Электрические нагрузки промышленных предприятий

Выбор высоковольтных выключателей и автоматов на подстанциях 10/0,4 кВ и предохранителей на РП.

Выбор высоковольтных выключателей на стороне низкого напряжения ГПП

Схема соединений ГПП на низком напряжении 10 кВ выполнена с высоковольтными выключателями на ВЛ-1. В курсовом проекте произведём выбор высоковольтных выключателей без технико-экономического обоснования.

Высоковольтные выключатели выбираются по номинальному току, номинальному напряжению, по типу, роду установки и проверяют по электродинамической и термической устойчивости и отключающей способности в режиме к.з.

Технические данные выключателей 10 кВ приведены в табл.36 мет. пособия.

Определим расчётный ток:

Как видно, он много меньше номинального тока всех ВВ, приведённых в таблице 36. Ударный ток, равный 27,57 кА, также меньше допустимого ударного тока всех высоковольтных выключателей таблицы 36. Учитывая, что данные о стоимости высоковольтных выключателей в табл. 36 не приведены, выбираем вакуумный выключатель ВВЭ-10-20/630У3, который в настоящее время наиболее компактен и удобен в обслуживании.

Выбор автоматов и предохранителей в сети 380

Проверка их чувствительности.

На всех КЛ и ВЛ 0,38 кВ, отходящих от ТП-10/0,4 кВ, устанавливаются автоматические (автоматы, АВ) и предохранители. Они предназначены для отключения линий при аварийных и ненормальных режимах (короткое замыкание, перегрузки, исчезновение или снижение напряжения), а также для нечастых включений и отключений ВЛ и КЛ (от 2 до 6 часов).

Характеристики выбранных автоматов и предохранителей для фрагмента электрической сети, подлежащих к установке на отходящих от ТП-1 и ТП-2 линиях 0,38 кВ, приведены в таблице 20.

Автоматы выбираются исходя из следующих условий.

1. Номинальное напряжение трансформатора должно быть не ниже номинального напряжения сети. Условие выполняется для всех АВ (табл.20).

2. Номинальный ток автомата и его теплового расцепителя больше расчётного тока. Условие выполняется для всех автоматов.

3. Отключающая способность автоматов где –максимальный ток трёхфазного к.з. сразу за автоматом, т.е. на шинах 0,4 кВ ТП или РП. Условие выполняется для всех автоматов. Для автоматов серии А37 проверка на отключающую способность не проводится.

Проверка автомата на чувствительность для обеспечения селективной работы осуществляются по следующим условиям.

Таблица20.

1.Ток уставки срабатывания теплового расцепителя Iу.т.отстраивается от максимального длительного рабочего тока по выражению где Кн– коэффициент надёжности, принимается в пределах 1,1–1,3. Условие выполняется для всех АВ (табл.20).

2.Электромагнитный расцепитель автомата осуществляет мгновенную максимальную токовую отсечку. Для обеспечения селективной работы отсечки её ток срабатывания определяют по

Если выбирается защита для группы двигателей, то вместо  принимается пиковый ток.

Проверим автоматы для КЛ-1 0,38кВ ТП-2 и КЛ-1 0,38кВ ТП-1. На объекте №5 установлен АД со следующими параметрами: kи=0,2; Рном.Дв=30кВт; cosφ=0,75.

Номинальный ток двигателя:

Пиковый ток:

На данной линии установлен автомат марки А3726Б:

Таким образом, условие соблюдается.

Для РП-1 РП-5 (цех №2), получающих питание по КЛ-1и КЛ-2 от ТП-1, номинальный ток двигателя, установленного в цехе №2:

Пиковый ток:

На КЛ-1 установлен автомат марки АВМ10С:

Таким образом, условие соблюдается.

3. Коэффициент чувствительности отсечки электромагнитного расцепителя соблюдается для всех выбранных в табл.20 автоматов:

4. Коэффициент чувствительности теплового расцепителя для всех автоматов, выбранных в табл.20, также соблюдается:

Выбор предохранителей выполняется из условий.

Пиковый ток:

Ток плавкой вставки предохранителя должен быть:

- по условию отстройки от расчётного тока

- по условию пикового режима

Всем этим ограничениям соответствует предохранитель типа ПН-2-250 (предохранитель разборный с наполнителем) с номинальным током 250 А и током плавкой вставки на 125 А.После выбора предохранителя проверяется чувствительность защиты оборудования по минимальному току короткого замыкания. Минимальный ток однофазного короткого замыкания в точке К-6 составляет 2,12 кА, т.е. более чем 3 раза превышает ток плавкой вставки.

