Расчет электроснабжения компрессорной станции и выбор электрооборудования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РТ ГБОУ СПО «Заинский политехнический колледж»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПК 140448.000.13.00.-13

По дисциплине: МДК 01.02. Основы технической эксплуатации и обслуживания электрического и электромеханического оборудования

Тема проекта: Расчет электроснабжения компрессорной станции и выбор электрооборудования

Студент А.И. Малышев

2013 год

Введение

Системой электроснабжения называют совокупность производства, передачи и распределения электрической энергии.

Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников электрической энергии, к которым относятся электродвигатели различных механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и другие промышленные приемники электроэнергии.

Курсовой проект электроснабжения компрессорной станции содержит список, технические характеристики и требования, предъявляемые к электроснабжению, трансформаторам, шинам и кабелям, аппаратуре защиты, монтируемому оборудованию, требования по противопожарной безопасности, к электрооборудованию и производственным помещениям.

В курсовом проекте произведены расчеты и выбор схем и элементов системы электроснабжения, приведены электротехнические характеристики, требования, предъявляемые к электроснабжению, монтируемому электрооборудованию, выбор силовых трансформаторов, проводников, аппаратов коммутации и защиты.

Освещена тема охраны труда и окружающей среды.

1. Характеристика компрессорной станции, электрических нагрузок и технологического процесса

Компрессорная станция (КС) предназначена для приема, сжатия и распределения воздуха.

КС имеет два участка - компрессорный в котором установлены два высоковольтных поршневых компрессора, и два турбокомпрессора, ремонтный оснащен токарными, строгальными и другими станками и оборудованием, для ремонта вышедших из строя деталей компрессоров.

КС получает ЭСН от ГПП, расстояние от ГПП до КС - 800 м. Потребители имеют 2 и 3 категорию надежности. Грунт в районе станции - суглинок.

Таблица №1. Перечень ЭО компрессорной станции

№ по плану	Наименование ЭО	Рэп, кВт	Примечание
1-3	Турбокомпрессоры	37	-
4, 16	Кран балка	4,5	-
7,8,17	Приводные дв-ли турбокомпрессора	55	-
9, 10	Вентиляторы	15	-
11	Токарный станок	14	-
12	Сверлильный станок	2,2	-
13	Точильный станок	2,8	-
14, 15	Сварочные трансформаторы	36	-
	Освещение	13	-
18, 19	Шкафы упр. ТК	52	-

2. Ведомость потребителей электроэнергии

Ведомость потребителей электроэнергии с указанием необходимых данных для проектирования.

На основании планировки цеха разбиваем электроприемники на группы:

3-фазный ДР - электроприемники длительного режима работы, трехфазные;

3-фазный ПКР - электроприемники повторно-кратковременного режима работы, трехфазные;

1-фазный ПКР - электроприемники повторно-кратковременного режима работы, однофазные;

Данные для электроприемников выбираем из паспортов оборудования и таблиц 1.5.1, 1.5.5[1] и вносим в таблицу 2.

По этим же таблицам определяем К_и - коэффициент использования электроприемников.

Таблица №2. Технические данные электроприемников

№ по плану	Наименования электроприемников	Рн, кВт	n, шт.	Ки	cos?	tg?
3-х. фазные электроприемники ДР.
1-3	Турбокомпрессоры	37	3	0,75	0,85	0,75
4, 16	Кран балка	4,5	2	0,05	0,5	1,73
7,8,17	Приводные дв-ли турбокомпрессора	55	3	0,75	0,85	0,75
9, 10	Вентиляторы	15	2	0,64	0,75	0,88
11	Токарный станок	14	1	0,14	0,5	1,73
12	Сверлильный станок	2,2	1	0,14	0,5	1,73
13	Точильный станок	2,8	1	0,14	0,5	1,73
14, 15	Сварочные трансформаторы	36 кВа	2	0,2	0,4	2,29
	Освещение	13		0,85	0,95	0,33
18, 19	Шкафы упр. ТК	52	2	0,75	0,85	0,75

Помещения или отгороженные, например, сетками, части помещения, доступные только для квалифицированного обслуживающего персонала, в которых расположены электроустановки, называются электроприемниками.

По характеру воздействия на электрическую изоляцию и другие элементы электрооборудования помещения делятся на группы:

во влажности воздуха - сухие, влажные, сырые и особо сырые;

жаркие, в которых температура длительно превышает +35°С;

пыльные по условиям производства;

с химически активной или органической средой.

Помещения электроустановок по опасности поражения электрическим током подразделяются следующим образом.

Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием сырости или токопроводящей пыли, токопроводящими металлическими, земляными, кирпичными или железобетонными полами, высокой температурой, возможностью одновременного прикосновения человека к металлическим корпусам электрооборудования и к металлоконструкциям зданий и технологического оборудования, имеющим соединение с землей.

Помещения особо опасные характеризуются особой сыростью (потолок, стены, пол и предметы покрыты влагой) или химически активной средой и одновременно двумя или более признаками помещений с повышенной опасностью.

Конструкция, способ установки электрических машин, аппаратов, приборов и прочего электрооборудования, а также кабелей должны соответствовать условиям окружающей среды.

В связи с изложенным принимаю параметры помещения цеха согласно таблице.

Таблица №3. Классификация помещений по взрыво-, пожаро-, электробезопасности.

Наименование	Взрывоопасности	Пожароопасности	Электроопасности	Примечание
Компрессорная станция	-	-	ПО	1Р54

2. Классификация помещений по взрыво - пожаро - электроопасности

По взрывопожарной и пожарной опасности помещения подразделяются на категории А, Б, В1 - В4, Г и Д.

Категории взрывопожарной и пожарной опасности помещений и зданий определяются для наиболее неблагоприятного в отношении пожара или взрыва периода, исходя из вида находящихся в аппаратах и помещениях горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств, особенностей технологических процессов.

Определение пожароопасных свойств веществ и материалов производится на основании результатов испытаний или расчетов по стандартным методикам с учетом параметров состояния.

4. Определение категории надежности и выбор электросхемы

В отношении обеспечения надежности ЭСН электроприемники разделяются на следующие 3 категории:

Электроприемники I категории - перерыв ЭСН которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.

Приемники электроэнергии II категории обеспечиваются электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Однако при нарушении их электроснабжения от одного из источников питания допускается перерыв электроснабжения на время, необходимое для восстановления питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. ПУЭ допускают питание приемников электроэнергии II категории: по одной воздушной линии, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более одних суток; от одного трансформатора при наличии централизованного резерва трансформатора и возможности замены поврежденного трансформатора за время не более одних суток.

Для приемников электроэнергии III категории электроснабжение выполняют от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы энергоснабжения, не превышает 1 суток.

Так как данная станция допускает перерыв в электроснабжении на время не более 1 суток, следовательно, она относится к потребителям II категории при наличии централизованного резерва трансформатора и возможности его замены в случае повреждения за время не боле 1 суток.

5. Расчет электрических нагрузок, выбор трансформаторов и шинопроводов

При расчете силовых нагрузок большое значение имеет правильное определение электрической нагрузки во всех элементах силовой сети. Завышение нагрузки может привести к перерасходу проводникового материала, удорожанию строительства; занижение нагрузки - к уменьшению пропускной способности электрической сети и невозможности обеспечения нормальной работы силовых электроприемников.

Расчет электрических нагрузок основывается на опытных данных и обобщениях, выполненных с применением методов математической статистики и теории вероятности.

Расчет начинают с определения номинальной мощности каждого электроприемника независимо от его технологического процесса средней мощности: мощности, затраченной в течение наиболее загруженной смены, и максимальной расчетной мощности участка, цеха, завода или объекта.

Расчет номинальной мощности. Номинальная мощность - это полезная мощность электроприемника совершающая работу. Она указывается в паспортных данных электроустановок.

В цехах промышленных предприятий установлено до 80% асинхронных двигателей, работающих в разных технологических режимах.

Расчет нагрузок в двигательном режиме. Для электродвигателей фактически потребляемая мощность (кВт)

Р_ф=Р_п/?=Р_ном+?Р., (2.17)

где Р_п - паспортная активная мощность электродвигателя, кВт; ? - коэффициент полезного действия; Р_ном - полезная активная мощность, совершающая работу, кВт; ?Р - собственные потери активной мощности электродвигателя, кВт.

Для значительной группы электродвигателя активная номинальная мощность:

Р_ном=Р_п, (2.18)

так как в период максимальной нагрузки электроприемников потери мощности электродвигателей ?Р компенсируется мощностью не участвующих в работе электроприемников. Следовательно, фактическую активную мощность определяют для электродвигателей большой мощности.

Для всех видов нагревательных электроприемников всегда Р_ном=Р_п.

Для электроприемников, заданных полной мощностью

Р_ном = S_п cos?, (2.19)

где S_п - паспортная полная мощность трансформатора, кВ*А; cos? - коэфицент мощности.

Расчет нагрузок в повторно-кратковременном режиме. Для электродвигателей (электрических кранов, тельферов, лифтов).

