5.4 Выбор способа канализации электрической энергии

По территории завода передачу электрической энергии будем осуществлять КЛЭП.

При распределении электроэнергии по КЛЭП необходимо произвести выбор трассы, способа прокладки и типа кабеля.

Правильный выбор трассы является одним из основных факторов, определяющих материалоёмкость КЛЭП и удобство её эксплуатации. Не рекомендуются пересечения КЛЭП между собой, а также трубопроводами и другими коммуникациями. КЛЭП прокладываются в блоках, каналах, по стенам зданий, а также в траншеях. Внутри зданий силовые кабели могут прокладываться в каналах, туннелях, блоках и кабельных этажах.

При выборе способа прокладки силовых кабелей, согласно [8], необходимо учитывать следующие рекомендации:

- в одной траншее целесообразно прокладывать не боле шести кабелей;

- при числе кабелей более 20 рекомендуется прокладка в каналах, туннелях;

В распределительных сетях промышленных предприятий для передачи в одном направлении мощности более 15-20 МВМА следует применять токопроводы [8]. Для этого дипломного проекта сечения 240 мм² будет достаточно, поэтому от применения токопровода отказываемся.

5.5 Потери мощности в трансформаторах КТП

После проведенного выбора трансформаторов производим окончательный расчет потерь мощности в них. Для этого необходимо определить потери активной и реактивной мощности по формулам:

;(53)

;(54)

;(55)

;(56)

,(57)

где - мощность потерь холостого хода трансформатора; - мощность потерь короткого замыкания (справочные данные); _. - коэффициент загрузки в нормальном режиме, - расчетная максимальная нагрузка цеха, кВ•А, - номинальная мощность трансформатора, кВ•А.

Рассчитаем потери в одном трансформаторе цеха № 2 (механический цех):

кВт;

квар;

квар;

квар.

кВ•А.

После определения количества и мощности трансформаторов цеховых КТП, нанесем на генеральный план схему канализации электроэнергии по территории промышленного предприятия, нанося при этом трассы кабельных линий электропередачи (см. рис. 9).

Таблица 11 - Справочные характеристики трансформаторов 10/0,4 кВ

Выбираем все трансформаторы с естественным конвекционным масляным охлаждением Самарского завода "Электрощит", т.к. сухие трансформаторы малой мощности стоят дороже масляных.

Таблица 12 - Потери в трансформаторах 10/0,4 кВ

5.6 Выбор сечения и марки проводников системы распределения

Выбор сечения кабельных линий ЛЭП производится в соответствии с требованиями ПУЭ с учетом нормальных и послеаварийных режимов работы электрической сети и перегрузочной способности кабелей различной конструкции. При прокладке кабельных линий в земле допустимая токовая нагрузка на жилу кабеля в нормальном и ПАР режимах определяются по выражениям:

,(58)

где - поправочный коэффициент учитывающий фактическую температуру окружающей среды;

- поправочный коэффициент на количество работающих кабелей, лежащих рядом в земле (в трубах и без таковых);

- коэффициент допустимой перегрузки, который зависит от вида изоляции

- коэффициент, учитывающий фактическое тепловое сопротивление грунта;

- коэффициент, учитывающий фактическое рабочее напряжение;

- допустимая токовая нагрузка на жилу кабеля по таблицам ПУЭ (или справочника) для различных марок кабеля (для различной изоляции кабеля);.

Коэффициентами и можно приравнять единицеПри проверке сечения кабеля по условиям послеаварийного режима для кабельных линий напряжением до 10 кВ необходимо учитывать допускаемую в течение пяти суток на время ликвидации аварии перегрузку в зависимости от вида изоляции (для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена - 10%).

Произведем выбор и проверку кабельных линий электропередачи, результаты расчетов сведем в таблицу 13.

Рассмотрим пример расчета линии № 4 от ГПП до цеха № 3 (механический цех №2). В этом цехе установлена двухтрансформаторная КТП, от которой также получает питание цех №14:

Расчетный ток в нормальном режиме линии № 2:

А,(59)

где - потери в трансформаторе, - число КТП, установленных в цехе.

