Проверка на термическую прочность : Iтер∙tтер ≥ Bк, кА∙с

Iтер∙tтер = 10∙3 = 300 кА∙с

Вк = Iпоск1 (tоткл + Та)

Где tоткл=tв=0,08с

Вк = 2,8∙(0,08+0,02) = 0,8 кА∙с

300 > 0,8 кА∙с

Выключатель удовлетворяет требованиям установки.

Рис. 5.3. Кривая зависимости Вн от r

6. Выбор схем распределительной сети предприятия

6.1 Расчет питающих линий и выбор напряжения

Внутризаводское электроснабжение промышленных предприятий и установок осуществляется в основном с помощью электрических сетей напряжением 6, 10, 35, 110, 220 кВ. Основными вопросами при построении рациональных и экономических систем электроснабжения промышленного предприятия являются вопросы выбора схем электроснабжения, а соответственно и выбор напряжений питающих и распределительных сетей.

В питающих и распределительных сетях средних предприятий принимается напряжение 6 -10 кВ.

Выбор величины напряжения распределительных сетей предприятия зависит от величины нагрузок на напряжение 6 и 10 кВ. Критерием выбора являются технико-экономические показатели, в первую очередь приведены затраты, которые рассчитываются как для сети, так и для понижающих подстанций.

В курсовом проекте дается только техническое обоснование величины напряжения, при этом следует рассмотреть несколько вариантов.

1.Согласно "Инструкции по проектированию электроснабжения промышленных предприятий СН 174 - 74" для распределительных сетей следует применять, как правило, напряжение 10 кВ. Это решение однозначно принимается при отсутствии электроприемников на напряжение 6 кВ.

2. При установке на ГПП трансформаторов мощностью 25 МВА и более и наличии нагрузки на напряжение 6 кВ, составляющей 40-60 % общей нагрузки предприятия, наиболее экономичной является схема электроснабжения с использованием трансформаторов с расщепленными вторичными обмотками на 10 и 6 кВ и распределительной сетью на два напряжения. При меньшей доли нагрузки электроприемников на напряжение 6 кВ целесообразно принимать трансформаторы с расщепленными вторичными обмотками на напряжение 10 кВ, а электроприемники напряжением 6 кВ запитывать от групповых или индивидуальных трансформаторов, понижающих напряжение с 10 кВ до 6 кВ.

3.При установке на ГПП трансформаторов мощностью 16 МВА и менее с нерасщепленными обмотками и наличии электроприемников на напряжение 6 кВ практически во всех случаях целесообразно выбирать напряжение 6 кВ, так как иначе в общей стоимости расчетных затрат удельный вес согласующих трансформаторов 10 / 6 кВ будет значительным.

4. Если нагрузка электроприемников на напряжение 6 кВ превышает 60 -70% общей нагрузки предприятия, то целесообразно ограничится одним напряжением 6кВ.

6.2 Построение схем электроснабжения

В курсовом проекте дается только техническое обоснование схем распределительных сетей предприятия. При этом должны удовлетворяться следующие требования строительных норм СН 174 - 74.

1.   Распределение электроэнергии на промышленном предприятии должно выполняться по радиальным, магистральным и смешанным схемам в зависимости от территориального расположения нагрузок, величины потребляемой мощности и других характерных особенностей проектируемого предприятия. Предпочтение следует отдавать, как правило, магистральным схемам.

2.   Схемы следует выполнять одно и двухступенчатыми.

3.   Схема должна строится так, чтобы все ее элементы постоянно находились под нагрузкой, а при аварии на одном из них оставшиеся в работе могли принять на себя его нагрузку путем перераспределения ее между собой с учетом допустимой перегрузки.

4.   При построении схем электроснабжения потребителей 1 и 2-й категорий должно производиться глубокое секционирование во всех звеньях схемы.