Р_ном = Р_п vПВ, (2.20)

где ПВ - повторное включение электроприемника, %(задается технологическим процессом, учитывает работу в течении 8 ч - наиболее загруженной смены или в течение суток - 24 ч). Стандартные значения ПВ= 15, 25, 40, 60%.

Для электроприемников, заданных полной мощностью:

Р_ном= S_п cos ?_пvПВ (2.21)

Расчет нагрузок методом «коэфицента максимума». Одиночные электроприемники группируют и присоединяют к силовым щитам. Следовательно, для групп электроприемников:

(2.22)

- суммарная номинальная активная мощность электроприемников, кВт

Расчет сменной мощности. Сменная мощность учитывает количество мощности, израсходованной в период наиболее загруженной смены. Согласно суточному графику работы промышленных предприятий наиболее загруженной считают первую смену в течение 8 ч работы.

Для действующих промышленных предприятий активная и реактивная мощности:

Р_см= К_и/Р_ном; Q_cм= Р_см /tg?

где К_и-коэффициент использования электроприемников;

Р_ном - номинальная активная групповая мощность, кВт;

tg? - реактивная энергия, квар•ч.

К_м = F(К_и, n_э) определяется по таблицам(1.5.3.)

Приведение мощностей 3-фазных электроприемников к длительному режиму.

Р_н=Р_п - для электроприемников ДР;

Р_н=Р_пvПВ - для электроприемников ПКР;

Р_н=S_п cos?vПВ - для сварочных трансформаторов ПКР;

Р_н=S_п cos? - для трансформаторов ДР,

где Р_н, Р_п - приведенная и паспортная активная мощность, кВт;

S_п - полная паспортная мощность, кВ• А;

ПВ - продолжительность включения, отн. ед.

Определение потерь мощности в трансформаторе

Приближенно потери мощности в трансформаторе учитываются в соответствии с соотношениями

?Р = 0,02S_НН;

?Q = 0,1 S_НН;

?S = v?Р² + ?Q;

S_ВН = S_НН + ?S.

6. Выбор трансформаторов

При проектировании подстанции, для которой неизвестен график нагрузки потребителей, мощность трансформатора выбирается на основании расчетной максимальной нагрузки с учетом компенсации реактивной мощности и увеличения нагрузок на перспективу:

S_т?0,7 S_max= 0,7*520,4 = 364,28 кВА

Ближайший по шкале номинальных мощностей, установленных ГОСТ 9680-77Е

S_тр=400 кВА

Принимаю трансформатор ТМ-400кВА-10/0,66 кВ

Таблица 4. Характеристика трансформатора:

Тип	ВН, кВ	НН, кВ	Ркз, Вт	Рхх, Вт	ек, %	iх.х., %
ТМ-400-10/0,66	10	0,66/0,4	5,5	1,05	4,5	2,1

Условное обозначение: Т - трехфазный тр-р, М - масляный, 400 - мощность, 10 - напряжение на высокой стороне, 0,66 - напряжение на низкой стороне.

Выбор шинопроводов

Магистральное электроснабжение станции выполняется согласно требованиям и правилам ПУЭ и ГОСТ-78. На основании расчетных данных и полученных таблиц выполняем главную магистраль шинопроводом ШМА-76,

I_шма =1000 А.

Характеристика шинопровода: U=690 В, электродинамическая стойкость - 70 кА, сопротивление на фазу: R= 58,2?10⁶.

Распределительные магистрали выполняются шинопроводом ШРА-4.

I_шра = 400 А.

Характеристика шинопровода: сечение - 5*50, U_ном= 660 В.

Токи по шинопроводам

I_шма> I_{max.расч.}; I_шра> I_max.расч.

Таким образом, данные шинопроводы соответствуют условию выбора в проекте.

Согласно паспортных данных, шинопроводы ШРА укомплектованы автоматическими выключателями типа ВА.

Провода алюминиевые прокладываются в трубах для защиты от механических повреждений.

Расчет токов ведем по формулам:

I_ном. = Р_ном. /(v3 • U_ном. • cos ? • ?)

I_пуск. = 5 • I_{ном для АД.}

Расчетные данные станков проектируемой станции сводим в таблицу №5:

6. Расчет и выбор компенсирующего устройства

Методика расчета

* Для выбора компенсирующего устройства (КУ) необходимо знать:

расчетную реактивную мощность КУ;

тип компенсирующего устройства;

напряжение КУ.

