Электроснабжение завода
Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию
Кафедра электроснабжения
Пояснительная записка
к курсовому проекту
на тему:
«Электроснабжение завода»
по курсу:
«Электроснабжение промышленных предприятий»
Студентки VI курса
спец. 1004
группы ЭСЗ-981
выполнила: Басанцова О.И.
проверил: Макаров В.П.
г. Ставрополь
2004 г.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ НАГРУЗКИ 5
1.2. ВЫБОР МОЩНОСТИ ЦЕХОВЫХ ТП 6
1.3. Определение расчётных нагрузок линий сети 620 кВ 9
1.4. Выбор выключателей конца питающих линий и линий, отходящих от ГПП (ГРП) 12
1.5. Определение сечений кабельных линий распределительной сети 620 кВ 15
2. Расчёт токов короткого замыкания 22
2.1. Выбор выключателей. 24
2.2. Выбор разъединителей 24
2.3. Шины ГПП 25
3. Релейная защита 26
Список использованных источников 27
ВВЕДЕНИЕ
В настоящем курсовом проекте решается вопрос об электроснабжении завода.
Расчет максимальных расчетных нагрузок произведен по методу упорядоченных диаграмм.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ НАГРУЗКИ
Расчётная нагрузка на шинах низшего напряжения ТП-1 равна:
активная
кВт;
реактивная
квар;
полная
кВА
По величине
полной расчётной
нагрузки
кВА
намечаем к
установке в
ТП-1 два тр-ра
мощностью по
1000 кВА каждый.
В нормальном режиме т-ры будут работать с коэффициентом загрузки:
.
Загрузка тр-ров в послеаварийном режиме (при выходе из строя одного из рабочих тр-ров):
Предварительный выбор числа и мощности тр-ров остальных цеховых ТП аналогичен и сведен в таблицу 1.2.
Таблица 1.2.
|
№ п/п |
Наим. п/ст. |
Потребители электроэнергии |
Расчётная нагр. |
К-во тр-ров |
Мощн. тр-ров |
Загр. тр. в норм. реж. | Загр. тр. в авар. реж. | ||
|
|
|
|
|||||||
| 1 | ТП-1 | Цех № 1,2,3,4 | 851 | 722 | 1117 | 2 | 1000 | 0,56 | 1,12 |
| 2 | ТП-2 | Цех № 7,8,12 | 1832 | 1380 | 2293 | 2 | 1600 | 0,7 | 1,4 |
| 3 | ТП-3 | Цех № 5,6,9,14,15 | 1414 | 1255 | 1890 | 2 | 1600 | 0,59 | 1,18 |
| 4 | ТП-4 | Цех№10,11,22,21,13,18 | 934 | 883 | 1286 | 2 | 1000 | 0,64 | 1,3 |
| 5 | ТП-5 | Цех № 17 | 1381 | 1020 | 1717 | 2 | 1600 | 0,54 | 1,08 |
| 6 | ТП-6 | Цех № 16,20 | 2192 | 1709 | 2778 | 2 | 2500 | 0,56 | 1,11 |
| 7 | ТП-7 | Цех № 19,23,26 | 2344 | 984 | 2543 | 2 | 1600 | 0,79 | 1,58 |
| 8 | ТП-8 | Цех № 24,25 | 1347 | 392 | 1585 | 2 | 1000 | 0,77 | 1,54 |
,
квар
,
кВА1.2. ВЫБОР МОЩНОСТИ ЦЕХОВЫХ ТП
Расчётная нагрузка на шинах низкого напряжения тр-ров ТП-1 составляет:
кВт;
квар.
Необходимая мощность компенсирующих устройств со стороны низшего напряжения тр-ров ТП-1:
квар,
где
–
соотв.нормативному
значению cos;
tg=0,33 – соотв.нормативному значению cosн , равному 0,95.
Выбираем
компенсирующее
устройство
типа ККУ-0,38-Ш,
мощностью 150
квар. Следовательно,
квар.