Выбор плавких вставок предохранителей для защиты трансформаторов ТП 10/0,4 кВ. Проверка их селективности на ступени 10 и 0,38кВ

Плавкую вставку предохранителей ПКТ, устанавливаемых на стороне высокого напряжения трансформаторов ТП, выбирают по условию отстройки от бросков намагничивающего тока. Для ТП 10/0,4 кВ с трансформатором мощностью 160 кВА номинальный ток плавкой вставки берётся не ниже 20 А, мощностью 630 - 80 А.

Селективность работы выбранной плавкой вставки при отключении автоматов на стороне 0,38 кВ считается обеспеченной, когда при к.з. за автоматом последует именно отключение автомата (время срабатывания tс.з.), и только в случае его отказа со ступенью селективности ∆t произойдёт плавление вставки предохранителя. Селективность будет обеспечена, если время плавления вставки (коэффициент приведения каталожного времени плавления вставки ко времени её разогрева).

Полное время срабатывания автомата с учётом разброса его характеристик

, ступень селективности принимается равной .Тогда

Ток трёхфазного к.з. за автоматами трансформаторов ТП-1 с номинальной мощность составляет величину , а за автоматами трансформаторов ТП-2 с номинальной мощность составляет величину . Тогда ток на шинах 10,5 кВ при к.з. за автоматом составит для ТП-1 и ТП-2 соответственно:

По ампер-секундным характеристикам плавких вставок предохранителей ПКТ (рис.4[1])при токе 503 А (ТП-1) время плавленияс обеспечивается для плавкой вставки с , при токе 171А (ТП-2) –.

Таким образом, для трансформаторов ТП-1 селективность защиты будет обеспечена при установке плавкой вставки ПКТ с (), ТП-2 –(). Для защиты трансформаторов ТМ–630/10 ТП-1 выбираем предохранители ПКТ102-10-31,5-40-31,5 У3, трансформатора ТМ–160/10 ТП-2 выбираем предохранители ПКТ101-10-10-20-12,5 У3. Для них выполняются условия:

Плавкая вставка также должна быть проверена по условию

где допустимое время протекания тока к.з. в трансформаторе по условию термической стойкости, с; отношение установившегося тока к.з. к номинальному току трансформатора.

В нашем случае для ТП-1 и ТП-2:

Тогда допустимое время протекания тока к.з. для ТП-1 и ТП-2:

Таким образом, выбранные плавкие вставки обеспечивают безопасность трансформаторов при коротких замыканиях.

Выбор защиты от грозовых перенапряжений и расчёт заземления на ТП-2 10/0,4 кВ населённого пункта

Защита от грозовых перенапряжений.

Для защиты населения и животных от грозовых перенапряжений на всех ВЛ 0,38 кВ заземляются крюки или штыри фазных проводов, а также нулевой провод. Сопротивление этих заземляющих устройств принимается не более 30 Ом, а расстояние между ними не более 200 м для районов с числом грозовых часов до 40(для данного населённого пункта) и не более 100 м с числом грозовых часов более 40[3,п.2.4.26] Кроме того, заземляющие устройства выполняются:

- на опорах с ответвлениями к вводам в помещения, в которых может быть сосредоточено большое количество людей (школа, клуб, лесопильный цех) или которые представляют большую хозяйственную ценность (кормоцех, свинарник, коровник, птичник).

- на конечных опорах линий, имеющих ответвления к вводам. При этом наибольшее расстояние от соседнего защитного заземления этих же линий должно быть не более 100 м при числе грозовых часов от 10 до 40. Кроме того, в указанных местах устанавливаются низковольтные вентильные разрядники типа РВН. Для перечисленных выше заземляющих устройств используются заземляющие устройства повторных заземлений нулевого провода.

Повторные заземления нулевого провода необходимы (в случае обрыва нулевого провода) для уменьшения напряжения на занулённых частях при замыкании на них за точкой обрыва. Повторные заземления нулевого провода выполняют на концах магистралей и ответвлений ВЛ длинной более 200 м, а также на вводах в здание, внутри которых зануляется оборудование. От ЭП , расположенных вне здания и подлежащих занулению, до ближайшего повторного заземления или до заземления нейтрали трансформатора должно быть не более 100 м . Сопротивление каждого из повторных заземлений на ВЛ 0,38 кВ должно быть не более 30 Ом, а их общее сопротивление не более 10 ОМ [3,п.1.7.64] В соответствии с изложенным выполняется количество повторных заземлений, приведённое в таблице 21.

