Дипломная работа: Электроснабжение завода продольно-строгальных станков

Федеральное агентство по образованию

(Рособразование)

Архангельский государственный технический университет

Промышленной энергетики, курс 5, группа 5

Электроснабжение промышленных предприятий

Кузнецов Валентин Никалаевич

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Электроснабжение завода продольно-строгальных станков

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

1614.08.ДП.029.00ПЗ

Руководитель проекта

Соловьев И.И.

Консультанты

Волков В.М

Мокеев А.В.

Маркин Н.И.

Соловьев И.И.

Нормоконтроль

И.И. Соловьев

Рецензент

Зав. кафедрой

В.М. Волков

Декан факультета

В.П. Емельянов

Постановление Государственной аттестационной комиссии от

1. Признать, что студент

(и.,о., фамилия)

выполнил и защитил дипломный проект с оценкой

2.Присвоить квалификацию

(и.,о., фамилия)

Председатель ГАК

Секретарь ГАК

Архангельск

2008

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Архангельский государственный технический университет

Кафедра электроснабжения предприятий

Задание

на дипломное проектирование

по дисциплине “ Электроснабжение промышленных предприятий ”

студенту 5 курса 5 группы

Кузнецову Валентину Николаевичу

Тему “ Электроснабжение завода продольно-строгальных станков ”

Исходные данные для проектирования:

Электроснабжение завода продольно-строгальных станков.

Питание осуществляется от подстанции неограниченной мощностью, на которой установлены два трехобмоточных трансформатора мощностью по 100 МВА, напряжением 230/115/37 кВ. Трансформаторы работают раздельно.Мощность короткого замыкания на стороне 230 кВ 1800 МВА.

Расстояние от подстанции до завода 16 км.

Стоимость электроэнергии 1.8 коп за 1

Режим работы предприятия: в две смены.

Рис. 1. -Генплан завода продольно-строгальных станков.

Таблица 1.Сведения об электрических нагрузках завода продольно-строгальных станков.

Таблица 2. Сведения об электрических нагрузках цеха обработки цветных металлов.

Сроки проектирования с 15.03.2008 по 13.06.2008.

Руководитель проекта ________ Соловьев И.И. «_____»___________2008

Реферат

Курсовой проект состоит из 53 страниц. В пояснительной записке присутствует 10 рисунков, 33 таблицы. При написании курсового проекта использовалось 7 литературных источников. Курсовой проект так же включает в себя графическую часть.

Цель работы – практическое применение и закрепление знаний, полученных по курсу «Электроснабжение промышленных предприятий»; подготовка к выполнению дипломного проекта на завершающем этапе обучения в университете. В ходе курсового проектирования были рассмотрены особенности процесса завода электротехнических конструкций; определены электрические нагрузки по цехам и предприятию в целом; произведен выбор внешней и внутренней схем электроснабжения завода, а также основного и вспомогательного оборудования.

Ключевые слова, встречающиеся в курсовом проекте:

Главная понизительная подстанция предприятия (ГПП) – подстанция предприятия, предназначенная для понижения напряжения получаемого из системы до напряжения внутризаводской сети предприятия.

Цеховая подстанция (ЦП) – подстанция, устанавливаемая обычно в или рядом с цехом , предназначенная для питания этого цеха, путем понижения напряжения внутризаводской сети до напряжения потребителей цеха.

Распределительное устройство (РУ) - электроустановка, предназначенная для приема и распределения электроэнергии, содержит электрические аппараты, шины и вспомогательные устройства.

Внутризаводская сеть – система электроснабжения предприятия, передающая электроэнергию от ГПП к ЦП или РУ цехов питающимся на напряжении внутризаводской сети

Компенсация реактивной мощности – комплекс мероприятий направленных на уменьшение потребления реактивной мощности из системы.

Оглавление

Введение

1. Определение центра электрических нагрузок

2. Расчет нагрузок комбината

3.Построение картограммы нагрузок комбината

4. Выбор номинального напряжения линии электропередач, сечения и марки проводов

5. Выбор мощности трансформаторов ГПП и места их установки

6. Выбор схемы внутреннего электроснабжения

7. Расчет токов короткого замыкания в системе электроснабжения комбината

8. Выбор электрических аппаратов

9. Выбор защит и их согласование, схем автоматики, сигнализации и учета

10. Выбор компенсирующих устройств

Список использованных источников

Введение

От надежного и бесперебойного электроснабжения зависит работа промышленного предприятия. Для эффективного функционирования предприятия схема электроснабжения должна обеспечивать необходимую надежность и безопасность эксплуатации.

В данном курсовом проекте разрабатывается схема электроснабжения комбината цветной металлургии.

Потребителями электроэнергии комбината являются заводоуправление и производственные цеха, среди которых есть приемники I, II и III категорий по степени надежности электроснабжения. Требуемый уровень надежности и безопасности при разработке схемы электроснабжения и выборе оборудования можно обеспечить лишь строгим соблюдением норм, изложенных в ПУЭ, СНиПах и ГОСТах, а также применением средств релейной защиты и автоматики.

Немаловажную роль играет стоимость системы электроснабжения предприятия, поэтому при проектировании необходимо разработать несколько вариантов схем электроснабжения и на основании технико-экономического расчета выбрать наилучший.

Цены на электрооборудование в данном курсовом проекте были приняты по состоянию на 1989 г., так как в настоящее время поиск такой информации затруднителен. Тем не менее, применительно к нашим дням можно считать, что цены 1989 г. выросли примерно в 40 раз и, руководствуясь этим, можно приближенно оценить стоимость принятых в проекте решений.

1. Определение центра электрических нагрузок цеха обработки цветных металлов

Для определения места установки цеховой подстанции или распределительного шкафа определим центр электрических нагрузок цеха обработки цветных металлов, который определяется следующим образом:

где – средняя нагрузка i-го приемника.

- координаты i-го приемника.

Сведем результаты вычисление ЦЭН в таблицу 2.

Таблица 4. Расчет ЦЭН цеха обработки цветных металлов.

Координаты центра электрических нагрузок цеха:

На рисунке 2 показано расположение центра электрических нагрузок на генплане цеха обработки цветных металлов.

Рисунок 2-Генплан цеха обработки цветных металлов с указанием ЦЭН.

2. Расчет нагрузок цеха обработки цветных металлов

Для расчёта силовой расчётной нагрузки цеха обработки цветных металлов представим два варианта электроснабжения цеха на рис.2 и на рис.3. Определение нагрузок производится по методике, изложенной в [1].

Исходные данные для определения расчётной нагрузки цеха обработки цветных металлов представлены в табл. 3.

Все расчеты по каждому из вариантов №1 и №2 электроснабжения цеха обработки цветных металлов, сведем соответственно в табл. 4 и табл.5.

Таблица 3. Исходные данные для определения расчётной нагрузки цеха обработки цветных металлов

При определении расчетных нагрузок цеха, используем метод упорядоченных диаграмм. Этот метод является основным при определение расчетных нагрузок систем электроснабжения. При выполнение расчётов распределяем электроприёмники на характерные группы и намечаем узлы питания. Расчёт проводим для всех узлов нагрузки и всего цеха в целом.

· Приводим все электроприёмники к относительной продолжительности включения ПВ=100% по формуле:

,где Р_пасп – паспортная мощность приёмника, кВт.

· Находим суммарную номинальную мощность группы электроприёмников Р_н :

, где р_н – номинальная активная мощность электроприёмника, кВт.

· Групповой коэффициент использования активной мощности К_и

, где к_и – индивидуальный коэффициент использования, определяется из литературы [1,Приложение 1].

· Эффективное число электроприёмников n _э

Эффективным числом электроприёмников - называют такое число одинаковых по мощности и по режиму работы электроприемников, которое даёт туже величину расчётного максимума, что и группа различных по мощности и режиму работы электроприёмников

· Средняя активная нагрузка за наиболее загруженную смену одного приёмника

, кВт.

· Средняя реактивная нагрузка за наиболее загруженную смену одного приёмника

, кВАр.