*Расчетную реактивную мощность КУ можно определить из соотношения

Q_к.р.=? Р_м(tg? - tg?_к),

где Q_к.р - расчетная мощность КУ, квар;

? - коэффициент, учитывающий повышение cos ? естественным способом, принимается ? = 0,9;

tg? и tg?_к - коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.

Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения значения cos ?_к = 0,92…0,95.

*Задавшись cos ?_к из этого промежутка, определяют tg?_к..

Значения Р_м, tg ? выбираются по результату расчета нагрузок из «Сводной ведомости нагрузок».

*Задавшись типом КУ, зная Q_{к. р.} и напряжение, выбирают стандартную компенсирующую установку, близкую по мощности.

Применяются комплектные установки или конденсаторы предназначенные для этой цели.

*После выбора КУ определяется фактическое значение cos ?_ф.

tg ?_ф= tg? - Q_к.ст./?Р_м,

где Q_к.ст. - стандартное значение мощности выбранного КУ, квар.

По tg ?_ф определяют cos ?_ф:

cos ?_ф = cos(arctg ?_ф).

Дано: Исходные данные:

Таблица 5.

Параметр	cos ?	tg?	Рм, кВт	Qм, квар	Sм, кВ*А
Всего на НН без КУ	0,79	0,77	393,3	261,6	472,3

Требуется:

рассчитать КУ;

Решение:

Определяется реактивная мощность, которую требуется компенсировать:

Q_к.р. =? Р_м (tg? - tg?_к)

Определяется реактивная мощность, генерируемая синхронными двигателями

Q_гр. = ? Р tg?_ном/?_ном = 0,5* 1750* 0,77/0,96 = 701,88*2 = 1403,6,

Мощность, генерируемая равна 1403,6 , это в 10 раз больше чем требуется, следовательно, КУ эффективно.

Ответ: В качестве компенсирующего устройства применены приводные синхронные двигатели поршневых компрессоров

7. Выбор элементов электроснабжения цеха, проводов, кабелей и способы их прокладки

Для выбора аппарата защиты нужно знать:

- токи (в амперах) в линии, где он установлен;

- тип аппарата и число фаз.

Автоматы выбираются согласно условиям:

- для линии без ЭД;

- для линий с одним ЭД;

- для групповой линии с несколькими ЭД .

где - номинальный ток автомата, А;

- номинальный ток расцепителя, А;

- длительный ток в линии, А;

- максимальный ток в линии, А;

-- номинальное напряжение автомата, В;

- напряжение сети, В.

Наиболее современными являются автоматы серии ВА и АЕ, предохранители серии ПР и ПН, тепловые реле серии РТЛ.

В качестве аппаратов защиты применяю автоматические выключатели серии ВА, которые выбираются по условиям:

. ток расцепителя;

- кратность отсечки

- ток отсечки, А

- пусковой ток, А



- максимальный ток на группу

Для каждой линии к электродвигателю переменного тока

где - КПД электродвигателя.

Зная тип, и число полюсов автомата, выписываю все каталожные данные. Результаты определения проводов и защиты оборудования свожу в таблицу 7.

Принципиальная электрическая схема электромеханического цеха представлена на рисунке 5.

Рисунок 5.

Таблица №6. Выбор проводов и защиты.

№ по плану	Наименование узла и групп электроприёмников	Кол-во ЭП, шт	Р, кВт, 1-го ЭП	Iном, А	Марка и сечение провода	Iдоп, А	Тип защиты ВА-51,55
							марка	Iном, А	Iн.р.,А
	ШРА
16	Кран-балка	1	4,5	5	ПВ(4*2)	6,25	ВА51-25	25	6,3
11	Токарный станок	1	14	15,4	АПВ(4*3)	19,25	ВА51-25	25	20
12	Сверлильный станок	1	2,2	2,4	АПВ(4*2)	3	ВА51-25	25	3,15
13	Точильный станок	1	2,8	3,09	АПВ(4*2)	3,8	ВА51-25	25	4
1…3	Турбокомпрессоры	3	37	41	АПВ(4*16)	51,25	ВА51Г-31	100	50
7,8,17	Приводные двигатели турбокомпрессоров	3	55	60,8	ААШв(4*35)	76	ВА51Г-31	100	80
	Итого по ШРА	10	115,5	127,6
	ШМА
4	Кран-балка	1	4,5	4,75	ПВ(4*2)	6	ВА51-25	25	6,3
9,10	Вентиляторы	2	4,25	4,49	АПВ(4*2)	5,6	ВА51-25	25	6,3
14,15	Сварочные трансформаторы	2	36/14,4	15,2	АПВ(4*2,5)	19	ВА51-25	25	20
18,19	Шкафы управления СД	2	52	55	АПВ(4*25)	68,75	ВА51Г-31	100	63
	Освещение	-	13	20,8	АПВ(4*4)	26	ВА51-25	25	25
	Итого по ШМА	17	88,1	100
	Кабельная перемычка от трансформатора к ШМА	-	-	1000	ААШВ 4(4*185)	-	ВА51-41	1000	800
	Кабельная перемычка от ШМА к ШРА	-	-	250	ААШВ 2(4*150)	-	ВА51-35	250	250
	Поршневые компрессоры	2	1750	18,7	ААВ(3*16)	23,3	ВВЭ-10-20/630 УЗ	630	23,3