в послеаварийном режиме - ток линии сразу всей КТП:

А. (60)

Выбор кабеля производим по нагреву током нормального и послеаварийного режимов с учетом поправочных коэффициентов.

По таблице стандартных сечений предварительно намечаем кабель сечением 70 мм² с допустимым длительным током 210 А. При проектировании будем использовать на 10 кВ кабель марки АПвПг, для потребителей 0,4 кВ - ААШВУ.

; (61)

,(62)

где А - допустимая токовая нагрузка на жилу кабеля по таблицам ПУЭ для токопроводящей жилы сечением 70 мм² с изоляцией из сшитого полиэтилена; - поправочный коэффициент на количество работающих кабелей, лежащих рядом в земле; - поправочный коэффициент для кабелей в зависимости от удельного теплового сопротивления земли (для нормальной почвы ); - коэффициент перегрузки (при послеаварийном режиме для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена - 10%). По послеаварийной перегрузке кабель проходит.

Окончательно принимаем кабель марки 3АПвПг-10-170. После нахождения тока короткого замыкания проверяем данный кабель на термическую стойкость.

Рисунок 9 - Транспорт электроэнергии авторемонтного завода

6. Технико-экономические расчеты при проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий

Выбор рационального напряжения

При проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий важным вопросом является выбор рациональных напряжений для схемы, поскольку их значения определяют параметры линий электропередачи и выбираемого электрооборудования подстанций и сетей, а следовательно, размеры капиталовложений, расход цветного металла, потери электроэнергии и эксплуатационные расходы. Рациональное построение системы электроснабжения во многом зависит от правильного выбора напряжения системы питания и распределения электроэнергии.

Для определения приближенного значения рационального напряжения воспользуемся формулой (30), рассчитанной ранее кВ

Далее, намечают два ближайших значения стандартных напряжений (одно меньше , а другое больше ) и на основе ТЭР окончательно выбирают напряжение питания предприятия.

Варианты стандартных значений напряжения: 35 кВ и 110 кВ.

Критерием для выбора варианта системы питания является минимум суммарных дисконтных затрат, т.е. разновременных затрат, приведенных к одному периоду - началу сооружения объекта.

Расчет приведенных затрат при напряжении 35 кВ

Исходные данные:

- длина линии: =6 км;

- стоимость электроэнергии: =3,5 руб./кВт·ч;

- число часов использования максимума нагрузок: =6094,09 час;

- сопротивление трансформатора: =0,3185 Ом; (ТДН-16000/35У1).

- напряжение питания: =35 кВ;

Удельные сопротивления провода (активное) Ом/км (АС-185мм²).

Ом, (63)

Для определения необходимо выбрать материал опор и определить район по гололеду. Примем, что линия 2х-цепная выполнена на металлических опорах, а район по гололеду для заданного района проектирования - 2.

Согласно укрупненным показателям стоимость сооружений линий за километр: АС-185 - 22 тыс. руб./км. [22, табл.9.5]

Тогда капитальные вложения на сооружение линий:

тыс. руб.

Сравнение производят для следующей схемы РУ ВН:

Рисунок 10 - Схема электроснабжения для расчета рационального напряжения

Для ОРУ подстанций выбираем блока линия - трансформатор с выключателями (стоимость 5,4 тыс. руб.). [22, табл.9.14]

В качестве стоимости трансформаторов принимаем расчетную стоимость

(=58 тыс. руб. - трансформатор 16 МВА). [22, табл.9.18]

Постоянная часть затрат на сооружение подстанции 35\10 - 70 тыс. руб. [1, табл.9.35]

тыс. руб.(64)

тыс. руб.(65)

тыс. руб.(66)

тыс. руб.(67)

Кроме капитальных вложений на сооружение сети необходимо рассчитать ежегодные издержки на эксплуатацию сети. Для линий 35 кВ суммарный коэффициент , для подстанций 35/6 кВ - [22, табл.8.2].