Тогда некомпенсированная реактивная мощность на стороне низшего напряжения тр-ров ТП-1 составит:
квар.
Потери активной мощности в компенсирующих устройствах:
к
Вт,
где
-
удельные потери
активной мощности
в статических
конденсат.,
кВт/квар.
Таким образом,
величину
ввиду её
малости в расчётах
для упрощения
можно не учитывать.
Полная расчётная мощности с учётом компенсации определяется:
кВА
Выбираем к установке в ТП-1 два тр-ра мощностью по 630 кВА каждый:
;
Расчёт для остальных ТП проводим аналогично и сводим в табл. 1.3.
Таблица 1.3.
| Наим. п/ст. | Потребители электроэнергии | Расчётная нагр. | К-во тр-ров | Мощн. тр-ров | Загр. тр. в норм. реж. | Загр. тр. в авар. реж. | Некомп. мощ-ть , квар | |||
| Р, кВт | Q, квар | S, кВА | ||||||||
| 1 | ТП-1 | Цех № 1,2,3,4 | 851 | 272 | 893 | 2 | 630 | 0,71 | 1,4 | 272 |
| 2 | ТП-2 | Цех № 7,8,12 | 1832 | 630 | 1937 | 2 | 1600 | 0,6 | 1,2 | 630 |
| 3 | ТП-3 | Цех № 5,6,9,14,15 | 1414 | 455 | 1485 | 2 | 1600 | 0,46 | 0,92 | 455 |
| 4 | ТП-4 | Цех№10,11,22,21,13,18 | 934 | 283 | 976 | 2 | 1000 | 0,49 | 0,98 | 283 |
| 5 | ТП-5 | Цех № 17 | 1381 | 420 | 1443 | 2 | 1000 | 0,72 | 1,44 | 420 |
| 6 | ТП-6 | Цех № 16,20 | 2192 | 749 | 2316 | 2 | 1600 | 0,72 | 1,44 | 749 |
| 7 | ТП-7 | Цех № 19,23,26 | 2344 | 824 | 2481 | 2 | 2500 | 0.5 | 1,0 | 824 |
| 8 | ТП-8 | Цех № 24,25 | 1478 | 392 | 1529 | 2 | 1600 | 0,48 | 0,96 | - |
Анализируя величины и размещение электрических нагрузок цехов по территории завода и учитывая категории потребителей по степени бесперебойности питания, выбираем для системы внутреннего электроснабжения радиально-магистральную схему с резервированием. Распределительные устройства цехов, имеющие потребителей выше 1000 В, питаются по радиальной схеме с резервированием от шин ГПП. Распределительная сеть выше 1000 В по территории завода выполняется кабельными линиями, проложенными в траншеях. Намечаем варианты для выбора рационального напряжения распределительных сетей схемы внутреннего электроснабжения.
Вариант 1.
Электроэнергия распределяется внутри завода на напряжении 6 кВ.
Вариант 2.
Электроэнергия распределяется внутри завода на напряжении 10 кВ.
Вариант 3.
Электроэнергия распределяется внутри завода на напряжении 20 кВ.
Вариант 4.
Электроэнергия распределяется внутри завода на напряжении 6 и 10 кВ совместно.
Вариант 5.
Электроэнергия распределяется внутри завода на напряжении 6 и 20 кВ совместно.
1.3. Определение расчётных нагрузок линий сети 620 кВ
Расчётные нагрузки распределительной сети 620 кВ определяются по величинам расчётных нагрузок на шинах низшего напряжения ТП или на шинах РУ с учётом потерь мощности в трансформаторах и компенсации реактивной мощности на шинах РУ.
Потери активной и реактивной мощности в понизительных трансформаторах с высшим напряжением 620 кВ определяются в зависимости от действительной (расчётной) нагрузки (Sp):
для I
тр-ра
Расчётная
полная нагрузка
на шинах 0,4 кВ
ТП-1
кВА.