-где tg (ц) – тангенс угла сдвига фаз между током и напряжением, определяемый по коэффициенту мощности cos (ц) из литературы [1,Приложение 1].

· Средняя активная нагрузка группы электроприёмников за наиболее загруженную смену

· Средняя реактивная нагрузка группы электроприёмников за наиболее загруженную смену

· Расчётная активная нагрузка группы электроприёмников Р_р

,где К_м – групповой коэффициент максимума , определяемый с учетом n _э и К_и из литературы [1,Табл. 3].

· Расчётная реактивная нагрузка группы электроприёмников Q _р

,где К_м ^I – коэффициент максимума реактивной нагрузки, определяемый по n _э и К_и из литературы [1,Табл. 4].

· Полная расчётная мощность группы электроприёмников S _р

· Расчётный ток группы электроприёмников I _р

· Нагрузка электрического освещения.

P_po =8∙864∙0,9=6.2 ,кВт.

Q_po =6.2∙0,48=3 ,кВар.

,где P₀ – нагрузка производственной площади, P₀ =8 Вт/м²

К_со – коэффициент спроса на осветительную установку

К_со =0,9

F – площадь цеха, м²

F = d ∙ h , м²

,где d – длина цеха, d =36 м.

h – ширина цеха, h =24 м.

F =24∙36=864, м² .

cosц =0.9,

tg ц = tg ( arccos ц) =0,48

· - Полная расчетная нагрузка по цеху предприятия.

Таблица. 4.Расчет электрических нагрузок цеха обработки цветных металлов (Вариант №1).

Таблица. 5.Расчет электрических нагрузок цеха обработки цветных металлов (Вариант №2)

Рис. 2 – вариант №1 электроснабжения цеха обработки цветных металлов.

Рис. 3 – вариант №2 электроснабжения цеха обработки цветных металлов.

3. Выбор схемы питающих и распределительных сетей цеха

Питание цеха будет производиться от распределительного устройства напряжением 0,4кВ подключенного от цеховой подстанции соседнего цеха.

Питающую и распределительную сеть выполняем кабелем АВВГ и проводом марки АПВ. Для кабелей и проводов предусматриваем скрытую прокладку в металлических трубах в полу и в кабельных каналах.

Произведем выбор кабелей и проводов из литературы [], а также распределительных панелей из литературы [] для обоих вариантов электроснабжения цеха обработки цветных металлов. Для выбора схемы электроснабжения произведем технико-экономический расчет.

Выбор кабелей и проводов производится по допустимой токовой нагрузке,т.е. по нагреву в нормальном и послеаварийном режимах,производиться по условию:

где I _расч – расчетный ток для проверки кабелей по нагреву;

I _{длит.доп .} –длительно- допустимый ток, А:

k_t – коэффициент, учитывающий фактическую температуру окружающей среды ( нормальная температура кабелей, проложенных в земле, равна 15⁰ С );

k_n – коэффициент, учитывающий количество проложенных кабелей в траншее, определяется из литературы [];

k _пер – коэффициент систематической перегрузки, зависящий от длительности перегрузки и способа прокладки ( в воздухе или в земле ), определяется из литературы [].

Также производится проверка на потере напряжения, потеря напряжения не должна превышать 5%.

Результаты выбора кабелей проводов приведены в табл. 5 и табл. 6.

Результаты выбора распределительных панелей приведены в табл. 7 и табл. 8.

Таблица. 5.Выбор кабелей и проводов цеха обработки цветных металлов (Вариант №1)

Таблица. 5.Выбор кабелей и проводов цеха обработки цветных металлов (Вариант №2)

Таблица. 7.Выбор распределительных панелей (Вариант №1)

Таблица. 8.Выбор распределительных панелей (Вариант №2)

Приведенные затраты, руб/год.:

,

где р_н – нормативный коэффициент экономической эффективности, р_н =0,12 из литературы [5]

К – капиталовложения, руб.

И – годовые эксплуатационные расходы, руб/год.

Капиталовложения будут равны:

, руб.

где К_{комм.аппар.} – капиталовложения на распределительные шкафы и коммутационные аппараты, руб,

К_лин – капиталовложения в сооружения линии, руб,

Годовые эксплуатационные расходы:

,

где И_э – расходы на потери электроэнергии в данной установке, руб/год,

И_а – амортизационные отчисления, руб/год,

И_о – расходы на обслуживание электроустановки, руб/год., этот вид расходов изменяются незначительно, поэтому им можно пренебречь.

Расходы на потери электроэнергии вычисляются по формуле:

,руб/год.

где ,– активное и индуктивное удельное сопротивление кабельной линии, определяется из литературы []., Ом/км;

– длина кабельной линии, км;

– стоимость электроэнергии за 1 кВт; руб/кВт.

– количество кабелей в кабельной линии.

– расчетный ток приемника, А;

Амортизационные отчисления вычисляются по формуле:

,руб/год;

где К_а – норма амортизационных отчислений, для линий К_а =0,05

Результаты сравнения схем электроснабжения цеха обработки цветных металлов по технико-экономический параметрам приведены в табл.9

Таблица 9 – Сравнение вариантов схем электроснабжения цеха.

По результатам видно, что вариант №2 дешевле, чем вариант №1, поэтому выбираем второй вариант электроснабжения цеха обработки цветных металлов.

Определение центра электрических нагрузок завода продольно-строгальных станков.

С целью определения рационального места строительства ГПП находится центр электрических нагрузок завода, который определяется следующим образом:

, м.

, м.

где – расчетная мощность i-го цеха, кВт..

- координаты i-го цеха.

Сведем результаты вычисление ЦЭН в таблицу 2.

Таблица 2. Определение центра электрических нагрузок завода.

Координаты центра электрических нагрузок завода:

На рисунке 2 показано расположение центра электрических нагрузок на генплане завода продольно-строгальных станков.

Рисунок 2-Генплан завода продольно-строгальных станков с указанием ЦЭН

4. Расчет нагрузок завода

Расчетные нагрузки для цехов завода определяем методом коэффициента спроса. Расчетную нагрузку узла системы электроснабжения (цеха, корпуса, предприятия) определяют суммированием расчетных нагрузок n групп приемников, входящих в данный узел. Рассмотрим расчет нагрузки заготовительно-сварочного цеха.

Заготовительно-сварочный цех: номинальная мощность P_н = 800 кВт. Из литературы [1 П1]находим значение коэффициента использования для типового цеха k_и = 0.25 и коэффициент мощности cos j = 0.6. Из литературы [1 таблица 6] находим значение коэффициента спроса k_c = 0.3.

tg j = tg (arccos (cos j ))= tg (arccos (0,6))= 1.33;

Расчетная активная мощность заготовительно-сварочного цеха:

P_p = k_c P_н = 0.3∙800=240 кВт;

Расчетная реактивная мощность заготовительно- сварочного цеха:

Q_p = P_p tg j = 240∙1.33=320, кВар;

Для освещения заготовительно- сварочного цеха выбираем люминесцентные лампы. Коэффициент мощности с учетом местной компенсации cos j _о = 0.95. Значение удельной мощности освещенности на единицу производственной площади находим согласно таблице 26.1 [2]. Для заготовительно-штамповочного цеха: р₀ = 0.01 кВт/м² .

Площадь заготовительно-штамповочного цеха определяем по генплану предприятия с учетом масштаба, F =1445 м² . Коэффициент спроса на осветительную нагрузку для типового цеха определяем по таблице 26.3 [2], к_со = 0.9.

Расчетная активная мощность на освещение заготовительно- сварочного цеха:

P_{p о} = k_{c о} р₀ F = 0.9∙0.01∙1445 =13.01, кВт;

Расчетная реактивная мощность на освещение заготовительно- сварочного цеха:

Q _ро = P_{p о} tg j ₀ = P_{p о} tg (arccos (cos j _о ))= 13.01∙ tg (arccos (0.95))= 4.28,кВар;

Суммарная активная нагрузка заготовительно-штамповочного цеха:

Р_р = P_p + P_{p о} = 240+13.01=253.01, кВт;

Суммарная реактивная нагрузка заготовительно-штамповочного цеха:

Q _р = Q_p + Q_{p о} = 320 +4.28=324.28, кВар;

Полная нагрузка:

,кВа;

Аналогичным образом рассчитываются остальные цеха и здания. Результаты расчетов сведены в таблицу 3.

