Дипломная работа: Электроснабжение агломерационной фабрики металлургического комбината

2. Вариант.

У2=У’×DW2=1,3×3412232,72=4435915,536 руб. /год.

Полные затраты по вариантам:

З1=Ен×К1+И1+У1=0,125×9200+579,6+56936,672=58666,272руб. /год.

З2=Ен×К2+И2+У2=0,125·24980+1573,7+4435915,54=4440611,74руб. /год.

Приведенный технико-экономический расчет показал, что наиболее экономичный вариант: З1=58666,272 руб. /год.

Таким образом, принимаем первый вариант.

В систему распределения завода входят распределительные устройства низшего напряжения ППЭ, комплектные трансформаторные (цеховые) подстанции (КТП), распределительные пункты (РП) напряжением 6 кВ и линии электропередач (кабели, токопроводы), связывающие их с ППЭ.

Выбор системы распределения включает в себя решение следующих вопросов:

1. Выбор рационального напряжения распределения;

2. Выбор типа и числа КТП, РП и мест их расположения;

3. Выбор схемы РУ НН ППЭ;

4. Выбор сечения кабельных линий и способ канализации электроэнергии.

Рациональное напряжение определяется на основании ТЭР и для вновь проектируемых предприятий в основном зависит от наличия и значения мощности ЭП напряжением 6 кВ, 10 кВ, наличия собственной ТЭЦ и величины её генераторного напряжения, а также рационального напряжения системы питания. ТЭР не производится в следующих случаях:

-если мощность ЭП напряжением 6 кВ составляет менее 10-15% от суммарной мощности предприятия то рациональное напряжение распределения принимается равным 10 кВ, а ЭП 6 кВ получают питание через понижающие трансформаторы 10/6 кВ.

-если мощность ЭП напряжением 6 кВ составляет более 40% от суммарной мощности предприятия, то рациональное напряжение распределения принимается равным 6 кВ.

44,1 %

Согласно вышесказанному, рациональное напряжение распределения на данном предприятии принимается равным 6кВ.

Число КТП и мощность трансформаторов на них определяется средней мощностью за смену (Sсм) цеха, удельной плотностью нагрузки и требованиями надежности электроснабжения.

Если нагрузка цеха (Sсм i) на напряжение до 1000 В не превышает 150 - 200 кВА, то в данном цехе ТП не предусматривается, и ЭП цеха запитывается с шин ТП ближайшего цеха кабельными ЛЭП.

Число трансформаторов в цеху определяется по выражению:

где: Scм - сменная нагрузка цеха;

Sном. тр. - номинальная мощность трансформатора, кВА.

β - экономически целесообразный коэффициент загрузки:

для 1-трансформаторной КТП (3 категория) β = 0,95;

для 2-трансформаторной КТП (2 категория) β = 0,80‑0,85;

для 2-трансформаторной КТП (1 категория) β = 0,7‑0,75.

Коэффициент максимума для определения средней нагрузки за смену находится по выражению:

Kmax = Кс. / Ки.

Средняя нагрузка за смену определяется по выражению:

Pсм. = Pцеха / Кmax.

Учитывая, компенсацию реактивной мощности, определяем мощность компенсирующей установки: Qк. у. станд.

Средняя реактивная мощность заводского цеха с учетом компенсации, определяется из выражения:

Q'см = Qсм - Qк. у. станд,

где Qк. у. станд - стандартная мощность компенсирующей установки.

Полная мощность, приходящаяся на КТП с учетом компенсации реактивной мощности:

.

Цеховые трансформаторы выбираются по Sсм с учетом Sуд - удельной плотности нагрузки.

Удельная мощность цеха:

S/уд = S/см /F;

где F - площадь цеха .

Результаты расчетов средних нагрузок за наиболее нагруженную смену остальных цехов сведены в таблицу 9.

таб.9

При определении мощности трансформаторов следует учесть, что если Sуд не превышает 0,2 (кВА/м2), то при любой мощности цеха мощность

трансформаторов не должна быть более 1000 (кВА). Если Sуд находится в пределах 0,2-0,3 (кВА/м2) то единичная мощность трансформаторов принимается равной 1600 (кВА). Если Sуд более 0,3 (кВА/м2) то на ТП устанавливаются трансформаторы 2500 (кВА).

В качестве примера определяется число трансформаторов в цехе 8. Так как удельная плотность нагрузки Sуд=0,01 кВА/м<0,2, то целесообразно установить трансформаторы мощностью до 1000 кВА.

