Проектирование электроснабжения ремонтно-механического цеха с минимальными капитальными затратами

Размещено на http://www.allbest.ru/

112

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Современная энергетика характеризуется нарастающей централизацией производства и распределения электроэнергии. Для обеспечения подачи электроэнергии от энергосистем к промышленным объектам, установкам, устройствам и механизмам служат системы электроснабжения, состоящие из сетей напряжением до 1000В и выше и трансформаторных, преобразовательных и распределительных подстанций. Для передачи электроэнергии на большие расстояния используются сверхдальние линии электропередач (ЛЭП) с высоким напряжением: 1150кВ переменного тока и 1500кВ постоянного тока. В современных многопролетных цехах промышленности широко используют комплектные трансформаторные подстанции (КТП), комплектные распределительные установки (КРУ), силовые и осветительные шинопроводы, аппараты коммутации, защиты, автоматики, контроля, учета и так далее. Это создает гибкую и надежную систему электроснабжения, в результате чего значительно уменьшаются расходы на электрообеспечение цеха.

Целью настоящего дипломного проекта является проектирование электроснабжения ремонтно-механического цеха с минимальными капитальными затратами, эксплуатационными издержками и обеспечение высокой безопасности. Основными потребителями электрической энергии являются промышленные предприятия. Они расходуют более половины всей энергии, вырабатываемой в нашей стране.

Актуальность данного дипломного проекта заключается в том, что ввод в действие новых предприятий, расширение существующих, рост энерговооруженности, широкое внедрение различных видов электротехнологий во всех отраслях производств выдвигают проблему их рационального электроснабжения.

В настоящее время электроэнергетика России является важнейшим жизнеобеспечивающей отраслью страны. В ее состав входит более 700 электростанций общей мощностью 215,6 МВт.

Система распределения столь большого количества электроэнергии на промышленных предприятиях должна обладать высокими техническими и экономическими показателями и базироваться на новейших достижениях современной техники. Поэтому электроснабжение промышленных предприятий должно основываться на использовании современного конкурентоспособного электротехнического оборудования.

Основываясь на аргументации об актуальности выбранной темы, можно определить целевую ориентацию работы.

Цель дипломного проекта: дать краткую характеристику ремонтно-механическому цеху по электрическим нагрузкам, режиму работы, роду тока, питающему напряжению и сделать расчет электрических нагрузок для выбора электрооборудования подстанции.

Ремонтно-механический цех (РМЦ) предназначен для ремонта и настройки электромеханического оборудования выбывающего из строя. Он является одним из цехов металлургического завода, выплавляющего и обрабатывающего металл. РМЦ имеет два участка, в которых установлено необходимое для ремонта электрооборудование: токарные, строгальные, фрезерные, сверлильные станки и др. В цехе предусмотрены помещения для трансформаторной подстанции (ТП), вентиляторной, инструментальной, складов, сварочных постов, администрации и пр. РМЦ получает ЭСН от главной понизительной подстанции (ГПП). Расстояние от ГПП до ТП - 3,3 км, а от энергосистемы (ЭСН) до ГПП - 14 км. Напряжение на ГПП - 10кВ. Количество смен - 2. Потребители цеха имеют 2 и 3 категорию надежности ЭСН.

1.ОБЩАЯ ЧАСТЬ

электрический напряжение цех

1.1 Краткая характеристика технологического процесса производства

Ремонтно-механический цех

Ремонтно-механический цех является структурным подразделением предприятия, возглавляется начальником цеха и подчиняется главному механику.

Ремонтно-механический цех выполняет работы по обеспечению нормального функционирования ремонтно-эксплуатационной службы, связанные с ремонтом, модернизацией оборудования и форм, изготовлением запасных частей, производимых в соответствии с утвержденными годовыми, месячными планами-графиками.

Начальник ремонтно-механического цеха назначается и увольняется директором.

На должность начальника ремонтно-механического цеха назначаются лица с высшим техническим образованием и стажем работы на инженерно-технических должностях в области ремонта оборудования не менее трех лет или средним специальным образованием и стажем работы на руководящих должностях по ремонту оборудования не менее пяти лет.

Начальник ремонтно-механического цеха в своей работе руководствуется приказами и инструкциями министерства, управления, приказами директора, распоряжениями главного инженера и главного механика, а также руководствами по ремонту и настоящим положением.

Начальник ремонтно-механического цеха:

осуществляет руководство производственно-хозяйственной деятельностью цеха по ремонту, модернизации оборудования и форм, изготовлению нестандартного оборудования и инструмента, а также изготовлению запасных частей и техническому обслуживанию оборудования и форм, зданий и сооружений ремонтно-механического цеха;

участвует в разработке текущих и перспективных планов ремонта оборудования и форм, зданий, сооружений, а также рабочих планов по отдельным службам, организует разработку и доведение до исполнителей заданий и графиков ремонта;

обеспечивает выполнение плановых заданий в установленные сроки, ритмичную работу цеха, повышение производительности труда ремонтных рабочих, снижение стоимости ремонта при высоком качестве ремонтных работ, эффективное использование основных и оборотных фондов, соблюдение правильного соотношения между ростом производительности труда и заработной платы;

проводит работу по внедрению научной организации труда, совершенствованию организации производства, его технологии, механизации и автоматизации производственных процессов, предупреждению брака, повышению качества продукции, использованию резервов повышения производительности труда и рентабельности производства, снижению трудоемкости и себестоимости продукции;

организует планирование, учет и составление отчетности о производственной деятельности, работу по развитию и укреплению хозяйственного расчета, улучшению нормирования труда, правильному применению форм и систем заработной платы и материального стимулирования, обобщению и распространению передовых методов и приемов труда, развитию рационализации и изобретательства;

обеспечивает технически правильную эксплуатацию оборудования и других основных средств и выполнение графиков их ремонта, безопасные и здоровые условия труда, а также своевременное представление работающим льгот по условиям труда;

совместно с общественными организациями организует социалистическое соревнование, проводит воспитательную работу в коллективе.