Для освещения территории завода используем лампы ДРЛ. Коэффициент мощности с учетом местной компенсации cos j _о = 0.95. Значение удельной мощности освещенности на единицу производственной площади находим в литературе [2 таблица 26.1]. Для освещения территории заводар₀ = 0,004 кВт/м² . Площадь территории завода определяем по генплану предприятия за вычетом площади цехов:

F = (75567 – 39636)=35931, м² ;

Коэффициент спроса на осветительную нагрузку на территории предприятия берем по таблице 26.3 [2], к_со = 1.

Расчетная активная нагрузка на территории предприятия:

P_{p о} = k_{c о} × р₀ × F = 1×0.004×35931 =143.73 кВт;

Расчетная реактивная нагрузка на территории предприятия:

Q _ро = P_{p о} × tg j ₀ = P_{p о} × tg (arccos (cos j _о ))= 143.73×tg ( arccos (0.95))= 47.24кВар;

Полная нагрузка предприятия:

где k _рм – коэффициент разновременности максимума. k _рм = 0,9 из литературы [1].

Таблица 3- Расчет нагрузок завода продольно-строгальных станков.

Построение картограммы нагрузок завода продольно-строгальных станков.

Картограмма нагрузок представляет собой план завода с нанесенными на нем окружностями, площади которых пропорциональны величине расчетных нагрузок цехов. Радиус окружности для заготовительно- сварочного цеха определяется как:

, мм

,где R – радиус окружности, мм;

P_p – расчетная мощность цеха,кВт;

m_p – масштаб мощности, m_p =0,01 кВт/мм² ;

Для представления о том какая часть мощности используется для освещения цеха, на окружности выделяют сектор, площадь которого пропорциональна нагрузке цеха на освещение. Угол сектора для заготовительно- сварочного цеха определяется как:

Аналогичным образом определяется радиус окружностей и угол сектора для остальных цехов. Результаты расчетов сведены в таблицу 4.

По результатам расчетов строим картограмму активных нагрузок завода, которая изображена на рисунке 3.

Таблица 4 - Расчет картограммы нагрузок: определение радиуса окружности и угла сектора.

Масштаб m_p =1,7 кВт/мм

Рисунок 3 – Картограмма активных нагрузок завода

5. Выбор номинального напряжения линии электропередач, сечения и марки проводов

Согласно заданию питание осуществляется от подстанции неограниченной мощностью, на которой установлены два трехобмоточных трансформатора мощностью по 100 МВА, напряжением 230/115/37 кВ. Трансформаторы работают раздельно. Расстояние от подстанции до завода 16км. Таким образом, существует два варианта по выбору питающего напряжения. Произведем сравнение обоих вариантов.

Оценим по эмпирической формуле Стилла величину нестандартного напряжения:

При питании от подстанции энергосистемы:

где l – длина линии, км;

P_p – передаваемая расчетная мощность, кВт;

Из стандартного ряда напряжений выбираем два ближащих значения: 110 кВ и 35 кВ. Так как имеются потребители I и II категории, то принимаем питание по двухцепной ВЛ.

Расчетный ток при напряжении 35 кВ:

А.

где S_p – полная расчетная мощность, кВА;

n – количество линий;

По величине расчетного тока I _р и экономической плотности тока j _э , определяется приближённое сечение проводов ВЛ. Экономическая плотность тока находится по продолжительности использования максимума нагрузки Т_мах = 4345 ч, из литературы [1] j _э = 1,1 А/мм²

мм² ;

Из литературы [7 таблица П3.3] выбираем провод марки АС – 120 у которого длительно допустимый ток равен I _доп =390 А, удельные активные и индуктивные сопротивления Ом/км, Ом/км.

Выбранное сечение провода необходимо проверить на: а) допустимость к нагреву током форсированного режима; б) величину допустимых потерь напряжения.

Проверка по нагреву сводится к сравнению форсированного тока линии с допустимым:

, ,А.

, А(выполняется);

Проверка по потерям напряжения выполняется по формуле:

%

Аналогичный расчет делаем и для напряжения 110 кВ. Результаты расчетов сведем в таблицу 5.

Таблица 5 – Выбор сечения проводов, проверка по падению напряжения.

, кВ	, А	, А	, мм2	Марка провода	, Ом/км	, Ом/км	l, км	, %
35	120.06	240.11	109.14	АС-120	0.27	0.4	16	1.58
110	38.20	76.40	34.73	АС-70	0.46	0.43	16	0.31

Подсчитаем затраты на электроснабжение при напряжении 35 и 110 кВ.

Используем укрупненные данные 1989 года с учетом увеличения цен в 100 раз.

Приведенные затраты, тыс. руб/год.:

, тыс. руб/год

где р_н – нормативный коэффициент экономической эффективности, р_н = 0,12 литературы [].

К – капиталовложения, тыс. руб.

И – годовые эксплуатационные расходы, руб/год.

Капиталовложения будут равны:

,

где К_{комм.аппар.} – капиталовложения на высоковольтные коммутационные аппараты, тыс. руб,

К_лин – капиталовложения в сооружения линии, тыс. руб,

К_тр – капиталовложения на силовой трансформатор, тыс. руб.

Питание осуществляется по двуцепной линии, опоры металлические с двухцепной подвеской цепей. Упрощеная схема внешнего электроснабжения предприятия приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Упрощеная схема внешнего электроснабжения завода продольно-строгальных станков.

Из литературы [5,таблица 5.2] находим, что стоимость ОРУ с элегазовыми выключателями на напряжение 110 кВ составляет 3200 тыс. руб., стоимость сооружения 1 км двухцепной сталеалюминевой воздушной линии проводами марки АС-70 на железобетонных опорах на 110 кВ равна 1500 тыс. руб, [5 ,таблица 10.15]. Стоимость силового трансформатора напряжением 110/10 кВ и мощностью 10МВА равна 4360 тыс. руб. [5, таблица 3.6].

, тыс. руб.;

Стоимость ОРУ с элегазовыми выключателями на напряжение 35 кВ составляет 2500 тыс. руб, стоимость сооружения 1 км двухцепной сталеалюминевой воздушной линии проводами марки АС-120 на металлических опорах на 35 кВ равна 1360 тыс. руб, [5 ,таблица 10.15]. Стоимость силового трансформатора напряжением 35/10 кВ равна 3200 тыс. руб. [5, таблица 3.6].

, тыс. руб.;

Годовые эксплуатационные расходы:

,

где И_э – расходы на потери электроэнергии в данной установке, руб/год,

И_а – амортизационные отчисления, руб/год,

И_о – расходы на обслуживание электроустановки, руб/год., этот вид расходов изменяются незначительно, поэтому им можно пренебречь.

Линия 110 кВ:

Расходы на потери электроэнергии вычисляются по формуле:

Для линий: ,тыс.руб/год;

,где Д S_max – потери активной мощности в электроустановке при максимальной нагрузке на напряжение 110кВ

, кВА

Для трансформаторов:

где Д P _хх – потери холостого хода для трансформатора ТДН-10000/110 .

Д P _хх =18, кВт из литературы [].

Д P _кз – потери короткого замыкания для трансформатора ТДН-10000/110

Д P _кх =68, кВт из литературы [].

ф – время наибольших потерь, ч, ф = 2638 часов, из литературы [],

С_о – стоимость энергии, С_о = 0,00018 тыс.руб/кВА.

Амортизационные отчисления вычисляются по формуле:

;

где К_а – норма амортизационных отчислений, для линий К_а =0,05, для трансформаторов К_а =0,09 из литературы [5,таблица 5.2],

тыс.руб/год;

тыс.руб/год; тыс.руб/год;

Приведенные затраты на электроснабжение, при напряжении 110 кВ:

тыс.руб/год;

Линия 35 кВ:

Для линий: ,тыс.руб/год;

,где Д S_max – потери активной мощности в электроустановке при максимальной нагрузке на напряжение 35кВ

, кВА

Для трансформаторов:

где Д P _хх – потери холостого хода для трансформатора ТДН-10000/35 .

