Введение

 

Огромное количество электроэнергии, вырабатываемое генераторами

различных типов электростанций, передается потребителям, которыми

являются промышленность, сельское хозяйство, строительство, транспорт и коммунальное хозяйство городов.

Первое место по количеству потребляемой электроэнергии

принадлежит промышленности, на долю которой приходится более 60 %

всей вырабатываемой в стране электроэнергии. С помощью электрической

энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов,

освещаются помещения, осуществляется автоматическое управление

производственными процессами и др. Сейчас существуют технологии

(электрофизические и электрохимические способы обработки металлов и изделий), где электроэнергия является единственным энергоносителем.

Передача электроэнергии от источников к потребителям производится

энергетическими системами, объединяющими несколько электростанций.

Длительный опыт эксплуатации энергетических систем показал технико-экономическую целесообразность их соединения между собой.

Энергосистемы продолжают оставаться основными источниками

электроснабжения потребителей электроэнергии, в том числе наиболее

энергоемких, каковыми являются промышленные предприятия.

Основные элементы электрической части энергосистем — различные типы

главные подстанции предприятий (ГПП) и других объектов и городов. В

районных трансформаторных и распределительных подстанций, соответствии со схемой и принятыми напряжениями они соединяются между

собой линиями электропередачи (ЛЭП) напряжением 750, 500, 220 ПО кВ, являющиеся районными электрическими сетями энергосистем.

Распределительные сети энергосистем напряжением 35, 10 и 6 кВ являются одновременно электрическими сетями внешнего электроснабжения промышленных предприятий.

Основные задачи, решаемые при проектировании, сооружения и

эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий,

заключаются в оптимизации параметров этих систем путем правильного

выбора номинальных напряжений, условий присоединения к энергосистеме,

определения электрических нагрузок и требований надежности

электроснабжения, рационального выбора числа и мощности

трансформаторов, схем и конструкций распределительных н цеховых

электрических сетей, средств компенсации реактивной мощности и

регулирования напряжения, системы обслуживания и ремонта

электрооборудования и т. д. Все эти задачи непрерывно усложняются

вследствие роста общего количества электроприемников на предприятиях и

увеличения их единичных мощностей, появления новых направлений

использования электроэнергии, новых технологических процессов и т. д.

Стоимость электрической части промышленных предприятий составляет в среднем 7% от общей суммы капиталовложений в промышленность. Оптимизация затрат па электрическую часть промышленных предприятий на стадии проектирования приводит к их уменьшению на доли процента. Однако в абсолютном измерении речь идет об экономии значительных средств. Так, например, электрическая часть современного металлургического комбината оценивается сотнями миллионов рублей.

Цель данной работы заключается в создании проекта системы электроснабжения промышленного предприятия – завода по производству огнеупоров металлургического комбината.

Для достижения поставленной цели необходимо:

 

 

1) Исследовать схемно-режимную информацию для проектирования предприятия

2) Дать характеристику электроснабжения электроприемников и потребителей

3) Произвести расчет электрических нагрузок

4) Выполнить расчет освещения

5) Построить картограмму электрических нагрузок и определить центр электрических нагрузок

6) Определить места, количество и мощности трансформаторных подстанций (ТП) и распределительных пунктов (РП)

7) Осуществить выбор количества и мощности трансформаторов ТП и ГПП

8) Произвести расчет токов короткого замыкания одного из вариантов цепи короткого замыкания

9) Произвести выбор автоматических выключателей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Исходные данные на проектирование

 

1.Генеральный план завода представлен на рисунке 16

2.Сведения об электрических нагрузках завода представлены в таблице 1

3.Питание возможно осуществить от подстанции энергосистемы, на которой установлены два трехобмоточных трансформатора мощностью 10000 ква каждый, с первичным напряжением 110 кв и вторичным – 35, 20, 10 и 6 кв

4.Мощность системы 400 Мва; реактивное сопротивление системы на стороне 110 кв, отнесенное к мощности системы 0,5.

5.Стоимость электроэнергии 0,72 коп/кВт•ч.