5.   Схемы распределения электроэнергии на первой ступени от ГПП до РП на напряжение 6, 10 кВ принимаются следующими:

- на крупных энергоемких предприятиях при передаче в одном направлении мощности более 15-20 МВА при напряжении 6 кВ, более 25-35 МВА при напряжении 10 кВ и более 35 МВА при напряжении 35 кВ –магистральные и радиальные схемы, осуществляемые с помощью токопроводов;

- на крупных и средних предприятиях с меньшими потоками мощности - магистральные и радиальные схемы, осуществляется с помощью кабельных линий.

6. магистральные схемы напряжением 6, 10 кВ для питания цеховых трансформаторных подстанций должны применяться:

- при последовательном, линейном расположении подстанций;

- для группы технологических связанных агрегатов.

7.   Число трансформаторов напряжением до 10 кВ, присоединяемых к одной магистрали, следует принимать 2-3 при их мощности 1000 - 2500 кВА и 3-4 при меньших мощностях.

8.   Радиальные схемы следует применять при нагрузке, расположенных в различных направлениях от источника питания. Одноступенчатые радиальные схемы нужно выполнять при питании больших сосредоточенных нагрузок (насосные, компрессорные, преобразовательные подстанции, электрические печи и т.п.). Двухступенчатые радиальные схемы применяют при наличии в цехах большой
группы электроприемников (асинхронные и синхронные двигатели, электрические печи и т.д.) напряжением выше 1000 В. Необходимость сооружения высоковольтных распределительных пунктов в цехах определяются технико-экономическими расчетами. Вопрос о сооружении РП следует рассматривать, как правило, при числе
отходящих линий с обеих секций РП не менее 8.

9.   Схемы трансформаторных подстанций напряжением 6, 10, 0,4 кВ должны проектироваться без сборных шин первичного напряжения.

10. Глухое присоединение цехового трансформатора должно применяться при радиальном питании за исключением случаев: питания от пункта, находящегося в ведении другой эксплуатирующей организации или необходимости установки отключающего аппарата по условиям защиты.

11. Установка коммутационной аппаратуры перед цеховым трансформатором при магистральной схеме питания подстанции обязательна.

В практике проектирования и эксплуатации редко применять схемы внутризаводского распределения электроэнергии, построенные только по радиальному (рис. 6.1) или только магистральному (рис. 6.2) принципу. Сочетание преимуществ радиальных и магистральных схем позволяет создать систему электроснабжения с наилучшими технико-экономическими показателями.

Для каждого варианта составляют расчетную электрическую схему и определяют сечение линий по экономической плотности тока, по допустимой нагрузке в нормальном режиме, с проверкой по длительно допустимому току с учетом перегрузки в аварийном режиме и термической стойкости току короткого замыкания.

Рис.6.1.Радиальнаясхема

          Рис 6.2. Магистральная схема.

6.3 Конструктивное выполнение электрической сети

Выбор способа распределения электроэнергии зависит от величины электрических нагрузок и их размещения, плотности застройки предприятия, конфигурации технологических, транспортных и других коммуникаций, загрязненности фунта на территории предприятия и т.д.

Токопроводы напряжением 6, 10, 35 кВ (жесткие и гибкие) при нормальной окружающей среде прокладываются на открытых опорах, при загрязненной среде или загруженной коммуникациями территории - в закрытых галереях, тоннелях и на железобетонных кронштейнах, укрепляемых на наружной стене производственного здания.

Кабельные линии могут прокладываться в траншеях, блоках, каналах, на кабельных эстакадах и галереях. Прокладка кабелей в блоках допускается; в местах пересечения с железными дорогами; в условиях большой стесненности трассы; в местах, где возможны случаи разлива расплавленного металла и т.п.

Типы кабелей выбираются в зависимости от принятого способа прокладки в соответствии с рекомендациями.

После выбора и расчета схем внутреннего электроснабжения на

А1 – м формате рисуется полная принципиальная электрическая схема предприятия. На схеме показываются все связи ГПП (ЦРП) с высоковольтными РП, ТП и высоковольтными электроприемниками, а также связи ТП с низковольтными РПН.