1.2 Характеристики потребителей электроэнергии, категории электроснабжения

Характеристики потребителей электроэнергии и определение категории электроснабжения. Электроснабжение объекта может осуществляться от собственной электростанции, энергетической системы при наличии собственной электростанции.

Требования, представляемые к надёжности электроснабжения от источников питания, определяются потребляемой мощностью объекта и его видом.

Приёмники электрической энергии в отношении обеспечения надёжности электроснабжения разделяются на несколько категорий. Первая категория - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный экономический ущерб, повреждение дорогостоящего оборудования, расстройство сложного технологического процесса, массовый брак продукции. Из состава электроприёмников первой категории выделяется особая группа (нулевая категория) электроприёмников, бесперебойная работа которых не обходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы для жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего оборудования.

Вторая категория - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовым недоотпускам продукции, массовым простоям рабочих, механизмов. Допустимый интервал продолжительности нарушения электроснабжения для электроприёмников второй категории не более 30 минут.

Третья категория - все остальные электроприёмники, не подходящие под определение первой и второй категорий. Электроприёмники первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания, при отключении одного из них переключение на резервный должно осуществляться автоматически. Согласно определению ПУЭ независимыми источниками питания являются такие, на которых сохраняется напряжение при исчезновении его на других источниках, питающих эти электроприёмники.

Согласно ПУЭ к независимым источникам могут быть отнесены две секции или системы шин одной или двух электростанций или подстанций при соблюдении следующих условий: - каждая эта секция или система шин питается от независимых источников. - секции шин не связаны между собой или же имеют связь, автоматически отключающуюся при нарушении нормальной работы одной из секций шин. Для электроснабжения электроприёмников особой группы должен предусматриваться дополнительный третий источник питания, мощность которого должна обеспечивать безаварийную остановку процесса.

Электроприёмники второй категории рекомендуется обеспечивать от двух независимых источников питания, переключение можно осуществлять не автоматически. Электроснабжение электроприёмников третьей категории может выполняться от одного источника при условии, что перерывы электроснабжения. необходимые для ремонта и замены поврежденного оборудования, не превышают одних суток. Электрооборудование ремонтно-механического цеха относится ко 2 и 3 категориям и могут питаться от одного источника, при условии, что перерывы электроснабжения не превышает одних суток. Выбор рода тока, напряжения и схемы внутреннего электроснабжения. Назначение электрических сетей. Электрические сети служат для передачи и распределения электрической энергии к цеховым потребителям промышленных предприятий.

Потребители энергии присоединяются через внутрицеховые подстанции и распределительные устройства при помощи защитных и пусковых аппаратов.

Электрические сети промышленных предприятий выполняются внутренними (цеховыми) и наружными. Наружные сети напряжения до 1кВ имеют весьма ограниченное распространение, т. к. на современных промышленных предприятиях электропитание цеховых нагрузок производится от внутрицеховых или пристроенных трансформаторных подстанций.

Выбор электрических сетей радиальные схемы питания характеризуются тем, что от источника питания, например от трансформаторной подстанции, отходят линии, питающих непосредственно мощные электроприёмники или отдельные распределительные пункты, от которых самостоятельными линиями питаются более мелкие электроприёмники.

Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания отдельных потребителей, т.к. аварии локализуются отключением автоматического выключателя поврежденной линии и не затрагивают другие линии. Все потребители могут потерять питание только при повреждении на сборных шинах КТП, что маловероятно. Вследствие достаточно надёжной конструкции шкафов этих КТП. Магистральные схемы питания находят широкое применение не только для питания многих электроприёмников одного технологического агрегата, но также большого числа сравнения мелких приёмников, не связанных единым технологическим процессом.

Магистральные схемы позволяют отказаться от применения громоздкого и дорогого распределительного устройства или щита. В этом случае возможно применение схемы блока трансформатор-магистраль, где в качестве питающей линии применяются токопроводы (шинопроводы), изготовляемые промышленностью.

Магистральные схемы, выполненные шинопроводами, обеспечивают высокую надёжность, гибкость и универсальность цеховых сетей, что позволяет технологам перемещать оборудование внутри цеха без существенного монтажа электрических сетей. В связи с равномерностью распределения потребителей внутри ремонтно-механического цеха, а также низкой стоимости и удобстве в эксплуатации, выбирается магистральная схема питания. Выбор рода, напряжения Трёхфазные сети выполняются трёхпроводными на напряжение свыше 1000В и четырёхпроводными - до 1000В. Нулевой провод в четырёхпроводной сети обеспечивает равенство фазных напряжений при неравномерной загрузке фаз от однофазных электроприёмников.

Трёхфазные сети на напряжение 380/220В (в числители - линейное, в знаменатели - фазное) позволяют питать от одного трансформатора трёх - и однофазные установки. Электрические сети выполняются в основном по системе трёхфазного переменного тока, что является наиболее целесообразным, поскольку при этом может производиться трансформация электроэнергии. При большом количестве однофазных электроприёмников от трёхфазных сетей осуществляются однофазные ответвления.

1.3 Классификация помещений по взрыво- и пожарной безопасности

Предусматриваемые при проектировании зданий и установок противопожарные мероприятия зависят, прежде всего, от пожарной или взрывной опасности размещенных в них производств и отдельных помещений. Помещения и здания в целом делятся по степени пожаро- или взрывоопасности на пять категорий в соответствии с ОНТП-24.

· Категория А - это помещения, в которых применяются легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки паров 28^oС и ниже или горючие газы в таком количестве, что они могут образовать взрывоопасную смесь с воздухом, при взрыве которой создастся давление более 5 кПа (например, склады бензина).