6.Расстояние от подстанции энергосистемы до завода 11 км

Таблица 1- ведомость электрических нагрузок

№ по плану	Наименование цеха	Установленная мощность P, кВт
1	Автогараж и пожарное депо	100
2	Заводоуправление и ЦЗЛ	150
3	Столовая	280
4	Главный корпус	2870
		400
5	Компрессорная	300
		1720
6	Эстакада к главному корпусу	40
7	Склад формовочных материалов	60
8	Склад	20
9	Склад	40
10	Главный магазин	50
11	Ремонтно-механический цех	-
12	Лесосушилка	300
13	Навес для склада модельных комплектов	10
14	Склад моделей	20
15	Пристройка к складу моделей	10
16	Станция осветления воды	180
17	Модельный цех	450
18	Насосная	320
		800
19	Железнодорожная контора	15
20	Ремонтно-строительный цех	200
21	Копер	115
-	Освещение цехов и территории завода	Определить по площади

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 16 – Генеральный план завода

 

 

 

 

 

2.1 Краткая характеристика завода

 

Предприятие специализируется на изготовлении специализируется на выпуске горизонтально-расточных станков, тяжелых и уникальных станков, шпиндельных устройств и инструментов, обрабатывающих центров. Оказывает услуги по механической обработке деталей. Может изготавливать станки по индивидуальным чертежам заказчиков, а также предоставляет покупателям послепродажное обслуживание. Технологический процесс производства включает следующие стадии: карьерные работы, подготовка сплава стали, ковка и формирование изделий, сборка, обработка и проверка изделий.

Добыча железа осуществляется в карьерах. Метод добычи должен быть увязан с мощностью пласта и характером залегания железной руды.

Транспортирование железной руды из карьера на завод осуществляется по-разному. Экономически выгодным и обеспечивающим бесперебойную подачу железной руды на завод считается рельсовый транспорт. Безрельсовый транспорт используется с учетом местных условий.

В зависимости от свойств исходного сырья и вида изготовляемой продукции подготовка железной руды к плавке заключается в ее обогащении (удалении пустой породы), спекании (агломерации) мелочи, усреднении химического состава, и сортировке по крупности с целью придания руде однородности по химическому составу и физическим свойствам.

Характерным признаком проектирования нового станка является его много вариантность. При проектировании современных станков применяется модульно-агрегатный принцип конструирования в соответствии с которым станок компонуют из общего набора узлов.

Исходными данными для проектирования станков являются:

1) Назначение станков (т.е указание для обработки каких деталей и поверхностей предназначен, габариты, вес и материал обрабатываемых деталей, размер и характер обрабатываемых поверхностей, вес заготовки и величина припуска).

2) Метод обработки, который устанавливается на основе анализа техпроцессов обработки деталей.

3) Требуемая точность обработки и производительность станка.

4) Режимы обработки.

5) Применение ЧПУ конкретного производителя.

 

Согласно ПУЭ все потребители электрической энергии условно разделяют на три категории (группы), в зависимости от их важности. В данном случае идет речь о том, насколько надежным должно быть энергоснабжение потребителя с учетом всех возможных факторов. Приведем характеристики каждой из категорий электроснабжения потребителей и соответствующие требования относительно надежности их питания. 

К первой категории электроснабжения относятся наиболее важные потребители, перерыв в электроснабжении которых может привести к несчастным случаям, крупным авариям, нанесению большого материального ущерба по причине выхода из строя целых комплексов оборудования, взаимосвязанных систем.

Особая группа категории электроснабжения — выделяется из состава электроприемников первой категории, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.  Для электроснабжения особой группы электроприемников первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания. 

 

Ко второй категории снабжения относятся потребители, при отключении питания которых, останавливается работа важных городских систем, на производстве возникает массовый брак продукции, есть риск выхода из строя крупных взаимосвязанных систем, циклов производства.

Вторая категория электроснабжения предусматривает питание потребителей от двух независимых источников. При этом допускается перерыв в электроснабжении на время, в течение которого обслуживающий электротехнический персонал прибудет на объект и выполнит необходимые оперативные переключения. 

Третья категория электроснабжения потребителей

Третья категория электроснабжения потребителей включает в себя всех оставшихся потребителей, которые не вошли в первые две категории. Обычно это небольшие населенные пункты, городские учреждения, системы, перерыв в электроснабжении которых не влечет за собой последствий. Также к данной категории относят многоквартирные жилые дома, частный сектор, дачные и гаражные кооперативы.

Потребители третьей категории получают питание от одного источника питания. Перерыв в электроснабжении потребителей данной категории, как правило, не более суток — на время выполнения аварийно-восстановительных работ.

При разделении потребителей на категории учитывается множество факторов, оцениваются возможные риски, выбираются наиболее надежные и оптимальные варианты. 

Распределение цехов завода по категориям надежности электроснабжения представлено в таблице 2.