Предварительно выбирается 2 трансформатора мощностью по 160 кВА каждый марки ТМ-160/6. Выбранные трансформаторы проверяются по коэффициенту загрузки в нормальном режиме

;

Коэффициент загрузки в послеаварийном режиме:

;

Расчеты по выбору числа и мощности трансформаторов остальных цехов сведены в таблицу 10.

табл.10

Распределение энергии на территории предприятия осуществляем кабельными линиями.

Двух трансформаторные подстанции с потребителями 1 категории запитываются двумя нитями КЛЭП по радиальной схеме. Так же по радиальной схеме запитываются КТП с трансформаторами 2500 кВА.

Двух трансформаторные подстанции с потребителями 2 и 3 категории запитываются двумя нитями КЛЭП по магистральной схеме, а там где это невозможно из-за больших нагрузок - по радиальной схеме.

Для определения расчетной нагрузки кабельных линий необходимо определить потери мощности в трансформаторах КТП (смотри таб.11).

;

Где: ΔРхх - потери холостого хода трансформатора, кВт.

ΔРкз - потери короткого замыкания в трансформаторах, кВт.

n - число трансформаторов.

;

Где: Iхх - ток холостого хода трансформатора, %.

Uк - напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

Затем с учетом потерь мощности в трансформаторах находится расчетная мощность, по которой выбирается сечение кабелей

;

Находится ток в нормальном режиме:

где: n - число кабелей, работающих в нормальном режиме;

Sр - мощность, передаваемая кабелем.

Находится ток в послеаварийном режиме:

.

По таблице1.3.18 [1] выбирается ближайшее стандартное сечение. Предварительно принимается кабель трехжильный с алюминиевыми жилами для прокладки в земле, марки СШв. Выбор сечения КЛЭП производится в соответствии с требованиями ПУЭ с учетом нормальных и после аварийных режимов работы электрической сети. При проверке сечения кабеля по условиям после аварийного режима для кабелей напряжением до 10 кВ необходимо учитывать допускаемую в течение пяти суток, на время ликвидации аварии, перегрузку в зависимости от вида изоляции (при дипломном проектировании можно принять для кабелей с бумажной изоляцией перегрузку до 25% номинальной).

Поэтому допустимая токовая нагрузка кабеля при прокладке в земле в послеаварийном режиме:

Iдоп. пар=1.25. Iдоп.

Допустимая токовая нагрузка кабеля при прокладке в земле в нормальном режиме:

Iдоп. н. р. =Iтабл.

В качестве примера выбирается сечение кабельной линии ГПП-ТП цех.5.

Находится ток в нормальном режиме:

.

Находится ток в послеаварийном режиме:

.

По таблице 1.3.18 [1] выбирается ближайшее стандартное сечение. Предварительно принимается кабель трехжильный с алюминиевыми жилами для прокладки в земле марки СШв сечением F = 70мм2, Iдоп. = 245А.

Допустимая токовая нагрузка кабеля при прокладке в воздухе в нормальном режиме:

.

В послеаварийном режиме:

.

Результаты расчета сведены в таблицу 12,13.

Схема подключения кабелей показана на рисунке 6 и 7.

табл.11

табл.12

табл.13

Рис.6 Трассы КЛЭП 6 кВ.

Коротким замыканием (К. З.) называется всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой и землей, при котором токи в аппаратах и проводниках, примыкающих к месту присоединения резко возрастают, превышая, как правило, расчетные значения нормального режима.

Основной причиной нарушения нормального режима работы систем электроснабжения является возникновения К.З. в сети или в элементах электрооборудования. Расчетным видом К.З. для выбора или проверки параметров электрооборудования обычно считают трехфазное К. З.

Расчет токов К.З. с учетом действительных характеристик и действительных режимов работы всех элементов электроснабжения сложен.

Поэтому вводятся допущения, которые не дают существенных погрешностей: Не учитывается сдвиг по фазе ЭДС различных источников;

Трехфазная сеть принимается симметричной;

Не учитываются токи нагрузки;

Не учитываются емкостные токи в ВЛЭП и в КЛЭП;

Не учитывается насыщение магнитных систем;

Не учитываются токи намагничивания трансформаторов.

Расчет токов короткого замыкания в установках напряжением выше 1000 В имеет ряд особенностей:

Активные элементы систем электроснабжения не учитывают, если выполняется условие r< (x/3), где r и x-суммарные сопротивления элементов СЭС до точки К. З.