тыс. руб.(68)

тыс. руб.(69)

Величина потерь мощности в линиях:

кВт.(70)

Величина потерь мощности в трансформаторах:

кВт.(71)

Время максимальных потерь, ч/год [определяется по заданному числу часов использования максимума ].

часов в год .(72)

Окончательно получаем:

млн. руб.(73)

Ежегодные эксплуатационные расходы:

тыс. руб.(74)

Минимум приведенных затрат:

тыс. руб.(75)

где - норма дисконта, равная 0,08 . . . 0,12;

Расчет приведенных затрат при напряжении 110 кВ

Исходные данные:

- длина линии: =6 км;

- стоимость электроэнергии: =3,5 руб./кВт·ч;

- число часов использования максимума нагрузок: =6094,09 час;

- сопротивление трансформатора: =2,42 Ом; (ТДН-16000/110У1).

- напряжение питания: =110 кВ;

Удельные сопротивления провода (активное) Ом/км (АС-70 мм²).

Ом, (76)

Примем, что линия 2х-цепная выполнена на металлических опорах на 110 кВ, а район по гололеду для заданного района проектирования - 2.

Согласно укрупненным показателям стоимость сооружений линий за километр: АС-70 - 17,3 тыс. руб./км. [22, табл.9.5]

Тогда капитальные вложения на сооружение линий:

тыс. руб.(77)

Для расчета необходимо предварительно выбрать схемы ОРУ. Для ОРУ подстанций выбираем блока линия - трансформатор с выключателями (стоимость 36 тыс. руб.). [22, табл.9.14]

В качестве стоимости трансформаторов принимаем расчетную стоимость

(=61 тыс. руб. - трансформатор 16 МВА). [22, табл.9.19]

Постоянная часть затрат на сооружение подстанции 110/6 - 130 тыс. руб.

тыс. руб.

тыс. руб.

тыс. руб.

тыс. руб.

Кроме капитальных вложений на сооружение сети необходимо рассчитать ежегодные издержки на эксплуатацию сети. Для линий 110 кВ суммарный коэффициент , для подстанций 35/6 кВ -

тыс. руб.

тыс. руб.

Величина потерь мощности в линиях:

кВт.

Величина потерь мощности в трансформаторах:

кВт.

Окончательно получаем:

млн. руб.

Ежегодные эксплуатационные расходы:

тыс. руб.(78)

Минимум приведенных затрат:

тыс. руб.(79)

Таблица 12а - Результаты расчетов приведенных затрат

Вывод: так как приведенные затраты при напряжении 110 кВ получились меньше приведенных затрат при напряжении 35 кВ, поэтому целесообразно принять рациональное напряжение 110 кВ.

7. Расчет токов короткого замыкания

При учебном проектировании будем применять метод эквивалентных ЭДС. Он используется для расчета токов трехфазного короткого замыкания и токов прямой последовательности несимметричных КЗ. Наиболее часто определяются токи в начальный момент короткого замыкания.

Расчет производят исходя из следующих положений. Все источники, участвующие в питании рассматриваемой точки, работают с номинальной нагрузкой. Синхронные машины имеют автоматические регуляторы напряжения и устройства быстродействующей форсировки возбуждения. Короткое замыкание наступает в такой момент времени, при котором ток КЗ имеет наибольшее значение.

Схема расчета

Электродвижущие силы всех источников питания совпадают по фазе. Расчетное напряжение каждой ступени принимают на 5% выше номинального напряжения сети (среднее номинальной напряжение), а именно: 115; 10,5; 6,3; 0,4; 0,23 кВ.

Расчет токов КЗ производится для выбора и проверки электрических аппаратов, токоведущих частей по условию электродинамической стойкости, с целью обеспечения систем электроснабжения надежным в работе оборудованием.

Точка К-1

Выбираем базисные величины: МВ·А,

кВ.

Расчет ведем в относительных единицах.

кА.(80)

Сопротивление системы, приведенное к базисным условиям: о.е.