· Категория Б - это помещения, в которых выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие волокна или пыль, а также легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки паров более28^oС в таком количестве, что образуемая ими с воздухом смесь при взрыве может создать давление более 5 кПа (цеха приготовления сенной муки, выбойные и размольные отделения мельниц и крупорушек, мазутное хозяйство электростанций и котельных).

· Категория В - это помещения, в которых обрабатывают или хранят твердые горючие вещества, в том числе выделяющие пыль или волокна, неспособные создавать взрывоопасные смеси с воздухом, а также горючие жидкости (лесопильные, столярные и комбикормовые цехи; цехи первичной сухой обработки льна, хлопка; кормокухни, зерноочистительные отделения мельниц; закрытые склады угля, склады топливно-смазочных материалов без бензина; электрические РУ или подстанции с трансформаторами).

· Категория Г - это помещения, в которых сжигают топливо, в том числе газ, или обрабатывают несгораемые вещества в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии (котельные, кузницы, машинные залы дизельных электростанций).

· Категория Д - это помещения, в которых негорючие вещества находятся в практически холодном состоянии (насосные оросительные станции; теплицы, кроме отапливаемых газом, цехи по переработке овощей, молока, рыбы, мяса).

Категории производств по пожарной опасности в большой степени определяют требования к конструктивным и планировочным решениям зданий и сооружений, а также другим вопросам обеспечения пожаро- и взрывобезопасности. Они отвечают нормам технологического проектирования или специальным перечням, утверждаемым министерствами (ведомствами). Руководством при этом могут служить "Указания по определению категории производств по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности" (СН 463-74) и "Методика категорирования производств химической промышленности по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности".

Условия возникновения пожара в зданиях и сооружениях во многом определяются степенью их огнестойкости (способность здания или сооружения в целом сопротивляться разрушению при пожаре). Здания и сооружения по степени огнестойкости подразделяются на пять степеней (I, II, III, IV и V). Степень огнестойкости здания (сооружения) зависит от возгораемости и огнестойкости основных строительных конструкций и от распространения огня по этим конструкциям.

По возгораемости строительные конструкции подразделяются на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые конструкции выполнены из несгораемых материалов, трудносгораемые - из трудносгораемых или из сгораемых, защищенных от огня и высоких температур несгораемыми материалами (например, противопожарная дверь, выполненная из дерева и покрытая листовым асбестом и кровельной сталью).

Огнестойкость строительных конструкций характеризуется их пределом огнестойкости, под которым понимают время в часах, по истечении которого они теряют несущую или ограждающую способность, т. е. не могут выполнять свои обычные эксплуатационные функции.

Потеря несущей способности означает обрушение конструкции.

Потеря ограждающей способности - прогрев конструкции при пожаре до температур, превышение которых может вызвать самовоспламенение веществ, находящихся в смежных помещениях, или образование в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые могут проникать продукты горения в соседние помещения. Пределы огнестойкости конструкций устанавливают опытным путем. Для этого образец конструкции, выполненный в натуральную величину, помещают в специальную печь и одновременно воздействуют на нее с необходимой нагрузкой. Время от начала испытания до появления одного из признаков потери несущей или ограждающей способности и считается пределом огнестойкости. Предельным прогревом конструкции является повышение температуры на необогреваемой поверхности в среднем больше чем на 140^oС или в какой-либо точке поверхности выше, чем на 180^oС по сравнению с температурой конструкции до испытания, или больше чем на 220^oС независимо от температуры конструкции до испытания. Наименьшим пределом огнестойкости обладают незащищенные металлические конструкции, а наибольшим - железобетонные. Требуемая степень огнестойкости производственных зданий промышленных предприятий зависит от пожарной опасности размещаемых в них производств, площади этажа между противопожарными стенами и этажности здания. Требуемая степень огнестойкости должна соответствовать фактической степени огнестойкости, которая определяется по таблицам СНиП П-2-80,содержащим сведения о пределах огнестойкости строительных конструкций и пределах распространения по ним огня. Например, основные части зданий I и II степени огнестойкости являются несгораемыми и различаются только пределами огнестойкости строительных конструкций. В зданиях I степени распространение огня по основным строительным конструкциям не допускается совсем, а в зданиях II степени максимальный предел распространения огня, составляющий 40 см, допускается только для внутренних несущих стен (перегородок). Основные части зданий V степени являются сгораемыми. Пределы огнестойкости и распространения огня для них не нормируются.

Рисунок 1- План расположения электрооборудования ремонтно-механического цеха

2.СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Исходные данные для расчета

1. Напряжение сборных шин ГПП 10кВ.

2. Токи короткого замыкания на шинах ГПП 10,5 кА.

3. Длина кабельной линии от ГПП до ТП 3,3 км.

4. Напряжение типового и осветительного электрооборудования .

5. Установленная мощность освещения 90 кВт.

6. Данные электроприемников цеха приведены в таблице 1.

Таблица 2.1. -Данные электроприемников цеха

Наименования электроприемников	Кол-во	Ном. мощность, кВт
Станок токарно-карусельный	1	63
Станок токарный	10	15
Станок фрезерный	1	28
Станок сверлильный	5	32
Печь индукционная	1	180
Насосы	3	12
Вентилятор	5	20
Сварочный выпрямитель	3	32
Мостовой кран при ПВ=25%	1	69,2

2.2 Расчет электрических нагрузок

электрический нагрузка цех

Расчет электрических нагрузок является первым и одним из ответственных этапов проектирования, т.к. на основании результатов такого расчета в дальнейшем производится выбор мощности компенсирующих устройств, силовых трансформаторов, преобразователей, электрооборудования подстанций, определяются сечения токоведущих частей (проводов, кабелей, шин), рассчитывается защита электроустановок и т.д. Ошибок при расчете не должно быть. Завышение расчетной мощности приведет к большим дополнительным затратам; занижение - к выводу из строя оборудования, ложным срабатываниям защиты и т.п. Правильное определение расчетных электрических нагрузок дает гарантию того, что оборудование будет работать экономично, надежно, а потери электроэнергии будут минимальными.