Д P _хх =14.5, кВт из литературы [].

Д P _кз – потери короткого замыкания для трансформатора ТДН-10000/35

Д P _кх =65, кВт из литературы [].

тыс.руб/год;

тыс.руб/год;

тыс.руб/год;

Тогда приведенные затраты на электроснабжение при напряжении 35 кВ:

тыс.руб/год;

Результаты расчетов сведем в таблицу 6.

Таблица 6 – Выбор уровня напряжения внешнего электроснабжения.

По приведенным затратам выбираем наиболее выгодный уровень напряжения 35кВ.

Выбор мощности трансформаторов ГПП и места их установки

Среди цехов завода продольно-строгальных станков приобладают цеха первой и второй категории, поэтому принимаем число трансформаторов равное двум.

Выбор двухтрансформаторной подстанции производиться по условию:

Принимаем мощность трансформатора марки ТДН-10000/35/10,5

Для установки на ГПП выбираем трансформатор марки ТДН-10000/35/10,5. Для обеспечения требуемой надёжности на ГПП предусматриваем установку двух трансформаторов данной марки. Данный вид выбранного трансформатора предусматривает возможное увеличение потребляемой мощности предприятия, а следовательно и снижение затрат при замене их более мощными.

Для строительства ГПП выбираем свободную территорию с учетом того, чтобы она была как можно ближе к центру электрических нагрузок завода. Под строительство подстанции отведем площадь размерами 50х40 м .Место расположения ГПП указана на рисунке 5.

Рисунок 5 – Место расположения ГПП на генплане завода продольно-строгальных станков

6. Выбор схемы внутреннего электроснабжения

При проектировании системы внутреннего электроснабжения завода продольно-строгальных станков, будем учитывать:

- существуют приемники 10 кВ.

- категорийность приемников.

- наличием цехов с малой потребляемой мощностью.

Категорийность надежности электроснабжения цехов завода продольно-строгальных станков указана в таблице.6.

Таблица 6- Категории цехов завода продольно-строгальных станков по надежности электроснабжения.

При проектировании электроснабжения рассмотрим несколько вариантов и выберем наиболее экономичный по приведенным затратам.

Варианты схем внутреннего электроснабжения смотрены на рисунках 6,7.

В зависимости от общей схемы электроснабжения, величины потребляемой мощности, территориального размещения нагрузок, , выбираем радиальную или магистральную схему. Наилучший вариант схемы электроснабжения промышленного предприятия выбирают по условию минимальных приведённых затрат:

, тыс. руб/год

где р_н – нормативный коэффициент экономической эффективности, р_н = 0,12 литературы [].

К – капиталовложения, тыс. руб.

И – годовые эксплуатационные расходы, руб/год.

Капиталовложения будут равны сумме стоимостей кабельных линий и трансформаторных подстанций:

, тыс.руб.

где К_лин – капиталовложения в сооружения кабельных линий, тыс. руб,

К_тр – капиталовложения на строительство цеховых трансформаторных подстанций, тыс. руб.

Годовые эксплуатационные расходы:

, тыс.руб.

где И_э – расходы на потери электроэнергии в данной установке, руб/год,

И_а – амортизационные отчисления, руб/год,

И_о – расходы на обслуживание электроустановки, руб/год., этот вид расходов изменяются незначительно, поэтому им можно пренебречь.

Рисунок 6 – Первый вариант внутренней схемы электроснабжения завода продольно-строгальных станков

Рисунок 7 – Второй вариант внутренней схемы электроснабжения завода продольно-строгальных станков

Произведем технико-экономический расчет по выбору наиболее оптимального варианта схемы внутреннего электроснабжения. Капитальные вложения на строительство складываются из суммы вложений в устройство ЦТП и стоимости кабельной сети. Результаты расчетов мощности и стоимости ЦТП для каждого варианта сведем в таблицу 7. Используем укрупненные данные 1989 года [5] увеличенные в сто раз.

Таблица 7 – Расчет мощности и стоимости ЦТП (вариант №1).

N	Наименование цеха		, кВт	, кВ∙А	Категория надежности	Pрасч без КРМ, кВт	Pрасч с КРМ по 0.4, кВт	Sном без КРМ кВ∙А	Sном с КРМ кВ∙А	n1	n2	n	Q пропус через трансф	Qp-Qпропус	Марка КТП	Стоимость КТП с учетом оборудования и монтажа, тыс.руб	Потери электроэнергии в КТП, кВА/год	Стоимость потерь электроэнергии в КТП, тыс.руб/год
																			ЦТП-2
1	Механический цех мелких станков		257.6	340.7	2	200.0
2	Механический цех крупных станков		1033.9	1460.3	2	1000.0
Итого ЦТП-2		1291.4	1800.3	2	1260.2	904.8	1600	1000	1.15	1.84	2	1830.2	-575.9	2КТП-1000/10 У3	2875	105757.45	19.04
ЦТП-3
3	Механический цех уникальных станков		1137.8	1616.7	2	1000.0
14	Электроцех		91.4	121.3	2	50.0
Итого ЦТП-3		1229.2	1737.7	2	1216.4	869.4	1600	1000	1.10	1.76	2	1872.6	-644.3	2КТП-1000/10 У3	2875	104517.57	18.81
ЦТП-5
4	Цех обработки цветных металлов		354.6	394.5	2	250.0
5	Сборочный цех		348.4	483.9	2	0.0
Итого ЦТП-5		703.0	920.0	2	644.0	547.7	1000	630	1.00	1.59	2	1210.9	-617.2	2КТП-630/10 У3	2666	59187.03	10.65
ЦТП-6.2
6		Чугунолитейный цех	1842.1	2445.6	1	1100.0
Итого ЦТП-6.2	1842.1	2445.6	1	1589.6	1242.2	1600	1250	1.77	2.27	2	966	642.6	2КТП-1600/10 У3	6560	77056.14	13.87
ЦТП-6.1
6		Чугунолитейный цех	921.0	1222.8	1
10		Компрессорная а) 0.4 кВ	210.9	298.7	2	200.0
11		Модельный цех	69.7	87.4	3
Итого ЦТП-6.1	1201.6	1608.0	1	1045.2	963.7	1600	1000	1.16	1.85	2	1698	-629.2	2КТП-1000/10 У3	2875	74014.92	13.32
ЦТП-7
7		Цех цветного литья	1079.3	1265.3	1	660.0
12		Заводоуправление, столовая	204.9	268.7	3	175.0
Итого ЦТП-7	1284.2	1531.4	1	995.4	834.7	1000	1000	1.98	1.98	2	202	632.2	2КТП-1000/10 У3	2875	70412.61	12.67
ЦТП-9
8		Заготовительно-сварочный цех	253.0	411.3	2	300.0
9		Термический цех	669.8	889.4	1	500.0
13		Главный магазин	34.1	39.8	3
Итого ЦТП-9	956.9	1334.4	1	867.3	627.7	1000	630	1.47	2.34	2	880	50.0	2КТП-630/10 У3	2666	62529.62	11.26
Итого стоимость	23392	99.63

Таблица 7 – Расчет мощности и стоимости ЦТП (вариант №2).

