Выбор трансформаторов питающей подстанции

Содержание

Введение

1. Описательная часть

.1 Характеристика объекта

.2 Описание схемы электроснабжения

.3 Конструкция силовой и осветительной сети

2. Расчётная часть

.1 Расчет освещения

2.2 Расчет электрических нагрузок

.3 Компенсация реактивной мощности

.4 Выбор трансформаторов питающей подстанции

2.5 Расчёт сети 0,38кВ

2.6 Расчет сети напряжением выше 1кВ

.7 Расчет токов короткого замыкания

.8 Выбор оборудования питающей подстанции

Заключение

Список использованной литературы

электрификация осветительный сеть подстанция

Введение

Повышение уровня электрификации производства и эффективности использования энергии основано на дальнейшем развитии энергетической базы, непрерывном увеличении электрической энергии. Повышение эффективности совместного использования тепловых и гидравлических станций основано на ускоренном развитии ЕЭС страны, объединяющей кроме европейской части бывшего СССР также Урал, Казахстан и районы Заподной Сибири. Для передачи больших потоков электрической энергии из этих районов в европейскую часть страны сооружаются линии электропередач сверхвысокого напряжения 1150кВ переменного и 1500 постоянного токов. В настоящее время при наличии мощных электрических станций, объединённых в электрические системы, имеющии высокую надёжность электроснабжения, на многих промышленых предприятиях продолжается сооружение электростанций. Необходимость их сооружения обуславливается большой удалённостью от энергетических систем, потребностью в тепловой энергии для производственных нужд и отопления, необходимостью резервного питания ответственных потребителей. Проектирование систем электроснабжения ведётся в ряде проектных организаций. В результате обобщения опыта проектирования вопросы электроснабжения предприятий получили форму типовых решений. В настоящее время разработаны метода расчётов и проектирования цеховых сетей, выбора мощности цеховых трансформаторов, методика определения цеховых нагрузок и т. д. В связи с этим большое значение приобретают вопросы подготовки высоко квалифицированных кадров, способных успешно решать вопросы проектирования электроснабжения и практических задач.

1. Описательная часть

.1 Характеристика объекта

Механический участок занимается ремонтом и изготовлением различных деталей и металлоконструкций, необходимых для основного производства. В состав цеха водят различные металлообрабатывающие станки, сварочное и грузоподъёмное оборудование, вентиляторы. Мощность электроприёмников цеха составляет от 5 до 105 кВт. Электроприёмники работают в длительном (металлообрабатывающий станки, вентиляторы) и в повторно кратковременном режимах (машины дуговой сварки, грузоподъёмное оборудование ). Электроприёмники цеха работают на переменном 3-х фазном токе (металлообрабатывающии станки, вентиляторы, грузоподъёмное оборудование ) и однофазном токе (машины дуговой сварки, освещение). Электроприёмники цеха относятся к третьей категории по требуемой степени надёжности электроснабжения. Окружающая среда в цехе нормальная, поэтому всё оборудование в цехе выполнено в нормальном исполнении. Площадь цеха составляет 1728м²

Исходные данные представлены в табл. 1

Таблица 1

1.2 Описание схемы электроснабжения

Электроснабжение механического участка осуществляется от 2х трансформаторной подстанции 6/0,4кВ с мощностью трансформаторов по 250 кВА каждый. В свою очередь ТП6/0,4 кВ питается по взаиморезервируемым кабельным линиям ААБ 3х35, проложенных в земле, от вышестоящей подстанции 35/6кВ с трансформатором мощностью 4000кВА, которая запитывается от энергосистемы по одноцепной воздушной линии АС-25. На стороне 6кВ ТП 6/0,4 в качестве защитного коммутационного оборудования установлены масляные выключатели и разъединители. На стороне 0,4 кВ в качестве аппаратов защиты от токов короткого замыкания установлены предохранители.

1.3 Конструкция силовой и осветительной сети

Для приема и распределения электроэнергии на механическом участке установлены распределительные щиты. Электроприемники запитываются от РП проводом, проложенным в трубах. В качестве аппаратов защиты от токов короткого замыкания применены предохранители.

Освещение цеха выполнено 55-ю светильниками с лампами накаливания мощностью 500Вт. Осветительные сети выполняются проводом АПВ-2,5мм² проложенным в трубе.

Питание рабочего освещения производится от осветительного щитка ОЩВ-12, в котором в качестве аппаратов защиты от токов короткого замыкания и перегруза установлены автоматические выключатели.

