Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

электроснабжение трансформатор высоковольтный

На сегодняшнем этапе развития современного общества, электроэнергия и централизованное теплоснабжение стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Без них трудно представить жизнь, современных городов и поселков, являющихся крупными потребителями электрической энергии в республике. От того, насколько рационально спроектирована система электроснабжения города, зависит эффективность функционирования большого числа городских и промышленных объектов, расположенных на его территории.

Потребители электрической энергии, расположенные на территории города, условно разделяются на две основные группы: жилые дома и общественно-коммунальные учреждения.

Потребление электроэнергии в жилых домах определяется укладом жизни населения города. В современных жилых домах используется большое количество различных электроприёмников, которые подразделяются на электроприемники квартир и на электроприемники общедомового назначения.

Огромная роль энергетики в развитии народного хозяйства определяется тем, что любой производственный процесс во всех отраслях промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте, все виды обслуживания населения страны связаны со всевозрастающим масштабами использования энергии. В настоящее время уровень мирового потребления энергии перевалил за 2 млрд. тонн условного топлива, по прогнозам экспертов к 2020 году эта цифра возрастет до 30 млрд. тонн в год.

В процессе развития производительных сил непрерывно изменились и совершенствовались источники и виды энергии, используемые в производстве. Возможность передачи электроэнергии на большие расстояния позволила территориально отделить место производства энергии от ее потребителей. Источниками электроснабжения стали электростанции. В результате само производство электрической энергии, ее передача и распределение обособились в самостоятельную отрасль электроэнергетику. Это открыло простор концентрации производства в различных отраслях, и создала возможности для бурного технического прогресса и размещения промышленности по всей стране. Генеральными направлениями в энергетике стали концентрация и централизация производства электроэнергии, создание электрических систем и их объединений. Производство электрической энергии легко сосредоточить на электростанциях большой мощности и затем централизованно снабжать ею предприятия и других потребителей.

1. Общая часть

1.1 Технологический процесс цеха

В штамповочном цехе происходит изготовление следующих типов деталей: кронштейн, шайба, экран, чашка, маслоотражатель, кольцо, крышка турбины, планка прижимная, прокладка цилиндра, клапан всасывающий, клапан нагнетательный, ограничитель, диск.

Представителями данных деталей являются:

Кронштейн №720-1118028, имеющий цилиндрическую форму; изготавливается из стали 20;

Чашка верхняя №720-1118066, имеющий цилиндрическую форму.

Тип производства на предприятии - массовый. Это характеризуется выпуском более 2 млн. штук деталей в год. На участке цеха производится штамповка мелких и средних деталей размером до 350 мм.

Обработка деталей производится при помощи галтовочных барабанов. Галтовку применяют для удаления заусенцев, оставшихся после разделения операции холодна штамповка, округления открытых кромок, очистка небольших деталей от следов ржавчины и окалины. Сущность процессов заключается во взаимном перемещении заготовки относительно друг друга и очищающей среды во вращающимся барабане. Для лучшей очистки деталей галтовочный барабан наполняют смесями: опилками, абразивными парашками, молотым стеклом и т.д. Для уменьшения шума галтовочные барабаны изготавливают с двойными стенками, между которыми заливают масло.

Различают голтовку сухую и подводную. Последняя применяется реже, для обработки деталей сложной формы, изготовленных из цветных металлов и производится в перфорировочных барабанах, нагруженных в жидкую среду.

Основным исходным материалом для получения заготовок являются стальные листы. Производство заготовок осуществляется на штамповочном участке при помощи гильотинных ножниц модели НД 3316. Исходный материал для получения заготовок хранится на складе материально-технического снабжения. Для подачи исходного материала к заготовительному оборудованию используют автопогрузчик, а для подачи полученных заготовок к технологическому оборудованию используют мостовой кран.

В механическом цехе основным видом работы является обработка деталей на станках. И поэтому металлорежущие станки являются основным видом оборудования.

Сварочный участок, слесаро - сборочный участок, заготовительный участок, склады, специалисты и хорошая организация обеспечивает своевременное выполнение планов, заказов на ремонт и изготовление необходимых деталей. Поступление заготовок в цех при изготовления деталей происходит за счет Литейного цеха, где выливают металл определенных размеров для последующей обработки в Механическом цехе.

С Литейного цеха заготовки перевозят на склад Механического цеха с помощь трансферкарных тележек на рельсовом ходу. Перемещение заготовок на складе, который представляет собой эстакаду, производится за счет электромостовых кранов. Со склада трансферкарной тележкой заготовки везутся в цех. После термической обработки детали направляются в основной цех по обработке их на станках. Перемещение осуществляется также с помощь трансферкарных тележек и мостовых кранов. Немало станков находится в цехе. Есть такие как: токарно-винторезные, токарно-карусельные, сверлильные, радиально-сверлильные, горизонтально-расточные, расточные, гайконарезные, плоскошлифовальные, продольно- и поперечно - строгальные, долбежные, фрезерные, станки с ЧПУ и др.

Все это оборудование дает возможность выточить практически любую деталь! После обработки деталей на станках, для некоторых по технологии изготовления необходима термическая обработка. В следствии чего, они проходят термическую обработку.

1.2 Категория электроснабжения

Надежность электроснабжения городских потребителей должна соответствовать ПУЭ, согласно которым электроприемники (ЭП) делятся на три категории по надежности электроснабжения. При рассмотрении надежности электроснабжения коммунально-бытовых потребителей к соответствующей категории относят как отдельные ЭП, так и группу ЭП. Под группой ЭП понимается их совокупность, характеризующаяся одинаковыми требованиями к надежности электроснабжения (например, электроприемники операционных, родильных отделений и др.). В отдельных случаях в качестве группы ЭП рассматриваются потребители в целом (детское учреждение и др.).

Требования к надежности электроснабжения отдельных ЭП высшей категории недопустимо распространять на все остальные ЭП потребителей. Требования к надежности электроснабжения определяются применительно к вводному устройству ЭП или вводному устройству группы ЭП (потребителю).

К электроприемникам первой категории (I) относятся ЭП, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей и нарушение функционирования особо важных элементов городского хозяйства.

К электроприемникам второй категории (II) относятся ЭП, перерыв в электроснабжении которых приводит к нарушению нормальной деятельности значительного количества городских жителей.