N	Наименование цеха	, кВт		, кВ∙А		Категория надежности		Pрасч без КРМ, кВт		Pрасч с КРМ по 0.4, кВт	Sном без КРМ кВ∙А	Sном с КРМ кВ∙А		n1		n2		n		Q пропус через трансф		Qp-Qпропус		Марка КТП		Стоимость КТП с учетом оборудования и монтажа, тыс.руб	Потери электроэнергии в КТП, кВА/год	Стоимость потерь электроэнергии в КТП, тыс.руб/год
																														ЦТП-1
1	Механический цех мелких станков	257.6		340.7		2		200.0
14	Электроцех	91.4		121.3		2		50.0
Итого ЦТП-1	349.0		462.0		2		323.4		247.1	400	250		1.25		1.99		2		438		-135.2		2КТП-250/10 У3		850	28280.13	5.09
ЦТП-2
2	Механический цех крупных станков	1033.9		1460.3		2		1000.0
Итого ЦТП-2	1033.9		1460.3		2		1022.2		724.0	1600	1000		0.92		1.48		2		1987		-955.8		2КТП-1000/10 У3		2875	92867.63	16.72
ЦТП-3
3	Механический цех уникальных станков	1137.8		1616.7		2		1000.0
Итого ЦТП-3	1137.8		1616.7		2		1131.7		799.4	1600	1000		1.02		1.63		2		1929		-781.0		2КТП-1000/10 У3		2875	100049.10	18.01
ЦТП-5
4	Цех обработки цветных металлов	354.6		394.5		2		250.0
5	Сборочный цех	348.4		483.9		2		0.0
Итого ЦТП-5	703.0		920.0		2		644.0		547.7	1000	630		1.00		1.59		2		1211		-617.2		2КТП-630/10 У3		2666	59187.03	10.65
ЦТП-6.2
6	Чугунолитейный цех	1842.1		2445.6		1		2200.0
11	Модельный цех	1079.3		1265.3		3
Итого ЦТП-6.2	2921.4		3699.1		1		2404.4		1899.4	2500	2500		1.80		1.80		2		1424		845.0		2КТП-2500/10 У3		8521	103957.74	18.71
ЦТП-6.1
6	Чугунолитейный цех		921.0		1222.8		1
10	Компрессорная а) 0.4 кВ		210.9		298.7		1		1000.0
Итого ЦТП-6.1		1131.9		1520.9		1		988.6	735.8	1000		1000		1.74		1.74		2		639		376.5		2КТП-1000/10 У3	2875	69993.30	12.60
ЦТП-7
7	Цех цветного литья		1079.3		1265.3		1		600.0
Итого ЦТП-7		1079.3		1265.3		1		822.5	702.7	1000		1000		1.66		1.66		2		724		-64.2		2КТП-1000/10 У3	2875	62592.78	11.27
ЦТП-9
8	Заготовительно-сварочный цех		253.0		411.3		2		300.0
9	Термический цех		669.8		889.4		1		500.0
13	Главный магазин		34.1		39.8		3
Итого ЦТП-9		956.9		1334.4		1		867.3	627.7	1000		630		1.47		2.34		2		880		50.0		2КТП-630/10 У3	2666	62529.62	11.26
ЦТП-12
12	Заводоуправление, столовая		204.9		268.7		3		175.0
Итого ЦТП-12		204.9		268.7		3		241.8	184.4	250		250		0.82		0.82		1		143		30.6		КТП-250/10 У3	451	22787.99	4.10
Итого стоимость		26654	108.40

где - расчетная активная нагрузка цеха, кВт.

- расчетная полная нагрузка цеха, кВА.

S_ном без КРМ – номинальная мощность цехового трансформатора без учета компенсации реактивной мощности в цехе на стороне 0,4кВ, кВА.

S_ном с КРМноминальная мощность цехового трансформатора с учетом компенсации реактивной мощности в цехе на стороне 0,4кВ, кВА.

n1 – минимальное возможное число трансформаторов без компенсации реактивной мощности в цехе на стороне 0,4кВ.

n2– минимальное возможное число трансформаторов с учетом полной компенсации реактивной мощности в цехе на стороне 0,4кВ.

n – принятое число трансформаторов.

-наибольшая реактивная мощность, которая может быть передана в сеть напряжением до 1000 В из сети 10 кВ без увеличения числа трансформаторов.

- расчетная реактивная нагрузка цеха, кВАр.

Оценим стоимость кабельных сетей на территории предприятия для двух вариантов, результаты расчетов сведем в таблицу 8,9.

Таблица 8 - Оценка стоимости вариантов кабельной сети и её параметров (вариант №1)

Таблица 9 - Оценка стоимости вариантов кабельной сети и её параметров (вариант №2)

Произведем сравнение вариантов путем технико-экономического расчета аналогично расчету цеха обработки цветных металлов для результаты сведем в таблицу 9.

Таблица 9 – Сравнение вариантов схем внутреннего электроснабжения завода продольно-строгальных станков

По результатам видно, что первый вариант дешевле, чем второй.

Поэтому выбираем первый вариант электроснабжения.

Расчет токов короткого замыкания в системе электроснабжения завода продольно-строгальных станков

Расчет токов короткого замыкания позволяет определить параметры работы защит, позволяет проводить выбор коммутирующей аппаратуры.

В качестве точек короткого замыкания рассматриваем шины высокого и низкого напряжения цеховых подстанций, а также шины высокого и низкого напряжения ГПП. Расчет будем вести как для нормального режима сети для самых тяжелых режимов работы схемы электроснабжения – замкнутым секционным выключателем на шинах ГПП на стороне 35кВ и 10 кВ. в. Этом случае принципиальную схему питания предприятия на напряжении 35 - 10кВ можно представить на рисунке 8:

Рисунок 8- Принципиальная схема питания завода

Составим схему замещения рисунок 9 с указанием точек короткого замыкания, учитывая то, что обмотка напряжением 115 кВ трансформатора 230/115/37 кВ нас не интересует.

Рассчитаем параметры схемы замещения

Рисунок 9 - Схема замещения питания завода с указанием точек КЗ

Произведем расчет

- Выбор базисных величин

S б = 100, МВА.

U б1 = 230 кВ

U б2 = 230∙37/230 =37 кВ

U б3 = 37∙11/37 = 11 кВ

- параметры системы

Ес = 230 / U б1 = 230/230 = 1

.

- параметры трехобмоточного трансформатора

При отношении Х/R = 20 получаем

- параметры одной цепи линии 35 кВ

- параметры трансформатора ГПП (S н =10 МВА, Uk =10,5%, U вн =37 кВ, U нн =10.5 кВ, Ркз =68кВт,):

- параметры синхронных двигателей (S д =4.25 МВА, U н =10.5 кВ, I пуск =6.68, з =0.965):

- параметры трансформаторов ЦТП-5, ЦТП-9 (S н =0.63 МВА, Uk =5,5%, U вн =10.5 кВ, U нн =0.4 кВ, Ркз =7.6 кВт,):

- параметры трансформаторов ЦТП-2, ЦТП-3, ЦТП-6.1, ЦТП-7 (S н =1 МВА, Uk =5,5%, U вн =10.5 кВ, U нн =0.4 кВ, Ркз =11.6 кВт,):

- параметры трансформаторов ЦТП-6.2 (S н =1.6 МВА, Uk =5,5%, U вн =10.5 кВ, U нн =0.4 кВ, Ркз =16.5 кВт,):

- параметры сети электроснабжения на 10 кВ

Расчет коротких замыканий

Точка К1

Действующие значение тока периодической составляющей

Постоянная времени тока КЗ

Ударный коэффициент

Ударный ток КЗ

Точка К2

Действующие значение тока периодической составляющей

Постоянная времени тока КЗ

Ударный коэффициент

Ударный ток КЗ

Аналогичным образом рассчитаем остальные точки КЗ. Расчеты сведем в таблицу 12.

Таблица 12 Расчет токов короткого замыканиях в сетях 10-35кВ.

где I⁽³⁾ _K – ток трехфазного короткого замыкания в точке К, кА.

I⁽²⁾ _K , кА - ток двухфазного короткого замыкания в точке К, кА

Ta – постоянная времени, с.

K_уд – ударный коэффициент.

i_{уд.норм} – ударный ток трехфазного короткого замыкания в точке К, в нормальном режиме (секционные выключатели на ГПП, ЦТП РУ-10кВ, РУ-0,4кВ отключены), кА

i_{уд.авар} – ударный ток трехфазного короткого замыкания в точке К, в аварийном режиме (все секционные выключатели на ГПП, ЦТП РУ-10кВ, РУ-0,4кВ включены),кА

7. Выбор компенсирующих устройств

Мероприятия, проводимые по компенсации реактивной мощности, могут быть разделены на связанные со снижением потребления реактивной мощности приемниками электроэнергии и требующие установки компенсирующих устройств в соответствующих точках системы электроснабжения.