2.2.1 Расчет электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм

Этот метод позволяет определить расчетные электрические нагрузки с наименьшей погрешностью, поэтому является основным для расчета нагрузок. Номинальная мощность электроприемников без учета осветительной нагрузки ( по данным табл. 2.1)

(2.1)

При наличии двигателей повторно-кратковременного режима работы их номинальная мощность приводится к длительному режиму

(2.2)

где P_пасп - паспортная мощность (по заданию), кВт;

ПВ - продолжительность включения, в относительных единицах.

Общая номинальная мощность электроприемников цеха

Средние активная и реактивная мощности за максимально загруженную смену

 (2.3)

, (2.4)

где К_и - коэффициент использования группы электроприемников одного режима работы;

P_н - номинальная мощность электроприемников, кВт.

Выписываем из приложения № 1.1 значения К_и и cos в таблице 2.2

Таблица 2.2 - Значения К_и и cos

Наименования электроприемников	Кол-во шт	Мощность, кВт	Ки	cos	tg
Станок токарно-карусельный	1	63	0,17	0,65	1,17
Станок токарный	10	15	0,17	0,65	1,17
Станок фрезерный	1	28	0,17	0,65	1,17
Станок сверлильный	5	32	0,17	0,65	1,17
Печь индукционная	1	180	0,7	0,35	2,68
Насосы	3	12	0,7	0,8	0,75
Вентилятор	5	20	0,65	0,8	0,75
Сварочный выпрямитель	3	32	0,35	0,5	1,73
Мостовой кран	1	69,2	0,05	0,5	1,73

Значения tg ц определяются по формуле

tg = (2.5)

Групповой коэффициент использования

 (2.6)

Эффективное число электроприемников n_э - это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает ту же величину расчетной нагрузки, что и группа электроприёмников, различных по режиму работы и мощности.

(2.7)

По диаграммам [2-55] или табл. 2.13 [2-54] определяем коэффициент максимума .

При к_и=0,4 и n_э=14коэффициент максимума к_m=1,32 согласно [2-54].

Расчетная активная нагрузка

(2.8)

Расчетная реактивная нагрузка

при (2.9)

 при (2.10)

Расчетная мощность осветительной нагрузки

, (2.11)

где Кс.о. - коэффициент спроса осветительной нагрузки;

Рн.о. - установленная мощность электрического освещения, кВт

Согласно [3-23] Кс.о.= 0,85.

По заданию

Расчетная активная и реактивная нагрузки заданной группы электроприемников

Расчетная полная нагрузка

(2.12)

2.3 Выбор компенсирующих устройств

Если компенсирующие устройства не установлены, то вся расчётная мощность передаётся к электроприемникам от электрической станции



Рисунок. 2 -Передача электроэнергии без применения КУ

Если к шинам подстанции или зажимам группы электроприемников подключить компенсирующие устройства общей мощностью Q_ку, то от электростанции будет передаваться меньшая реактивная мощность, и следовательно меньшая полная мощность.

Рисунок. 2.1 -электроэнергии с использованием КУ

С уменьшением передаваемой полной мощности от значения S_р до S_р' увеличивается коэффициент мощности cos.

На шинах подстанции коэффициент мощности должен находиться в пределах cos_н = 0,92...0,95. Если расчетный коэффициент мощности cos_р меньше нормативного cos_н, необходимо установить компенсирующее устройство.

Мощность компенсирующих устройств:

(2.13)

где P_р - расчётная активная нагрузка, кВт;

tg_р - соответствует расчетному коэффициенту мощности;

tg_н - соответствует нормативному коэффициенту мощности.

При выборе мощности компенсирующих устройств должен быть предусмотрен 10-15% резерв для обеспечения допустимых отклонений напряжения в послеаварийных режимах.

В сетях низкого напряжения не рекомендуется дробить необходимую мощность конденсаторных батарей до величины менее 30 квар из-за увеличения удельных затрат на отключающую аппаратуру, измерительные приборы и прочее оборудование на один установленный киловольт-ампер батареи.

2.3.1 Расчет компенсирующих устройств

Расчетный коэффициент мощности

(2.14)

Расчетный коэффициент мощности меньше нормативного , поэтому необходимо установить компенсирующие устройства.

Для

Мощность компенсирующих устройств

Из приложения № 2 выбираем для двух секций шин НН две батареи статических конденсаторов типа УКМ-0,4-20-180УЗ мощностью по 180 квар каждая.

Передаваемая от электростанции реактивная мощность

Передаваемая от электростанции полная мощность

Проверка:

Принимаем к установке нерегулируемые батареи статических конденсаторов со схемой присоединения по рис. 2.3.

Рисунок. 2.2. Схема присоединения конденсаторных батарей на U = 0,38-0,66 кВ через рубильник и предохранитель

2.4 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов производится в следующем порядке:

1. Определяется число трансформаторов, исходя из требуемой степени надёжности электроснабжения, т.е. с учётом категории электроприемников.

2. Намечаются варианты мощностей силовых трансформаторов, исходя из расчетной мощности подстанции и ряда номинальных мощностей трансформаторов (табл.2.3).

Таблица 2.3. Номинальные мощности трансформаторов.

Номинальная мощность трансформаторов Sн.т., кВа
100	160	250	-	400	630	-
1000	1600	2500	-	4000	6300	-
10000	16000	25000	32000	40000	63000	80000

3.Варианты сравниваются по техническим показателям с учетом допустимой перегрузки трансформаторов в рабочем и аварийном режимах.

4.Определяются экономические показатели по вариантам. К исполнению применяется наиболее экономичный вариант.

2.4.1 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Нагрузки ремонтно-механического цеха относятся к потребителям II категории. Поэтому на подстанции необходимо установить два силовых трансформатора.