Расчётная
нагрузка на
шинах 0,4 кВ одного
тр-ра 630 кВА. Ѕ
кВА.
Потери активной и реактивной мощности : в одном трансформаторе 630 кВА:
кВт;
квар.
В двух тр-рах 630 кВА (при раздельной работе)
кВт;
квар.
Ввиду отсутствия данных, потери мощности в трансформаторах с высшим напряжением 20 кВ приняты как для трансформаторов с высшим напряжением 610 кВт.
По остальным трансформаторным п/ст, определением потерь в трансформаторах аналогичны и сведены в табл. 1.4.
| Вар. | Наим. п/ст | Число и мощн. тр-ров |
Расч.полн.нагр. Sр, кВА |
Потери акт.мощ., 2РТ, кВт |
Потери реакт.мощ., 2QТ, квар |
|
1, 2, 3 (тр-ры 620/0,4 кВ) |
ТП-1 | 2 х 630 | 893 | 11,2 | 106,8 |
| ТП-2 | 2 х 1600 | 1937 | 19,3 | 240 | |
| ТП-3 | 2 х 1600 | 1485 | 14 | 240 | |
| ТП-4 | 2 х 1000 | 976 | 10,4 | 142 | |
| ТП-5 | 2 х 1000 | 1443 | 17 | 142 | |
| ТП-6 | 2 х 1600 | 2316 | 25 | 240 | |
| ТП-7 | 2 х 2500 | 2481 | 20,4 | 325 | |
| ТП-8 | 2 х 1600 | 1529 | 14 | 240 |
Определяем расчётные нагрузки линий распределительной сети 620 кВ (по вар.).
Линия № 1 (Л-1, вариант 1, Uн=6 кВ).
Линия Л-1 питает ТП-3 от РУ-1 по двум кабелям: расчётная нагрузка Л-1 – это расчётная нагрузка со стороны высшего напряжения тр-ров ТП-3:
кВт;
квар,
где
,
-
рас чётные
нагрузки на
шинах низшего
напряжения
ТП-3.
Потребляемая мощность компенсирующих устройств со стороны высшего напряжения тр-ров ТП-3:
квар,
,
где tgн=0,33
– соотв. нормативному
значению коэффициента
мощности cosн
, равному 0,95.
Для ТП-3, не имеющей шин со стороны высшего напряжения тр-ров и территор.совмещенной с РУ-1, не имеет смысла устанавливать компенсирующие устройства на стороне выше 1000 В при Qку=230 квар.
Следовательно, полная расчётная нагрузка линии:
кВА
Расчётный ток в линии:
А
Линия № 2 (Л-2, вариант 1, Uн=6 кВ).
Линия Л-2 питает РУ-1 от ГПП. Расчётная нагрузка Л-2 без учёта компенсации реактивной мощности со стороны 6 кВ (на шинах РУ-1):
кВт;
квар,
где
,-
расчётные
нагрузки на
шинах РУ-1, создаваемых
приемниками
6 кВ цехов № 14 и
15.
Необходимая мощность компенсирующих устройств на шинах РУ-1:
квар,
- соотв. средневзв.
естеств. cosн=0,82,
tgн=0,33
– соотв. cosн
, равному 0,95.
Выбираем две ячейки конденсаторов мощностью по 500 квар каждая типа КУ-6-П, т.е. общая мощность компенсирующих устройств равна:
квар.
Потери активной мощности в конденсаторах ввиду их малости не учитываем.
Некомпенсированная реактивная мощность на шинах РУ-1 составит:
квар.
Тогда
кВА
Расчётный ток в линии:
А
Аналогично выполняется расчёт для линий варианта 1 и всех линий вариантов 2-5, этот расчёт сведен в табл. 1.5.