Так как в задании указано наличие синхронных двигателей 10 кВ, следовательно, их можно использовать в качестве компенсирующих устройств. Также источником реактивной энергии являются батареи конденсаторов, которые могут быть установлены на стороне 10 кВ или 0,4 кВ.

В таблице 10 показано распределение реактивной мощности по цеховым подстанциям предприятия.

Таблица 10 – Распределение реактивной мощности по ЦТП завода.

Суммарная расчетная реактивная нагрузка завода: 7716,16 кВар

Предварительный выбор суммарной мощности компенсирующих устройств определяем исходя из соотношения [1]

,

где – расчетная суммарная реактивная нагрузка завода;

– реактивная мощность, которую система может выдать заводу

при

кВАр.

Кабельные и воздушные линии электропередач как источники реактивной энергии не рассматриваем в виду их малой протяжённости и низкого уровня напряжения сети.

Так как на заводе установлены синхронные двигатели, то их следует использовать для компенсации реактивной мощности.

Оценим максимальную величину реактивной мощности, которую могут генерировать синхронные двигатели, по формуле

кВАр,

где – коэффициент наибольшей допустимой перегрузки СД по реактивной мощности, литературы [] [4];

– номинальная активная мощность двигателей, кВт, , кВт;

– номинальный коэффициент реактивной мощности,;

– номинальный КПД СД,

литературы [] [4],

Рассмотрим два варианта передачи реактивной мощности через питающие сети из системы и установку батарей конденсаторов той же мощности на ГПП. Результаты расчета вариантов сведем в таблицу

1) Вариант №1. Установка батарей конденсаторов в РУ-10кВ ГПП.

Выбираем четыре батареи конденсаторов марки УКЛ-10-1350-У3 номинальной мощностью 1350 кВАр, напряжение 10 кВ. Суммарная мощность которых равняется 5400 кВАр.

, тыс.руб.

где - постоянная составляющая затрат, не зависящая от генерируемой мощности, тыс.руб.

- затраты на 1 МВАр генерируемой мощности, тыс.руб.

- мощность батареи конденсаторов.

,тыс.руб.

где Е – коэффициенты, учитывающие суммарные ежегодные отчисления от стоимости вводного устройства из литературы [] Е =0,223.

К₀ – стоимость одного вводного устройства (ячейки) при установке БК на напряжение 10 кВ, тыс.руб. из литературы [] с учетом увеличения цен в сто раз. Предполагаем к дополнительной установке четыре ячейки в РУ-10кВ ГПП.

К₀ = 148,тыс.руб.

;

,тыс.руб/МВАр.

где К_у – удельная стоимость БК. составляет для напряжений 10 кВ 412 тыс.руб./МВАр из литературы [] с учетом увеличения цен в сто раз.

- отношение U_нб конденсаторов к U_н сети. При U_н =10 кВ и U_н =10,5 кВ, =1.05;

- относительное значение напряжения сети в точке присоединения БК, =1;

С₀ – стоимость 1 кВт потерь активной мощности, руб.;

– удельные потери в конденсаторах: при напряжении 6-10 кВ литературы [] , =2,5 кВт/МВАр.

Стоимость потерь активной мощности

,руб.

2) Вариант №2. Передача реактивной мощности через питающие сети из системы.

Используя указанные выше формулы и значения из таблицы находим расходы на потери электроэнергии в данной установке, тыс.руб/год.

Стоимость потерь эл/энергии в линии 35кВ:

,тыс.руб/год;

Стоимость потерь эл/энергии в трансформаторе 35кВ:

Себестоимость реактивной энергии потребляемой предприятием из системы в год, тыс.руб./год.

тыс.руб.

, тыс.руб.

Таблица. - Результаты расчета компенсации реактивной мощности на РУ-10кВ ГПП или передачи мощности из системы.

Как видно вариант №2 является более экономичным. Оставшуюся реактивную мощность кВАр, которую необходимо скомпенсировать, выработают синхронные двигатели кВАр.

Т.к на ЦТП-6.2, ЦТП-7, ЦТП-9 трансформаторы ,без увеличения их числа, неспособны передать реактивную мощность на сторону 0,4кВ, примем на этих ЦТП частичную компенсацию реактивной мощности на стороне 0,4кВ. Расчеты и выбор БК на стороне 0,4кВ ЦТП-6.2, ЦТП-7, ЦТП-9 сведем в таблицу.

Таблица. - Расчеты и выбор батарей конденсаторов на стороне 0,4кВ ЦТП-6.2, ЦТП-7, ЦТП-9.

Количество батарей конденсаторов на стороне 0,4кВ увеличиваем вдвое с учетом взаимного резерва.

9. Выбор электрических аппаратов

Выбор аппаратов на ГПП

Выбор аппаратов на стороне 110 кВ

Выбор разъединителей, отделителей [3]

Из [3] выберем и проверим разъединитель (устанавливаются вместе с высоковольтными выключателями) РНДЗ I – 110/1000 У1 – наружной установки, двухколонковый, с заземляющими ножами. С приводом ПР – Т1.

Таблица 13- Паcпортные данные выбранного разъединителя

Таблица 14-Проверка выбранного разъединителя

Характеристика	Обозначение и формулы	Расчет
Номинальное напряжение, кВ		110 = 110 (вып.)
Длительный максимальный ток, кА		(вып.)
Номинальный ток динамической стойкости, кА: Периодический (действующее значение) Полный (максимальное значение)		3,4680 (вып.) 6,15≤203,6 (вып.)
Номинальный тепловой импульс (термическая стойкость), кА2 ∙с		0,21≤3969 (вып.)

Все условия выбора выполняются. Принимаем к установке разъединитель данного типа.

Из [3] выберем и проверим отделитель ОДЗ I – 110/1000 УХЛ1 - двухколонковый, с заземляющими ножами, для умеренного климата. С приводом ПРО – 1У1.

Таблица 15- Паcпортные данные выбранного отделителя

Таблица 16- Проверка выбранного отделителя

Характеристика	Обозначение и формулы	Расчет
Номинальное напряжение, кВ		110 = 110 (вып.)
Длительный максимальный ток, кА		(вып.)
Номинальный ток динамической стойкости, кА: Периодический (действующее значение) Полный (максимальное значение)		3,4680 (вып.) 6,15≤203,6 (вып.)
Номинальный тепловой импульс (термическая стойкость), кА2 ∙с		0,21≤3969 (вып.)

Все условия выбора выполняются. Принимаем к установке.

Выбор выключателей

Из [3] выберем и проверим выключатель B ГТ - 110 – 40/2500У1 – элегазовый, трехполюсный, для умеренного климата.

Таблица 17- Паcпортные данные выбранного выключателя

Таблица 18- Проверка выбранного выключателя

Характеристика	Обозначение и формулы	Расчет
Номинальное напряжение,кВ		110 = 110 (вып.)
Длительный максимальный ток,кА		(вып.)
Номинальный ток динамической стойкости,кА: Периодический (действующее значение) Полный (максимальное значение)		3,4640,0 (вып.) 6,15102 (вып.)
Номинальный ток отключения,кА: Периодический (действующее значение) Полный (максимальное значение)		3,46 40,0 (вып.) 9,0470,7 (вып.)
Номинальный тепловой импульс (термическая стойкость) , А2 ∙с		0,21≤4800 (вып.)

Все условия выбора выполняются. Принимаем к установке выключатель данного типа.

Выбор трансформаторов тока [3]

ТТ выбираются по номинальному току, напряжению и допустимой нагрузке вторичной цепи. Проверка трансформаторов тока осуществляется по динамической и термической стойкости.

При питании от системы требуется установка на ГПП как трансформаторов тока для счетчиков с классом точности 0,5, так и трансформаторов тока для питания цепей релейной защиты с классом 10Р.

