Выбор параметров и анализ режимов электропередачи

Выбор параметров и анализ режимов электропередачи

РЕФЕРАТ

Курсовой проект выполнен в объеме пояснительной записки и графической части. Пояснительная записка: 51 страниц, 4 рисунок, 11 таблиц, 19 ссылок на литературу. Графическая часть: 2 чертежа формата А1.

Объект проектирования - система электроснабжения отделения подготовки шихты цеха силумина.

Цель работы - формирование системы электроснабжения на уровне внешнего распределительного пункта и на уровне распределительной сети отделения подготовки шихты цеха силумина.

Метод исследования - расчет нагрузки по допустимому нагреву методом упорядоченных диаграмм и методом коэффициента спроса.

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ОТДЕЛЕНИЯ ЦЕХА, НАГРУЗКА ПО ДОПУСТИМОМУ НАГРЕВУ, ТРАНСФОРМАТОРНАЯ ПОДСТАНЦИЯ, РЕЖИМ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ, БАТАРЕЯ СТАТИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ, РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ.

ВВЕДЕНИЕ

Широкое внедрение механизации и автоматизации производственных процессов - одна из основ повышения производительности труда. Автоматизация производственных процессов находит вес большее применение на предприятиях, объектах жилищно-обществеиного строительства. Повсеместное ее использование позволит сократить расходы электроэнергии, а также повысить качество и обьемы выпускаемой продукции. В такой ситуации возникает вопрос качественного электроснабжения обьектов.

Расчет электрических нагрузок - наиболее ответственный расчет, выполняемый при проектировании системы электроснабжения каждого предприятия любой отрасли народного хозяйства. Результаты расчета и технического решения, при проектировании системы электроснабжения, в значительной степени определяют размеры капитальных вложений в энергетическое строительство и эксплуатацию обьекта электроснабжения.

По этому, в данном курсовом проекте решены одни из основных задач, которые приходиться решать при формировании систем электроснабжения, такие как: расчет нагрузок по допустимому нагреву, выбор трансформаторов на питающей подстанции, формирование распределительной сети, выбор марки питающих кабелей и их параметров и т.д.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЬЕКТА

Объектом проектирования системы электроснабжения является цех корпуса шихтового силумина. План размещения силового электрооборудования представлен на рисунке 1.1. На плане также указаны основные размеры цеха. Перечень технологического оборудования цеха представлен в таблице 1.1.

В 20 м от шихтового корпуса с западной его стороны расположено складское помещение. Установленная мощность оборудования складского помещения составляет Руст = 83,2 кВт.

Питание складского помещения предусмотрено от трансформаторной подстанции шихтового цеха. Высота шихтового цеха 8 м. Источник питания цеха - распределительный пункт (РП) напряжением 10 кВ. Здание цеха расположено на земляной почве, которая близка к физическим свойствам чернозема. Материал колонн и ферм - железобетон. Характеристика помещения цеха - нормальная среда. Загрузка смен - 1:0,7:0,3.

В производственном участке цеха осуществляется переработка силумина до получения его брикета. В производственном участке установлены три производственных конвейера, которые работают независимо. В первую смену работает всё установленное в цехе электрооборудование, во вторую смену один из конвейеров остановлен, а в третью смену остановлены два конвейера. При работе производственных конвейеров выделяется пыль и для ее удаления возле каждого из конвейеров установлен вентилятор. Работа конвейера при неработоспособном вентиляторе, который к нему относится, недопустима, но работа вентилятора при неработающем конвейере предусмотрена. Когда производственный конвейер остановлен, вентилятор еще работает некоторое время, это обеспечивает удаление возникшей пыли при работе конвейера. Поскольку имеется запас произведенной продукции в цехе, то все приемники электроэнергии отнесены к третей категории по бесперебойности электропитания [1]. Количество обслуживающего персонала: в производственном помещении - 15 человек, в складском помещении - 5 человек.