На схеме указываются тип и длина воздушных и кабельных линий, типы силовых трансформаторов, коммутационной аппаратуры, предохранителей, трансформаторов тока и напряжения, шин распределительных устройств, трансформаторов собственных нужд, конденсаторных установок, комплексных распределительных устройств и измерительных приборов, устанавливаемых на стороне высшего и низшего напряжения главной понизительной подстанции. При этом в обозначении используемого электрооборудования следует указать номинальные данные, например, напряжение, мощность, ток, а также ток электрической стойкости, коэффициент трансформации трансформаторов тока и т.д.

Для пояснительной записки на А4 -м формате рисуется упрощенная схема электроснабжения предприятия (без разъединителей, трансформаторов тока и напряжения). На ней показываются только шины низшего напряжения ГПП, РП, ТП, РПН и высоковольтные электроприемники. Схемы на А4 -м формате используется для пояснения расчетов питающих линий предприятия. На (рис. 6.3) приведен пример упрощенной электрической схемы внутреннего электроснабжения предприятия.

6.4 Расчет питающих линий

Сечение кабелей напряжением 10 кВ определяется по экономической плотности тока и проверяется по допустимому току кабеля в нормальном режиме работы с учетом условий его прокладки, по току перегрузки, потере напряжения в послеаварийном режиме и термической стойкости к токам короткого замыкания. Весь расчет сводится в табл. 6.1.

Расчетный ток в кабельной линии в нормальном режиме:

,(6.1)

где Sp.к. - мощность, которая должна передаваться по кабельной линии в нормальном режиме.

Например, при питании однотрансформаторной цеховой подстанции это расчетная нагрузка трансформатора подстанции, при питании двухтрансформаторной подстанции это расчетная нагрузка, приходящаяся на один трансформатор, а при питании распределительного устройства 6, 10 кВ это нагрузка, потребляемая одной секцией сборных шин. Для магистральной линии мощность Sp.к. должна определяться для каждого участка путем суммирования расчетных нагрузок соответствующих трансформаторов, питающих по данному участку магистральной линии.

Сечение кабельной линии, определяемое по экономической плотности тока:

 (6.2)

где Jэ - экономическая плотность тока, зависящая от типа кабеля и продолжительности Тм использования максимума нагрузки.

По результату расчета выбирается кабель, имеющий ближайшее меньшее стандартное сечение по отношению Fэ. При выборе типа исполнения кабеля должны учитываться условия окружающей среды. Для выбранного кабеля по таблицам из справочников находят длительно допустимый ток.

Допустимый ток кабеля с учетом условий его прокладки рассчитывается по формуле:

 (6.3)

где Кп - поправочный коэффициент на число параллельно прокладываемых кабелей;

Кт - поправочный коэффициент на температуру среды, в которой прокладывается кабель;

Nk - число запараллеленных кабелей в кабельной линии;

 Кпер = 1,25 - коэффициент перегрузки.

Рис. 6.3. Фрагмент упрощенной электрической схемы внутреннего электроснабжения предприятия

Согласно ПУЭ для кабельных линий, прокладываемых по трассам в различных условиях охлаждения, сечения кабелей должны выбираться по участку трассы с худшими условиями охлаждения, если длина его составляет более 10 м. Например, при прокладке кабеля в траншее и кабельном канале цеха коэффициент Кт берется по температуре цеха не ниже + 20 ... 25 градусов.

Под послеаварийным режимом кабельной линии будем понимать режим, когда выходит из строя одна из двух кабельных линий, питающих потребителей 1 и 2 категории. При этом нагрузка на линию удваивается, то есть 1ав = 11р.к. Допустимая перегрузка в указанном режиме.