Таблица 1.5.
| Вариант | Номер линии | Назначение линии | Потребители электроэнергии, № цеха | Длина линии, км | Расчётная мощность |
cos/tg |
Потребл. мощн. комп. устр., Qку, квар |
Кол-во и мощн. ячеек конд., шт. и квар | Некомпенсир.реакт.мощн., Q, варр |
Полная расчёт.мощн.линии, Sр, кВА |
Расчётный ток линии, Iр, А |
|
|
|
|
|||||||||||
| 1 вариант ( 6 кВ) | Л-1 | ТП3 РУ-1 | 5,6,9,14,15 | 0,02 | 1428 | 695 |
|
230 | - | 695 | 1588 | 145 |
| Л-2 | РУ-1 ГПП | 5,6,9,14,15 | 0,23 | 2893 | 2047 |
|
1100 | 2х500 | 1047 | 3077 | 296 | |
| Л-3 | ТП-4 РУ-2 | 10,11,21,22,13 | 0,02 | 944,4 | 425 |
|
113 | - | 425 | 1035 | 99,5 | |
| Л-4 | РУ-2 ГПП | 10,11,21,22,13 | 0,08 | 5623 | 3059 |
|
1181 | 2х500 | 2059 | 5988 | 576 | |
| Л-5 | ТП-6 РУ-3 | 16, 20 | 0,02 | 2217 | 989 |
|
266 | - | 989 | 2333 | 215 | |
| Л-6 | РУ-3 ГПП | 16, 20 | 0,35 | 6156 | 3234 |
|
1170 | 2х500 | 2234 | 6550 | 630 | |
| Л-7 | ТП-1 ТП-2 | 1, 2, 3, 4 | 0,29 | 162 | 379 |
|
95 | - | 379 | 942 | 91 | |
| Л-8 | ТП-2 ГПП | 1, 2, 3, 4, 7, 8 | 0,27 | 2713 | 1249 |
|
352 | 1х500 | 749 | 2814 | 270 | |
| Л-9 | РУ-2 ТП-5 | 17, 24, 25, осв. | 0,28 | 2759 | 1194 |
|
246 | - | 1194 | 3006 | 288 | |
| Л-10 | ТП-5 ТП-8 | 24, 25, освещ. | 0,29 | 1492 | 632 |
|
134 | - | 632 | 1621 | 156 | |
| Л-11 | РУ-3 ТП-7 | 19, 23, 26 | 0,38 | 2364 | 1064 |
|
283 | - | 1064 | 2592 | 249 | |
,
кВт
,
квар
1.4. Выбор выключателей конца питающих линий и линий, отходящих от ГПП (ГРП)
Предварительный выбор выключателей производится по Uн, Iн дл и Sн откл. , при этом отключающая способность всех выключателей (для одного из вариантов) будет одна и та же, номинальный ток – различен.
а) Электроснабжение завода на напряжении 20 кВ.
Sс=600 МВА
1/0,8 2/0,8 3/3,4
К-2
Хс Хл Хт1
Sс=600
МВА 
К-2
1/4,82
Х рис. 1
Схема замещения. Точка К-2 (электроснабжение завода на U=20 кВ)
Схема замещения приведена на рис.1.
Исходные данные: Sб=Sс=600 МВА; Хс=0,8.
Суммарное сопротивление от источника питания до точки короткого замыкания (К-2) в относительных базисных единицах составляет:
,
где
-
сопрот.трехобмоточного
трансформатора
п/ст энергосистемы
в относительных
базисных единицах;
,
где
Ом/км
– индуктивное
сопротивление
воздушных линий
( 1 км)
Мощность, отключаемая выключателями:
МВА.
Выбираем предварительно для В2, В3, В4 и линий, отходящих от шин ГВП, выключатель ВМП-20 с номин. и расчётными данными:
б) Электроснабжение завода на напряжении U = 35/10 и 35/6 кВ.
Схема замещения приведена на рис.1.2.
,
где
-
сопротивление
тр-ра ГПП в
относительных
и базисных
единицах:
Мощность, отключаемая выключателями:
МВА.