Сопротивление ВЛЭП:

о.е.;(81)

о.е. (82)

Результирующее сопротивление схемы замещения до точки К-1:

о.е.; (83)

о.е.;(84)

о.е. (85)

Начальное значение периодической составляющей тока КЗ в точке К-1:

кА.(86)

Ударный ток КЗ в точке К-1:

кА. (87)

Где - ударный коэффициент (по таблице 6.3) [11].

Далее приведем расчет для максимального и минимального режимов, причем учтем, что влияние двухфазного КЗ (в общем виде учитывается как ) по отношению к трехфазному.

Выбираем базисные величины: МВА, кВ.

Сопротивление системы, приведенное к базисным условиям:

Ом; (88)

Ом(89)

Сопротивление ВЛЭП:

Ом (90)

Результирующее сопротивление схемы замещения до точки К-1:

Ом;(91)

Ом(92)

Значение тока КЗ в точке К-1:

кА;(93)

кА;(94)

кА.(95)

Точка К-2

кВ; кА.(96)

Сопротивление трансформатора ТДН-16000/110:

о.е.; (97)

Результирующее сопротивление схемы замещения до точки К-2:

о.е.;(98)

о.е.

о.е.;(99)

кА.(100)

Ток подпитки АД не учитываем, т.к двигатели подключены через трансформаторы 10/6 кВ.

Значение токов от двигателя (неучтенная подпитка):

Тип АД (цех № 1): 4А3М-1250/6000-УХЛ4, общее число двигателей - 3, кВ·А, о.е., о.е. Согласно таблице 13 двигатели запитаны кабелем 3АПвПг-10-195.

Сопротивление кабельной линии ПГВ-АД-1250:

о.е.;

о.е.,

о.е.,

о.е.

Ток одного двигателя ПГВ:

кА

Ток неучтенной подпитки

кА.

При выборе оборудования 10 кВ прибавим и этот ток

Ударный ток КЗ в точке К-3:

кА. (101)

где - ударный коэффициент (по таблице 6.3) [11].

Расчет максимального и минимального режимов:

Для расчета сопротивления трансформатора нам необходимы следующие значения:

%, %, кВ, кВ.

Сопротивление трансформатора ТДН-16000/110:

Ом; (102)

Ом; (103)

Результирующее сопротивление схемы замещения до точки К-2:

Ом; (104)

Ом;(105)

кА;(106)

кА;(107)

кА.(108)

Точка К-3

Расчет проводим в именованных единицах. Систему принимаем системой бесконечной мощности, сопротивление системы равно нулю (,).

Сопротивление силового трансформатора ТМ-1000-10

мОм,

мОм;

Сопротивление трансформатора тока не учитываем.

Сопротивление автоматического выключателя:

мОм, мОм;

Сопротивление контактов:

мОм - для контактных соединений шинопроводов,

мОм - для контактных соединений коммутационных аппаратов.

Сопротивление шин:

мОм, мОм;(109)

Сопротивление дуги:

мОм.(110)

Результирующее сопротивление схемы замещения до точки К- 3:

мОм(111)

Начальное значение периодической составляющей тока КЗ в точке К-3:

кА.(112)

Ударный ток КЗ:

кА.(113)

Результаты расчета токов КЗ сведены в табл. 14.

Таблица 14 - Расчет токов короткого замыкания

8. Выбор и проверка элементов системы электроснабжения предприятия

Основной критерий выбора при выборе аппарата - соблюдение условия:

,(114)

где - номинальное напряжение аппарата; _. - номинальное напряжение сети.

При протекании номинального тока при номинальной температуре окружающей среды аппарат может работать неопределенно долго без допустимого перегрева. Поэтому аппарат надлежит выбирать так, чтобы максимальный действующий рабочий ток цепи не превышал номинального тока, указанного в паспорте аппарата (расчетная температура окружающей среды принята +35⁰С).

,(115)

где - номинальный ток аппарата; - наибольший ток утяжеленного режима.

Аппараты, выбранные по номинальному напряжению и номинальному току, подлежат проверке на термическую и динамическую стойкость при токах короткого замыкания.