,(6.4)

где Кав - коэффициент перегрузки. Потери напряжения в кабельной линии:

ΔU = [(Рр ∙Ro ∙ L + Qp ∙ Хо ∙ L) /Nk ∙ Uп] ∙ 100% < ΔUдоп = 5% , (6 5)

где Рр, Qp - расчетная активная и реактивная нагрузки;

 Ro, Хо - удельные активное и индуктивное сопротивление кабеля.

На этом предварительный расчет кабельных линий для нормального и аварийного режимов заканчивается. Полученные сечения кабелей используются при расчете токов короткого замыкания, после которого определяется сечение кабелей Ft.c. по термической стойкости к токам короткого замыкания и, если выбранное в данном разделе сечение кабеля оказывается меньше Ft.c, to производится его соответствующее уточнение в табл. 6.1.

Для проверки кабеля по термической стойкости определяется тепловой импульс тока короткого замыкания:

Вк =I2ПО∙(toтк. + Та), кВ2∙с

где toтк. - время отключения, вычисляется по формуле:

tотк = tотк.в + tр.з,с (6.7)

где Та - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ;

toтк.в. - полное время отключения выключателя;

tp.з. - время действия релейной зашиты;

Ino - начальное значение периодической составляющей тока КЗ.

Капитальные затраты каждого варианта включает в себя стоимость ячеек РУ с выключателями Кв, устанавливаемые на РУ ГПП, стоимость кабельных линий Кл и стоимость вводных ячеек с выключателями нагрузки Квн, тыс.р.

К=Кв+Кл+Квн, (6-8)

где Кв = n ∙ Кво; Квн = m ∙ Квн,                                                        (6.9)

n, m - количество ячеек РУ с выключателем;

Кво - стоимость одной ячейки РУ с силовым выключателем;

Квн - стоимость одной ячейки РУ с выключателем нагрузки.

Кл = Куд∙L, (6.10)

где Куд - стоимость 1км кабельной линии с принятым сечением, тыс.руб.

L - длина кабельной линии, км (определяется из генплана предприятия).

Эксплутационные расходы Сэ состоят из стоимости потерь электроэнергии в линиях Спл, амортизационных отчислений на ячейки РУ с выключателями Сав и кабельные линии Сал.

Cэ=Спл+Сав+Сал (6-11)

Коэффициент загрузки кабеля в нормальном режиме:

 Кз=Ксн∙Ip/Iдоп (6 12)

где Iдоп - допустимый ток кабелей;

Iр - расчетный ток кабелей;

Кcм - коэффициент снижения токовой нагрузки, принимает равным 0.9; Потери активной мощности в линии при действительной нагрузке:

 ΔР = 3 ∙(0.9 ∙Iдоп)2 ∙Ro∙L ∙10-3 ∙Кз2, кВт∙ч (6.13)

где Ro - удельное активное сопротивление кабелей. Потери энергии в линии составляет, кВт∙ч:

ΔW=ΔP∙τ, (6.14)

где τ - число часов максимальных потерь в целом по предприятию. Стоимость ежегодных потерь электроэнергии в линиях тыс.р./год.

Спл=Спо∙ΔW, (6.15)

где Спо – 0,016 р/(кВт∙ч) стоимость 1 кВт*ч потерь электроэнергии или задается преподавателем. Амортизационные отчисления на выключатели (Сав) и линии (Сал), тыс.р./год.

 Сав = αв ∙Кв; Сал = αл ∙ Кп, (6.16)

где αав и αал удельные амортизационные отчисления соответственно на выключатели и кабельные линии.

Приведенные затраты с учетом внутризаводского электроснабжения, тыс. р./год:

З = 0.12 ∙К + Сэ, (6 .17)

На основании сравнения показателей системы внутризаводского электроснабжения окончательно принимают вариант, имеющий наименьшие приведенные затраты и удовлетворяющий всем техническим требованиям, местным условиям, перспективному развитию и т.п.

Расчет радиальной схемы питания подстанций ТП 6.1 и ТП 6.2

где, jэ – экономическая плотность тока

Сечение кабеля по термической стойкости Fт.с. к токам к.з.