Рисунок 1.1 - План размещения силового электрооборудования цеха

Таблица 1.1 - Перечень технологического оборудования цеха

2. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ОБЬЕКТА

2.1 Расчет электрических нагрузок силового оборудования

При расчете электрических нагрузок от силового оборудования используется наиболее подходящий для проектируемых систем электроснабжения метод упорядоченных диаграмм [2]. Исходные данные приемников электроэнергии (ПЭ) цеха приведены в таблице 2.1. Где для практических расчетов коэффициент использования по активной мощности  взят минимальным, а средневзвешенный коэффициент мощности ПЭ cos φ взят максимальным, из заданного диапазона величин [2]. Такой выбор исходных данных позволит, при расчетах, не завысить расчетную нагрузку по допустимому нагреву (НДН).

Таблица 2.1 - Исходные данные ПЭ цеха

В таблице представлено деление ПЭ на группы А и В, а также дана информация в какую смену работает ПЭ. К группе А отнесены ПЭ с постоянным или условно постоянным графиком нагрузки, а к группе В - ПЭ с переменным графиком нагрузки. Знак "+" соответствует работающему состоянию ПЭ в определенную смену, а знак "-" - отключенное состояние ПЭ. Установленная мощность оборудования установленного в складском помещении составляет .

Нужно отметить, что вентиляторы 7.1-7.3 мощностью 0,6 кВт, являются однофазными приемниками ЭЭ и каждый из них включен на отдельную фазу и на линейное напряжение.

Расчет нагрузок по допустимому нагреву смены 1 (загрузка смены - 100%):

а) Производственный участок.

Средняя нагрузка узла ПЭ, отнесенных к группе А [2]:

, (2.1)

.

Средняя нагрузка всех ПЭ, отнесенных в группу Б [2]:

.

Групповой коэффициент использования для группы ПЭ Б [2]:

, (2.3)

.

Вычисляется  - это эффективное количество ПЭ группы Б, которое отражает по сути такое количество однородных по режиму работы ПЭ этой же группы Б и одинаковые по мощности, которые обеспечивают такую же расчетную нагрузку по допустимому нагреву ПЭ группы Б, как и все разнородные ПЭ, попавшие в нее [2].

, (2.4)

.

По  и  определяем групповой коэффициент максимума  группы ПЭ Б используя расчетные графики для коэффициента максимума [2]:

. =1,12.

Нагрузка по реактивной мощности ПЭ группы А [2]:

, (2.5)

.

Расчетная нагрузка по реактивной мощности ПЭ группы Б [2]:

, (2.6)

.

Найдем НДН по активной и реактивной мощностям производственного помещения как алгебраическую сумму одноименных нагрузок:

, (2.7)

, (2.8)

,

.

б) Складское помещение.

Рассчитаем нагрузку по допустимому нагреву оборудования установленного в складском помещении. Не зная какие именно ПЭ составляют установленную нагрузку складского помещения принимаем, что эта нагрузка состоит из подобных ПЭ, которые составляют нагрузку производственного участка. При этом зная активную нагрузку по допустимому нагреву  и суммарную установленную нагрузку по активной мощности  производственного участка, можем рассчитать коэффициент спроса. Зная коэффициент спроса, находим НДН складского помещения.

Формула для расчета коэффициента спроса [2]:

, (2.9)

.

НДН складского помещения:

, (2.10)

.

, (2.11)

.

НДН цеха по активной и реактивной мощностям находим как алгебраическую сумму одноименных нагрузок. Нагрузка на освещение составляет 20% от номинальной активной мощьнасти:

, (212.)

, (2.13)

,

.

Аналогично находим НДН смен 2 и 3. Результаты расчетов приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Результаты расчета НДН от силового оборудования цеха

После выполненных расчетов НДН от силового оборудования, полученные результаты расчета были оценены на придельные значения. Оценки показали, что НДН меньше номинальной, но больше средней, а полная мощность трех наибольших ПЭ меньше НДН всего узла. Следовательно, расчет НДН выполнен правильно.

3. ФОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЬЕКТА

Задача формирования электрической сети внешнего электроснабжения решается согласно [5] и [6]. При этом нужно учитывать особенности расположения на плане цеха силового и осветительного электрооборудования, питающего РП, категорийность ПЭ, с какой загрузкой смен работает производство и т.д. Исходя из известной информации, решение будет следующим.