Таблица 2 – Категории надежности электроснабжения потребителей

№ по плану	Наименование цеха	Категории потребителей
1	Автогараж и пожарное депо	II
2	Заводоуправление и ЦЗЛ	II
3	Столовая	II
4	Главный корпус	II
	Главный корпус(6 кВ)	II
5	Компрессорная	I
	Компрессорная (6 кВ)	I
6	Эстакада к главному корпусу	II
7	Склад формовочных материалов	III
8	Склад	III
9	Склад готовых изделий	III
10	Главный магазин	III
11	Ремонтно-механический цех	II
12	Лесосушилка	II
13	Навес для склада модельных комплектов	III
14	Склад моделей	III
15	Пристройка к складу моделей	III
16	Станция осветления воды	I
17	Модельный цех	II
18	Насосная	I
	Насосная (6 кв)	I
19	Железнодорожная контора	II
20	Ремонтно-строительный цех	II
21	Копер	I

 

 

 

 

3.Расчетные нагрузки цехов

3.1Расчет электрических нагрузок

 

Расчет электрических нагрузок цехов напряжением до 1 кВ

Определяем расчетные нагрузки методом коэффициента спроса.

Расчетная активная нагрузка цеха определяется по формуле

где  - установленная мощность цеха

  – коэффициент спроса.

Расчетная реактивная нагрузка определяется по формуле

где

где  – коэффициент мощности цеха

Расчетная полная нагрузка определяется по формуле

В качестве примера приведем расчет нагрузок для шамотного цеха №1

= 820×0,4= 328 (кВт)

 = 1,02

 = 328×1,02= 334,56 (квар)

 = 468,52 (кВА)

Аналогичным способом определяем расчетные нагрузки для других цехов, результаты расчета заносим в таблицу 3.

 

 

 

 

Таблица 3 – Расчетные электрические нагрузки цехов до 1 кВ

№ по плану	Установленная мощность Р, кВт				, кВт	, квар	, кВА
1	100	0,35	0.65	1,169	35	40,91	53,84
2	150	0,40	0.8	0,75	60	45	75
3	280	0,4	0.7	1,02	112	114,24	159,28
4	2870	0,50	0.65	1,169	1435	1677,51	2207,54
5	300	0,8	0.8	0,75	240	180	300
6	40	0,5	0.7	1,02	20	20,4	28,56
7	60	0,3	0.8	0,75	18	13,5	22,5
8	20	0,3	0.7	1,02	6	6,12	8,57
9	40	0,3	0.76	0,85	12	10,2	15,74
10	50	0,3	0.8	0,75	15	11,25	18,75
11	-	-	-	-	-	-	-
12	300	0,6	0.75	0,88	180	158,4	239,77
13	10	0,3	0.6	1,33	3	3,99	4,99
14	20	0,3	0.8	0,75	6	4,5	7,5
15	10	0,2	0.6	1,33	2	2,66	3,32
16	180	0,7	0.85	0,61	126	76,86	147,59
17	450	0,2	0.6	1,33	90	119,7	149,76
18	320	0,75	0.75	0,88	240	211,2	319,69
19	15	0,3	0.6	1,33	4,5	5,985	7,48
20	200	0,3	0.7	1,02	60	61,2	85,70
21	115	0,3	0.6	1,33	34,5	45,885	57,40

 

3.2 Расчет электрических нагрузок цехов напряжением выше 1 кВ

 

Определяем расчетные нагрузки методом коэффициента использования.

Расчетная активная нагрузка цеха определяется по формуле

где  - установленная мощность цеха

  – коэффициент использования.

Расчетная реактивная нагрузка определяется по формуле

где

где  – коэффициент мощности цеха

Расчетная полная нагрузка определяется по формуле

В качестве примера приведем расчет нагрузок для компрессорной станции

= 900×0,7= 630 (кВт)

 = 0,75

 = 630×0,75= 472,5 (квар)

 = 789,12 (кВА)

 

Таблица 4 - Расчетные электрические нагрузки цехов выше 1 кВ

№ по плану	Установленная мощность Р, кВт		cosφ		, кВт	, квар	, кВА
4	400	0,4	0,65	1,169	160	187,04	246,13
5	1720	0,7	0,8	0,75	1204	903	1505
18	800	0.7	0,75	0,88	704	619,52	937,77

 

3.3 Расчет осветительных нагрузок

Расчет осветительной нагрузки для отдельных цехов и по территории завода ведется упрощенным методом по удельным показателям осветительной нагрузки на единицу площади.

Установленная мощность освещения определяется по формуле:

=

где  – удельная осветительная мощность, кВт

F – площадь цеха,

Расчетная активная мощность освещения

 ==

где  – коэффициент спроса освещения

Расчетная активная мощность освещения

= tg

где tg = 0,33 – для газоразрядных ламп, tg = 0

Для примера расчет осветительных нагрузок для Главного цеха №4

Площадь данного цеха равна F = 61536 , удельная мощность освещения  = 5,8 , коэффициент спроса = 0,8, к установке принимаются газоразрядные лампы, таким образом tg = 0,33.