Для первой цели предусмотрим установку 6 (по одному на фазу) трансформаторов тока марки ТФЗМ110Б с коэффициентом трансформации 200/5

Для второй встроенные в силовые трансформаторы марки ТВТ110-1-200/5

Условия:

I_р < I_ном

i_уд < i_дин

В_К <В_{К ДОП}

Таблица 19- Выбор трансформаторов тока на 110 кВ

Выбор трансформаторов напряжения [3]

Для установки счетчиков также предусмотрим установку трансформаторов напряжения с классом точности 0,5 марки НАМИ-110-УХЛ1

Выбор аппаратов ГПП на стороне 10 кВ

- Выбор выключателей

Из [3] выберем и проверим КРУ серии К-104М , на основе вакуумного выключателя серии ВВ/TEL-10-20/1600 У2

Таблица 20- Паспортные данные выбранного КРУ

Таблица 21- Проверка выбранного КРУ

Характеристика	Обозначение и формулы	Расчет
Номинальное напряжение, кВ		10 = 10 (вып.)
Длительный максимальный ток, кА		≤ 1,6 (вып.)
Номинальный ток динамической стойкости, кА: Периодический (действующее значение) Полный (максимальное значение)		11,06 ≤ 20 (вып.) 26,685 ≤ 51 (вып.)
Номинальный ток отключения, кА: Периодический (действующее значение) Полный (максимальное значение)		11,06 20 (вып.) 15,64+9,53 ≤ 25,17 43,8 (вып.)
Номинальный тепловой импульс (термическая стойкость), кА2 ∙с		≤ 124,16 ≤ 1200 (вып.)

Все условия выбора выполняются. Принимаем к установке КРУ данного типа.

Данные ячейки КРУ установим в цепи низшего напряжения за силовыми трансформаторами (выключатели ввода).

Подберем ячейку КРУ К-104М и вакуумный выключатель к ней, для установки между секций шин. Предварительно ВВ/TEL-10-20/1000 У2

Таблица 22- Паспортные данные выбранного КРУ

Таблица 23- Проверка выбранного КРУ

Характеристика	Обозначение и формулы	Расчет
Номинальное напряжение, кВ		10 = 10 (вып.)
Длительный максимальный ток, кА		≤ 1,0 (вып.)
Номинальный ток динамической стойкости, кА: Периодический (действующее значение) Полный (максимальное значение)		11,06 ≤ 20 (вып.) 26,685 ≤ 51 (вып.)
Номинальный ток отключения, кА: Периодический (действующее значение) Полный (максимальное значение)		11,06 20 (вып.) 15,64+9,53 ≤ 25,17 43,8 (вып.)
Номинальный тепловой импульс (термическая стойкость), А2 ∙с		≤ 124,16 ≤ 1200 (вып.)

Все условия выбора выполняются. Принимаем к установке КРУ данного типа.

Выбранную ячейку КРУ установим между секций (секционный выключатель).

Необходимо подобрать ячейку КРУ К-104М и вакуумный выключатель к ней, для установки на отходящие линии к потребителям.

Предварительно ВВ/TEL-10-20/630 У2

Таблица 24- Паспортные данные выбранного КРУ

Таблица 25- Проверка выбранного КРУ

Характеристика	Обозначение и формулы	Расчет
Номинальное напряжение, кВ		10 = 10 (вып.)
Длительный максимальный ток, кА		≤ 0,63 (вып.)
Номинальный ток динамической стойкости, кА: Периодический (действующее значение) Полный (максимальное значение)		11,06 ≤ 20 (вып.) 26,685 ≤ 51 (вып.)
Номинальный ток отключения, кА: Периодический (действующее значение) Полный (максимальное значение)		11,06 20 (вып.) 15,64+9,53 ≤ 25,17 43,8 (вып.)
Номинальный тепловой импульс (термическая стойкость), А2 ∙с		≤ 124,16 ≤ 1200 (вып.)

Все условия выбора выполняются. Принимаем к установке КРУ данного типа.

Принимаем к установке на отходящих к потребителям линиях проверенную ячейку КРУ К-104М компонуемую выключателем ВВ/TEL-10-20/630 У2 .

Конструкция данной ячейки предполагает установку трансформаторов тока с классом точности – 0,5, предназначенных для подключения приборов для учета электроэнергии. Произведем выбор и проверку трансформаторов тока в ячейку секционного выключателя и на отходящие линии, а также выберем приборы учета электроэнергии.

- Выбор трансформаторов тока.

Из [3] выберем и проверим трансформатор тока ТПЛК-10 . Класс точности – 0,5, предназначенного для учета электроэнергии.

Таблица 26- Паспортные данные выбранного трансформатора тока.

Таблица 27- Проверка выбранного трансформатора тока

Характеристика	Обозначение и формулы	Расчет
Номинальное напряжение, кВ		10 = 10 (вып.)
Номинальный ток, кА		1,0 ≥ 0,578 (вып.)
Динамическая стойкость, кА		11,06 ≤ 74,5 (вып.) 26,685 ≤ 189,65 (вып.)
Термическая стойкость, кА2 ∙с		≤ 124,16 ≤ 15037,92 (вып.)

Все условия выбора выполняются. Принимаем к установке трансформатор тока данного типа. Установим его в ячейку КРУ К-104М между секций.

Из [3] выберем и проверим трансформатор тока ТПЛК-10 . Класс точности – 0,5, предназначенного для учета электроэнергии.

Таблица 28- Паспортные данные выбранного трансформатора тока.

Таблица 29- Проверка выбранного трансформатора тока

Характеристика	Обозначение и формулы	Расчет
Номинальное напряжение, кВ		10 = 10 (вып.)
Номинальный ток, кА		1,5 ≥ 1,16 (вып.)
Динамическая стойкость, кА		11,06 ≤ 74,5 (вып.) 26,685 ≤ 189,65 (вып.)
Термическая стойкость, А2 ∙с		≤ 124,16 ≤ 15037,92 (вып.)

Все условия выбора выполняются. Принимаем к установке трансформатор тока данного типа. Установим его в ячейку КРУ К-104М за силовыми трансформаторами.

ТТ выбираются по номинальному току, напряжению и допустимой нагрузке вторичной цепи. Проверка трансформаторов тока осуществляется по динамической и термической стойкости.

Условия: I_р < I_ном ; i_уд < i_дин ; В_К <В_{К ДОП}

Таблица 30- Выбор трансформаторов тока на 10 кВ

- Выбор трансформаторов собственных нужд

Таблица 31 - Расчет мощности ТСН.

- Выбор предохранителя для защиты ТСН.

Рабочий ток: Iр=6,42 А

Номинальный ток плавкой вставки определяется из условия I_пл.вст >I_p . Т.о. выбираем предохранитель ПКТ101-10-10-31,5УЗ. [3]

Нагрузка на один трансформатор S _нагр = S _сум × К₀ =119,8 × 0,7=83,86 кВА ,

где К₀ – коэффициент одновременности, принимаем 0,7.

Согласно таб. 3,3 [5] принимаем в качестве трансформатора ТСЗ-100/10У3.

Таблица 32 - Расчет мощности ТСН на РУ1.

Нагрузка на один трансформатор S _нагр = S _сум × К₀ =85,8 × 0,7=60,06 кВА , где К₀ – коэффициент одновременности, принимаем 0,7.

Согласно таб. 3,3 [5] принимаем в качестве трансформатора ТСЗ-63/10У3.

- Выбор предохранителя для защиты ТСН на РУ9.

Рабочий ток: Iр=4,72 А

Номинальный ток плавкой вставки определяется из условия I_пл.вст >I_p . Т.о. выбираем предохранитель ПКТ101-10-10-31,5УЗ. [3]

- Выбор трансформаторов напряжения.

ТН выбирают по напряжению и вторичной нагрузке.

Для установки в КРУ выбираем НАМИ-10-95УХЛ2. [3]

- Выбор предохранителя для защиты трансформатора напряжения.