2. Расчетная часть

.1 Расчет освещения

Расчет освещения проводится по методу коэффициента использования светового потока. В качестве источника света примем к установке лампы накаливания мощностью 500Вт. Расчёт сводится к определению необходимого числа ламп в соответствии с нормированной освещённостью. Число ламп определяется по формуле:

N = E · Kз · Z · S / U · Фл, (1)

где E - нормированная освещенность, Е = 150лк [1, табл. П 15];

Z - коэффициент, учитывающий снижение светового потока при эксплуатации, Z = 1,1 [1, С. 344];

Kз - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения светового потока по освещаемой поверхности, Kз = 1,3 [1, табл.19.1];

S - площадь помещения, м²;

Фл - световой поток одной лампы, Фл = 8200лм, [2, табл.3.12];

U - коэффициент использования светового потока =82%

N =150 · 1,3 · 1,1 · 1728/0,82 · 8200 = 55 шт

Примем к установке 55 светильников типа Гс с лампой накаливания Г220-500, которые установим в пять рядов по 11 светильников.

Находим число ламп аварийного освещения ( 25℅ от рабочего ).

· 0,25 = 14 шт

2.2 Расчет электрических нагрузок

Расчет силовых электрических нагрузок ведётся по узлу нагрузки ( шкаф распределительный, распределительные пункты, трансформаторная подстанция). Все приёмники данного узла нагрузки делятся на характерные технологические группы.

Для каждой группы по [3, табл. 4.1] находят коэффицент использования К_и, коэффициент активной мощности cos φ и коэффициент реактивной мощности tg φ.

Находят установленную мощность для каждой группы электроприёмников по формуле:

Р_уст=N * Р_ном , (3)

где N - число электроприёмников;

Р_ном - номинальная мощность одного электроприёмника, кВт.

Для каждой технологической группы находят среднесменную активную Р_см и среднесменную реактивную Q_см мощности по формулам:

Р_см = К_и * Р_уст , (4)

Q_см = Р_см * tg φ, (5)

По узлу нагрузки находят суммарную установленную мощность ∑P_уст, активную суммарную среднесменную мощность ∑P_см и суммарную среднесменную реактивную мощность ∑Q_см:

∑P_уст = ∑P_{уст i} , (6)

∑P_см = ∑P_{см i} , (7)

∑Q_см = ∑Q_{см i} , (8)

где ∑P_{уст i} - суммарная установленная мощность i-ой технологической группы электроприёмников, кВт;

∑P_{см I} - активная суммарная среднесменная мощность i-ой технологической группы электроприёмников, кВт;

∑Q_{см I} - суммарная среднесменная реактивная мощность i-ой технологической группы электроприёмников, кВт.

Определяют групповой коэффициент использования по формуле:

К_и.гр = ∑P_см / ∑P_уст , (9)

Определим модуль нагрузки:

m = Р_{ном. max}/Р_{ном. min}, (10)

где Р_{ном. max} - наибольшая активная номинальная мощность приёмника в группе, кВт;

Р_{ном. min} - наименьшая активная номинальная мощность приёмника в группе, кВт.

Определяют эффективное число приёмников.

При m ≤ 3, n_э = N.

Далее определяем в зависимости от группового коэффициента использования и эффективного числа электроприёмников коэффициент максимума К_м [4, табл 2-7]

Определяют расчётную максимальную активную Р_м и реактивную Q_м мощности по формулам:

Р_м = К_м ∙ ∑Р_см, (11)

Q_м = L_м ∙ ∑Q_см, (12)

где L_м - коэффициент максимума реактивной мощности.

Определяют полную максимальную мощность S_м и максимальный расчётный ток I_р:

S_м = √Р_м² + Q_м² , (13)

I_р = S/√3 ∙ U_ном, (14)

Для остальных распределительных шкафов расчёт аналогичен, результаты сведены в табл. 2

Таблица 2

2.3 Компенсация реактивной мощности

Чтобы уменьшить потери мощности необходимо компенсировать реактивную нагрузку. Найдем необходимую мощность компенсирующего устройства:

Q_ку = α · P_рΣ · (tg φ ср.вз. - tgφ_с ) , (15)

где α - коэффициент, учитывающий возможность снижения реактивной

мощности естественными способами, принимается равным 0,9 [4];

P_рΣ - суммарная активная нагрузка на шинах 0,38кВТП;

tg φ ср.вз - средневзвешенное значение реактивного коэфициента мощности;

tgφ_с - реактивный коэфициент мощности, который необходимо достич после компенсации tgφ_с = 0,15 ;

Q_ку = 0,9 · 439,7· ( 1,05 - 0,15 ) = 356,2 кВАрφ ср.вз. = Q _рΣ/P_рΣ , (16)

tg φ ср.вз. = 462 / 439,7 = 1,05,

где Р_рΣ - суммарная расчётная активная нагрузка на шинах 0,38кВ ТП;

Q_рΣ - суммарная расчётная реактивная нагрузка на шинах 0,38кВ ТП.

