформатора напряжения - шины 6кВ. Выбор производится по напряжению установки: . Выбирается трансформатор напряжения [3] НТМИ-6. Напряжение установки - 6кВ, S_ном = 50 В·А, S_max = 400 В·А, класс точности - 0,5. Вторичная нагрузка трансформатора напряжения сведена в таблицу 9.5.

Таблица 9.5. Вторичная нагрузка трансформатора напряжения

Место установки, прибор	Тип прибора	S, В·А	Чис обом, n	Чис приб	Общ. потр-ая мощн Sпотр, В·А
1 Ввод 6кВ
Ваттметр	Д335	1,5	2	2	6
Счетчик активной и реактивной энергии	ПСЧ 4АР. 05.02	2	1	2	4
2 Сборные шины 6кВ
Вольтметр	Э335	2	1	2	4
3 Линия 6кВ
Счетчик активной и реактивной энергии	ПСЧ 4АР. 05.02	2	1	8	16
		30

Проверка по вторичной нагрузке выполняется по условию:

Выбранный трансформатор удовлетворяет условию.

9.5 Выбор ограничителя перенапряжения

Для защиты оборудования от перенапряжений, на стороне 6 кВ, по номинальному току выбираются ограничители перенапряжения ОПН-6, Uн=6 кВ, Uдоп=6,5 кВ, Iном.разр=10 кА.

10. Выбор оборудования ниже 1000 в

10.1 Выбор автоматов ввода

Для выбора автоматов ввода, используются данные самого мощного электроприемника, параметры [9] которого отображены в таблице 11.1.

Таблица 10.1. Параметры электроприемника

Наименование	Рн, кВт	Uн, кВ	cosц	КПД з	Коэф. пуска Кп	Коэф. исп-ия Ки
Электро дугавые печи	48	0,38	0,75	0,78	5	0,7

Номинальный ток электроприемника определяется по формуле:

(10.1)

Расчетный послеаварийный ток определяется по формуле :

Пусковой ток электроприемника определяется по формуле

(10.2)

Пиковый ток автомата ввода определяется по формуле:

(10.3)

Условия выбора автомата:

(10.4)

(10.5)

Выбирается автоматический выключатель типа АВВ Emax E1N с номинальным током , током теплового расцепителя , током электромагнитного расцепителя

10.2 Выбор секционного выключателя

Ток нормального режима определяется по формуле:

(10.6)

Пиковый ток секционного автомата определяется по формуле (10.3):

Ток теплового расцепителя выбирается по условию (10.4):

Ток электромагнитного расцепителя выбирается по условию (10.5):

Выбирается автоматический выключатель типа АВВ Emax E1N с номинальным током , током теплового расцепителя , током электромагнитного расцепителя

Выбор автоматических выключателей распределения к ШРА И ШР производится аналогично формулам (10.1 - 10.5) , табличным методом в таблице 10.2.

10.3 Выбор пускозащитной аппаратуры и проводниковой продукции к электроприёмникам

В качестве примера произведён выбор автоматического выключателя, теплового реле, магнитного пускателя и провода для электроприемника зубофрезерного станка ремонтно-механического цеха, параметры которого отображены в таблице 10.3.

Таблица 10.3. Параметры электроприемника

Наименование	Рн, кВт	Uн, кВ	cosц	КПД з, %	Коэф. Пуска Кп
Продольно-строгальный станок	16,2	0,38	0,65	88,5	5,5

Номинальный ток двигателя определяется по формуле (10.1):

Пусковой ток двигателя определяется по формуле (10.2):

Выбор автоматического выключателя.

Ток теплового расцепителя определяется по условию (10.4):

Ток электромагнитного расцепителя определяется по условию (10.5):

Выбирается автоматический выключатель ВА51-33 с номинальным током. , током теплового расцепителя , током электромагнитного расцепителя . По номинальному току ЭП Iном = 40,92 А выбирается пускатель марки ПМА-12 Iном=63А.

Выбор кабеля.

Выбор сечения кабеля выполняется по длительно допустимому току:

(10.7)

(10.8)

где К_t=1 - коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды, отличную от +25⁰С [4]

К_П=1- снижающий коэффициент, учитывающий условия прокладки (количество одновременно проложенных кабелей в траншее) [4]

К_ПВ=1- коэффициент допустимой перегрузки. [4]

- коэффициент защиты [1]

- ток теплового расцепителя, А

Выбирается кабель с алюминиевой жилой марки АПВ 3(1х16)+(1х10), I_доп= 90 А.

Выбор аппаратуры и кабелей для остальных электроприемников производится аналогично пункту 10.3. Все результаты отображены в таблице 10.4 и 10.5

Таблица 10.3. Выбор автоматических выключателей 0,4 кВ

11. Выбор жестких шин

Согласно ПУЭ жесткие шины в пределах РУ всех напряжений выбираются по условию нагрева (по допустимому току). При этом учитываются не только нормальные, но и послеаварийные режимы.

Выбор сечения кабеля по длительно допуститмому току производится по условию:

(10.1)

где - рабочий послеаварийный ток

Для распределительного устройства 6кВ выбираются алюминиевые шины прямоугольного сечения окрашенные марки АДО [10], сечением 50х6 мм², Iдоп=744,59 А.

Проверка шин на термическую устойчивость выполняется по условию:

где q_min - минимальное сечение по термической стойкости по формуле (10.3):

(10.2)

где С_т - коэффициент зависящий от допустимой температуры при коротком замыкании и материала проводника [10]

- тепловой импульс тока К.З. по формуле (8.5)

Проверка шин на электродинамическую устойчивость.

Усилия, действующие между фазами при трехфазном коротком замыкании на 1 м длины определяется по формуле:

(10.3)

где a - расстояние между осями шин смежных фаз, м

Изгибающий момент определяется по формуле:

(10.4)

где

l=0,86 - длина пролета между опорными изоляторами шинной конструкции, м

Момент сопротивления шины определяется по формуле:

(10.5)

Расчетное напряжение шин определяется по формуле:

(10.6)

Шины механически прочны, если выполняется условие:

где - допустимое напряжение шин [10], МПа

Шины удовлетворяют условию электродинамической устойчивости.

Выбор шин для остальных узлов производится аналогично пункту 11. Все результаты отображены в таблице 11.1

Список используемой литературы

1 Указания по расчету электрических нагрузок. Вторая редакция - М.: Энергия, 2003.

2 Справочник ЭСПП

3 Проектирование систем электроснабжения.Методическое указания и задания по кусовому проекту.Для специальности 5В071800 «Электроэнергетика».

4 Справочник по проектированию электроснабжения./ Под ред. Круповича В.И., Барыбина Ю.Г., Самовера М.Л. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 2001-456с.

5 Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Электрооборудование./ Под общ. ред. Федорова А.А. - М.: Энергоатомиздат, 1987 - 592с.

6 Э...