В данном курсовом проектировании компрессорной станции, в качестве компенсирующих устройств применяются приводные синхронные двигатели поршневых компрессоров.

По сравнению с асинхронными, синхронные двигатели имеют следующие преимущества:

а) возможность использования в качестве компенсирующих устройств при сравнительно небольших первоначальных затратах, поскольку при работе с опережающим коэффициентом мощности полная мощность синхронного двигателя S_{ном. сн}, определяющая его стоимость, растет в гораздо меньшей степени, чем его компенсирующая способность:

б) экономичность изготовления на небольшое число оборотов; при этом отпадает необходимость в промежуточных передачах между двигателем и рабочей машиной;

в) меньшую зависимость вращающего момента от колебаний напряжения: у синхронного двигателя момент пропорционален напряжению в первой степени, а у асинхронного двигателя во второй.

г) более высокую производительность рабочего агрегата при синхронном электроприводе, поскольку скорость двигателя не зависит от нагрузки;

д) более высокое КПД, чем у асинхронных, а следовательно и меньше потерь активной мощности;

Компенсирующая способность двигателя определяется нагрузкой на его валу, напряжением, подведенным к его зажимам, и током возбуждения. С уменьшением тока возбуждения ниже номинального компенсирующая способность двигателя снижается.

Обычно в практических условиях нагрузка синхронных двигателей на валу составляет 50 - 100 % от номинальной. При такой нагрузке, а также при регулировании напряжения, подводимого к электродвигателю, можно использовать электроприводы с синхронными двигателями в качестве компенсаторов реактивной мощности при работе их с опережающим коэффициентом мощности.

Синхронный двигатель, работающий на холостом ходу, представляет синхронный компенсатор, это позволяет изготовлять специальные синхронные компенсаторы с меньшим воздушным зазором и облегченным валом по сравнению с обычными синхронными двигателями.

8. Общие сведения об автоматических выключателях серии ВА

При эксплуатации электросетей длительные перегрузки проводов и кабелей, КЗ вызывают повышение температуры токопроводящих жил больше допустимой.

Это приводит к преждевременному износу их изоляции, следствием чего может быть пожар, взрыв во взрывоопасных помещениях, поражение персонала.

Для предотвращения этого, электрооборудование имеет аппарат защиты, отключающий поврежденный участок.

Аппаратами защиты являются: автоматические выключатели, предохранители с плавкими вставками и тепловые реле встраиваемые в магнитные пускатели.

Автоматические выключатели являются наиболее совершенными аппаратами защиты, надежными, срабатывающими при перегрузках и КЗ в защищаемой линии.

Чувствительными элементами автоматов являются расцепители: тепловые, электромагнитные, и полупроводниковые.

Наиболее современные автоматические выключатели серии ВА предназначены для замены устаревших А37, АЕ, АВМ и «Электрон».

Они имеют уменьшенные габариты, совершенные конструктивные узлы и элементы. Работают в сетях постоянного и переменного тока.

Выключатели серии ВА, разработки 51 предназначены для замены отключений при КЗ и перегрузках в эл. сетях, а так же при недопустимых снижениях напряжения и нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей.

9. Выбор аппаратов защиты и распределительных устройств

Для выбора аппарата защиты нужно знать:

- токи в линии, где он установлен;

- тип аппарата и число фаз.

Автоматы выбираются согласно условиям:

I_н.а ? I_н.р.; I_н.р ? I_дл - для линии без ЭД;

V_н.а ? V_c; I_н.р ? 1,25 I_дл - для линий с одним ЭД;

I_н.р ? 1,1 I_м - для групповой линии с несколькими ЭД.

где I_н.а - номинальный ток автомата, А;

I_н.р - номинальный ток расцепителя, А;

I_дл - длительный ток в линии, А;

V_н.а - номинальное напряжение автомата, В;

V_c - напряжение в сети, В.