Потери активной мощности в трансформаторах

(2.15)

Потери реактивной мощности

(2.16)

Потери полной мощности

(2.17)



Полная расчетная мощность, передаваемая от ГПП до ТП цеха

(2.18)

Мощность трансформаторов

(2.19)

где К_з - коэффициент загрузки трансформатора.

Значение К_з принимается в зависимости от категории электроприемников по степени надежности электроснабжения. Для цехов с преобладающей нагрузкой II категории при двухтрансформаторной подстанции с возможным резервированием -.

Принимаем значение К_з =0,75

Мощность одного трансформатора

(2.20)

где n - выбранное количество трансформаторов.

Выбираем два трансформатора типа ТМ-400/10 мощностью 400кВА, имеющего технические данные, приведенные в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Технические данные трансформатора

Номинальная мощность SнТ, кВА	Номинальное напряжение обмоток	Потери холостого хода Рхх, кВт	Потери короткого замыкания Ркз, кВт	Ток холостого хода Iхх, %	Напряжение короткого замыкания Uкз, %
	Uвн, кВ	Uнн, кВ
400	10	0,4	1,05	5,5	2,1	4,5

Проверяем выбранные трансформаторы по действительному коэффициенту загрузки:

_{Кздейст} ? _Кзприн

2.5 Выбор схемы электрических соединений подстанции

Схемы цеховых ТП определяются характеристикой электроприемников и схемами межцехового и внутрицехового распределения, энергии.

Схемы с глухим присоединением трансформатора к питающей линии (рис. 4.1) применяются:

* при отсутствии приемников напряжением свыше 1000 В;

* при радиальном питании по схеме блока линия - трансформатор.

Рисунок. 2.4. Схема глухого присоединения трансформатора к питающей линии.

Коммутационные аппараты на вводе высокого напряжения необходимо устанавливать в следующих случаях:

* при питании от источника питания, находящегося в ведении другой эксплуатирующей организации.

* при удалении источника питания от подстанции на 3-5 км;

* при питании от воздушных линий;

* если отключающий аппарат нужен по условиям защиты, например, для воздействия газовой защиты на выключатель нагрузки (рис.2.5.);

* в магистральных схемах электроснабжения разъединитель или выключатель нагрузки с предохранителями устанавливают с целью селективного отключения трансформатора при его повреждении (рис.2.6.);

Рисунок. 2.5. Схема присоединения

Рисунок 2.6. Схема присоединения трансформатора к магистральной линии через выключатель нагрузки трансформатора

* когда требуется более надежное электроснабжение, когда часто отключают и включают трансформаторы подстанции; когда токи короткого замыкания велики и коммутационной способности предохранителей не хватает для отключения при коротком замыкании.

Не секционированная система шин применяется при питании по одной линии и неответственных потребителей III категории надёжности (рис. 4.1, 4.2, 4.3, 4.4).

Рисунок. 2.7-Схема подключения трансформатора к линии через масляный выключатель

Наличие потребителей II категорий требует секционирования шин нормально разомкнутым выключателем или разъединителем (рис. 4.5). Каждая секция питается по отдельной линии. Секционный аппарат включается при исчезновении напряжения на шинах и отключении питающей линии ВН.

Рисунок 2.8-Схема электрических соединений подстанции ремонтно-механического цеха.

2.6 Расчет высоковольтной питающей линии

Проводники электрических сетей от проходящего по ним тока, согласно закону Джоуля-Ленца, нагреваются. Чрезмерно высокая температура нагрева проводника может привести к преждевременному износу изоляции, ухудшению контактных соединений и пожарной опасности. Поэтому устанавливаются предельно допустимые значения температуры нагрева проводников в зависимости от марки и материала изоляции проводника. Длительно протекающий по проводнику ток, при котором устанавливается наибольшая длительно-допустимая температура нагрева проводника, называется предельно-допустимым током по нагреву I_доп. Величина его зависит как от марки провода или кабеля, так и от условий прокладки и температуры окружающей среды. Для выбора сечений жил кабелей и проводов по нагреву определяют расчетный ток и по таблицам приведенным в [6], [4], определяют стандартное сечение, соответствующее ближайшему большему току.

Условие выбора сечений

(2.21)

где I_р - ток расчётный, А;

К_попр - поправочный коэффициент на условия прокладки.

При проложенных рядом двух кабелях, значения К_попр принимаются согласно

[4-408]. Значения К_попр на температуру окружающей среды при температуре земли, отличной от +15°С и при температуре воздуха, отличной от +25°С, принимаются по [4-409].

2.6.1 Расчет высоковольтной питающей линии

Ток, протекающий по кабельной линии в нормальном режиме

(2.22)

где К_з - коэффициент загрузки трансформатора.

U_н - номинальное напряжение на высокой стороне, кВ;

S_Т - мощность трансформатора, кВА.

С учетом расширения мощности цеха принимаем расчетный ток равным

По таблице согласно [4-401] при принимаем трехжильный силовой кабель на с алюминиевыми жилами марки АСБ - 3х16 (A - алюминиевая жила; бумажная изоляция; С - свинцовая оболочка; Б - бронированный двумя стальными лентами с наружным джутовым покровом).

2.7 Расчет токов короткого замыкания

Составляем расчетную схему (рис. 2.9).



Рисунок.2.9-Расчетная схема

По расчетной схеме составляем схему замещения (рис. 2.10).

Рисунок. 2.10-Схема замещения

Выбираем базисные условия:

(6-1)

- для точки К₁

- для точки К₂

(2.23)

- для точки К₁

- для точки К₂

Определяем сопротивления элементов сети.

Мощность системы

(2.24)

Сопротивление системы в относительных единицах

(2.25)

Сопротивления кабельной линии в относительных единицах

(2.26)

При мощности трансформаторов учитывается активное сопротивление

(2.27)

где r - относительное активное сопротивление обмоток трансформатора, отнесенное к номинальной мощности.