К электроприемникам третьей категории (III) относятся все остальные ЭП, не подходящие под определение первой и второй категории.

Электроприемники I категории обеспечиваются электроэнергией от двух независимых источников питания, и перерыв их электроснабжения может быть допущен только на время автоматического ввода резервного питания. Независимыми источниками питания являются две секции или системы шин одной или двух электростанций и подстанций при соблюдении требований ПУЭ пункта. В качестве второго независимого источника питания могут также использовать автономные источники питания (аккумуляторные батареи, дизельные электростанции и др.) и резервные связи по сети напряжением 0,4кВ от ближайших ТП, питающихся по сети 10 кВ от другого независимого источника. Устройство автоматического включения резерва (АВР) предусматривают, как правило, непосредственно на вводе к ЭП I категории.

Электроприемники II категории рекомендуют обеспечивать электроэнергией от двух независимых источников питания. Для этих ЭП допускают перерывы в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. При определении резервных элементов в системе электроснабжения ЭП II категории учитывают допустимость их питания по ВЛ напряжением 0,4-20кВ, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта линии за время не более одних суток. Допускают питание ЭП II категории по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к общему аппарату. Питание ЭП II категории, как правило, предусматривают от однотрансформаторных ТП при условии организации централизованного резерва трансформаторов и при обеспечении возможности замены поврежденного трансформатора за время не более одних суток. Для ЭП II категории допускается резервирование в послеаварийном режиме путем устройства временных связей напряжением 0,4кВ шланговым проводом.

Электроприемники III категории могут питаться от одного источника питания. Допустимы перерывы в электроснабжении на время, необходимое для подачи временного питания, ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, но не более чем на одни сутки. Временное отсутствие резервирования в элементе системы электроснабжения не освобождает от выполнения требований к резервированию в остальных элементах системы с учетом требований к надежности в зависимости от категорий ЭП.

1.3 Напряжение питающей и распределительной сети

Основной системой напряжения для электроснабжения городских потребителей является 10/0,4 кВ. Напряжение 6 кВ для электроснабжения новых районов не рекомендуется; действующие сети этого напряжения переводятся на 10 кВ. По мере роста плотности нагрузок система напряжений 10/0,4 кВ должна получить преимущественное развитие, что позволит отказаться от одной ступени трансформации и, следовательно, существенно снизить расход электроэнергии на ее транспорт. Система централизованного электроснабжения городских потребителей состоит из двух типов сетей: питающих (ВЛ 110 и 35 кВ) распределительных (ВЛ 10 кВ, потребительские ПС 10/0,4 и линии 380/220 В).

Основным направлением развития электрических сетей городского назначения является преимущественное развитие сетей 10 кВ.

В системе электроснабжения электрические сети напряжением 35-110 кВ имеют важное значение, с точки зрения надежности электроснабжения схема этих сетей является определяющей.

Для схемы электроснабжения принят переменный ток. Наивыгоднейшее напряжение зависит от многих факторов: это потребляемая мощность, удалённость от источника питания и напряжения, на котором может производиться питание. Для питания может применяться напряжение 10 -110 кВ.

На ПС принято напряжение питающей сети 110-35кВ, На второй ступени электроснабжения применяется напряжение 10кВ.

В электроустановках до 1000В, применяется напряжение 380/220В, с питанием силовых и осветительных электроприемников, от общих трансформаторов, но от отдельных сетей.

Система напряжений выбирается с учетом перспективы развития города в пределах расчетного срока, его генерального плана и системы напряжений в данной энергосистеме.

При этом должен выполняться основной принцип развития сети: повышение напряжения распределительной сети до оптимального значения (0.38, 10, 110 кВ) и сокращение числа промежуточных трансформаций.

В распределительных сетях энергосистем наибольшее распространение имеет напряжение 110 кВ и в меньшей степени напряжение 220 кВ. Последнее развивается в отдельных крупных городах. Для большинства городов, оптимальной является система напряжений 110/10/0.38 кВ.

Задача выбора оптимального напряжения каждой ступени трансформации, а также их числа должна рассматриваться с учетом дальности передачи мощности и величины передаваемой мощности. Дополнительно должны учитываться характеристики и размещение источников питания, а также плотность нагрузки.

В условиях роста электрических нагрузок элементов городской распределительной сети основным и наиболее эффективным мероприятием, обеспечивающим повышение пропускной способности линий и снижение потерь электроэнергии, является перевод сети на повышенное напряжение. Перевод сетей 6 кВ на напряжение 10 кВ позволит повысить пропускную способность линий в полтора раза и одновременно снизить потери электроэнергии в 2 раза.

Городские электрические сети напряжением 10 кВ должны выполняться трехфазными с изолированной или заземленной через дугогасящие реакторы нейтралью, сети напряжением 380 В-трехфазными, четырехпроводными, с глухим заземлением нейтрали.

1.4 Выбор схемы электроснабжения

Наиболее экономичной и надёжной системой электроснабжения, является такая, при которой источники высшего напряжения максимально приближены к потребителям электроэнергии, а приём электроэнергии рассредотачивается по нескольким пунктам. Система электроснабжения таким образом, чтобы все её элементы находились под нагрузкой. Система имеет «скрытый» резерв, который предусматривается в самой схеме электроснабжения, которая после аварии должна принять на себя нагрузки временно выбывшего элемента, путём перераспределения её между оставшимися в работе частями сети, с использованием перегрузочной способности электрооборудования. Восстановление питания потребителей производится автоматически, с использованием схемы автоматики на оперативном токе. Применяется также автоматическое отключение неответственных потребителей на время послеаварийного режима, если питающие линии или трансформаторы, даже с учётом перегрузки не могут обеспечить полное резервирование. Применяется раздельная работа элементов схемы: линий, трансформаторов. При этом существенно снижаются токи короткого замыкания и упрощается коммутация и релейная защита трансформаторов и вводов. Благодаря применению автоматики, надёжность питания является высокой. Применяется секционирование всех звеньев, начиная от источника питания до сборных шин низкого напряжения ТП. На секционных аппаратах предусматриваются простейшие схемы автоматического включения резерва (АВР), это повышает надёжность питания. На подстанции применяются схемы с выключателями, которые позволяют:

1) обеспечить самозапуск электродвигателей, т.к. время действия АВР, меньше при схемах с отделителями; 2) упростить схему защиты и автоматики.