Количество повторных заземлений на ВЛ 0,38 кВ.

Таблица 21.

Расчёт заземления на ТП-2 10/0,4 кВ населённого пункта

Заземляющие устройства ПС 10/0,4 кВ одновременно используются при напряжениях ниже и выше 1000 В. Поэтому, согласно ПУЭ [3,п.1.7.57], сопротивление ЗУ (Rз) должно быть не более где расчётный ток замыкания на землю, А, определяемый по формуле:

где номинальное напряжение; длина соответственно воздушных и кабельных линий (км), электрически соединённых между собой и отходящих от общих шин.

В нашем случае а общая длина воздушных линий 10 кВ, отходящих от ГПП 110/10 кв, составляет:

Тогда:

К ЗУ на ТП 10/0,4 кВ присоединяется и нейтраль трансформатора 10/0,4 кВ. Поэтому, согласно ПУЭ [3,п.1.7.62], сопротивление этих ЗУ должно быть не более 4 Ом. Это сопротивление должно быть обеспечено с учётом использования естественных заземлителей ( в нашем случае их нет), а также заземлителей повторных заземлений нулевого провода ВЛ 0,38 кВ (количество ВЛ не менее двух). При этом сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали трансформатора, должно быть не более 30 Ом (при линейном напряжении 380 В). Удельное сопротивление земли ρ более 100 Ом∙м допускает увеличение этих норм в 0,01ρ раз, но не более десятикратного.

Выполним подробный расчёт заземления ТП-2 10/0,4 кВ с четырьмя отходящими линиями. На КЛ и ВЛ (табл.21) число повторных заземлений нулевого провода равно 35, а их общее сопротивление 0,857 Ом. Таким образом, при учёте повторных заземлений обеспечивается величина сопротивления ЗУ Однако, как уже отмечалось ранее, в непосредственной близости от нейтрали трансформатора должен находиться заземлитель с сопротивлением не более 30 Ом (при удельном сопротивлении грунта ρ ≤ 100 Ом∙м). Так как(предельная величина сопротивления ЗУ по величине тока замыкания на землю), то на ТП-2 необходимо выполнить ЗУ с сопротивлением

Примем следующие исходные условия для расчёта ЗУ:

Заземляющее устройство выполняется в виде прямоугольного контура из горизонтально проложенной на глубине 1 м круглой стали диаметром 10 мм и из расположенных по этому контуру вертикальных стержней из угловой стали 40×40×4 мм длиной ℓВ=4 м, отстоящих друг от друга на одинаковое расстояние а= ℓВ=4 м. Удельное сопротивление грунта [6,П1.10] суглинок ρ = 100 Ом∙м.

Расчётное значение удельного сопротивления грунта находится по формуле:  где К–коэффициент сезона[6,табл.49], равный Кв=1,65 для вертикальных заземлителей и Кг=5,4–для горизонтальных заземлителей на глубине 1 м.

Тогда расчётное значение удельного сопротивления грунта составит для вертикальных стержней:  для горизонтальных заземлителей:

сопротивление одного стержня из угловой стали, верхний конец которого находится на глубине до 1 м, находим по формуле:

В этом выражении ℓ = ℓВ=4 м – длина стержня, В=0,04 м – ширина полки уголка.

Ориентировочное число вертикальных стержней без учёта их взаимного экранирования по формуле:

Однако со стороны входа ТП-2для выравнивания потенциала должны располагаться два вертикальных стержня, причём пройти на территорию ТП можно как с одной стороны, так и с другой. Поэтому принимаем

При и отношении коэффициент использования вертикальных стержней в замкнутом контуре [3]. Тогда результирующее сопротивление всех вертикальных стержней с учётом влияния их взаимного экранирования:

Сопротивление горизонтального заземлителя длиной  [3,с.115-116]:

где диаметр заземлителя, м; глубина заложения заземлителя, м; коэффициент взаимного экранирования горизонтального заземлителя в замкнутом контуре при и отношении

Тогда с учётом экранирования стержнями результирующее сопротивление заземлителя ТП 10/0,4 кВ определяется по формуле:

Таким образом, результирующее сопротивление всего ЗУ меньше 20,65 Ом, что и требовалось достичь.