Отсюда расчетные осветительные мощности равны                                                 = 15 61536  0,8 = 738,43 (кВт)                                                                     = 86,57  0,33 = 243,68 (квар)

Аналогичным способом определяем расчетные осветительные нагрузки для других цехов, результаты расчетов заносим в таблицу 6.

Таблица 5 – Выбор освещения завода

№ по плану	Источник освещения	Тип светильника	Площадь,	Удельная мощность Вт/		tg
1	ДРЛ	РСП	3350	15	0,8	0,33
2	ДРЛ	РСП	5029	15	0,8	0,33
3	ЛЛ	ЛСП	2899	15	0,8	0,33
4	ДРЛ	РСП	61536	15	0,8	0,33
5	ДРЛ	РСП	1656	15	0,8	0,33
6	ДРЛ	РСП	947	10	1	0,33
7	ДРЛ	РСП	6863	10	0,6	0,33
8	ДРЛ	РСП	2367	10	0,6	0,33
9	ДРЛ	РСП	828	10	0,6	0,33
10	ЛЛ	ЛСП	3846	10	0,8	0,33
11	-	-	-	-	-	-
12	ДРЛ	РСП	5029	13	0,8	0,33
13	ДРЛ	РСП	3195	10	0,85	0,33
14	ДРЛ	РСП	2840	10	0,85	0,33
15	ДРЛ	РСП	4674	10	0,85	0,33
16	ДРЛ	РСП	828	15	0,8	0,33
17	ДРЛ	РСП	8283	13	0,8	0,33
18	ДРЛ	РСП	1775	15	0,8	0,33
19	ЛЛ	ЛСП	473	13	0,8	0,33
20	ДРЛ	РСП	6509	13	0,8	0,33
21	ДРЛ	РСП	1065	20	0,8	0,33

 

Определим полную расчетную нагрузку с учетом осветительной нагрузки.

=

Для цеха шамотного цеха № 1 полная расчетная нагрузка с учетом осветительной нагрузки равна:

= = 551,12 (кВА)

Методом, описанным выше определяем расчетные полные нагрузки с учетом освещения других цехов, результаты расчета заносим в таблицу 6.

Таблица 6 – Ведомость нагрузок цехов до 1 кВ

№ по плану	, кВт	, кВт	, кВА	Площадь S,	, кВт	, квар	, ВА
1	35	40	53,84	3550	40,2	13,26	92,15
2	60	45	75	5029	60,34	19,91	136,72
3	112	114	159,28	2899	34,78	11,48	193,72
4	1435	1677	2207,54	61536	738,43	243,68	2900,48
5	240	180	300	1656	19,87	6,55	319,89
6	20	20	28,56	946,6	9,47	3,12	37,45
7	18	13	22,5	6863	41,17	13,58	64,86
8	6	6	8,57	2366,6	14,20	4,68	22,84
9	12	10	15,74	828	4,96	1,63	20,56
10	15	11	18,75	3846	30,768	10,15	50,41
11	-	-	-	-	-	-	-
12	180	158	239,7	5029	52,30	17,25	290,99
13	3	3,99	4,99	3195	27,15	8,96	32,81
14	6	4,5	7,5	2840	24,14	7,96	32,61
15	2	2,66	3,32	4674	39,72	13,11	44,60
16	126	76,86	147,59	828,33	9,93	3,27	157,79
17	90	111,97	149,76	8283	86,14	28,42	225,24
18	240	211,2	319,69	1775	21,3	7,029	340,44
19	4,5	5,985	7,48	473	4,91	1,62	12,09
20	60	61,2	85,7	6509	67,93	22,33	152,78
21	34,5	45,885	57,4	1065	17,04	5,62	72,86
Территория	-	-	-	472 706,9	1344,74	443,6	5200,76

 

Расчетная осветительная нагрузка изображается на картограмме в виде сектора для того, чтобы графически показать, какую долю эта нагрузка занимает во всем потреблении мощности. Величины углов секторов активной и реактивной нагрузок определяются по формулам:

=

=

Для шамотного цеха №4 углы секторов будут равны:

==

==

Аналогичным способом рассчитываем углы секторов нагрузок для других цехов, результаты расчета заносим в таблицу №7.