 Где, -тепловой импульс

tоткл = tзмин + tcв

tзмин=1,2 с-время срабатывания релейной защиты

tсв-собственное время срабатывания выключателя

Принимаем выключатель ВБПЭ-10-1/630

Iном = 630 А; Uном = 10кВ; tсв = 0,06с;

Кво = 6∙100 = 600 т.р.

Tотк = 1,2 + 0,06 = 1,26 с

Вк=2,8∙(1,26 + 0,01) = 9,96 кА∙с

Fтс = ∙1000/94 = 33,5 мм

Линия ГПП-ТП6.1и ГПП6.2

L6.1 = 0,18км; L6.2 = 0,26 км; L = L6.1 + L6.2 = 0,44 км

Принимаем кабель ААШВ (3х35) ; Fст = 35,5 > Fт.с.

Ro = 0,89 Ом/км; Iдоп = 115 А

Куд=1,88∙100=188 т.р/км

Допустимый ток кабеля с учетом его прокладки

I′доп=Kп∙Кт∙Кпер∙Iдоп > Ip/Nk

Где, Кп=0,9- поравочный коэффициент на число параллельно прокладываемый кабель;

Кт=1,14-поправочный коэффициент на температуру среды, в которой прокладывается кабель;

Кпер=1,25-коэффициент перегрузки;

Nк=1-число запараллеленных кабелей в кабельной линии

I′доп = 0,9∙1,14∙1,25∙115=147,5 А

Кл = Куд∙L=188∙0,44= 82,7 т.р.

Потери активной мощности в линии при действительной нагрузке:

ΔР=3∙(0,9∙Iдоп)∙Ro∙L∙10∙(Kз),

где, Кз = Ip/Iдоп = 0,9∙17,7/115 = 0,14-коэффициент загруки кабеля в нормальном режиме.

ΔР=3∙(0,9∙115)∙0,89∙0,44∙10∙(0,14)= 0,25 кВт

Потери энергии в линии:

ΔW = ΔP0∙τ = 0.25∙3410 = 841,1 кВт∙ч

Стоимость ежегодных потерь электроэнергии в линиях:

Спл = Спо∙ΔW =1,6∙10∙841,1 = 1,4 т.р.

Капитальные затраты К включают в себя стоимость ячеек РУ с выключателями Кв , устанавливаемые в РУ ГПП , стоимость кабельных линий Кл и стоимость вводных ячеек с выключателями нагрузки Квн:

К = Кв + Кл +Квн,

где, Кв = n∙Кво = 2∙600 = 1200 т. р. - общая стоимость (n = 2) ячеек с выключателями.

Квн = m∙Кво - стоимость ячеек РУ с выключателями нагрузки

 (К вн0 = 1,6*100 = 160 т.р.; m = 0 - для радиальной схемы).

К = 1200 + 82,7 + 0 =1282,7 т.р.

Амортизационные отчисления на выключатели Сав и Сал:

Сав = αв∙Кв; Сал = αл∙Кл

где, αв и αл - удельные амортизационные отчисления соответственно на выключатели и кабельные линии.

Сав = 0,064∙1200 = 76,8 т.р.;

Сал = 0,023∙82,7 = 1,9 т.р.

Эксплуатационные расходы:

Сэ = Спл + Сав + Сал = 1,4 + 76,8 + 1,9 = 80,1 т.р.

Приведенные затраты для радиальной схемы:

Зрад = 0,12∙К + Сэ = 0,12∙1282,7 + 80,1 = 234 т.р.

Расчет магистральной схемы питания ТП 6.1 и ТП 6.2

Мощность, передаваемая через линию L 6.1

Sp6.1 = 2∙321 = 642 кВА

Ip6.1 = 2∙17,7 = 35,4 A

Fэ = 2∙12,6 = 25,2 мм

Вкмаг = I2пок2∙(tоткл + Та)

tоткл = tзмин + tсв + Δt = 1,2 + 0,06 + 0,5 = 1,76 с,

где Δt = 0,5 с – время селективной защиты.