Выбор предохранителя для защиты ТН осуществляется по номинальному напряжению и марке ТН. Выбираем предохранитель для НАМИ-10-95УХЛ2 – ПКН001-10У3. [3]

Выбор коммутационного оборудования цеховых подстанций и РУ ЦП №1

Расстояние от РУ1 до данной ЦП составляет 94 метра, поэтому не предполагаем установку коммутационного оборудования

ЦП №2

Расстояние от ГПП до данной ЦП составляет 238 метров, поэтому предполагаем установку коммутационного оборудования - выключателей марки ВВ/TEL-10-12,5/630 У2

ЦП №3

Расстояние от ГПП до данной ЦП составляет 293 метров, поэтому предполагаем установку коммутационного оборудования - выключателей марки ВВ/TEL-10-20/630 У2

ЦП №4

Расстояние от ГПП до данной ЦП составляет 166 метров, поэтому не предполагаем установку коммутационного оборудования

ЦП №5

Расстояние от ГПП до данной ЦП составляет 150 метров, поэтому не предполагаем установку коммутационного оборудования

ЦП №6

Расстояние от ГПП до данной ЦП составляет 226 метров, поэтому предполагаем установку коммутационного оборудования - выключателей марки ВВ/TEL-10-12,5/630 У2

РУ1

От данного РУ питаются приемники первой категории для которых предусмотрена секционированная система шин поэтому применяем в качестве коммутационной аппаратуры ВВ/TEL-10-20/630 У2

Цепи оперативного тока получают питание от ТСЗ ГПП или других цехов.

Рассчитаем токовую отсечку для трансформаторов 10/0,4 кВ, где длинна кабельной линии больше 200 метров.

Рисунок 10 - Электрическая схема и схема замещения

- Выбор базисных величин

Sб = 63 МВА

Uб = 10,5кВ

- параметры системы

Ес = 1

- параметры одной цепи линии 110 кВ

- параметры трансформатора ГПП

=0,021+0,413j

- параметры трехобмоточного трансформатора

- параметры кабельной линии на 10 кВ

Рассчитаем параметры трансформаторов на 10/0,4 кВ:

- Мощность трансформатора 1000 кВА

- Мощность трансформатора 630 кВА

Расчет коротких замыканий

Точка К1

А

где - максимальное значение периодической составляющей тока КЗ на шинах НН, приведенного к стороне ВН.

А

где - ток двухфазного КЗ на выводах ВН трансформатора в минимальном режиме энергосистемы.

Токовая отсечка

Расчет первичного тока срабатывания

А

где - коэффициент отстройки

Расчет вторичного тока срабатывания

А

где - коэффициент трансформации ТТ:

Принимаем к установке трансформатор тока с

Выбор тока уставки

Выбираем реле РСТ-11-32 с А. ( 30-120 А)

А

где n – целое число, определяемое положением переключателей

(принимаем )

Оценка чувствительности

(по ПУЭ 2)

А

Чувствительность обеспечена.

Следовательно выключатель перед ЦТП2 не нужен.

Рассчитаем токовую отсечку для остальных ЦТП и расчеты сведем в таблицу 33.

Таблица 33 - Расчет коэффициента чуствительности.

№ ЦТП	, А	, А	, А
2	1213	60,67	63	4,15
3	2398	119	120	2,2
6	815,97	40,8	42	6,25

Следовательно чувствительность обеспечена, выключатели перед ЦТП не устанавливаем.

Выбор аппаратов защиты цеховых сетей.

Автоматические выключатели обладают рядом преимуществ: после срабатывания автоматический выключатель снова готов к работе, в то время как в предохранителе требуется замена калиброванной плавкой вставки, увеличивающая время простоя ЭП; более точные защитные характеристики; совмещение функций коммутации электрических цепей и их защиты; наличие в некоторых автоматических выключателях независимых расцепителей и др.

Номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя выбирают по длительному расчетному току линии [4, с.205, ф. 5.12]

I _т > I _дл.

Номинальный ток электромагнитного I _эл или комбинированного расцепителя автоматических выключателей выбирают также по длительному расчетному току линии [4, с.205, ф. 5.13]

I _эл ≥ I _дл .

Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного или комбинированного расцепителя I _ср.эл проверяют по максимальному кратковременному току линии [4, с.205, ф. 5.14]

I _ср.эл ≥ kI _кр ,

где k – коэффициент учитывающий неточность при определении I _кр при разбросе характеристик электромагнитных расцепителей автоматических выключателей, k = 1,25.

I _кр = I _п = 5·I _ном .

Таблица 34 – Выбор автоматических выключателей.

10. Выбор защит и их согласование, схем автоматики, сигнализации и учета

Защита элементов схемы электроснабжения напряжением 110 и 10 кВ.

Кабельные сети напряжением 10 кВ защищаем устройствами релейной защиты от междуфазных замыканий и от однофазных замыканий на землю.

От междуфазных замыканий выбираем максимальную токовую защиту (МТЗ) и выполняем ее в двухфазном исполнении и включаем ее в одни и те же фазы по всей сети одного напряжения с целью отключения двойных замыканий на землю только одного места повреждения.

Замыкание на землю одной фазы в сетях с изолированной нейтралью не является коротким замыканием. Поэтому выбираем защиту, действующую на сигнал и только когда это необходимо по требованиям безопасности, действующей на отключение.

Цеховые трансформаторы и трансформаторы ГПП имеют защиту от многофазных и однофазных замыканий в обмотках, от понижения уровня масла, от токов в обмотках, обусловленных перегрузкой. Кроме того, цеховые трансформаторы мощностью до 1000 кВА имеют токовую отсечку без выдержки времени или токовую защиту со ступенчатой характеристикой выдержки времени.

Защита элементов схемы электроснабжения напряжением 0,4 кВ.

В сетях 0,4 кВ защиту выполняем плавкими предохранителями и расцепителями автоматических выключателей.

Плавкие предохранители марки ПН2 предназначены для защиты электрических установок от токов КЗ и перегрузок.

Автоматические выключатели снабжают специальными устройствами релейной защиты, которые в зависимости от типа выключателя выполняют в виде токовой отсечки, МТЗ, двухступенчатой токовой отсечки. Марка выключателей ВА.

Выбор схем автоматики, сигнализации и учета.

В виду того, что предприятие имеет на ГПП два источника питания, работающих раздельно в нормальном режиме, на шинах ГПП устанавливается устройство АВР. Оно предназначено для осуществления быстрого автоматического переключения на резервное питание потребителей в случае пропадания питания на основном вводе. Также устанавливаем АВР и на РУ 1. АВР состоит из двух измерительных органов – по одному на каждый источник, логической части, содержащей органы выдержки времени, цепи однократности и запрета действий АВР и сигнальных реле.

В качестве измерительных органов используют реле типа РН54/160 и РН 53-60Д.

Эти реле срабатывают при симметричном снижении напряжения до значения, при котором не обеспечивается нормальная работа потребителей. В качестве реле времени используется реле типа РВ-132.

При напряжении 0,4 кВ устройства АВР устанавливаются на подстанциях, обеспечивающих питание потребителей первой категории. В системе 10 кВ выполнена неселективная сигнализация о замыкании на землю. Ввиду того, что на предприятии много подстанций без дежурного персонала предусмотрена предупреждающая и аварийная сигнализации, посылающие сигнал "Вызов".

На предприятии предусмотрены следующие измерительные приборы в сети электроснабжения:

- на вводах в ГПП счетчики активной и реактивной мощности необходимые для коммерческого расчета предприятия с системой электроснабжения ( устройство Меркурий 230)

- измерители тока (устройство И58М);

- измерители напряжения (напряжение измеряется на шинах низкого напряжения ГПП);

- измерители мощности (установлены в цепях компенсаторов реактивной мощности).

Список использованных источников

1. «Электроснабжение промышленных предприятий» Волков В. М.. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. – Архангельск: АГТУ, 2005. – 44 с.

2. «Справочник по электроснабжению и электрооборудованию». В 2-х томах. Под редакцией А. А. Федорова. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

3. Промышленный каталог электротехнической продукции «Информэлектро».

4. «Электроснабжение промышленных предприятий». Князевский Б. А., Липкин Б.Ю.: Учебник для ВУЗов. – М.: Высшая школа, 1986. – 400 с.

5. «Электрическая часть электростанций и подстанций». Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.

6. Мельников, Н.А. Электрические сети и системы [Текст] / Н.А. Мельников. – М.: Энергия, 1975. – 455 с.

7. «Электрооборудование станций и подстанций». Рожкова Л. Д., Козулин В. С., Учебник для техникумов. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.