Таблица 7 – Углы секторов осветительных нагрузок

 

Полная расчетная мощность предприятия по низкой стороне:

==

3.4 Расчет электрической нагрузки предприятия

 

Расчетные полная, активная и реактивная мощности предприятия, отнесенные к шинам вторичного напряжения главной понизительной подстанции (ГПП), вычисляются по расчетным активным, реактивным нагрузкам цехов как силовым до и выше 1кВ, так и осветительным с учетом потерь мощности, в трансформаторах цеховых подстанций и цеховых сетях напряжением до 1кВ и коэффициента разновременности максимумов силовой нагрузки  

Активная расчетная мощность предприятий определяется по формуле:

 + +,

где  – коэффициент разновременности максимумов нагрузки.

Реактивная расчетная мощность предприятий определяется по формуле:

 + +

Для выбора значений  необходимо определить средневзвешенный коэффициент использования всей группы электроприемников, которые подключены к шинам главной понизительной подстанции (ГПП):

= =  = 0,5

где  – номинальная активная мощность потребителей напряжением до 1 кВ;

 – номинальная активная мощность потребителей напряжением выше 1 кВ.

Так как средневзвешенный коэффициент использования лежит в пределах 0,3-0,5, то коэффициент разновременности максимумов  принимаем равным  = 0,8

Суммарные потери активной и реактивной мощностей в трансформаторах цеховых подстанций до 1 кВ приближенно принимаются равными соответственно 3 и 10% полной трансформаторной мощности

 = 0,03   = 0,03  = 268,90 (кВт)

 = 0,1   = 0,1  = 896,35 (квар)

Тогда активная расчетная мощность предприятия равна:

 = 6267,77 (кВт)

Реактивная расчетная мощность предприятия равна:

 = 4569,92 (квар)

Полная расчетная мощность предприятия равна:

= =  = 7756,87 (кВА)

Коэффициент мощности:

 =  =  = 0,8

Тогда значение величины тангенса:

 =  = 0,75

 

4 Определение местоположения ГПП

4.1 Геометрические характеристики предприятия

 

В таблице 8 представлены габаритные геометрические характеристики и площади производственных помещений завода по производству огнеупоров

металлургического комбината.

Таблица 8 – Геометрические характеристики цехов

 

 Примечание: цехи 2,15,17,20 имеют неправильную форму, поэтому для них указана наибольшая длина и ширина по плану. Площадь была определена делением неправильного многоугольника на правильные малые.

 

4.2 Определение центра электрических нагрузок

 

Общие размеры завода: 484,59  984,57 м.

Общая площадь завода: 472706,09

 

Положение центра электрических нагрузок необходимо определить для дальнейшего целесообразного расположения ГПП на территории предприятия. Это необходимо для того, чтобы сократить протяженность предприятия. Это необходимо для того, чтобы сократить протяженность сетей высокого напряжения предприятия и цеховых электрических сетей.

Координаты ЦЭН завода:

 ;

Минимальный радиус окружности определен для здания с наименьшей расчетной мощностью – пристройка к складу №15. Так наименьший размер склада сырья равен у = 46,15м , то минимальный радиус окружности равен = 46,15 м. Масштаб активных и реактивных нагрузок принят одинаковым и равным:

 =  =  =  = 0,0002 (кВт/),( квар/)

Для более компактного размещения картограммы на листе увеличим масштаб нагрузок до значения 0,05 кВт/

Радиус круга активной нагрузки i-го цеха:

 

Радиус круга реактивной нагрузки i-го цеха:

 

Для примера рассчитаем радиусы кругов для цеха №1

  =  = 21,88

  =  = 21,88

Все расчеты запишем в таблицу 8.

Таблица 8 – Определение параметров нагрузок цехов ниже 1 кВ.

№ по плану	, кВт
1	75,2	21,88	21,88
2	120,34	27,68	27,68
3	146,78	30,57	30,57
4	2173,43	117,65	117,65
5	259,87	40,68	40,68
6	29,47	13,70	13,70
7	59,17	19,41	19,41
8	20,2	11,34	11,34
9	16,96	10,39	10,39
10	45,768	17,07	17,07
11	0	0	0
12	232,3	38,46	38,46
13	30,15	13,85	13,85
14	30,14	13,85	13,85
15	41,72	16,30	16,30
16	135,93	29,42	29,42
17	176,14	33,49	33,49
18	261,3	40,79	40,79
19	9,41	7,74	7,74
20	127,93	28,54	28,54
21	51,54	18,11	18,11

 

Таблица 9 – Определение параметров нагрузок цехов выше 1 кВ.