Наиболее современными являются автоматы серии ВА и АЕ, предохранители серии ПР и ПН, тепловые реле серии РТЛ.

В качестве аппаратов защиты применяю автоматические выключатели серии ВА, которые выбираются по условиям:

I_н.а > или = I_ном. ток расцепителя; V_н.а.> или =V_сети

I_ном. ток расцепителя ? 1,25 I_{длительный ток в линии}

К_о ? I_о/ I_{ном.расц.}

I_о ? 1,2 I_п

К_о - кратность отсечки

I_о - ток отсечки, А

I_п - пусковой ток

I_п = К_п * I_{ном.(дв)}; К_п = 6,5…7,5 для АД

I_пик = I_п.наиб. + I_м - I_{н. наиб.}

I_м - максимальный ток на группу

Для каждой линии к электродвигателю переменного тока

I_ном = Р_д/v3 • V_д • ?_д • cos?_д

где ?_д = 0,9 - КПД электродвигателя.

Зная тип, I_н.а и число полюсов автомата, выписываю все каталожные данные.

Результаты определения проводов и защиты оборудования свожу в таблицу…

Принципиальная электрическая схема компрессорной станции представлена на рисунке

Рис. Схема ЭСН расчетная



Рис. Схема замещения

9. Выбор и проверка высоковольтного выключателя

Выключатели ВН выбираются по напряжению, току, категории размещения, конструктивному выполнению и коммутационной способности.

Должны быть выполнены условия

V_н.в. ? V_н.у.;

I_н.в. ? I_н.у;

где V_н.в - номинальное напряжение выключателя, кВ;

V_н.у - номинальное напряжение установки, кВ;

I_н.в. - номинальный ток выключателя, А;

I_н.у - номинальный ток установки, А.

Выключатели проверяются:

а) на отключающую способность.

Должны быть выполнены условия

I_н.откл ? I_р.откл;

S_н.откл. ? S_р.откл.;

где I_н.откл и I_р.откл - номинальное и расчетное значения токов отключения, кА;

S_н.откл., S_р.откл - номинальная и расчетная полные мощности отключения;

I_р.откл = I⁽³⁾_?;

S_р.откл = v3 I_р.откл V_н.у ;

S_н.откл. = v3 I_н.откл V_н.в.,

где I⁽³⁾_? - 3-фазный ток КЗ в момент отключения выключателя, кА;

б) на динамическую стойкость.

Должно быть выполнено условие

i_ск ? i_у,

где i_ск - амплитуда предельного сквозного ударного тока КЗ выключателя, кА;

i_у - амплитуда ударного тока электроустановки, кА,

i_у = К_уv2 I⁽³⁾_к;

в) на термическую стойкость.

Должно быть выполнено условие

I_тс ? I_р.тс ;

I_р.тс = I_р.отклvt_пр/t_тс = I_р.отклvt_д/t_тс,

где I_тс и I_р.тс - токи термической стойкости, каталожный и расчетный, кА;

t_пр - приведенное время действия КЗ;

Таблица№7. Технические данные выключателя ВН на 10 кВ

Тип	Конструктивное исполнение	IН.В.	iск, кА	Iтс, кА	tтс,c	Iн. откл, кА	tов, с
ВВЭ-10-20/630 УЗ	Вакуумный	630	52	20	3	20	0,055

Условное обозначение: В - выключатель, В - вакуумный, Э - электромагнитный привод, 10 - V_Н.В = 10 кВ, 20 - I_{н. откл} = I_тс = 20 кА, 630 - номинальный ток, У - умеренный климат, З - внутренней установки.

Проверка высоковольтного выключателя производится по следующим параметрам:

V_н.у = 10 кВ

I_н.у = S_т / v3 • V_c

R_c

X_с

t_д

Определяем расчетные данные по формулам:

- Ток КЗ на ВН:

I_k⁽³⁾= V_н.у / v3 • Z_к;

Z_к = v R_c² + X_с²;

К_у = 1.