Рис. 1.1 Магистральная схема

2. Специальная часть

2.1 Расчет электрических нагрузок

Первым этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок. По значению электрических нагрузок выбирают и проверяют электрооборудование системы электроснабжения, определяют потери мощности и электроэнергии.

При проектировании системы электроснабжения потребители электроэнергии (отдельный приемник электроэнергии, группа приемников, цех или завод в целом) рассматривают в качестве нагрузок. Различают следующие виды нагрузок: активную мощность Р, реактивную мощность Q, полную мощность S и ток I.

Расчет электрических нагрузок необходим для построения картограммы нагрузок, выбора мощности трансформаторов главной понижающей подстанции (ГПП) и цеховых подстанций и т.д.

Для определения расчетных нагрузок по номинальным установленным мощностям электроприемников воспользуемся методом коэффициента максимума. По этому методу расчетная нагрузка принимается равной вероятному максимальному значению за время 30 минут при кабелях и проводах, имеющих постоянную времени нагрева значительно более 10 минут (при сечении более 50 мм²).

Средние активные и реактивные нагрузки (за наиболее нагруженную смену) Р_см, Q_см определяют по формулам:

Р_см=К_и·Р_н? (2.1)

(2.2)

где Р_см, Р_н? - суммы активных мощностей за смену и номинальных в группе электроприемников, кВт

Q_см - средняя реактивная нагрузка электроприемников за наиболее нагруженную смену, квар

Р_н - номинальная мощность одного электроприемника, Вт;

tgц - тангенс угла, определяемый по формуле:

(2.3)

где cosц - коэффициент мощности, определяемый по справочнику [1].

Максимальная активная нагрузка Р_м, кВт и максимальная реактивная Q_м, квар, нагрузки определяются по формулам:

Р_м=К_м·Р_см (2.4)

(2.5)

где К_м - коэффициент максимума, определяемый по справочнику [4];

Максимальная полная нагрузка S_м, кВ·А, определяется по формуле:

(2.6)

Средняя нагрузка за наиболее нагруженную смену S_см, кВ·А, определяется по формуле:

(2.7)

Ток распределительной установки определяется по формуле:

(2.8)

где U_л - напряжение линии, принимается равным 0,38 кВ.

Показатель силовой сборки в группе определяется по формуле:

(2.9)

где Р_н.нб - наибольшая мощность электроприемника кВт, Р_н.нм - наименьшая мощность электроприемника, кВт.

Кузнечный цех с термическим отделением №1

Моталка, ковочные машины

Р_н=220; n=4; К_м=2,64; К_и=0,2; cosц=0,65; tgц=1,16

1. Определяется средняя активная нагрузка по формуле 2.1

Р_см=К_и·Р_н? =0,2·220·4=176 кВт

2. Определяется средняя реактивная нагрузка по формуле 2.2

Q_см=P_см·tqц=176·1,16=204,2 квар

3. Определяется средняя нагрузка за наиболее загруженную смену по формуле 2.7

4. Определяется максимальная активная нагрузка по формуле 2.4

Р_м=К_м·Р_см=2,64·176=464,6кВт

5. Определяется максимальная реактивная нагрузка по формуле 2.5

Q_м=Р_м·tgц=464,6·1,16=538,9 квар

6. Определяется максимальная полная нагрузка по формуле 2.6

7. Определяется ток распределительной установки по формуле 2.8

Печи сопротивления с непрерывной загрузкой

Р_н=5200; n=8; К_м=1,2; К_и=0,7; cosц=0,95; tgц=0,32

1. Определяется средняя активная нагрузка по формуле 2.1

Р_см=К_и·Р_н? =0,7·5200·8=29120 кВт

2. Определяется средняя реактивная нагрузка по формуле 2.2

Q_см=P_см·tqц=29120·0,32=9318,4 квар

3. Определяется средняя нагрузка за наиболее загруженную смену по формуле 2.7

4. Определяется максимальная активная нагрузка по формуле 2.4

Р_м=К_м·Р_см=1,2·29120=34944кВт

5. Определяется максимальная реактивная нагрузка по формуле 2.5

Q_м=Р_м·tgц=34944·0,32=11182,1 квар

6. Определяется максимальная полная нагрузка по формуле 2.6

7. Определяется ток распределительной установки по формуле 2.8

Индукционные печи низкой частоты

Р_н=280; n=19; К_м=1,11; К_и=0,7; cosц=0,35; tgц=2,67

1. Определяется средняя активная нагрузка по формуле 2.1

Р_см=К_и·Р_н? =0,7·280·19=3724 кВт

2. Определяется средняя реактивная нагрузка по формуле 2.2

Q_см=P_см·tqц=3724·2,67=9943,1 квар

3. Определяется средняя нагрузка за наиболее загруженную смену по формуле 2.7



4. Определяется максимальная активная нагрузка по формуле 2.4

Р_м=К_м·Р_см=1,11·3724=4133,6 кВт

5. Определяется максимальная реактивная нагрузка по формуле 2.5

Q_м=Р_м·tgц=4133,6·2,67=11036,71 квар

6. Определяется максимальная полная нагрузка по формуле 2.6

7. Определяется ток распределительной установки по формуле 2.8

Ламповые генераторы индуктивных печей высокой частоты

Р_н=550; n=15; К_м=1,12; К_и=0,7; cosц=0,65; tgц=1,16

1. Определяется средняя активная нагрузка по формуле 2.1

Р_см=К_и·Р_н? =0,7·550·15=5775 кВт

2. Определяется средняя реактивная нагрузка по формуле 2.2 Q_см=P_см·tqц=5775·1,16=6699 квар