Аналогично выполняется расчёт ЗУ для ТП-1 и ТП-3.

Определение технико-экономических показателей передачи электроэнергии по сети 0,38 кВ населённого пункта

1.Определение потерь мощности и энергии в линиях 0,38 кВ.

Возможен непосредственный прямой расчёт потерь мощности в ВЛ и КЛ по величинам активного сопротивления каждого участка сети и протекающего по нему тока. Для линии №1,отходящей от ТП-2 и состоящей из одного участка и двух параллельно проложенных кабелей, потери мощности:

Для разветвлённых линий подобный расчёт вручную достаточно трудоёмок и его упрощают с помощью коэффициента связи (Кн/м) между ∆U и ∆Р и коэффициента разветвления Краз. Потери мощности в процентах определяются по выраженнию :

Потери мощности в кВт находятся по формуле:

где соответственно расчётная мощность и коэффициент мощности головного участка линии, значения которых принимаются по табл.13-17.

Потери электрической энергии:

Время максимальных потерь определяется по выражению:

Рекомендуемые значения и τ для годовых графиков нагрузки принимаются в соответствии [6,табл.50].

Данные расчёта потерь мощности и электроэнергии всех линий населённого пункта сведём в табл.22.

Годовое потребление и потери электроэнергии и мощности в линиях 0,38 кВ населённого пункта.

Таблица 22.

Таким образом, в среднем по населённому пункту потери электроэнергии в ВЛ 0,38 кВ составляют от полезно отпущенной электрической энергии.

2.Определение потерь электрической энергии в трансформаторах ТП 10/0,4 кВ

Годовые потери электроэнергии в трансформаторах определяются по выражению :

где соответственно потери мощности холостого хода и короткого замыкания в трансформаторах, кВт, принимаются по[6,табл.13]; номинальная мощность трансформатора, кВА; n– число параллельно работающих трансформаторов; расчётная мощность, берётся по результатам предыдущих расчётов.

Годовое число часов использования максимальной нагрузки Тmax определяется по [2,табл.1.8]. Для ТП-2 и ТП-3 принимаем Тmax =2500ч. Тогда:

Потеря электроэнергии в трансформаторе ТП-2:

Результаты расчёта потерь электроэнергии в трансформаторах обеих ТП сведены в табл.23.

Потери электрической энергии в трансформаторах ТП 10/0,4кВ.

Таблица23.

Таким образом, суммарные годовые потери электроэнергии в ВЛ 0,38 кВ и в трансформаторах 10/0,4 кВ равны:

что составляет 3,31% от общего потребления электроэнергии.

После определения потерь электрической энергии перейдём к определению технико-экономических показателей сети 0,38 кВ населённого пункта.

В табл.24 приведены числовые значения основных показателей, используемых в дальнейших расчётах.

Исходные технико-экономические показатели ТП 10/0,4 кВ и ВЛ 0,38 кВ.

Таблица24.

Следует отметить, что все данные о стоимости электрооборудования, приведённые в табл. 24 отнесены к ценам 1991 г. Эти цены приняты базовыми для формирования цен текущего периода. Для этого цену 1991 г. умножают на коэффициент коррекции (инфляции). Для 2004 г. этот коэффициент равнялся 30,2.

Однотрансформаторная ТП-2 населённого пункта принята закрытого исполнения, её стоимость принята для ТП с двумя вводами [6,табл.56]. Однотрансформаторная ТП-3 населённого пункта также закрытого исполнения, но с одним вводом. Стоимость ВЛ на железобетонных опорах принята для 3-го района по гололёду [6,табл.54], стоимость кабельных линий 0,38 кВ, в силу их небольшой длины, принята равной стоимости ВЛ.

В рассматриваемом населённом пункте подлежат сооружению две ТП 10/0,4 кВ. Протяженность КЛ и ВЛ 0,38 кВ от ТП-2 равна 1098 м, от ТП-3 –958 м.