№ по плану	, кВт
4	898,43	75,64	75,64
5	223,87	88,29	88,29
18	725,3	67,96	67,96

 

Координаты ЦЭН завода:

 = 253,83

 = 473,05

5. Определение количества и мощности трансформаторов

 

5.1 Определение количества и мощности трансформаторов ГПП

 

Активная расчетная мощность предприятия равна:

 = 6267,77(кВт)

Реактивная расчетная мощность предприятия равна:

 = 4569,92(квар)

Полная расчетная мощность предприятия равна:

= = 7756,87 (кВА)

Выбор трансформаторов главной понизительной подстанции производится по полной расчетной мощности предприятия. При этом необходимо учитывать рекомендуемый коэффициент загрузки  = 0,55. Допустимый коэффициент аварийной перегрузки для двухтрансформаторной подстанции равен  = 1,4.

Рекомендуемая мощность трансформатора ГПП:

 =  =  = 7050,90 (кВА),

Где n = 2 – число трансформаторов на ГПП.

По определенному значению рекомендуемой мощности трансформатора ГПП подпираются два одинаковых трехфазных трансформатора из стандартной шкалы мощностей  = 10000 кВА.

Тип и технические параметры подобранных трансформаторов занесены в таблицу 10.

Таблица 10 – Технические данные трансформатора

Тип трансформатора	, кВА	Номинальное напряжение , кВ		, кВт	, кВт	, %	, %	Пределы регулирования
		ВН	НН
ТДН-10000/110	10000	115	6,6	14	60	10,5	0,7	9х1,78%

 

Коэффициент загрузки

 =  =  = 0,387

Коэффициент аварийной перегрузки трансформатора

 =  =  = 0,776

5.2 Определение количества и мощности цеховых ТП

 

Основываясь на суммарной нагрузке, подбирается мощность цеховых ТП, но при этом необходимо учитывать категории потребителей и коэффициенты загрузки и аварийной перегрузки трансформатора.

Определим полные потери мощности цеха при понижении напряжения

с 6 кВ до 0,4 кВ. Данные потери суммируются с мощностью цеха. Таким образом, определяется мощность, необходимая на высокой стороне.

Полные потери мощности складываются из потерь активной и реактивной мощности:

 =  = 0,104 

где  = 0,03   – потери активной мощности i – го цеха

 = 0,1   – потери реактивной мощности i – го цеха

Данная формула используется для определения мощностей цехов с напряжением до 1 кВ с учетом потерь, нагрузка потребителей выше 1 кВ остается неизменной.

Таким образом, мощность цеха на стороне высокого напряжения с напряжением до 1 кВ равна:  = 1,104  

В качестве примера приведем выбор мощности трансформаторов подстанции ТП-1, потребителям которой являются цехи № 1,2,3,4,9

, объекты II категории, для которых питание должно осуществляться с двух секций шин, следовательно, необходимо наличие двух трансформаторов на данной подстанции.

Полная расчетная нагрузка данных цехов равна:

 = 3366,03 (кВА)

Рекомендуемый коэффициент загрузки:

 = 0,7

Рекомендуемая мощность трансформаторов:

 = = 1966,90

Где n=2- число трансформаторов на ТП.

Подходящее значение номинальной мощности из шкалы стандартных мощностей:

 = 2500 (кВА)

Коэффициент загрузки:

 =  = 0,67

Коэффициент аварийной перегрузки трансформатора

 =  = 1,34

Условие   1,4 выполняется, следовательно, трансформаторы мощностью 2000 кВА, годны для установки на понизительную подстанцию.

Для установки выбраны трансформаторы ТМ-2500/6.

Аналогичным способом подбираются трансформаторы для остальных трансформаторных подстанций результаты заносим в таблицу 12.

 

Таблица 12 – Выбор трансформаторов цеховых ТП

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчет токов короткого замыкания

На рисунке 2 изображена схема замещения с указанием точек короткого замыкания.

Рисунок 2 - Схема замещения

 

 

 

Мощность системы:

450 МВА

Реактивное сопротивление системы на стороне 110 кВ, отнесенное к мощности системы:

X^*_c = 0,7

Расстояние от подстанции энергосистемы до комбината:

L_c = 11 км.

Мы используем для расчета токов короткого замыкания метод именованных единиц, в котором заложен принцип приведения значений параметров расчетных схем к выбранной основной (базисной) ступени напряжения сети и с учетом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов.

6.1 Расчет параметров трехфазного КЗ в точке К1 (110 кВ)

 

Сопротивление системы определяется по следующей формуле:

Рассчитаем ток, проходящий по проводу воздушной линии. Для этого необходимо учесть, что питание по одной линии, а вторая находится в резерве. Это необходимо для того, чтобы определить сопротивление воздушной линии. Наибольший ток, проходящий по проводу воздушной линии, равен:

Число использования нагрузки для завода по производству станков:

Tmax= 4000 ч.