3. Определяется средняя нагрузка за наиболее загруженную смену по формуле 2.7



4. Определяется максимальная активная нагрузка по формуле 2.4

Р_м=К_м·Р_см=1,12·5775=6468 кВт

5. Определяется максимальная реактивная нагрузка по формуле 2.5

Q_м=Р_м·tgц=6468·1,16=7502,88 квар

6. Определяется максимальная полная нагрузка по формуле 2.6

7. Определяется ток распределительной установки по формуле 2.8

Мелкие нагревательные приборы

Р_н=844; n=200; К_м=1,05; К_и=0,6; cosц=0,9; tgц=0,48

1. Определяется средняя активная нагрузка по формуле 2.1

Р_см=К_и·Р_н? =0,6·844·200=101280 кВт

2. Определяется средняя реактивная нагрузка по формуле 2.2

Q_см=P_см·tqц=101280·0,48=48614,4 квар

3. Определяется средняя нагрузка за наиболее загруженную смену по формуле 2.7

4. Определяется максимальная активная нагрузка по формуле 2.4

Р_м=К_м·Р_см=1,05·101280=106344 кВт

5. Определяется максимальная реактивная нагрузка по формуле 2.5

Q_м=Р_м·tgц=106344·0,48=51045,12 квар

6. Определяется максимальная полная нагрузка по формуле 2.6

7. Определяется ток распределительной установки по формуле 2.8

Двигатель-генераторы индукционных печей высокой частоты

Р_н=429; n=20; К_м=1,11; К_и=0,7; cosц=0,8; tgц=0,75

1. Определяется средняя активная нагрузка по формуле 2.1

Р_см=К_и·Р_н? =0,7·429·20=6006 кВт

2. Определяется средняя реактивная нагрузка по формуле 2.2

Q_см=P_см·tqц=6006·0,75=4504,5 квар

3. Определяется средняя нагрузка за наиболее загруженную смену по формуле 2.7

4. Определяется максимальная активная нагрузка по формуле 2.4

Р_м=К_м·Р_см=1,11·6006=6666,66 кВт

5. Определяется максимальная реактивная нагрузка по формуле 2.5

Q_м=Р_м·tgц=6666,66·0,75=5000 квар

6. Определяется максимальная полная нагрузка по формуле 2.6

7. Определяется ток распределительной установки по формуле 2.8

Мостовые краны ПВ40%

Р_н=50; n=3; К_м=3,51; К_и=0,1; cosц=0,5; tgц=1,73

1. Определяется средняя активная нагрузка по формуле 2.1

Р_см=К_и·Р_н? =0,1·50·3=15 кВт

2. Определяется средняя реактивная нагрузка по формуле 2.2

Q_см=P_см·tqц=15·1,73=25,95 квар

3. Определяется средняя нагрузка за наиболее загруженную смену по формуле 2.7

4. Определяется максимальная активная нагрузка по формуле 2.4

Р_м=К_м·Р_см=3,51·15=52,65 кВт

5. Определяется максимальная реактивная нагрузка по формуле 2.5

Q_м=Р_м·tgц=52,65·1,73=91,08 квар

6. Определяется максимальная полная нагрузка по формуле 2.6

7. Определяется ток распределительной установки по формуле 2.8

Компрессоры

Р_н=155; n=4; К_м=1,29; К_и=0,7; cosц=0,8; tgц=0,75

1. Определяется средняя активная нагрузка по формуле 2.1

Р_см=К_и·Р_н? =0,7·155·4=434 кВт

2. Определяется средняя реактивная нагрузка по формуле 2.2

Q_см=P_см·tqц=434·0,75=325,5 квар

3. Определяется средняя нагрузка за наиболее загруженную смену по формуле 2.7

4. Определяется максимальная активная нагрузка по формуле 2.4

Р_м=К_м·Р_см=1,29·434=559,86 кВт

5. Определяется максимальная реактивная нагрузка по формуле 2.5

Q_м=Р_м·tgц=559,86·0,75=419,9 квар

6. Определяется максимальная полная нагрузка по формуле 2.6

7. Определяется ток распределительной установки по формуле 2.8

Насосы

Р_н=254; n=6; К_м=1,23; К_и=0,7; cosц=0,8; tgц=0,75

1. Определяется средняя активная нагрузка по формуле 2.1

Р_см=К_и·Р_н? =0,7·254·6=1066,8 кВт

2. Определяется средняя реактивная нагрузка по формуле 2.2

Q_см=P_см·tqц=1066,8·0,75=800,1 квар

3. Определяется средняя нагрузка за наиболее загруженную смену по формуле 2.7

4. Определяется максимальная активная нагрузка по формуле 2.4

Р_м=К_м·Р_см=1,23·1066,8=1312,16 кВт

5. Определяется максимальная реактивная нагрузка по формуле 2.5

Q_м=Р_м·tgц=1312,16·0,75=984,12 квар

6. Определяется максимальная полная нагрузка по формуле 2.6

7. Определяется ток распределительной установки по формуле 2.8

Вентиляционное оборудование

Р_н=250; n=35; К_м=1,12; К_и=0,6; cosц=0,75; tgц=0,88

1. Определяется средняя активная нагрузка по формуле 2.1

Р_см=К_и·Р_н? =0,6·250·35=5250 кВт

2. Определяется средняя реактивная нагрузка по формуле 2.2

Q_см=P_см·tqц=5250·0,88=4620 квар

3. Определяется средняя нагрузка за наиболее загруженную смену по формуле 2.7

4. Определяется максимальная активная нагрузка по формуле 2.4

Р_м=К_м·Р_см=1,12·5250=5880 кВт

5. Определяется максимальная реактивная нагрузка по формуле 2.5

Q_м=Р_м·tgц=5880·0,88=5174,4 квар

6. Определяется максимальная полная нагрузка по формуле 2.6

7. Определяется ток распределительной установки по формуле 2.8

Освещение, лампы люминесцентные

Р_н=102; n=22; К_м=1,03; К_и=0,9; cosц=0,95; tgц=0,33

1. Определяется средняя активная нагрузка по формуле 2.1

Р_см=К_и·Р_н? =0,9·102·22=2019,6 кВт

2. Определяется средняя реактивная нагрузка по формуле 2.2

Q_см=P_см·tqц=2019,6·0,33=666,47 квар

3. Определяется средняя нагрузка за наиболее загруженную смену по формуле 2.7

4. Определяется максимальная активная нагрузка по формуле 2.4

Р_м=К_м·Р_см=1,03·2019,6=2080,19 кВт

5. Определяется максимальная реактивная нагрузка по формуле 2.5

Q_м=Р_м·tgц=2080,19·0,33=686,46 квар

6. Определяется максимальная полная нагрузка по формуле 2.6

7. Определяется ток распределительной установки по формуле 2.8

10. Определяется показатель силовой сборки в группе по формуле 2.0

2.2 Выбор числа и мощности трасформатора

Правильный выбор числа и мощности силовых трансформаторов для главных понизительных и цеховых подстанций промышленных предприятий имеет существенное значение для построения схемы электроснабжения предприятий.