Относительное активное сопротивление обмоток трансформатора (при мощности трансформаторов )

 =

В нашем случае номинальная мощность трансформатора составляет 400кВА, поэтому активное сопротивление трансформатора учитывается.

Результирующие сопротивления до точки К₁

Результирующие сопротивления до точки К₂

Токи и мощность короткого замыкания для точки К₁

Действующее значение начального тока короткого замыкания

=

При () периодическая составляющая тока КЗ не изменяется и действующие значения

Ударный ток короткого замыкания

, (2.28)

где К_у - ударный коэффициент.

(2.29)

где T_а - постоянная времени.

=

Мощность короткого замыкания

Определяем токи и мощность короткого замыкания для точки К₂

Первоначальный ток в момент КЗ



По таблице 2.5 принимаем для стороны НН трансформатора мощностью 400кВА

Таблица 2.5 - Значения Ку

Место короткого замыкания	Ку
Высоковольтная сеть без учета активного сопротивления	1,8
На стороне обмотки НН трансформатора: 2500-1600кВА 1000-630кВА 400-100кВА	1,4 1,3 1,2
Удаленная точка с учетом активного сопротивления	1,0
Электрические сети напряжением до 1000В	1,11,2

Данные расчетов сведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6. -Данные расчетов сведены

Величина Место к.з.	I, кА	I, кА	iу, кА	Sкз, МВА
Точка К1	0,85	0,85	2,13	15,44
Точка К2	9,51	9,51	16,1	6,58

2.8 Выбор электрооборудования подстанции

Общим требованием к электрооборудованию подстанции является обеспечения нормального режима работы и устойчивость его к воздействиям токов КЗ.

2.8.1 Выбор электрооборудования подстанции на стороне ВН

Проверка сечения кабелей на действие токов КЗ

Выбранные в разделе 5 высоковольтные питающие линии необходимо проверить на термическое действие токов КЗ.

Минимальное сечение кабеля на термическую устойчивость для трехфазного К.З.

, (2.30)

где С - коэффициент; для кабелей напряжением 6-10 кВ с медными жилами С = 140, с алюминиевыми жилами С = 95, для алюминиевых шин С = 95, для медных шин С = 170;

t_пр - приведенное время, с.

Приведенное время

t_пр= t_пр.п.+t_пр.а., (2.31)

где t_пр.п. - время периодической слагающей тока КЗ, с;

t_пр.а. - время апериодической слагающей тока КЗ, с;

Величина t_пр.п. определяется по кривым t_пр.п. = ( ) в зависимости от действительного времени протекания тока КЗ t.

t = t_з+t_выкл (2.32)

где t_з - время действия защиты, с;

t_выкл - время действия выключающей аппаратуры, с;

По заданию время действия защиты (по условиям селективности) t_з = 0,5 с, время действия масляных выключателей ГПП t_выкл = 0,14 с.

t = 0,5 + 0,14 = 0,64 с

При (2.33)

и t = 0,64 с t_{пр.п .}= 0,5 с согласно [2 - 244].

Время апериодической слагающей тока КЗ при действительном времени t < 1 с не учитывается.

В общем случае

(2.34)

В нашем случае

t_пр = t_пр.п. = 0,5 с

Для кабеля АСБ-3х16 коэффициент С = 95, при I =0,85кА =850А

Выбранное сечение жил кабеля 16 мм²>6,35 мм², следовательно, кабель АСБ - 3х16 удовлетворяет расчетному току термической устойчивости к токам КЗ.

2.8.2 Выбор выключателей нагрузки

В разделе 4 принято решение об установке со стороны ВН подстанции выключателей нагрузки с предохранителями. Условия и данные для выбора приведены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 -Данные выключателей нагрузки с предохранителями

Условия выбора	Расчетные данные	Данные выключателя нагрузки
Uвыкл. н UВН	UВН = 10 кВ	Uвыкл. н = 10 кВ
Iвыкл. н Iр	Iр =24 А	Iвыкл. н =400 А

Выбираем выключатель нагрузки ВНПу-10/400-10зУЗ согласно [4-252] с предохранителями ПКТ101-10-31,5-12,5УЗ с номинальным током патрона I_н.п = 31,5А > I_р = 24А и номинальным током отключения I_откл = 12,5кА. При выборе предохранителей по отключающей способности должны быть выполнены условия и .

В нашем случае

2.8.3 Выбор электрооборудования подстанции на стороне НН

Выбор шин

Шины РУ выбираются по расчетному току и проверяются на режим короткого замыкания.

Условия выбора шин

(2.35)

где I_н - длительно допустимый ток нагрузки шин, А

(2.36)

где k₁ - поправочный коэффициент, при расположении шин горизонтально k₁ = 0,92;

k₂ - коэффициент для многополосных шин;

k₃ - поправочный коэффициент при температуре окружающей среды, отличной от +25C.

Расчетный ток по формуле (5-2)

По [4-395] выбираем шины алюминиевые окрашенные однополосные размером 60х8мм, имеющие допустимый ток 1025А при расположении их вертикально.

При расположении шин плашмя

Для проверки шин на динамическую стойкость определяем расчетную нагрузку

(2.37)

где l - расстояние между опорными изоляторами, см;

а - расстояние между осями фаз, см.

По заданию принято l = 50см; а = 10см.

Момент сопротивления шин при установке их плашмя

(2.38)

Рисунок. 2.11- Расположение шин плашмя

Максимальный изгибающий момент при числе пролетов свыше 2-х

(2.39)

Напряжение на изгиб

(2.40)

Условие проверки шин на динамическую устойчивость:

Наибольшее допустимое напряжение на изгиб G_доп составляет

для медных шин 130МПа;

для алюминиевых шин 65МПа.

5,5МПа < 65МПа, следовательно по электродинамической устойчивости шины проходят.