Экономическая плотность тока для неизолированного алюминиевого провода, при данном значении Tmax:

j эк = 1,1 А/

Экономическое сечение провода:

По определённому значению сечения подобран провод АС-50/8 с длительным допустимым током Iдоп = 210 А.

По условию возникновения коронного разряда и условию механической прочности для двух одноцепных воздушных линий напряжением 115 кВ, согласно ПУЭ, минимальное сечение провода составляет 50 . Поэтому выберем провод АС- 50/8 с длительно допустимым током Iдоп = 265 А.

 

Погонные значения сопротивлений для данного провода:

r₀ = 0,428 Ом/км;

x₀ = 0,444 Ом/км.

Определим активное сопротивление ВЛ:

 0,428  11 = 4,708 Ом

Определим реактивное сопротивление ВЛ:

Полное сопротивление в точке К1 равно:

где- полное активное сопротивление в точке КЗ, Ом;

- полное реактивное сопротивление в точке КЗ, Ом.

Ток трехфазного КЗ в точке К1 определяется по формуле:

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ равна:

Где f = 50 Гц – частота тока.

 

Ударный коэффициент тока КЗ:

Ударный ток КЗ:

6.2 Расчет параметров трехфазного КЗ в точке К2 (6 кВ)

 

Сопротивление системы равно:

Активное сопротивление ВЛ:

Реактивное сопротивление ВЛ:

Сопротивление силового трансформатора ГПП определяется по формуле:

где: - номинальная мощность трансформатора, ВА;

- напряжение короткого замыкания трансформатора.

Полное сопротивление в точке КЗ:

Ток трехфазного КЗ в точке К2 определяется по следующей формуле:

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ равна:

Где f = 50 Гц – частота тока.

Ударный коэффициент тока КЗ:

Ударный ток КЗ:

 

6.3 Расчет параметров трехфазного КЗ в точке К3 (6 кВ)

 

Сопротивление системы равно:

Активное сопротивление ВЛ:

Реактивное сопротивление ВЛ:

Сопротивление силового трансформатора ГПП определяется по формуле:

где: - номинальная мощность трансформатора, ВА;

- напряжение короткого замыкания трансформатора.

От ГПП к ТП-2 проложена кабельная линия (КЛ), к каждой секции шин.

Ток, проходящий по кабелю:

где S – мощность, передаваемая по линии, ВА.

В нормальном режиме по каждому из двух кабелей передаётся половина мощности ТП. Таким образом:

В послеаварийном режиме вся мощность подстанции предаётся одному из кабелей, так как другой выведен из работы.

Число часов использования нагрузки для завода по производству огнеупоров:

Tmax= 4000 ч/год

Экономическая плотность тока для кабеля с алюминиевыми жилами и бумажной изоляцией, при данном значении Tmax:*

j эк = 1,4 А/

Экономическое сечение провода:

По полученному значению сечения подобран кабель ААБл – 3*70-6. Допустимый ток при прокладке в земле

Произведём проверку выбранного кабеля в нормальном и послеаварийном режимах.

Допустимый ток при работе в нормальном режиме равен:

где - коэффициент, учитывающий количество кабелей в одной траншее. Считаем, что в одной траншее проложено два кабеля.

- коэффициент, учитывающий температуру земли.

– коэффициент, учитывающий удельное сопротивление грунта.

Выбранный кабель годен для работы в нормальном режиме, так как выполняется условие:

< 210

В послеаварийном режиме допускается перегрузка до 30%:

Выбранный кабель годен для работы в послеаварийном режиме, так как выполняется условие:

249,15 <

Погонные сопротивления выбранного кабеля:

r₀ = 0,076 Ом/км;

x₀= 0,258 Ом/км.

Согласно генеральному плану (приложение А) длина кабельной линии между ГПП и ТП-2 равна:

Активное сопротивление КЛ:

Реактивное сопротивление ВЛ:

Полное сопротивление в точке КЗ:

Ток трехфазного КЗ в точке К3 определяется по следующей формуле:

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ равна:

Где f = 50 Гц – частота тока.

Ударный коэффициент тока КЗ:

1,73

Ударный ток КЗ:

 

7.Выбор автоматических выключателей в цепи короткого замыкания

 

Выполняем следующие условия при выборе выключателей:

 

Таблица 13 – Условия выбора.

 

Для защиты систем от короткого замыкания выбираем элегазовые выключатели с учетом КЗ и номинальных параметров. Для установки выбраны выключатели ВГТ-110II*-40/3150У1.

 

 

Таблица 14 – Выбор выключателя 110 кВ.