Основными требованиями при выборе числа трансформаторов ГПП являются: надежность электроснабжения потребителей (учет категории электроприемников в отношении требуемой надежности), а также минимум приведенных затрат на трансформаторы с учетом динамики роста электрических нагрузок.

Двухтрансформаторные подстанции должны применяться при преобладании потребителей Й и ЙЙ категории, а также при неравномерном суточном или годовом графике нагрузки, обеспечивая практически бесперебойность предприятия.

Мощность трансформатора должна обеспечивать потребную мощность в режиме работы после отключения поврежденного трансформатора в зависимости от требований, предъявляемых потребителями данной категории.

Надежность электроснабжения предприятия достигается за счет установки на подстанции двух трансформаторов (второй в нормальном режиме работы может быть как отключен, так и включен).

При выборе трансформаторов рекомендуется:

- трансформаторы мощностью более 1000 кВ·А применять при наличии группы электроприемников большой мощности или значительного числа однофазных электроприемников, а также при наличии электроприемников с частыми пиками нагрузки и в цехах с высокой удельной плотностью;

- стремиться к возможно большей однотипности трансформаторов цеховых подстанций;

- при двухтрансформаторных подстанциях, а также при однотрансформаторных подстанциях с магистральной схемой электроснабжения мощность каждого трансформатора выбирать с таким расчетом, чтобы при выходе одного трансформатора оставшийся в работе трансформатор мог нести всю нагрузку потребителей Й и ЙЙ категории (с учетом допустимых нормальных и аварийных нагрузок); при этом потребители ЙЙЙ категории могут временно отключаться.

Для этого номинальная мощность трансформаторов двухтрансформаторной подстанции принимается равной 70% от общей расчетной нагрузки цеха.

Тогда при выходе из строя одного из трансформаторов второй на время ликвидации аварии оказывается загруженным не более чем на 140%, что допустимо в аварийных условиях.

кВ·А. По технико-экономическим показателям целесообразно проектировать двухтрансформаторные подстанции с питанием приемников по схеме «трансформатор-магистраль».

Произведем расчет мощности цеховых трансформаторных подстанций.

Согласно справочнику [7] определяются потери в трансформаторе по формулам:

ДР_т=0,02S_м(нн) кВт;

ДQ_т=0,1S_м(нн), квар

кВ·А (6.1)

Определяется расчетная мощность трансформатора с учетом потерь, но без компенсации реактивной мощности по формуле:

S_т?S_р=0,7 (ДS_т+S_м(нн)) (6.2)

Кузнечный цех с термическим отделением №1.

ДР_т=0,02S_м(нн)=0,02Ч197854,5=3957,09 кВт,

ДQ_т=0,1S_м(нн)= 0,1Ч197854,5=19785,45 квар,

кВ·А,

S_т?S_р=0,7 (20177,28+197854,5)=152622,25 кВ·А.

Согласно справочнику [5] выбирается тип трансформатора ТДЦГ-180000/110*

Номинальная мощность S_н=180000 кВ·А

Потери холостого хода Р_х.х.=420 кВт

Потери короткого замыкания Р_к.з.=680 кВт

Напряжение короткого замыкания U_к.з.=10,5%

Ток холостого хода I_к.з.=3,2%

Сталелитейный цех №2.

ДР_т=0,02S_м(нн)=0,02Ч56489,03=1129,78 кВт,

ДQ_т=0,1S_м(нн)= 0,1Ч56489,03=5648,9 квар,

кВ·А,

S_т?S_р=0,7 (5760,77+56489,03)=43574,86 кВ·А.

Согласно справочнику [5] выбирается тип трансформатора ТДГ-60000/110*

Номинальная мощность S_н=60000 кВ·А

Потери холостого хода Р_х.х.=150 кВт

Потери короткого замыкания Р_к.з.=30 кВт

Напряжение короткого замыкания U_к.з.=10,5%

Ток холостого хода I_к.з.=11,5%

Штамповочный цех со сварочным отделением №3.

ДР_т=0,02S_м(нн)=0,02Ч184993,98=3699,88 кВт,

ДQ_т=0,1S_м(нн)= 0,1Ч184993,98=18499,4 квар,

кВ·А,

S_т?S_р=0,7 (18865,76+184993,98)=142701,18 кВ·А.

Согласно справочнику [5] выбирается тип трансформатора ТДЦГ-180000/110

Номинальная мощность S_н=180000 кВ·А

Потери холостого хода Р_х.х.=420 кВт

Потери короткого замыкания Р_к.з.=680 кВт

Напряжение короткого замыкания U_к.з.=10,5%

Ток холостого хода I_к.з.=3,2%

Цех холодной обработки металла №4.

ДР_т=0,02S_м(нн)=0,02Ч74080,67=1481,61 кВт,

ДQ_т=0,1S_м(нн)= 0,1Ч74080,67=7408,1 квар,

кВ·А,

S_т?S_р=0,7 (7554,81+74080,67)=57144,83 кВ·А.

Согласно справочнику [5] выбирается тип трансформатора ТДГ-60000/110*

Номинальная мощность S_н=60000 кВ·А

Потери холостого хода Р_х.х.=150 кВт

Потери короткого замыкания Р_к.з.=30 кВт

Напряжение короткого замыкания U_к.з.=11,5%

Ток холостого хода I_к.з.=3,6%

Выбор трансформаторов на ГПП

ДР_т=0,02S_м(нн)=0,02Ч513418,18=10268,36 кВт,

ДQ_т=0,1S_м(нн)= 0,1Ч513418,18=51341,82 квар,

кВ·А,

S_т?S_р=0,7 (52358,59+513418,18)=396043,74 кВ·А.

Согласно справочнику [5] выбирается тип трансформатора ТДЦГ-400000/110* в количестве двух штук.

Номинальная мощность S_н=400000 кВ·А

Потери холостого хода Р_х.х.=230 кВт

Потери короткого замыкания Р_к.з.=1350 кВт

Напряжение короткого замыкания U_к.з.=10,5%

Ток холостого хода I_к.з.=0,8%

2.3 Расчет токов короткого замыкания

В электрических установках могут возникать различные виды коротких замыканий, сопровождающихся резким увеличением тока. Поэтому электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения, должно быть устойчивым к токам короткого замыкания и выбираться с учетом величин этих токов.