1. Суммарные капитальные вложения:

2. Отчисление на амортизацию:

3.Отчисления на капитальный ремонт:

4. Затраты на обслуживание сети. Количество условных единиц:

Тогда

5. Издержки на потери энергии. Стоимость электроэнергии условно принимаем

 Потери электрической энергии в сетях населённого пункта вычисленные ранее составили 19520,134 кВт∙ч. Поэтому

6. Себестоимость передачи электроэнергии по сетям 0,38 кВ. Суммарные годовые издержки:

Тогда себестоимость передачи

7. Приведённые затраты на передачу электрической энергии через ТП 10/0,4 кВ и ВЛ 0,38 кВ можно рассматривать как одну из превращенных форм стоимости. Они представляют собой сумму годовых текущих затрат (себестоимости) и капитальных затрат, приведённых к одинаковой размерности при помощи нормативного коэффициента Ен, равного 0,12–0,15, т.е.

Коэффициент Ен иногда называют коэффициентом приведения или дисконтирования. Удельные приведённые затраты на передачу электрической энергии через ТП 10/0,4 кВ и ВЛ 0,38 кВ равны:

Заключение к курсовому проекту

Максимальная расчётная нагрузка проектируемого района электроснабжения составляет 959,85 кВт. Электроснабжение большего по мощности цеха № 1 предлагается осуществить от ТП-1 мощностью 1260 кВА (два трансформатора по 630 кВА) непосредственно с шин 0,38 кВ от трёх СРП. Электроснабжение цеха №2 осуществляется по кабельным линиям КЛ-1 и КЛ-2. Потери напряжения в режиме максимальных нагрузок по этим кабелям составляют 2,99 %. Снижение напряжения при пуске асинхронных двигателей является допустимым и составляет 6,29%. Для защиты этих линий от коротких замыканий используются автомат типа АВМ10С и предохранитель ПН2-250.

Электроснабжение сельскохозяйственного населённого пункта из-за наличия резервирования высокого напряжения от независимого источника и низкого напряжения от дизельной электростанции 0,38 кВ предлагается осуществить одной воздушной линии напряжением 10 кВ и двумя трансформаторными подстанциями (обе однотрансформаторные) общей мощностью 320 кВА. Суммарные потери напряжения в сети 10 кВ в максимальном режиме составляют 1,8%. В сетях 0,38 кВ потери напряжения для наиболее удалённого потребителя составляет 0,513%. Незначительные потери напряжения в сетях 0,38 кВ объясняются установкой по новым требованиям руководящих указаний проводов марки А95 с меньшими сопротивлениями линий. Для защиты электрооборудования, установленного на объектах сельского населённого пункта, используются автоматы серии А37.

Проведён выбор высоковольтных выключателей и предохранителей серии ПКТ для защиты трансформаторов ТП-1 и ТП-2 и осуществлена проверка их чувствительности на короткие замыкания в сети 0,38 кВ. Выполнена защита подстанции 10/0,4 кВ от грозовых перенапряжений и проведены необходимые расчёты заземления подстанции.

Годовое потребление электроэнергии в населённом пункте составляет 588,944 тыс. кВт∙ч. Потери электроэнергии в сети 0,38 кВ составляют 3,31% от полезно отпущенной потребителям электрической энергии, капитальные затраты в сеть равны 21,039 тыс. руб. (в ценах 1991 г.), себестоимость передачи электроэнергии по сетям 0,38 кВ в тех же ценах составляет 0,38 коп./(кВт∙ч), удельные приведённые затраты – 0,846 коп./(кВт∙ч).

Используемая литература

1. Будзко, И.А. Электроснабжение сельского хозяйства / И.А. Будзко, Т.Б. Лещинская, В.И. Сукманов. – М.: Колос, 2000. – 536 с., ил.

2. Князевский, Б.А. Электроснабжение промышленных предприятий / Б.А. Князевский, Б.Е. Липкин. – М.: Высш. шк., 1986. –400 с.

3. Правила устройства электроустановок [Текст]: Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. – 7-й выпуск. – Новосибирск.: Сиб. унив. изд-во, 2007. – 854с.

4. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. – М.: ИНФРА-М, 2007. – 263с.

5. Чукреев, Ю.Я. Основы электроснабжения : учеб. пособие / Ю.Я. Чукреев. – Сыктывкар : СЛИ, 2001. –100с.

6. Чукреев, Ю.Я. электроснабжение района : метод. пособие по выполнению КП / Ю.Я. Чукреев. – Сыктывкар : СЛИ, 2005. –168с.

7. Электротехнический справочник : в 4 т. Т.3. Производство, передача и распределение электрической энергии / под общ. ред. В.Г. Герасимова. – М.: Изд-во МЭИ, 2004. – 964с.

Размещено на

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6