.1 Расчет мощности силового трансформатора понижающей ПС с учетом компенсации реактивной мощности

) ПС с двумя ТР.

При расчете мощности ТР будем пользоваться результатами расчета НДН из таблицы 2.4.

Коэффициент загрузки одного ТР в нормальном установившемся режиме (НУР).

                                (3.1)

где  - коэффициент загрузки ТР в ПУР, который равен 1,3-1,4.

Расчетную мощность ТР определяем исходя из активной нагрузки наиболее нагруженной смены.

Мощность одного трансформатора:

                              (3.2)

где  - расчетная активная мощность наиболее нагруженной смены;- количество ТР на ПС.

Минимальная стандартная номинальная мощность ТР с учетом внутренней установки ТР.

 (3.3)

электрический нагрузка подстанция трансформатор

откуда ,

где  - среднегодовая температура в помещении цеха.

Из ряда стандартных трансформаторов [7] выбираем трансформатор марки ТР ТМ-400/10 с такими параметрами:

 кВ- номинальное напряжение высшей обмотки;

кВ- номинальное напряжение низшей обмотки;

 кВА - номинальная мощность;

кВт - активные потери холостого хода;

 кВт - потери короткого замыкания;

 - напряжение короткого замыкания;

 - ток холостого хода.

 кВАр - реактивные потери холостого хода.

Реактивная мощность, выделяемая энергосистемой в сеть потребителя:

 кВАр. (3.4)

Пропускная способность трансформатора по реактивной мощности:

кВАр, (3.5)

кВАр. (3.6)

Тогда пропускная способность ПС по реактивной мощности:

кВАр, (3.7)

кВАр. (3.8)

Как видим, пропускная способность ПС в НУР и ПУР сможет обеспечить передачу реактивной мощности, выделяемую энергосистемой в сеть потребителя.

В первую и во вторую смену работают оба ТР, а в третью смену работает только один ТР.

3.2 Выбор выключателей на РП 10 кВ

При выборе оборудования пренебрегаем сопротивлением шины 10 кВ.

По условию задания токи короткого замыкания на шинах РП кА и  кА. Выбираем вакуумный выключатель марки ВВ/TEL - 10 - 20/630 с такими параметрами: Uн=10 кВ; tС.В. =0,025 c; Iн=630 А; Іпр.скв.=52 кА; Ін.откл.=20 кА; βн=0,4; Іт=20 кА; tт=3 c.

Выключатели выбираются по следующим условиям [8]:

)По номинальному напряжению:

, (3.11)

.

)По рабочему току:

 (3.12)

.

)По коммутационной способности на симметричный ток к.з.:

 (3.13)

где Іп(τ) - действующее значение периодической составляющей тока к.з. в момент времени τ после начала расхождения дугогасильних контактов выключателя;

Іоткл.н. - номинальный ток при к.з., какой способен выключить выключатель.

)По коммутационной способности на асимметричный ток к.з.:

 (3.14)

где іа(τ) - апериодическая составляющая тока к.з. в момент расхождения контактов;

βн - номинальное значение относительного содержания апериодической составляющей в токе к.з.;

τ - наименьшее время от начала к.з. до момента расхождения дугогасительных контактов:

 (3.15)

τ=0,4+0,025=0,425 c,

где tрзmin - минимальное время действия релейной защиты;С.В. - собственное время отключения выключателя.

іа(τ)=Ік(τ)е-0,01/τ=11e-0,01/0,425=10,744 кА. (3.16)

)По электродинамической стойкости:

 (3.17)

где Іпр.скв. - действующее значение предельного сквозного тока к.з.;

)По термической стойкости:

 (3.18)

 (3.19)

 (3.20)

, (3.21)

,909 кА2·с<1200 кА2·с.

Как видим, выбранный вакуумный выключатель удовлетворяет все условия.

3.3 Выбор питающего кабеля 10 кВ

В НУР ток проходящий через кабель:

 (3.22)

В послеаварийном режиме ток проходящий через кабель:

. (3.23)

Проверяем кабель на термическую стойкость [8].