 

Выбираем выключатель по условиям установки:

Номинальное напряжение выключателя: ?ном.выкл = 110кВ (номинальное напряжение установки ?ном.уст = 110кВ), что подходит по условия установки.

Номинальный рабочий ток выключателя: ?раб.ном.выкл = 3150А (наибольший расчетный рабочий ток ???? =  А), что подходит по условиям установки.

Номинальный ток отключения включателя ?ном.откл = 40кА (расчетный ток короткого замыкания ?р.кз = кА), что подходит по условиям установки.

Наибольшее пиковое значение тока выключения ?пик = 102кА (расчетный ударный ток КЗ ?пик =  кА), что подходит по условиям установки.

Условие термической стойкости:

где  - тепловой импульс тока КЗ;

- полное время отключения КЗ, с;

-  ток термической стойкости выключателя, А;

 

- время термической стойкости выключателя, с.

 

В результате окончательно получаем:

;

где I_тер - ток термической стойкости аппарата;

- время термической стойкости аппарата.

Неравенство выполняется, следовательно, данный выключатель по условию термической стойкости подходит для установки.

Для защиты ГПП от короткого замыкания выбираем вакуумные выключатели с учетом токов КЗ и номинальных параметров. Для установки выбраны выключатели ВВ/TEL-10-20/1600У2

 

Таблица 15 - Выбор выключателя 6 кВ.

 

 

Выбираем выключатель по условиям установки:

Номинальное напряжение выключателя: ?ном.выкл = 10кВ (номинальное напряжение установки ?ном.уст = 10кВ), что подходит по условия установки.

Номинальный рабочий ток выключателя: ?раб.ном.выкл = 1600А

Наибольший расчётный рабочий ток:

 =  746,40

Что удовлетворяет условиям установки.

 

Номинальный ток отключения включателя ?ном.откл = 20кА (расчетный ток короткого замыкания ?р.кз =  кА), что подходит по условиям установки.

Наибольшее пиковое значение тока выключения ?пик = 52кА (расчетный ударный ток КЗ ?пик =  кА), что подходит по условиям установки.

Условие термической стойкости:

(6,86 × 10³)² × (0,042 + 0,11) < (19,85× 10³)² × 3

0,7110⁷ < 118 × 10⁷

Условия выполняются, таким образом, данные выключатели годны для установки по условию термической стойкости.

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В ходе данной работы была разработана система электроснабжения механического завода местной промышленности. Были выполнены расчеты электрических и осветительных нагрузок. На основании расчетов была составлена картограмма нагрузок, определено местоположение главной понизительной подстанции. Был построен генеральный план с указанием мест расположения цеховых трансформаторных подстанций и варианта прокладки кабелей.

Был произведен расчет токов короткого замыкания одного из вариантов цепи короткого замыкания. По полученным результатам были подобраны автоматические выключатели.

Спроектированная энергосистема отвечает нормам надежности, бесперебойности электроснабжения, безопасности в эксплуатации и экономичности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

• Блок, В.М. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей: Учебное пособие для студентов вузов / В.М. Блок, Г.К. Обушев, Л.Б. Паперно и др.; Под ред. В.М. Блок. - М.: Высшая школа, 1981.-304 с.
• Ермилов, А.А. Электроснабжение промышленных предприятий. - М.-Л.,издательство "Энергия", 1965. 96 с. с черт. (Б-ка электромонтера, вып. 161).
• Ершевич, В.В. Справочник по проектированию электроэнергетических систем/ В. В. Ершевич, А. Н. Зейлигер, Г.А. Илларионов и др.; под ред. С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 352 с.
• Князевский, Б. А. Электроснабжение Промышленных предприятий:Учеб. для студ. вузов по спец. «Электропривод и автоматизация промышленных установок» — 3-е изд., перераб. и доп./ А. Б. Князевский, Б. Ю. Липкин — М.: Высш. шк., 1986. — 400 с, ил.
• Коновалова, Л. Л.Электроснабжение промышленных предприятий и установок: Учеб. пособие для техникумов/ Л.Л. Коновалова, Л.Д. Рожкова — М.:Энергоатомиздат, 1989. — 528 с: ил.
• Мукосеев, Ю. Л. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для вузов - М., «Энергия», 1973.-584 с. с ил.
• Неклепаев, Б.Н. Электрическая часть станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов/ Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков. - 4-е изд., перераб. и доп.

- М.: Энергоатомиздат, 1989. - 508 с.

• Правила устройства электроустановок. Издание седьмое, переработанное и дополненное с изменениями. - М.: Главгосэнергонадзор России, 2004.