По [5, табл. 10.11] выбираем комплектное компенсирующие устройство

УК - 0,38 - 150НУ3 и УК - 0,38 - 220НУ3. Мощность компенсирующего устройства 370 кВАр. Находим уточнённую расчётную нагрузку на шинах 0,38кВ ТП:

Sр = √ Р_р∑² + (Q _рΣ - Q_ку)² (17)

Sр = √ 439,7² + ( 462 - 370)² = 452 кВА

.4 Выбор трансформаторов питающей подстанци

Выбор числа и мощности трансформаторов для цеховых промышленных предприятий должен быть технически и экономически обоснованным, так как он оказывает существенное влияние на рациональное построение схем промышленного электроснабжения.

Критериями при выборе трансформаторов являются надёжность электроснабжения, условие обеспечения режима работы системы электроснабжения с минимумом потерь электроэнергии.

Учитывая, что электропреимники цеха относятся к потребителям 3-й категории по надёжности электроснабжения, на питающей подстанции можно установить трансформатор.

В соответствии с нагрузкой намечаем 2 варианта мощности трансформаторов:

вар.- 1х630 кВА

вар.- 2х250 кВА

Расчёт покажем на примере 2-ого варианта.

)Определяем коэффициент загрузки трансформаторов:

К_з = S_р/N * S_ном.тр, (18)

где N - число устанавливаемых трансформаторов;

S_ном.тр - номинальная мощность одного трансформатора

К_з = 452/2 * 250 = 0,9 ,

2)Проверяем трансформаторы по аварийному режиму.

Так как масляные трансформаторы в аварийном режиме допускают перегрузку на 40% по 6 часов в сутки в течении 5 суток, то при отключении одного трансформатора второй с учётом допустимого перегруза пропустит

,4·250 = 350кВА

Дефицит мощности составит

-350 = 102кВА,

но т.к. электроприёмники относятся к 3 категории по надёжности электроснабжения, то часть их на время ремонта можно отключить.

Для первого варианта расчёт аналогичен, результаты сведены в табл. 3

Таблица 3

2.6 Расчёт сети 0,38кВ

Выбор аппаратов защиты

Выбор сечения проводника для отдельного электроприемника покажем на примере вентилятора 10/1. Сечение питающего проводника выбираем по следующим условиям:

1)          По допустимому нагреву

I_доп ≥ I_р , (25)

где I_доп - допустимый ток проводника, определяется сечением токоведущей жилы, ее материалом, количеством жил, типом изоляции и условиями прокладки, А;

I_р =Р_ном/√3 · U ·cosφ, (26)

I_р =11/√3 · 0,38 · = 21А,

Данному току соответствует провод АПВ сечением 4 мм² с I_доп = 28 А [7, табл. 1.3.5]

2)          Проверяем выбранное сечение по допустимым потерям напряжения:

∆U_доп ≥ ∆U_р (27)

где ∆U_доп - допустимые потери напряжения, ∆U_доп = 5%

∆U_р - расчётные потери напряжения, %

∆U_р% = 10⁵ · Р_ном · L (r_o + x_o tg φ)/ U _ном² (28)

где L - длина проводника, км;

r_o - активное сопротивление 1км проводника, r_o = 3,12Ом/км;

x_o - реактивное сопротивление 1км проводника, x_o = 3,12Ом/км, [8, табл. 2-5];

∆U_р%= 10⁵ · 11 · 0,012 · (3,12 + 0,073 · 0,75) / 380² = 0,28 %

т.к. и ∆U_р < ∆U_{доп ,} то сечение 4 мм² соответствует допустимым потерям напряжения.