- Отключающая способность:

I_р.откл = I_k⁽³⁾

S_р.откл = v3 • I_р.откл • V_н.у

S_н.откл = v3 • I_н.откл • V_н.у

- Ток термической стойкости:

I_Р.ТС = I_р.откл • v(t_Д / t_ТС)

Таблица 8. Ведомость выключателя ВН

Параметры	Усл. обозн.	Ед. изм.	Условие выбора	Данные выключателя	Дополнительные сведения
				Расчет.	Катал.
Выбор Номинальное напряжение Номинальный ток	Vн Iн.	кВ А	Vн.в. ? Vн.у Iн.в. ? Iн.у	10 23,1	10 630	ВВЭ-10-20/630 УЗ
Проверка Ток отключения Мощность отключения Амплитуда предельного ударного сквозного тока Предельный ток терм. ст.	Iн.откл Sн.откл iск Iтс	кА мВ•А кА кА	Iн.откл?Iр.откл Sн.откл.?Sр.откл iск ? iу Iтс ? Iр.тс	1,3 13 1,82 5,07	20 200 52 20	Отключающая способность Динамическая стойкость Термическая стойкость

10. Выбор расчетной схемы и составление схемы замещения для расчета токов КЗ

Выбор точек и расчет токов КЗ

Расчет токов КЗ в системе ЭС производится с рядом допущений:

- индуктивное сопротивление в процессе КЗ не изменяется. Напряжение на шинах источника постоянно, а периодическая составляющая тока КЗ не подсчитывается, так как она затухает очень быстро. Для расчета токов КЗ составляется расчетная схема ЭУ, в которой учитываются все источники питания, а так же воздушные кабельные линии, реакторы, тр-ры и т.д.

Рассчитать токи КЗ это значит:

- по расчетной схеме составить схему замещения и выбрать точки КЗ;

- рассчитать сопротивления;

- определить в каждой выбранной точке трехфазные токи КЗ;

- заполнить сводную ведомость токов КЗ.

Схема замещения представляет собой вариант расчетной схемы, в котором все элементы заменены сопротивлениями, а магнитные связи - электрическими. Токи КЗ выбираются на ступенях распределения и на конечном электроприемнике, а нумеруется сверху вниз, начиная от источника. Для определения токов КЗ используется соотношение:

1) 3 - фазного, кА:

I_к⁽³⁾ = V_к / v3 Z_к,

где V_к - линейное напряжение в точке КЗ, кВ;

Z_к ? полное сопротивление до точки КЗ, Ом.

2) 2 - фазного, кА:

I_к⁽²⁾= v3/2• I_к⁽³⁾= 0,87 I_к⁽³⁾;

3) 1 - фазного, кА:

I_к⁽¹⁾= V_кф/Z_n + (Z_T⁽¹⁾/3),

где V_кф - фазное напряжение в точке КЗ, кВ;

Z_n - полное сопротивление петли «фаза - нуль» до точки КЗ, Ом;

Z_T⁽¹⁾ - полное сопротивление трансформатора однофазному КЗ, Ом;

4) ударного, кА

i_у = v2 К_у I_к⁽³⁾,

где К_у - ударный коэффициент, определяется по графику;

К_у = F(R_к/X_к).

5) действующего значения ударного тока, кА:

Рис. Зависимость К_у = F(R_к/X_к).

I_y = q I_к⁽³⁾ ,

где q - коэффициент действующего значения ударного тока,

q = v1 + 2(К_у - 1)²

Сопротивления схем замещения определяются расчетным путем из соотношений:

R_т = ?Р_к (V_н.² / S_т) • 10⁶;

Z_т = u_к (V_н.н.²/ S_т) • 10⁴;

X_т = v Z_т²• R_т²,

где ?Р_к - потери мощности КЗ, кВт;

u_к - напряжение КЗ, %;

V_н.н. - линейное напряжение обмотки НН, кВ;

S_т - полная мощность трансформатора, кВ*А;

На рис. показана расчетная схема ЭСН

Составляем схему замещения... и нумеруем точки КЗ в соответствии с расчетной схемой.

Находим сопротивление элементов и наносим на схему замещения.

Для кабельных линий выбираем по справочнику:

Кл r_кл=107,6 мОм; x_кл=64,2 мОм;

Кл1 r_кл1=250 мОм; x_кл1=25 мОм;

Кл2 r_кл2=125 мОм; x_кл2=74,4 мм;

Кл 3 r_кл3=1,06 мОм; x_кл3=1,788 мОм.

Для трансформатора:

r_тр=5,5 мОм; x_тр=17,1 мОм.

Для автоматов:

АВ r_ав=0,1 мОм; x_ав=0,1 мОм;

АВ1 r_АВ1=0,4 мОм; x_АВ1=0,5 мОм;

АВ2 r_АВ2=1,2 мОм; x_АВ2=1,3 мОм.