Различают следующие виды коротких замыканий: трехфазное, или симметричное, - три фазы соединяются между собой; двухфазное две фазы соединяются между собой без соединения с землей; однофазное - одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю; двойное замыкание на землю - две фазы соединяются между собой и с землей.

Основными причинами возникновения таких коротких замыканий в сети могут быть: повреждение изоляции отдельных частей электроустановки; неправильные действия обслуживающего персонала; перекрытия токоведущих частей установки.

Короткое замыкание в сети может сопровождаться: прекращением питания потребителей, присоединенных к точкам, в которых произошло короткое замыкание; нарушением нормальной работы других потребителей, подключенных к неповрежденным участкам сети, вследствие понижения напряжения па этих участках; нарушением нормального режима работы энергетической системы.

1. Составляется схема замещения

2. Задаются базисным условиям:

Sб₁=100 МВ·А

Uб₁=110 кВ

Uб₂=110 кВ

Uб₃=110 кВ

Uб₄=110 кВ

3. Определяют сопротивления всех воздушных линий по формуле:

(9.1)

где L - длина воздушной линии, км.

4. Рассчитываются сопротивления трансформаторов по формуле:

(9.2)

5. Определяем результирующее сопротивление, оно определяется суммой всех сопротивлений:

1) Для точки К₁:

Х_резК₁=х₃+х₁₀=0,0375+0,082=0,11

2) Для точки К₂:

Х_резК₂=х₃+х₁₀+х₁₁=0,0375+0,082+0,00075=0,12

6. Определяют базисные токи:

6. Определим ток и мощность

Для точки К₁:

1. Действующее значение установившегося тока короткого замыкания:

2. Ударный ток короткого замыкания:

3. Мощность короткого замыкания:

Для точки К₂:

1. Действующее значение установившегося тока короткого замыкания:

2. Ударный ток:

3. Мощность короткого замыкания:

Таблица 2.1 Сводная таблица расчетов токов короткого замыкания

Точки к.з.	Хрез	I?, кА	iуд, кА	Sк, МВ·А
К1	0,11	4,7	11,9	909,9
К2	0,12	4,3	10,9	833,3

2.4 Расчет питающей и распределительной сети

Питающая сеть от ГРУ ТЭЦ-2 до проектируемой подстанции L = 1,5 км; = 0,26 Ом/км; = 0,08 Ом/км.

Определяем ток первичной обмотки трансформатора.

(2.1)

= 57,8 А

по нагреву расчетным током, при отключении одной из линий с учетом допустимой 30% - ной перегрузки

(2.2)

где 140% допустимая перегрузка трансформатора = 0,9 - коэффициент поправки, зависит от числа совместно прокладываемых кабелей.

= 69,16 А

Принимаем кабель ААШВ (3Ч35); = 90 А

б) термически устойчивое сечение

(2.3)

= 12 - для Al кабелей на 6-10 кВ

(2.4)

где =•0,005 - учитывается, если

0,5 + 0,005•1 = 0,5005 с

= f (); ; = 1

Расчетное время

(2.5)

= 0,5 + 0,1 +0,02 = 0,62< 1

= 1,2•9,17•

ближайшее меньшее 70

в) проверим кабель по потери напряжения

 (2.6)

где = 0,83,

что составляет

(2.7)

, условие выполняется.

Распределительную сеть рассчитываем от шин трансформаторной подстанции до ПСУ-8, где нагрузка 200кВт.

Определим расчетный ток

(2.8)

Выбираем два параллельных кабеля 2АВВБГ (3х95+50). Iдоп=2х170А=340А

Проверим кабель по потере напряжения

(2.9)

= 6В

что составляет

= 1,5%

> 1,5% условие выполняется

2.5 Расчёт и выбор высоковольтного оборудования

Выбор оборудования подстанций на стороне высшего напряжения.

Электрические аппараты в системе электроснабжения должны нормально работать, как в нормальном длительном режиме, так и в условиях аварийного кратковременного режима. К аппаратам предъявляется ряд общих требований по надежной работе:

1) Соответствие номинальному напряжению и роду установки, отсутствие опасных перегревов при длительной роботе в нормальном режиме.

2) Термическая и динамическая устойчивость при коротком замыкании.

При проектировании ГПП на стороне 110 кВ выбираем следующее оборудование: трехфазный разъединитель с заземляющими ножами. Основное значение разъединителя- изолировать участок цепи на ремонта электрооборудования, путем создания видимого воздушного промежутка.

Выбираем разъединитель типа РДЗ-110, с номинальным напряжением 110 кВ, с номинальным током 1000 А, термическая стойкость 35,1кА, амплитуда предельного сквозного тока короткого замыкания 80 кА, привод ПД-1У1.

При питании токов короткого замыкания от системы неограниченной мощности от апериодической составляющей тока можно отказаться, а приведенное время принять равным действительному времени протекания токов короткого замыкания через отделитель т.е. .

Проверка по длительному току в аварийном режиме:

Проверка на динамическую устойчивость (к ударному току короткого замыкания ):

Проверка на динамическую устойчивость.

Производится по току термической стойкости и расчетному времени термической стойкости:

Ток термической стойкости равен:

- условие выполняется РДЗ-110 подходит по условию.

Вывод: так как разъединитель выполняет все условия выбора, окончательно принимаем к установке разъединитель типа РДЗ-110

Выбор короткозамыкателей.

Выбираем короткозамыкатели разъединитель с автоматическим приводом. Предназначенный для создания искусственного короткого замыкания. Выбираем короткозамыкатель типа КЗ-110У с номинальным напряжением 110 кВ, термическая стойкость 12,5 кА, амплитуда предельного сквозного тока короткого замыкания 42 кА, полное время включения и выключения 0,12 с. Привод ПРК-1У1.

1) Проверка на динамическую устойчивость:

2) Проверяем на термическую устойчивость:



Условия выполняется, следовательно, выбираем к установке короткозамыкатель типа КЗ-1У1.

Выбор отделителей.

Отделитель-разъединитель с автоматическим приводом предназначенный для автоматического отключения линии.