В качестве аппарата защиты выбираем предохранитель по следующим условиям:

U_ном.пр > U_ном , (29)

I_ном.пр > I_р , (30)

I_пл.вс > I_пик / α, (31)

где U_ном.пр - номинальное напряжение предохранителя, В;

I_ном.пр - номинальный ток предохранителя, А;

I_пл.вс - номинальный ток плавкой вставки, А;

I_пик - пиковый ток, А;

α - коэффициент, учитывающий условия пуска, α = 2,5 [3, табл. 6.3]

I_пик = К_п ∙ I_{р ,} (32)

где К_п - кратность пускового тока по отношению к току нормального режима, Кп = 5 [3];

I_пик = 21∙5 = 105А

U_ном.пр > 380В , (33)

I_ном.пр > 21А , (34)

I_пл.вс > 105/2,5 = 42А , (35)

Выбираем предохранитель ПН-2 I_ном=100А I_пл.вс=50А.

Проверяем выбранный провод на соответствие выбранному предохранителю по условию:

I_доп ≥ К_з ∙ I_з , (36)

где К_з - кратность допустимого тока проводника по отношению к току срабатывания аппарата защиты, К_з=1 [3, табл. 6.5];

I_з - ток срабатывания защиты, I_з=50А.

т.к. 28 < 1 ∙ 50, то провод не соответствует аппарату защиты поэтому выбираем провод АПВ-16мм², I_доп = 60А [7, табл. 1.3.5]

Расчёт для группы электроприёмников покажем на примере РП-1.

В соответствии с условием (24) I_р = 34,4А. Выбираем провод АПВ-10мм² [7, табл. 1.3.5].

∆U_р%= 10⁵ · 17,8 · 0,05 · (3,12 + 0,073 · 0,75) / 380² = 2 %,

Провод АПВ-10мм² соответствует допустимым потерям напряжения, т.к. ∆U_р=2%≤∆U_доп=5% [7]

В качестве аппарата устанавливаем предохранитель

Находим пиковый ток:

I_пик = I_р - К_и ∙ I_нб + I_{пуск.нб} (37)

где I_пик - пусковой ток наибольшего электроприёмника

_пик = 34,4 - 0,65 ∙ 20,8 + 140 = 124,9

По условиям (29), (30), (31) выбираем предохранитель ПН-2 I_ном.пр =100А , I_пл.вс =80А,

Проверяем выбранный провод на соответствие выбранному предохранителю по условию (36), т.к. 34,4 ≤ 1 ∙ 80, то провод не соответствует аппарату защиты, поэтому находим, что данному предохранителю соответствует провод АПВ-35мм² [7, табл. 1.3.5].

Для остальных электроприемников и шкафов распределительных расчёт аналогичен, результаты сведены в табл. 5

Таблица 5

.7 Расчет сети напряжением выше 1кВ

Определяем экономически целесообразное сечение по формуле:

Sэк = Iр/ J_эк , (38)

где J_эк - экономическая плотность тока, J_эк = 1,2 А/мм² [3, табл. 6.8];

В соответствии с формулой (26)

р = 2 · 250 / √3 · 6 = 48А,

Выбираем ближайшее стандартное сечение - 35 мм².

Выбираем кабель ААБ-3х35мм².

.8 Расчет токов короткого замыкания

Расчёт проводим в относительных единицах при базисных условиях. В соответствии с заданием и результатами проектирования составляем расчётную схему и схему замещения. Расчётная схема дона на рис. 3, схема замещения на рис. 4

рис. 3 рис. 4

Примем что базисная мощность Sб = 100МВА, базисное напряжение Uб = 6,3кВ.

Сопротивление воздушной линии находится по формуле:

Х_вл*б = Х_о ∙ L ∙ S_б/U²_ном.ср , (40)

где U_ном.ср - среднее номинальное напряжение ступени, кВ

Х_вл*б = 0,4 ∙ 45 ∙ 100/37² = 1,3 ,

Сопротивление трансформатора находится по формуле:

 (41)

Определяем реактивное сопротивление кабельной линии по формуле (40):

Х_кл*б = 0,087 ∙ 0,15 ∙ 100/6,3² = 0,03

Находим активное сопротивление по формуле:

r_кл*б = r_о ∙ L ∙ Sб/U²_{ном.ср.каб} , (42)

r_кл*б = 0,894 ∙ 0,15 ∙ 100/6,3² = 0,33

Используя признаки параллельного и последовательного соединения сопротивлений находим активное и индуктивное результирующие сопротивления:

Х_рез*б = 1,3+1,9+0,015 =3,215,

R_рез*б = 0,165,

Так как R_рез*б ≤Х_рез*б /3 то Х_рез*б = Z_рез*б.

Определяем ток короткого замыкания по формуле:

I_к.з. = I_б/Z_{рез*б ,} (43)

где I_б - базисный ток, кА.