При определении тока К.З. учитывают подпитку от двигателей высокого напряжения.

Расчет токов короткого замыкания производится для выбора и проверки электрических аппаратов и токоведущих частей по условиям короткого замыкания, с целью обеспечения системы электроснабжения надежным в работе электрооборудованием.

Для расчета токов К.З. составляем расчетную схему и на её основе схему замещения. Расчет токов К.З. выполняется в относительных единицах.

Принципиальная схема для расчета токов КЗ. и схема замещения представлена на рисунке 8.

Базисные условия: Sб=1000 МВА, Uб1=115 кВ, Uб2=10,5 кВ.

Базисный ток определяем из выражения

кА.

 кА.

Сопротивление системы: Хс=

Точка К-1

Сопротивление воздушной линии, приведенное к базисным условиям

;

Х0-удельное реактивное сопротивление провода, Ом/км.

l-длина линии, км; Uб - среднее напряжение;

Сопротивления системы до точки К-1

ХК1=Хс+ХВЛ=0,1255+0,143=0,2685;

Начальное значение периодической составляющей тока в точке К-1:

 кА.

Принимаем значение ударного коэффициента kуд=1,8, тогда значение ударного тока

 кА.

Где Куд - ударный коэффициент тока К. З.2.45 [2] по таблице, кА.

I”по (к-1) - начальное действующее значение периодической составляющей, кА.

Мощность короткого замыкания:

МВА.

Точка К-2.

Точка К-2 расположена на напряжении 10 кВ.

Сопротивление силового трансформатора на ППЭ:

Трансформатор типа ТРДН-25000/110 с расщепленной обмоткой Н. Н.

.

К сопротивлениям до точки К1 прибавляется сопротивление трансформатора.

ХК2=ХК1+Хтр=0,2685+ (0,525+7,35) =8,1135

Ток короткого замыкания от системы:

кА.

В этой точке необходимо учитывать подпитку тока КЗ от синхронного двигателя. Определяется сопротивление подпитывающей цепочки. Сопротивление кабельной линии от двигателей ЦЕХа14 до ППЭ

;

Сопротивление двигателя:

;

Х”d - сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя

Сопротивления Хкл1 приводятся к параметрам двигателя.

Ток подпитки от синхронного двигателя

кА.

 кА.

 кА.

Принимаем значение ударного коэффициента kуд=1,93, тогда значение ударного тока

 кА.

Мощность короткого замыкания:

МВА.

Точка К-3.

Определяется периодическая составляющая тока короткого замыкания в точке К-3.

Сопротивление кабельной линии от шин РУНН ППЭ до РП:

F=240 l=0.175км; Х0=0,071 Ом/км.

ХК3=ХК2+ХКЛ=8,1135+0,0626=8,1761;

 кА.

Для проверки выключателя на отходящих линиях от РП, вводного выключателя при К.З. за выключателями необходимо знать подпитку от двигателей.

Ток подпитки от двигателей:

Сопротивление кабельной линии от двигателей ЦЕХа12 (двигатели 6кВ) до ППЭ

;

Сопротивление двигателя:

;

Х”d - сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя

Сопротивления Хкл1 приводятся к параметрам двигателя.

Ток подпитки от синхронного двигателя

кА.

 кА.

Полный ток короткого замыкания

=11,2+19,15=30,35 кА;

Приняв ударный коэффициент kуд=1,93, получаем ударный ток К. З.

 кА.

Мощность короткого замыкания:

МВА

Точка К-4

Определяется ток К.З. в точке К-4.

Для практических расчетов принято считать, что всё, находящееся выше шин ВН ТП есть система с бесконечной мощностью (Sс=¥; хс =0).

Расчет производится в именованных единицах для ТП-5 (ЦЕХ5)

Сопротивление трансформаторов ТМЗ-1600/6 таблица 2.50 [2]:

Rт=1 МОм; Хт=5,4 МОм;

Сопротивление трансформатора тока таблица 2.49 [2]:

Rт. т=2,7 МОм Хт, т=1,7 МОм;

Для определения сечения шинопровода находится расчетный ток в ПАР:

А.

Выбирается сечение шин:

;

где Ip-расчетный ток в аварийном режиме; Jэк - экономическая плотность тока Jэк=1 А/мм2.

мм2.

Выбираются шины прямоугольного сечения 80х8 с Iдоп. =1320 А. с двумя полосами на фазу длина шины 4м.