Выбираем отделитель типа ОД-110/1000 с номинальным напряжением 110 кВ, номинальный ток 1000 А, термическая стойкость 31,5 кА, амплитуда предельного сквозного тока короткого замыкания 80 кА, привод ПРО-1У1.

1) Проверка по длительному току в аварийном режиме:

2) Проверка на динамическую устойчивость:

3) Проверяем на термическую устойчивость:

Условия выполняются, следовательно, окончательно выбираем к установке отделитель типа ОД-110/1000.

Независимо от того защищена ВЛ от прямых ударов молнии или нет, оборудование электроустановок может подвергаться воздействию электромагнитных волн и атмосферных перенапряжений. Для предотвращения этого необходимо искусственное снижение амплитуды волны набегающей на установки, что достигается с помощью разрядников.

Выбор оборудования на стороне низшего напряжения.

На стороне НН выбираем к установке следующее оборудование: вводные секционные выключатели, трансформаторы тока и напряжения и разрядники.

Выбор вводных секционных выключателей, они предназначены для включения отключения электрической цепи от нагрузки и при коротком замыкании.

Выбор выключателей.

По расчетному максимальному току выбираем выключатель ВМП-10К с номинальным напряжением 10 кВ, номинальный ток 1500 А, динамическая стойкость 52 кА, ток термической стойкости 14 кА, время термической устойчивости 10 с, ток отключения при напряжении 6 кВ - 19,3 кА, тип привода ПЭ 11.

1) Проверка по длительному току:

2) Проверка на динамическую устойчивость:

3) Проверяем на термическую устойчивость:

Условия выполняются, соответственно, окончательно выбираем к установке выключатель ВМП-10К.

Выбор трансформаторов напряжения.

Измерительный трансформатор напряжения служит для измерения напряжения в установках переменного тока.

Тип трансформатора напряжения	Номинальный коэффициент трансформации	Номинальная мощность в классах точности, ВА	Максимальная мощность, ВА
		0,5	1	3
НОМ-10		75	150	300	640

Выбираем трансформатор напряжения типа НОМ-1О

Условия выбора трансформатора напряжения:

где - номинальное напряжение установки.

- первичное напряжение трансформатора напряжения.

- расчетная нагрузка

- номинальная нагрузка трансформатора в принятом классе точности.

По напряжению установки выбираем трансформатор типа НОМ -10 номинальный коэффициент трансформации 3000/100/100/3.



Выбираем к установке трансформатор напряжения НОМ-10.

Выбор трансформаторов тока

Выбирают трансформаторы тока по напряжению установки и по длительному току и проверяем на термическую устойчивость, на динамическую устойчивость и по вторичной нагрузке.

По напряжению и по расчетному току выбираем трансформатор тока типа ТПШЛ-10, с номинальным напряжением 10 кВ, номинальный ток 2000 А, динамическая устойчивость 100кА, термическая устойчивость 70 кА.

Данные приборов

Наименование прибора.	Тип	Класс точности	Потребляемая мощность
			тока	напряжения
Амперметр	Э-351	1,5	0,5	-
Счетчик активной энергии для трех проводных цепей	СЭТ 3а - 0,1 - 0,1	2	2,5	1,5
счетчик реактивной энергии для трех проводных цепей	СЭТ 3 р - 0,1 - 0,8	2	2,5	3

1) Проверяем на термическую устойчивость:

2) Проверяем на электродинамическую устойчивость:

3) По вторичной нагрузке:

- расчетная нагрузка трансформатора тока.

-номинальная нагрузка, выбранная в классе точности.

где:

- сопротивление приборов.

- сопротивление проводов.

- сопротивление контакта

Последние принимаем равным в расчетах 0,1 Ом

где:

- вторичный ток трансформатора.

- суммарная мощность приборов подключаемых к трансформатору.

Для подключения приборов к трансформатору используем алюминиевые провода длиной:

- фактическая длина провода

Удельное сопротивление алюминиевого провода



где - номинальная вторичная мощность трансформаторов тока.

Z2 R2=Rприб+Rпров+Rк =0,22+0,1+0,064=0,384 Ом

Номинально допустимая нагрузка трансформаторов тока в выбранном классе точности составит:

Все условие удовлетворяется, значит, принимаем к установке трансформаторы тока типа Тпшл-10.

Для защиты оборудования от перенапряжения на стороне НН по номинальному напряжению и току выбираем разрядники РВО-6У1. С номинальном напряжением 6 кВ; максимальное напряжение 7,6 кВ; пробивное импульсное напряжения 32 кВ; наибольшее остаточное напряжения при импульсном токе с амплитудой 3000 А - 25 кВ.

Выбор шин.

Шинами называется неизолированные проводники или система проводников, укреплённых с помощью изоляторов и предназначенных для электрической связи между элементами электроустановки. Неизолированные проводники дешевле изолированных, обладают большой нагрузочной способностью, проще в монтаже и эксплуатации. Для РУ 6 кВ выбираем алюминиевые шины. Расчетный ток при максимальной нагрузке в послеаварийном режиме, определяется по формуле:



Выбираем алюминиевые шины коробчатого сечения, окрашенные.

1) Проверка шин на термическую устойчивость.

Условие проверки:

где - минимальное сечение по термической стойкости.

2) Проверка шин по динамическую устойчивость. При проектировании РУ с жесткими шинами. Производится определение частот, собственных колебаний для алюминиевых шин. Измеряют частоту пролёта, можно добиться чтобы механический резонанс был исключен, т.е. собственная частота колебаний шин была больше 200 Гц. Расстояние между изоляторами шин называется пролетом.

Длина пролета определяется по формуле:

где - собственная частота колебаний шин.

- момент инерции.

- поперечное сечение двух шин.



Условия действующее между фазами при трёхфазном коротком замыкании. Определяется по формуле:

где - расстояние между осями шин смежных фаз.

Определяем механические напряжение

в шинах:

где w - момент сопротивлений шин определяется по справочнику.

L - длина пролета.

F - усилие между шинами.

Т.е. шины с соответствующим сечением удовлетворяет условиям электродинамической устойчивости, т.о. принимаем к установке шины с размером:

Размер шин:

А=100 мм

В=45 мм момент инерции

С= 6 м допустимый ток

R= 8 м

Выбор изоляторов.

Изоляторы являются одним из элементов шинной конструкции, служат для крепления к изоляции шин от заземляющих частей.