Вкмаг = 2,8∙(1,76+0,01) = 13,87 кА∙с

Fтс.маг = ∙1000/94 = 40 мм

Принимаем кабель ААШВ (3х50)

Куд=211 т.р./км; Ro=0.62 Ом/км; Iдоп=140 А; L6.1=0.26 км

I′доп=Кп∙Кт∙Кпер∙Iдоп=1∙1,14∙1,25∙140=199,5 А

Кл6.1=211∙0,18=38 т.р.

Кз=0,9∙Ip/Iдоп=0,9∙35,4/140=0,23

ΔР6.1=3∙(0,9∙Iдоп)∙Ro∙L∙10∙Kз=3∙(0,9∙140)∙0,62∙0,18∙10∙0,23=0,28 кВт.

Линия ТП 6.1 и ТП 6.2

L = 0.08 км; ААШВ (3х50)

Кл6.2=211∙0,08=16,9 т.р.

Кз=0,9∙17,7/140=0,11

ΔР6.2=3∙(0,9∙140)∙0,62∙0,08∙10∙0,11=0,03 кВт

ΔРмаг= ΔР6.1+ ΔР6.2=0,28+0,03=0,31 кВт

ΔWмаг= ΔРмаг∙τ=0,31∙3410=1057,1 кВт∙ч

Спл=Спо∙ ΔWмаг=1,6∙10∙1057,1=1,7 т.р.

Кл=Кл6.1+Кл6.2=38+16,9=54,9 т.р.

Кв+Квн=n∙Кво+m∙Квно=1∙600+2∙160=920 т.р.

Кмаг=Кл+Кв+Квн=54,9+920=974,9 т.р.

Сав=αв∙( Кв+Квн)=0,064∙920=58,9 т.р.

Сал=αл∙Кл=0,023∙54,9=1,3 т.р.

Сэмаг=Спл+Сав+Сал=1,7+58,9+1,3=61,9 т.р.

Змаг=0,12∙Кмаг+Сэмаг=0,12∙974,9+61,9=178,9 т.р.

Т.к. Змаг<Зрад, то для энергоснабжения ТП 6.1 и ТП 6.2 примем магистральную схему.

 Генеральный план промышленного предприятия

Список литературы

1.  Ермилов А. А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 208 с.

2.  Козлов В. А. Электроснабжение городов. - П.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-е,1988.

3.  Коновалова Л. Л., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок: Учеб. пособие для техникумов. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

4. Кудрин Б.И., Прокопчик В.В. Электроснабжение промышленных предприятий: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1988.

5.  Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций: Справ, материалы для курсового и дипломного проектирование: Учеб. пособие для вузов - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

6.  Ристхейн Э.М. Электроснабжение промышленных установок: Учеб. для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1991.

7.  Рожкова Л.Д., Козулин Б.С. Электрооборудование станций и подстанций. - М.:
Энергоатомиздат, 1987.

8.  Справочник по проектированию электроснабжения /под ред. Ю.Г. Барыбина и др. - М.:/Энергоатомиздат, 1990.

9.  Федоров А.А., Каменев В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учеб. для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

10. Федоров А.А., Стариков Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

11. Данилов Н.И. Энергосбережение. Екатеринбург, Энерго-Пресс, 1999, 109 с.

12.     Иванов B.C., Соколов В.И. Режимы потребления и качество электроэнергии
и систем электроснабжения промышленных предприятий. - М.: Энергоатомиздат, 1987.-336 с.

13.     Качество электроэнергии. Учебное пособие по дисциплине «Электроснабжение», А.А. Алексеев, С.С. Ананичева. - Екатеринбург, УГТУ, 1999.

14.Основы электроснабжения: Учебное пособие по дисциплине «Электроснабжение» А.А. Алексеев, С.С. Ананичева, А.С. Бердин. Екатеринбург: УГТУ, 1999.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7