Sс=600 МВА
1/0,8 2/1,81 3/0,79 4/3
К-2
Хс Хт Хл Хт1
Sс=600
МВА
К-2
1/6,2
Х рис. 1.2.
Схема замещения. Точка К-2 (электроснабжение завода на U=35/10 и 35/6 кВ)
Предварительно выбираем выключатели для В2, В3, В4.
МГГ-10-2000/500 с номинальными и расчётными данными:
для линий, отходящих от шин ГПП, при 6 и 10 кВ ВМП-10П с номинальными и расчётными данными:
Величины
для отходящих
линий по данным
табл. 1.5.
в) Электроснабжение завода на напряжении U = 110/20, 110/10 и 110/6 кВ.
где
.
Sс=600 МВА
1/0,8 2/1,61 3/2,4
К-2
Хс Хт Хл
Sс=600
МВА
К-2
1/4,81
Х рис. 1.2.
Схема замещения. Точка К-2 (электроснабжение завода на U=110/20, 110/10, 110/6 кВ)
Мощность, отключаемая выключателями:
МВА.
Предварительно выбираем следующие выключатели: для В2, В3, В4 и линий, отходящих от шин ГПП, при U = 20 кВ ВМП-20 с номинальными и расчётными данными:
Для В2, В3, В4 при U = 6 кВ МГГ-10 2000/500 с номинальными и расчётными данными:
Для В2, В3, В4 при U = 10 кВ ВМП-10 с номинальными и расчётными данными:
Для линий, отходящих от шин ГПП, при U = 6 кВ и U = 10 кВ ВМП-10П с номинальными и расчётными данными:
МВА.
1.5. Определение сечений кабельных линий распределительной сети 620 кВ
Линия Л-4, РУ-2 ГПП, Uн = 6 кВ (вар.1).
Линия Л-4, предназначенная для питания потребителей I и частично II и III категорий 10, 11, 22, 21, 13 и 18 цехов, выполняется двумя рабочими кабелями в целях обеспечения требуемой бесперебойности питания.
По нагреву расчётным током.
Расчётный ток нормального режима работы (на два кабеля) равен:
А
Расчётный ток послеаварийного режима работы (на один кабель) равен:
А
Выбираем сечение кабеля по нормальному режиму работы (Sн=2х150 мм2) и проверяем его по условиям послеаварийного режима работы:
S = 2х150 мм2; Iдоп = 600 А (при прокладке в траншее двух кабелей). Условия проверки кабеля по нагреву расчётным током следующие:
где
- допустимый
по условиям
нагрева ток
для кабеля с
алюминиевыми
жилами S
= 2х150 мм2
(U
= 6 кВ, при прокладке
в траншее четырех
кабелей сечением
по 150 мм2);
k – поправочный коэффициент на число работающих кабелей, лежащих рядом в земле, при расстоянии в свету между ними 100 мм.
По условиям допустимого нагрева и с учетом возможной перегрузки на 30% для кабеля с бумажной изоляцией (напряжением до 10 кВ) Sн=2х150 мм2:
1,3
=1,3*480=624
А
Следовательно, имеем:
Таким образом, выбранное сечение Sн=2х150 мм2 удовлетворяет условиям как норм., так и аварийного режимов работы.
По условию механической прочности:
Sт=10 мм2
3) По условиям коронирования кабелей принимаем минимально допустимое сечение
Sк=10 мм2
4) По допустимой потере U в норм. (Uдоп=5%) и аварийном (Uдоп=10%) режимах работы проверяется сечение Sн=2х150 мм2.
Используем
данные таблицы,
по которым
определяем
1%=0,56
км для сечения
Sн=2х150
мм2
l=0,08
км – длина линии
Л-4, РУ-2 ГПП.
км;
км.
Таким образом, выбранное сечение линии Л-4 Sн=2х150 мм2 соотв.всем условиям.