Для крепления жестких шин применяют опорные изоляторы, а при проходе шин через перегородки, междуэтажные перекрытия и стены используют проходные изоляторы.

Опорные изоляторы выбирают по условиям электрической и механической прочности, а проходные изоляторы по условию длительного нагрева максимальным током нагрузки.

Для крепления шин выбираем изоляторы:

- для наружной установки ШН-10;

- для внутренней установки ОМА-10;

Условия электрической прочности:

где - номинальное напряжение установки;

- Номинальное напряжение изолятора;

Условие выполняется - по электрической прочности проходят изоляторы.

Условия механической прочности:

- усилие, действующее между фазами при трехфазном коротком замыкании;

- допустимое усилие;

- разрушающие усилие на изоляторах, выбираются по справочнику.

Для наружного изолятора ШИ-10

Для внутреннего ОМА-10

Выбранные опорные изоляторы шинных конструкций всем условиям выбора изолятора удовлетворяют следовательно принимаем к установке изоляторы типа ШИ-10; ОМА-10.

При простое через стенку применяем проходные изоляторы:

Для наружной установки - ПИБ-10.

Для внутренней установки - ПБ-10.

тип
ПНБ-10	7500	10	649,8	10	1500
ПБ-10	750	10	649,8	10	150

По механической прочности

По электрической прочности

Кроме того проходные изоляторы проверяют по условиям протекания длительного тока.

Условия выполняются следовательно принимаем к установке проходные изоляторы типа ПНБ-10 и ПБ-10

2.6 Выбор защитной коммутационной аппаратуры 0,4кВ

Выбор предохранителей производят по условиям:

Плавкую вставку для безынерционных предохранителей с учетом следующих условий:

- коэффициент перегрузки, учитывающий превышение тока двигателя сверх номинального значения в режиме пуска.

Рассмотрим в качестве примера выбор предохранителя трубоотрезного станка № п.п. 55.

I_р=82,9А

I_п=82,96,82=567,9 А

I_п/2,5=227,1А

I_н.в.=250 А

250 А>89А

Выбираем предохранитель типа ПН2-600 с I_н.п=600 А и I_н.в=250 А.

Далее согласуем его с проводом питающим приёмник по условию

провод проходит согласование.

Аналогичные действия производим для остальных приёмников, полученные расчётные данные заносим соответственно в таблицу в которой также применяются предохранители марок: НПН-15; ПН-2-100; НПН-60; ПН-2-250;

б) Выбор автоматических выключателей:

Номинальное напряжение выключателя не должно быть ниже напряжения сети

Номинальный ток расцепителя должен быть не меньше наибольшего расчетного тока нагрузки, длительно протекающего по защищаемому элементу

Автоматический выключатель не должен отключаться в нормальном режиме работы защищаемого элемента, поэтому ток уставки замедленного срабатывания регулируемых расцепителей следует выбрать по условию:

Расцепитель отстраивается от кратковременных перегрузок по следующему условию:

- пусковой ток электродвигателя

- кратность пускового тока электродвигателя

Пиковое значение тока:

где: - максимальное значение пускового тока рассматриваемой группы электро-двегателей.

- расчётный ток рассматриваемой группы электро-двегателей.

- коэффициент использования активной мощности рассматриваемой группы электро-двегателей.

- номинальный ток эл. двигателя с наибольшим значением пускового тока.

В качестве примера выберем выключатель к группе эл. пиёмников питаемых шинопроводом ШРА 2.

№ приёмника п.п.	Рн, кВт	Iн, А	Кп	Iп, А
ШРА1-16	11,125	32,6	6,82	222,6
ШРА1-16	11,125	32,6	6,82	222,6
ШРА1-16	11,125	32,6	6,82	222,6
ШРА1-17	3,2	9,6	6,82	26,3
ШРА1-18	2,8	8,9	6,82	24,3

Рассмотрим в качестве примера выбор рубильника и магнитного пускателя к трубоотрезного станка № п.п. 4.

а) выбор рубильника

выбираем рубильник типа РП

б) выбор магнитного пускателя

выбираем магнитных пускателей типа ПМЛ с тепловым реле типа РТЛ.

Аналогичные действия производим для остальных приёмников, полученные расчётные данные заносим соответственно в таблицу №12.

2.7 Расчёт релейной защиты трансформатора

Продольно дифференциальная защита.

Схема дифференциальной защиты работает по принципу сравнения токов по принципу сравнения токов по концам защищаемого элемента сети.

Для работы этой защиты с обеих сторон защищаемого объекта установлены трансформаторы тока при нормальном режиме и при коротком замыкании вне защищаемого контура, ток в реле будет равен токам погрешности трансформаторов тока от чего и отстраивается ток не баланса.

ВН	НН
Среднее значение первичных и вторичных токов для защищаемого трансформатора
Схема соединения
Треугольник	Звезда
Вторичный ток в плечах защиты
Дифференциальная защита отстраивается от тока небаланса, т.е. ток срабатывания защиты должен быть больше.

Среднее значение первичных и вторичных токов для защищаемого трансформатора определяется по формулам, приведенным в таблице:

- ток, обусловленный погрешностью трансформатора;

- Ток небаланса, вызванный различием сопротивлений;

- относительная погрешность трансформаторов тока - 0,1.

Ток срабатывания защиты из условия отстройки от расчетного тока небаланса при внешнем коротком замыкании находится из условия: Ток срабатывания защиты из условия отстройки от расчётного тока небаланса при внешнем коротком замыкании:

,

где - коэффициент отстройки реле

Первичный ток срабатывания защиты из условия отстройки от бросков тока намагничивания:

За предварительное значение I_с.з принимается большее значение из двух условий:

Расчётный ток срабатывания реле отнесённый к основной стороне:

Расчётное число витков обмотки реле включенного в плечо защиты на основной стороне:

где 100 (А) - магнито движущая сила срабатывания реле РНТ -565

Принятое число витков обмотки реле, включенное в плечо защиты на основной стороне:

Расчётное число витков обмотки реле включенного в плечо защиты на неосновной стороне:

Первичный ток небаланса при внешнем коротком замыкании обусловленный округлением расчётного числа витков обмотки реле, включенного в плечо защиты на основной стороне:

Проверка реле на чувствительность:

,

где: - двухфазное короткое замыкание.