Вычисляем эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ и наносим на схему (рис.) К1:

R_э1 = R_кл + R_тр + R_кл1 + R_АВ = 363,2 мОм;

X_э1 = X_кл +X_тр + X_кл1 + X_АВ = 106,4 мОм;

К2:

R_э2 = R_кл2 + R_АВ1 = 125,4 мОм;

X_э2 = X_кл2 + X_АВ1 = 74,9 мОм;

К3:

R_э3 = R_АВ2 + R_кл3 = 2,26 мОм;

X_э3 = X_АВ2 + X _кл3 = 3,088 мОм.

Вычисляем сопротивления до каждой точки КЗ и заносим в «Сводную ведомость токов КЗ»:

R_к1 = R_э1 = 363,2 мОм;

R_к2 = R_э1 + R_э2 = 488,6 мОм;

R_к3 = R_к2 + R_э3 = 490,8 мОм;

X_к1 = X_э1 = 106,4 мОм;

X_к2 = X_э1 + X_э2 = 181,3 мОм;

X_к3 = X_к2 + X_э3 = 184,3 мОм;

Z_к1 = vR_к1² + X_к1² = 378,4 мОм;

Z_к2 = vR_к2² + X_к2² = 521,1 мОм;

Z_к3 = vR_к3² + X_к3² = 524,2 мОм;

R_к1/ X_к1 = 3,4; R_к2/ X_к2 = 2,6;

R_к3/ X_к3 = 2,6;

Определяем коэффициенты К_у и q:

К_у1 = F(R_к1/X_к1) = 1,0;

К_у2 = F(R_к2/X_к2) = 1,0;

К_у3 = F(R_к3/X_к) = 1,0;

q₁ = v1 +2(К_у1 - 1)² = 1,73;

q₂ = q₃ = 1,73.

Определяем 3 - фазные токи КЗ и заносим в «Ведомость»:

I_к1⁽³⁾ = V_к1/ v3 Z_к1 = 1,38 кА;

I_к2⁽³⁾ = V_к2/ v3 Z_к2 = 0,8 кА;

I_к3⁽³⁾ = V_к3/ v3 Z_к3 = 0,8 кА;

i_ук1 = v2 К_у1 I_к1⁽³⁾ = 1,82 кА;

i_ук2 = 1,12 кА;

i_ук3 = 1,12 кА.

Таблица 9. Сводная ведомость токов КЗ.

Точка КЗ	Rк	Xк	Zк	Rк/ Xк	Ку	q	Iк(3), кА	iу, кА
К1	363,2	106,4	378,4	3,4	1	1,73	1,3	1,82
К2	488,6	181,3	521,1	2,6	1	1,73	0,8	1,12
К3	490,8	184,3	524,2	2,6	1	1,73	0,8	1,12

Составляем упрощенную схему замещения:



Рис.3. Упрощенная принципиальная схема подключения оборудования

электрический трансформатор проводник высоковольтный

Таблица 10.

Наименование РУ и электроприемников	Рн, кВт	n	Рн?, кВт	Ки	cos	tg	m	Рсм	Qсм, квар	Sсм, кВА	nэ	Км	Рм	Qм	Sм	Iм
ШРА											10
Кран-балка	4,5/2,25	1	2,25	0,05	0,5	1,73		0,11	0,19	0,6
Токарный станок	14	1	14	0,14	0,5	1,73		1,9	3,3	3,9
Сверлильный станок	2,2	1	2,2	0,14	0,5	1,73		0,3	0,5	0,59
Точильный станок	2,8	1	2,8	0,14	0,5	1,73		0,39	0,67	0,76
Турбокомпрессоры	37	3	111	0,75	0,85	0,75		83,25	62,4	104,03
Приводные дв. турбокомпрессора	55	3	165	0,75	0,85	0,75		123,75	92,8	48,9
Итого по ШРА	113	10	297,25	0,7	3,7	8,42	25	209,7	159,86	158,78		1,16	241,63	159,86	289,7	250
ШМА											7
Кран-балка	4,5/2,25	1	2,25	0,05	0,5	1,73		0,11	0,19	0,22
Вентиляторы	15	2	30	0,64	0,75	0,88		19,2	16,9	25,5
Сварочные тр-ры	36/14,4	2	28,8	0,2	0,4	2,29		5,76	13,19	76
Шкафы упр. СД	52	2	104	0,75	0,85	0,75		78	58,5	97,5
Освещение	-	-	13	0,85	0,95	0,33		11,05	3,64	11,63
Итого по ШМА	61,5	7	178,05	0,6	3,45	5,98	23	114,12	92,42	210,85		1,33	151,7	101,6	182,5	413,5
Всего на ШНН													393,3	261,6	472,3
Потери													9,4	47,2	48,1
Всего на ВН													402,7	308,8	520,4

Размещено на Allbest.ru