8.1 Выбор и проверка высоковольтных выключателей

Высоковольтный выключатель - коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения цепей высокого напряжения как в нормальном, так и в аварийном режимах. В пределах одного РУ рекомендуется применять однотипные выключатели.

В современных распределительных устройствах 6-10 кВ и выше применяют элегазовые, бесконтактные, вакуумные выключатели.

Выбор высоковольтных выключателей осуществляется по условиям:

-

- по электродинамической стойкости при токах короткого замыкания .

- по отключающей способности на возможность отключения симметричного тока.

- по термической стойкости проверка осуществляется по расчетному импульсу квадратичного тока КЗ.

Ток в питающей линии ВЛЭП в нормальном режиме по (41):

А.

А

Предварительно выбираем элегазовый выключатель ВГТ-110-40/2500У1 [7, табл. 2.1].

кА²/с.(116)

сек.

Таблица 15 - Выбор выключателя 110 кВ

Выключатель ВГТ-110-40/2500У1 по условиям проверки проходит. Принимаем его к установке.

8.2 Выбор и проверка разъединителей

Предварительно выбираем: разъединитель[17, табл. 5.5] РНДЗ.1-110/2000У1 - разъединитель наружной установки, однополюсного исполнения, двухколонковый с заземляющими ножами

Таблица 16 - Выбор разъединителя 110 кВ

Разъединитель РНДЗ.1-110/2000У1 по условиям проверки проходит. Принимаем его к установке.

8.3 Выбор и проверка выключателей нагрузки и предохранителей

Выбираем выключатель на отводе трансформатора ТДН-16000/110.

Рабочий ток:

А.(117)

ток послеаварийном режиме (ПАР) для расщепленной обмотки:

кА .(118)

Проверим выключатель по более жесткому режиму: полуторократная перегрузка по току трансформатора:

кА.

После нахождения токов на вводах 10 кВ необходимо определиться с выбором типа ячеек КРУ. Выбираем серию и К-63 (отходящие линии и ввод) [23].

Таблица 17 - КРУ 10 кВ серии К-63

Предварительно выбираем выключатель марки BB/TEL-10-12,5/1600У2 [7, табл. 20] - выкуумный выключатель внутренней установки ().

кА²/с.(119)

сек.

Таблица 18 - Выбор выключателя 10 кВ

Выбираем на все отходящие КЛ - выключатели вакуумные BB/TEL-10-12,5/630У2 [7, табл. 20].

На магистральных линиях основным коммутационным аппаратом является выключатель нагрузки. Произведем его выбор. Максимальный ток (ПАР) на магистральной линии ГПП-ТП8 - 171,95 А. Предварительно выбираем выключатель нагрузки марки BНПР-10-400/20-У2 [7, табл. 22] - автогазовый выключатель внутренней установки ().

Тогда

кА²/с.

Таблица 18а - Выбор выключателя нагрузки 10 кВ

Выбираем для защиты магистральных присоединений предохранители марки ПКТ101-10-16-12,5У3 [7, табл. 23] с номинальным током предохранителя 16 кА и номинальным током отключения 12,5 кА.

Выключатели ВВ/ТЕL-10-12,5/1600У2 (ввод), ВВ/ТЕL-10-12,5/630У2 и BНПР-10-400/20-У2 по условиям проверки проходит. Принимаем его к установке на вводы и на отходящие линии. Для установки на ГПП (РУНН) принимаем ячейки марки К-63. Даже с учетом подпитки от двигателей выключатели проходят.