Сопротивление шин (R0=0.055 мОм/м Х0=0,126 мОм/м):

Rшин=0,11 мОм; Хшин=0,252мОм

Сопротивление автоматического выключателя: Rавт=0,13 мОм; Хавт=0,07 мОм. Результирующее сопротивление схемы замещения до точки K-4:

 мОм.

Ток короткого замыкания:

 кА.

Ударный коэффициент kуд=1,4 - для установок до 1000В.

 кА.

Мощность короткого замыкания:

Значение токов короткого замыкания по цементному заводу.

Таблица 8.

Определим минимальное сечение кабеля, по условиям термической стойкости, для точки К-2

 мм2

где С - тепловая функция, для кабелей 6 кВ с алюминиевыми жилами и бумажной изоляцией С=85 А. с2/мм2.

Определим минимальное сечение кабеля, по условиям термической стойкости, для точки К-3

 мм2

По режиму К.З. при напряжении выше 1 кВ не проверяются:

1. Проводники, защищенные плавкими предохранителями независимо от их номинального тока и типа.

2. Проводники в цепях к индивидуальным электроприемникам, в том числе к цеховым трансформаторам общей мощностью до 2,5 МВА и с высшим напряжением до 20 кВ, если соблюдены одновременно следующие условия:

в электрической или технологической части предусмотрена необходимая степень резервирования, выполненного так, что отключение указанных электроприемников не вызывает расстройства технологического процесса;

повреждение проводника при КЗ не может вызвать взрыва или пожара возможна замена проводника без значительных затруднений.

3. проводники к индивидуальным электроприемникам, указанным в пункте 2, а также к отдельным небольшим распределительным пунктам, если такие электроприемники и распределительные пункты являются неответственными по своему назначению и если для них выполнено хотя бы только условие приведенное в пункте 2.2.

в остальных случаях сечение проводников надо увеличить до минимального сечения, удовлетворяющего условию термической стойкости.

Так как в нашем случае выполняются все выше изложенные условия в пунктах 1,2 и 3, то сечения проводников увеличивать не будем

Электрические аппараты, изоляторы и токоведущие устройства работают в трех основных режимах: в длительном режиме, в режиме перегрузки и в режиме короткого замыкания.

В длительном режиме надежная работа аппаратов и других устройств электрических установок обеспечивается ограничением значения и длительности повышения напряжения или тока в таких пределах, при которых ещё гарантируется нормальная работа электрических установок за счет запаса прочности.

В режиме короткого замыкания надежная работа аппаратов, изоляторов и токоведущих устройств обеспечивается соответствием выбранных параметров устройств по условиям термической и электродинамической стойкости. Для выключателей, предохранителей и выключателей нагрузки добавляется условие выбора по отключающей способности.

При выборе аппаратов и параметров токоведущих частей следует обязательно учитывать род установки, температуру окружающей среды, влажность и загрязненность её и высоту установки аппаратов над уровнем моря.

Максимальный рабочий ток:

 А.

Разъединитель - это коммутационный аппарат, предназначенный для коммутации цепи без тока. Основное назначение разъединителя создание надежного видимого разрыва цепи для обеспечения безопасного проведения ремонтных работ на оборудовании и токоведущих частях электроустановок. Прежде чем оперировать разъединителем, цепь должна быть отключена выключателем. Во включенном положении разъединитель надежно, без каких-либо повреждений, выдерживает токи К. З.

Намечаем разъединитель РНДЗ1а - 110/1000 У1.

Определяется тепловой импульс при токе К. З.

с.

Вк - тепловой импульс.

Таблица 9.

Окончательно выбираем разъединитель РНДЗ1а-110/1000 У1 с приводом типа ПР-У1 или ПД-5У1.

Максимальный рабочий ток:

 А.

РУНН ППЭ комплектуются из шкафов типа КРУ. Приняты к установке шкафы типа К-104 производится на примере вводной ячейки с выключателем ВЭ.

Таб.10.

Выбор сборных шин не производится, т.к. они комплектуются вместе с ячейками.

Ячейки К-104 комплектуются выключателем типа ВЭ.

Намечаем выключатель ВЭ-6-40/1600У3

Таблица 11.

Где

Окончательно принимаем выключатель марки ВЭ-6-40/1600У3 так как он удовлетворяет условию выбора.

В качестве примера выбирается выключатель на отходящей линии то ППЭ до ТП2. Расчетный ток Iр=172 А.

Намечаем выключатель ВЭ-6-40/1600У3

Таблица 12.

Страницы: 1, 2, 3