Для проверки шины на термическую устойчивость определяют минимальное сечение по формуле

Сечение выбранных шин составляет 50х5=250 мм²>71 мм², следовательно, по термической стойкости шина проходит.

2.8.4 Выбор автоматических выключателей

Автоматические выключатели выбирают по номинальному напряжению, номинальному току и коммутационной способности.

Выбираем трехполюсный автоматический выключатель типаВА53-41.

Таблица 2.8- Данные автоматического выключателя

Условия выбора	Данные автомата	Расчетные данные

2.8.5 Выбор рубильников

Рубильники выбирают по номинальным напряжению и току и проверяют на электродинамическую и термическую стойкость к токам КЗ.

Выбираем рубильник трехполюсный серии Р2115.

Таблица 2.9.- Данные рубильника

Условия выбора	Данные рубильника	Расчетные данные

Для рубильника Р2115 по [4-370] I_{t расч} =500 кА при t_к = 1 с.

3.МОНТАЖ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

3.1 Назначение, устройство, классификация электрических аппаратов

Электрическими аппаратами (ЭА) называются электротехнические устройства, предназначенные для управления потоками энергии и информации, а также режимами работы, контроля и защиты технических и электротехнических систем и их компонентов.

Одним из основных признаков классификации ЭА является их рабочее (номинальное) напряжение, по которому они делятся на аппараты низкого (до 1000 В) и высокого (свыше 1000 В) напряжения.

Аппараты низкого напряжения выполняют в основном функции коммутации и защиты электрических цепей и устройств (автоматические выключатели, контакторы, пускатели, реле, рубильники и пакетные выключатели, кнопки управления, тумблеры и другие аппараты) и регулирования параметров технических объектов (стабилизаторы, регуляторы напряжения, мощности и тока, усилители, датчики различных переменных).

Аппараты высокого напряжения подразделяются на коммутационные (выключатели, выключатели нагрузки, разъединители), измерительные (измерительные трансформаторы тока и напряжения, делители напряжения), компенсирующие (шунтирующие реакторы), комплектные распределительные устройства.

По своему исполнению аппараты подразделяются на электромеханические, статические и гибридные. Основным признаком электромеханических аппаратов является наличие в них подвижных частей, например контактной системы у коммутационных аппаратов. Статические аппараты строятся с использованием полупроводниковых и магнитных элементов и устройств (диодов, транзисторов, тиристоров и других полупроводниковых приборов, магнитных усилителей и др.). Гибридные аппараты представляют собой комбинацию электромеханических и статических аппаратов.

Электрические аппараты классифицируются также:

* по значению рабочих токов -- аппараты слаботочные (до 5 А) и сильноточные (свыше 5 А);

* по роду тока -- аппараты постоянного и переменного тока;

* по частоте рабочего напряжения -- аппараты с нормальной (до 50 Гц) и повышенной (от 400 до 10 ООО Гц) частотой напряжения.

К аппаратам ручного управления относятся командные маломощные устройства -- кнопки, ключи управления и различные командоаппараты (командоконтроллеры), с помощью которых осуществляется коммутация электрических цепей управления и подача команд управления на ЭП.

Кнопки управления. Кнопки управления различаются по размерам -- нормальные и малогабаритные, по числу замыкающих и размыкающих контактов, по форме толкателя, по величине и роду тока и напряжения, по степени защиты от воздействия окружающей среды. Две, три или более кнопок, смонтированных в одном корпусе, образуют кнопочную станцию. На рис. 3.1, а показано условное изображение одноцепных кнопок с замыкающим (кнопка SBI) и размыкающим (кнопка SB2) контактами. Контакты кнопок и других электрических аппаратов на схемах изображаются в так называемом нормальном состоянии, когда на них не оказывается механического, электрического, магнитного или какого-либо другого воздействия. Двухцепные кнопки имеют обе пары показанных контактов с единым приводом.

Рисунок. 3. Условные изображения: а -- кнопки управления; б -- ключ управления; в -- электрические контакты

Ключи управления (универсальные переключатели). Эти аппараты имеют два или более фиксированных положений рукоятки управления и несколько замыкающих и размыкающих контактов. На рис. 3.1, б показан переключатель, имеющий три фиксированных положения рукоятки. В среднем положении рукоятки (позиция 0) замкнут контакт SM1, что обозначается точкой на схеме, а контакты SM2 и SM3 разомкнуты. В положении 1 ключа замыкается контакт SM2 и размыкается SM1, в положении 2 -- наоборот. На рис. 3.1, в показаны замыкающий и размыкающий контакты.

Командоконтролллеры (командоаппараты) представляют собой аппараты для коммутации нескольких маломощных (ток нагрузки до 16 А) электрических цепей с управлением от рукоятки или педали с несколькими положениями. Их электрическая схема изображается аналогично схеме ключей управления и переключателей.

К силовым коммутационным аппаратам с ручным управлением относят рубильники, пакетные выключатели, контроллеры и автоматические выключатели.

Рубильники представляют собой простые коммутационные аппараты, предназначенные для неавтоматического нечастого замыкания и размыкания силовых электрических цепей постоянного и переменного тока напряжением до 500В и током до 5000 А. Они различаются по величине коммутируемого тока, количеству полюсов (коммутируемых цепей), виду привода рукоятки и числу ее положений (два или три).

Пакетные выключатели представляют собой разновидность рубильников, отличающихся тем, что их контактная система набирается из отдельных пакетов по числу полюсов (коммутируемых цепей). Пакет состоит из изолятора, в пазах которого находятся неподвижный контакт с винтовыми выводами для подключения проводов и пружинный подвижный контакт с устройством искрогашения.

Разновидностью рубильников являются переключатели-разъединители с различным типом привода -- рычажным, с центральной рукояткой, с приводом от маховика или штанги.