8.4 Выбор и проверка трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбираются по номинальному напряжению, номинальному первичному току и проверяются по электродинамической и термической стойкости к токам КЗ. Особенностью выбора трансформаторов тока является выбор по классу точности и проверка на допустимую нагрузку вторичной цепи. Трансформаторы тока для присоединения счетчиков, по которым ведутся коммерческие расчеты, должны иметь класс точности 0,5. Для технического учета допускается применение трансформаторов тока класса точности 1, для включения указывающих электроизмерительных приборов - не ниже 3, для релейной защиты - класс 10(Р). Индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, поэтому принимают Вторичная нагрузка состоит из сопротивления приборов, соединительных проводов и переходного сопротивления контактов:

.(120)

Для определения сопротивления приборов, питающихся от трансформаторов тока, необходимо составить таблицу - перечень электроизмерительных приборов, устанавливаемых в данном присоединении. Суммарное сопротивление приборов рассчитывается по суммарной мощности, Ом:

,(121)

где - суммарная мощность, потребляемая приборами, В·А; - номинальный ток вторичной обмотки трансформатора, А.

Сопротивление контактов принимают 0,05 Ом при двух-трех и 0.1 - при большем количестве приборов. По напряжению и току в первичной обмотки трансформатора тока выбираем трансформатор тока марки ТШЛ-10УТ3

Таблица 19 - Выбор трансформатора тока 10 кВ

Проверку на динамическую стойкость не делаем, т.к. это шинный трансформатор тока. Трансформаторы тока включены в сеть по схеме «неполной звезды» на разность токов двух фаз (см. рис. 14)

Рисунок 14 - Схема включения приборов к ТТ.

Чтобы трансформатор тока не вышел за заданные пределы класса точности, необходимо выполнение условия

. .(122)

Для определения сопротивления приборов, питающихся от трансформаторов тока, необходимо составить таблицу - перечень электроизмерительных приборов, устанавливаемых в данном присоединении.

Суммарное сопротивление приборов рассчитывается по суммарной мощности:

Ом.(123)

Сопротивление соединительных проводов определяем по площади сечения и длине проводов (при установке приборов в шкафах КРУ l = 6 м, т.к. схема соединения - неполная звезда, то ):

мОм.(124)

Сопротивление контактов rк принимаем 0,1 Ом (т.к. приборов более 3), тогда

Ом.(125)

,

где - номинальное напряжение сети, к которой присоединяется трансформатор напряжения, кВ; - номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, кВ; класс точности. Проверку ТН осуществляют по мощности вторичной обмотки для выбранного класса точности: , где - расчетная мощность, потребляемая вторичной цепью, В•А; - номинальная мощность вторичной цепи трансформатора напряжения, обеспечивающая его работу в заданном классе точности, В·А.

Выбираем трансформатор напряжения марки НАМИТ-10-У2, на рис. 14 показана схема подключения измерительных приборов.

Таблица 21 - Выбор трансформатора напряжения

Рисунок 14 - Схема электрических соединений НАМИТ.

кВ; класс точности 0.5;

В·А В·А,(126)

т.о трансформатор напряжения подобран правильно.

8.6 Проверка кабельных линий на термическую стойкость

Поскольку процесс КЗ кратковременный, то можно считать, что все тепло, выделяемое в проводнике кабеля, идет на его нагрев.

Максимально допустимые кратковременные повышения температуры при КЗ для силовых кабелей принимаются: с изоляцией из сшитого полиэтилена до 10 кВ с медными и алюминиевыми жилами - 2000С. Определим минимальное сечение кабельной линии отходящей от ГПП (для кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена и алюминиевыми жилами С = 95):

;(127)

кА2/с.(128)

мм2, ближайшее большее сечение 70 мм2.

Таким образом все кабельные линии, отходящие от ГПП, выбранные сечением менее 70 мм2 меняем соответственно на АПвПг-10-1Ч70. Данные сечения проходит по термической стойкости.

8.7 Выбор и проверка коммутационных аппаратов 0,4 кВ

К аппаратам, устанавливаемым в сетях низкого напряжения, относятся рубильники, предохранители, автоматы, трансформаторы тока и напряжения.

Выключатели автоматические (автоматы) служат для коммутации электрических цепей в нормальном режиме и отключения тока: при коротких замыканиях, перегрузках и недопустимых снижениях напряжения.

При выборе аппаратов к ним должны предъявляться требования надежности и безопасности в работе при наименьших затратах.

Все аппараты должны:

соответствовать условиям окружающей их среды и роду;