, (3.24)

где  - интеграл Джоуля (см. 3.3);

 - тепловой импульс. Согласно [8]  для кабелей напряжением до 10 кВ с алюминиевыми жилами.

.

Выбираем кабель марки [9].

4. ФОРМИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИЛОВОЙ СЕТИ ОБЬЕКТА

4.1 Распределение силовых и осветительных приемников электроэнергии по узлам нагрузки и расчет узловых нагрузок сети

Результаты распределения ПЭ по узлам нагрузки и результаты расчета НДН на каждый узел приведены в таблице 5.1. Силовые пункты (СП) типа СПМ 75-5 с номинальным током рубильника 400 А и количеством групп предохранителей равным 8, тип установленных предохранителей ПН2-100.

Таблица 5.1 - Результаты распределения ПЭ отделения цеха по узлам нагрузки

4.2 Расчет параметров силовой сети

.2.1 Выбор аппаратов защиты электрооборудования отделения цеха

Защита электрооборудования отделения цеха осуществляется плавкими предохранителями, по причине простоты, дешевизны и надежности отключения при к.з. Номинальный ток плавкой вставки определяется из следующих условий [8,10, 13].

По номинальному току двигателя:

, (4.1)

где  - при длительном режиме и - при ПКР.

По пусковому току:

, (4.2)

где  - коэффициент характеризующий условия пуска (- при легком пуске и при тяжелом пуске).

В случае, когда предохранитель установлен на группу двигателей условия следующие:

по наибольшему длительному току

, (4.3)

где  - сумма номинальных токов одновременно работающих двигателей;

по наибольшему кратковременному (пусковому току), в частности, для нормальных условий пуска

, (4.4)

где  - разность между пусковым и номинальным токами для двигателя, у которого она имеет наибольшую величину.

Результаты выбора плавких вставок предохранителей представлены в графической части, а именно на схеме электрической принципиальной питающей сети отделения цеха.

4.2.2 Определение сечения проводов питающей сети отделения цеха

Для питания электроприемников отделения цеха применены алюминиевые провода марки АПВ проложены в винипластовых трубах, так-так характеристика помещения цеха - нормальная среда, и сети выполненной проводом менее капиталоемкие, нежели сети выполнение кабелем. Параметры отходящих линий выбраны исходя из условий длительно допустимого нагрева, а так же с условия [1], [13]:

, (4.5)

где  - допустимая нагрузка на провод, А.

Результаты выбора сечения проводов приведены в таблицах 5.2 и 5.3.

Таблица 4.1 - Параметры аппаратов защиты приемников ЭЭ и сети

Таблица 4.2 - Параметры аппаратов защиты отходящих фидеров и сети

5. ПРОВЕРКА ОБОРУДОВАНИЯ СЕТИ ПИТАНИЯ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ НА НЕНОРМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ

Проведем проверку оборудования на электродинамическую и термическую стойкость. Проверка выключателя на РП 10 кВ была выполнена в пункте 3.3. Для проверки оборудования распределительной сети на ненормальные режимы, нужно определить значения периодической  и ударной  составляющей тока к.з. на шине распределительного устройства низкого напряжения (РУНН).

Схема замещения питающей сети приведена на рисунке 6.1.

Рисунок 5.1 - Схема замещения питающей сети

Приводим сопротивления элементов системы электроснабжения высшего напряжения к напряжению 0,4 кВ.

Сопротивления кабеля 10 кВ.

 Ом, (5.1)

Ом. (5.2)

Сопротивления трансформатора:

 Ом, (5.3)

Ом. (5.4)

Суммарное сопротивление:

 Ом.

 Ом;

Периодическая составляющая тока к.з. в точке К1:

 А. (5.5)

Ударная составляющая тока к.з. в точке К1:

 А. (5.6)

Проверка по электродинамической стойкости:

 (5.7)

где Ідинам. - ток динамической стойкости коммутационного аппарата.

Проверка по термической стойкости:

 (5.8)

,751 кА2·с<16 кА2·с.