Выбор сечения кабеля по условиям экономической целесообразности
Для нахождения Sэц намечается несколько стандартных сечений кабеля: 2х150; 2х185; 2х240 мм2 и т.д. сводим в табл. 1.6.
Таблица 1.6.
| № п/п |
Sт, мм2 |
Кз |
Кз2 |
Рн, кВт/км |
q, т/км | С, т.руб/км |
л, км |
L, км |
С0, р/кВтч |
Т, ч |
| 1. | 2х150 | 0,48 | 0,23 | 67 | 2х1,2 | 2х4,75 | 3,0 | 0,08 | 0,016 | 8000 |
| 2. | 2х185 | 0,42 | 0,18 | 69 | 2х2,15 | 2х5,48 | ||||
| 3. | 3х150 | 0,32 | 0,1 | 67 | 3х1,2 | 3х4,75 | ||||
| 4. | 2х240 | 0,37 | 0,14 | 70 | 2х1,9 | 2х6,56 | ||||
| 5. | 3х185 | 0,28 | 0,08 | 69 | 3х1,5 | 3х5,48 | ||||
| 6. | 3х240 | 0,25 | 0,06 | 70 | 3х1,9 | 3х6,56 |
Продолжение табл. 1.6.
| № п/п |
Sт, мм2 |
Рq, кВт |
а, тыс.кВтч/год |
Сп, тыс.руб/год | Са, тыс.руб/год | Сэ, тыс.руб/год | Кл, тыс.руб | 0,125Кл, тыс.руб | Зл, тыс.руб | Ср ал.т |
| 1. | 2х150 | 2,5 | 20 | 0,32 | 0,05 | 0,95 | 0,37 | 1,52 | 0,56 | 0,38 |
| 2. | 2х185 | 2,0 | 16 | 0,26 | 0,05 | 0,31 | 1,75 | 0,22 | 0,53 | 0,48 |
| 3. | 3х150 | 1,07 | 8,6 | 0,14 | 0,07 | 0,21 | 2,3 | 0,29 | 0,50 | 0,58 |
| 4. | 2х240 | 1,5 | 12 | 0,19 | 0,06 | 0,25 | 2,1 | 0,26 | 0,51 | 0,61 |
| 5. | 3х185 | 0,88 | 7,05 | 0,11 | 0,08 | 0,19 | 2,6 | 0,33 | 0,52 | 0,72 |
| 6. | 3х240 | 0,67 | 5,4 | 0,09 | 0,1 | 0,19 | 3,2 | 0,4 | 0,59 | 0,91 |
Определяем Sэц по формуле:
S1=2х185 мм2; З1=0,53 т.руб./год; З1=-0,03; S1=80;
S2=3х150 мм2; З2=0,50 т.руб./год; З2=0,01; S2=30;
S3=2х240 мм2; З3=0,51 т.руб./год; З’1=110.
Принимаем ближайшее меньшее Sэц =2х185 мм2.
Зл
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
2х150 2х185 3х150 2х240 3х185 S, мм2
Выбор экономически целесообразного сечения распределительных линий З=f(S).
Вариант 1.
По величинам затрат и сечений построена кривая З=f(S). Выбор сечений ост. линий распределит. сети 6-20 кВ аналогичен и сведен в табл. 1.7.
Таблица 1.7.
| Вар. | Наиме-нование линии | Назначение линии | Кол-во кабел. | Расч. нагр. на 1 к. | Длина линии, км | Способ прокл. | Поправ. коэф. прокл. кабеля | |
|
в норм.р. Iр, А |
в авар.р. Imaxр |
|||||||
| вариант 1-5 | Л-1 | ТП3 РУ-1 | 2 | 72,5 | 145 | 0,02 | траншея | 0,9 |
| Л-2 | РУ-1 ГПП | 2 | 148 | 296 | 0,23 | 0,9 | ||
| Л-3 | ТП-4 РУ-2 | 2 | 50 | 100 | 0,02 | 0,9 | ||