Контроллеры являются многопозиционными электрическими аппаратами с ручным или ножным приводом для непосредственной коммутации силовых цепей, в основном электрических двигателей. Силовые контроллеры бывают двух видов: кулачковые и магнитные.

Кулачковые контроллеры характеризуются тем, что размыкание и замыкание их контактов обеспечивается смонтированными на барабане кулачками, поворот которых осуществляется с помощью рукоятки, маховичка или педали. За счет профилирования кулачков обеспечивается необходимая последовательность коммутации контактных элементов.

Магнитные контроллеры представляют собой коммутационное устройство, в состав которого входят командоконтроллер и силовые электромагнитные аппараты -- контакторы. Командоконтроллер с помощью своих контактов управляет катушками контакторов, которые уже своими контактами коммутируют силовые цепи двигателей. Срок службы магнитных контроллеров при одних и тех же условиях существенно выше, чем кулачковых контроллеров, что определяется высокой коммутационной способностью и износостойкостью электромагнитных контакторов.

Магнитные контроллеры нашли основное применение в электроприводе крановых механизмов, работа которых характеризуется большой частотой включения двигателей.

Автоматические выключатели. Автоматические выключатели (автоматы) низкого напряжения представляют собой многоцелевой электрический аппарат для нечастой коммутации электрических цепей и их автоматической защиты при аварийных режимах -- коротких замыканиях в цепях, их перегрузке, снижении или исчезновении напряжения, изменении направления тока и др. Для осуществления функций защиты автоматические выключатели снабжаются расцепителями, которые при возникновении аварийных режимов воздействуют на удерживающий элемент аппарата, приводя к его отключению. По принципу своего действия расцепители бывают электромагнитными, тепловыми и полупроводниковыми.

Применяемые автоматические выключатели различаются между собой назначением, уровнями номинальных токов и напряжения, набором и исполнением применяемых защит, отключающей способностью и временем отключения. Диапазон их номинальных токов составляет 10--10 ООО А, предельных коммутируемых токов -- 0,3--100 кА, время отключения -- 0,02--0,7 с.

К силовым аппаратам дистанционного управления относятся контакторы и магнитные пускатели.

Контактор. Контактор представляет собой электромагнитный аппарат с дистанционным управлением, предназначенный для частых коммутаций силовых цепей. Контакторы различаются: по роду тока коммутируемой цепи (постоянного, переменного, постоянного и переменного); количеству главных контактов (одно, двух и многополюсные); роду тока цепи катушки (с управлением напряжением постоянного и переменного тока); номинальным току и напряжению коммутируемых цепей; конструктивному исполнению (с механическими контактами и бесконтактные) и другим признакам.

Рисунок. 3.1. Контактор: a -- устройство; б -- обозначение катушки; в, г -- обозначения силовых контактов

Конструктивная схема электромагнитного однополюсного контактора постоянного тока показано на рис. 3.1, а. На неподвижном сердечнике 14 магнитной системы контактора установлена втягивающая катушка 12. С подвижной частью магнитной системы, якорем 8, связан подвижный главный контакт 5, который присоединяется к цепи тока при помощи гибкого проводника 7. При подаче напряжения на катушку 12 (замыкании контакта 13) якорь притягивается к сердечнику и контакт 5 замыкается с неподвижным главным контактом 1, что обеспечивает коммутацию тока. Необходимое нажатие главных контактов в их рабочем положении обеспечивается пружиной 6. При этом в процессе соприкосновения контактов происходит перекатывание и притирание их контактных поверхностей, что уменьшает переходное сопротивление контактов.

С якорем 8 связаны также вспомогательные (блокировочные) контакты мостикового типа -- замыкающие 70 и размыкающие 11, предназначенные для работы в цепях управления и рассчитанные на небольшие токи. Блок-контакты 10 замыкаются и 11 размыкаются одновременно с замыканием главных контактов (рис. 3.1, в).

Отключение контактора производится снятием напряжения с катушки 12 (контакт 13размыкается). При этом подвижная система контактора под действием силы тяжести и возвратной пружины 9 приходит в «нормальное» состояние. Возникающая при размыкании главных контактов дуга гасится в щелевой дугогасительной камере 4, изготовляемой из жаростойкого изоляционного материала. Для облегчения гашения дуги могут применяться камеры с изоляционными перегородками 3, которые способствуют увеличению дуги и ее сопротивления, а также иногда устанавливается искрогасительная. решетка из коротких металлических пластин 2.

Контакторы постоянного тока изготовляются с одним или двумя полюсами на номинальные токи главных контактов от 4 до 2500 А. Главные контакты способны отключать токи перегрузки до 7-10-кратных от номинального тока. Катушки контакторов постоянного тока имеют большое количество витков и обладают значительной индуктивностью, что затрудняет размыкание цепей этих катушек. Мостиковые блок-контакты могут отключать токи до 20 А при напряжении до 500 В цепях катушек аппаратов переменного тока, а в цепях катушек аппаратов постоянного тока -- до 2,5 А при ПО В, 2 А при 220 В и 0,5 А при 440 В.

На рис. 3.2, б-г показаны условные обозначения элементов контактора соответственно: втягивающей катушки; замыкающих и размыкающих главных контактов без дугогашения и с дугогашением.

Контакторы переменного тока по принципу своего действия и основным элементам конструкции не отличаются от контакторов постоянного тока. Особенности их работы связаны с питанием катушек переменным током, что приводит к повышенному току в катушке при срабатывании, в несколько раз превышающему ток при втянутом якоре. По этой причине для контакторов переменного тока ограничивается число их включений в час (обычно не более 600). Кроме того, пульсирующий магнитный поток, создаваемый переменным током катушки, вызывает вибрацию и гудение магнитопровода, а также его повышенный нагрев. Для уменьшения этих нежелательных факторов магнитопровод набирается из тонколистовой трансформаторной стали, а на сердечник или якорь помещают короткозамкнутый виток.