Как видим, условия выполняться.

ВЫВОДЫ

При выполнении курсового проекта были решены следующие задачи. По исходным данным ПЭ выполнен расчет нагрузок по допустимому нагреву и оценено достоверность полученных результатов по придельным критериям. Исходя из категории выполняемых работ, в помещении цеха установлено общее освещение с применением ламп типа ДРЛ и оценено значения НДН от осветительного оборудования. Выполнено формирование распределительной электрической сети и сети внешнего электроснабжения цеха. При этом для питания цеха установлена одна двухтрансформаторная ПС и оценен случай однотрансформаторной ПС, так же выбор двухтрансформаторной ПС подтвержден технико-экономическим расчетом с учетом ущерба от недоотпуска электроэнергии. Осуществлен выбор аппаратуры ПС. Защита электрооборудования выполнена предохранителями. Осуществлена проверка электрооборудования на ненормальные режимы работы. В курсовом проекте произведён выбор конструктивного исполнения заземляющего устройства и его расчёт.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1.      Правила устройства электроустановок - 7-е изд., - М.: Энергоатомиздат, 1999.

2.      Волобринский С.Д., Каялов Г.М., и др. Электрические нагрузки промышленных предприятий. - М.-Л.: Энергия, 1964.-304 стр.

.        СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение».

.        Дьяков В. И. Типовые расчеты по электрооборудованию: Метод, пособие.- 6-е изд., перераб. и доп. - М: Высш. шк., 1985.-143 с.

.        СН 357-77 Инструкция по проектированию силового и осветительного электрооборудования промышленных предприятий.

.        СН 174-75 Инструкция по проектированию электроснабжения промышленных предприятий.

.        Алиев И. И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. 2-е изд., доп. М.: - Высш. школа., 2000. - 255с.

8.       Буйний Р.О., Ананьєв В.М., Тисленко В.В. Розрахунок струмів короткого замикання та вибір електрообладнання на електричних станціях та підстанціях. Методичні вказівки для студентів спеціальності 6.090600 “Електричні системи та мережі”.- Чернігів: ЧДТУ., 2004.-70с.

9.       Ершевич В.В, Зенлигер А. Н., Илларионов Г. А. и др. Справочник по проектированию электроэнергетических систем /В. В.; Под ред. Рокотяна С.С. и Шапиро И. М. - 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1985. -352 с.

10.    Смирнов А.Д., Антипов К.М. Справочная книга энергетика.-5-е изд., перераб. и доп. - М.:Энергоатомиздат, 1987. - 588 c.

.        Справочник по проектированию электроснабжения/Под ред. Ю. Г. Барыбина и др.- М,: Энергоатомиздат. 1990.-576 с. - (Электроустановки промышленных предприятий/Под общ. ред. Ю. Н. Тищеннко и др.)

.        Справочник по электроснабжению промишленных предприятий. Под общ. Ред. А. А. Федорова и Г. В. Сербинского. В 2-х кн. Кн 1. Проектировочные сведенья. М.: Энергия, 1973. - 520 с.

13.    Дьяков В. И. Типовые расчеты по электрооборудованию. Изд. 5-е, перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1976.-144 с.

14.     Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Энергия, 1979. - 408 с., ил.

15.    Федоров А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. - М.:Энергия, 1967. - 415с.

.        Герасимов В.Г., Грудинский П.Г., и др. Электротехнический справочник. В 3 т. Т.3: В 2 кн. Кн. 2. Использование электрической энергии. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 616 с.

.        Герасимов В.Г., Грудинский П.Г., и др. Электротехнический справочник. В 3 т. Т.3: В 2 кн. Кн. 1. Производство и распределение электрической энергии. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 616 с.

.        Шестеренко В.Е. Системы электропотребления и электроснабжения промышленных предприятий.- Винница: Новая книга, 2004.-656с.

.        Быстрицкий Г.Ф. Выбор и эксплуатация силовых трансформаторов: Учеб. Посбие для вузов.- М.:Издательский центр «Академия», 2003 - 176с.