По формуле (14) находим базисный ток

_б = 100/√3∙ 6,3 = 9,17кА,

I_к.з. = 9,17/3,215 = 2,85кА,

Определяем ударный ток:

I_у = 2,55 ∙I_к.з., (44)

I_у = 2,55 ∙2,85 = 5,4кА,

Находим мощность короткого замыкания:

S_к.з. = S_б/Z_рез.*б , (45)

S_к.з. = 100/3,215 = 31,10 МВА .

.9 Выбор оборудования подстанции

Выбор разъединителей производим по следующим условиям:

U_{ном р} > U_ном (46)

I_{ном р} > I_расч (47)

i а. ≥ iy. (48)

It² ∙ t > I_к² ∙ t_пр (49)

где U_{ном р} - номинальное напряжение разъединителя;

I_{ном р} - Номинальный ток разъединителя;

i а - амплитудное значение предворительного сквозного тока к.з;

It - предельный ток термической стойкости;

t - время, в течении которого разъединитель выдерживает предельный ток термической стойкости.

Номинальные данные разъединителя находим по [6, табл. 31.7]

Выбор выключателя производим по следующим условиям:

U_ном.в = U_ном (50)

I_ном.в > I_р (51)

i а. ≥ iy (52)

It² ∙ t > Iк² ∙ t_пр (53)_отк > I_к (54)

S_отк ≥ S_к (55)

где U_ном.в - номинальное напряжение выключателя;

I_ном.в - номинальны ток выключателя;

I_отк - номинальный ток отключения выключателя;

S_отк - мощность отключения выключателя

_отк =√3∙I_отк ∙ U_ном.в (56)

Номинальные данные масленого выключателя находим [6, табл. 31.1].

Результаты выбора представлены в табл. 6

Таблица 6

Выбираем автоматическии выключатели, установленные на стороне 0,4кВ подстанции по условиям:

U_{ном ав} > U_ном (57)

I_{ном ав} > I_расч (58)

I_{т р} > I_р (59)

I_э.р > 1,25∙I_пик (60)

где U_{ном ав} - номинальное напряжение автоматического выключателя;

I_{ном ав} - номинальный ток автоматического выключателя;

I_{т р} - номинальный ток теплового расцепителя;

I_э.р - ток срабатывания электромагнитного расцепителя.

По формуле (37) находим

_пик = 982 - 0,17 ∙ 177 + 887,3 = 1839,21А

_{ном ав} > 380В

I_{ном ав} > 982А

I_{т р} > 982А

I_э.р > 2299А

Выбирем выключатель АВМ-10 U_{ном ав} =400 I_{ном ав} = 1000А I_{т р} =1000А

I_э.р = 5000А. Результаты проектирования даны в табл. 7:

Таблица 7 Спецификация

Заключение

При проектировании получены следующие результаты:

. Для соблюдения нормированной освещенности на механическом участке необходимо установить 55 светильников.

. В соответствии с силовой и осветительной нагрузками с учетом экономических показателей для электроснабжения механического участка необходимо установить на питающей подстанции 6/0,4кВ, два трансформатора мощностью 250кВА каждый.

. Силовые сети 0,38кВ выбирались по допустимому нагреву с учетом допустимых потерь напряжения в соответствии с аппаратом защиты и выполнены кабелем марки ААБ, АВВГ, СБ, проводом АПВ

. В качестве аппарата защиты выбрали предохранители.

Список используемой литературы

1.       Цигельман И.Е. Электроснабжение гражданских зданий и

Коммунальных предприятий.- М.: Высшая школа, 1977

2.       Епанешников М.М. Электрическое освещение.- М.: Высшая школа, 1973

3. Постников Н.П., Рубашов Г.М. Электроснабжение промышленных

предприятий.- Л.: Строййиздат, 1980

. Липкин Б.Ю. Электро снабжение промышленных предприятий и установок.- М.: Высшая школа, 1981

5.       Крючков И.П., Кувшинский Н.Н., Неклепаев Б.Н. Электрическая часть

станций и подстанций.- М.: Энергия, 1978

6.       Справочник по электроснабжению и оборудованию /Под ред.

Федорова А.А., Барсукова А.Н. М., Электрооборудование, 1978

7.       Правила устройства электроустановок /Минэнерго СССР.- М.: Энергия, 1980

8.      Хромченко Г.Е. Проектирование кабельных сетей и проводок /Под общ. ред. Хромченко Г.Е. - М.:Высшая школа,