Электроснабжение промышленного предприятия
Кроме того, некоторое оборудование имеет специфические условия проверки: высоковольтные выключатели проверяют на отключающую способность по току и мощности короткого замыкания. Для того чтобы обеспечить требуемый класс точности измерительных приборов, измерительные трансформаторы измеряют по допустимой вторичной нагрузке. Номинальный режим работы электроустановки характеризуется номинальными… Читать ещё >
Электроснабжение промышленного предприятия (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Задание
1. Выбрать электрическую схему главной понизительной подстанции.
2. Вычислить токи короткого замыкания для выбора оборудования.
3. Выбрать оборудование ГПП.
4. Выбрать и рассчитать комплекс защит линии, отходящей от ГПП к РП.
Исходные данные
1. Мощность системы SС=1500МВА.
2. Длина линии 110 кВ LЛ1= IЛ2=20 км.
3. Мощность трансформаторов 110/10кВ Sном т1= Sном т2=25МВ· А.
4. Напряжение короткого замыкания uк=10,5%.
5. Мощность, необходимая для собственных нужд подстанции 50кВ· А.
6. Максимальная нагрузка предприятия Sрм=25МВ· А.
7. Нагрузка РП РмрРП=5МВт.
8. cos ц = 0,95
Выберем схему ГПП с разъединителями и короткозамыкателями без выключателей и сборных шин на стороне высшего напряжения, так как такая схема является наиболее экономичной. На стороне низшего напряжения используем КРУ выкатного исполнения с двумя секциями шин.
Принципиальная силовая схема ГПП представлена на рис. 1.
Расчет токов короткого замыкания
Номинальный режим работы электроустановки характеризуется номинальными параметрами: Uном. Sном. Iном. Xном. Для того чтобы сопротивление схемы замещения были соизмеримы, ипользуют относительные единицы приведенные к базисным условиям Ввиду отсутствия данных о воздушной линии 110кВ, примем ее сечение ЗЧ95мм2.
Примем базисную мощность 100МВ· А.
Для точки к-1 базисное напряжение Uб1=115кВ.
Составим расчетную схему рис. 2
Рисунок — 2
Рисунок — 3
Вычислить базисные относительные сопротивления (для точки К-2):
Упрощаем схему замещения в точке К — 2 до вида:
Рисунок — 4
Определим результирующее полное сопротивление до точки к.з.
Определим ток короткого замыкания Определим ударный ток
Вычислив значение постоянной времени Та по рис. 3.2 определим значение ударного коэффициента: Ку=1,8.
Для точки к-2 базисное напряжение Uб2=10,5кВ.
Определим мощность короткого замыкания в момент отключения выключателя Вычислим базисные относительные сопротивления (для точки К-1)
Рисунок 4 — схема замещения для точки К-1
Упрощаем схему замещения в точке К — 1 до вида:
Рисунок — 6
2,47 < 3 => применяем графоаналитический метод расчета.
По расчетным кривым определяем кратность периодической составляющей I0 к.з. для моментов времени: 0с; 0,2с; ?.
Кп0 = 3,4; Кпф = 2,4; Кп? = 2,0.
Определим действующее значение периодического тока замыкания в различные моменты времени
I0 = Iном.u · Кп0 = 7,53 · 3,4 = 25,6 кА
Iф = Iном.u · Кпф = 7,53 · 2,4 = 18,1 кА
I? = Iном.u · Кп? = 7,53 · 2,0 = 15,1 кА Определим ток ударный в точке К — 1
iу = 1,41· I0 · Kу = 1,41 · 25,6 · 1,8 = 65,2 кА Определим мощность короткого замыканияв момент отключения выключателя
Sф = 1,73· Iф · Uб = 1,73 · 18,1 · 115 = 3605 МВ · А
Выбор высоковольтного оборудования
Все высоковольтное оборудование выбирают по номинальным параметрам:
— по номинальному току (по условию нагрева);
— по номинальному напряжению (пробой изоляции).
После того как выбрали оборудование, по этим параметрам проводят проверку на термическую и электродинамическую устойчивость току короткого замыкания.
Кроме того, некоторое оборудование имеет специфические условия проверки: высоковольтные выключатели проверяют на отключающую способность по току и мощности короткого замыкания. Для того чтобы обеспечить требуемый класс точности измерительных приборов, измерительные трансформаторы измеряют по допустимой вторичной нагрузке.
Выбор электрооборудования на 10кВ:
— шины;
— опорные изоляторы;
— вакуумный выключатель;
— трансформаторы тока;
— трансформатор напряжения.
Выбор электрооборудования на 110кВ:
— разъединитель.
Выбор шин
Шины выбирают по условию нагрева:
Iдл.доп.? Iм.р.,
Определяем максимально расчетный ток, кА:
где Uном. — номинальное напряжение на низшей стороне трансформатора, кВ.
Iдл.доп = 2820А? Iм.р.= 2020А.
По выбираем коробчатые шины.
Данные сечения шин проверяем на термоустойчивость к току короткого замыкания (q) находим по [2]: q = 775 мм2; б = 11.
Определяем минимально допустимое сечение:
qmin = б • I? • v tп,
qmin= 11 • 15,1 • = 105,5 мм2
где qmin — минимально допустимое сечение, при котором ток короткого замыкания не нагревает шину выше допустимой температуры, мм2;
Определяем приведенное время короткого замыкания:
tn = tn.n + tn.а,
tn = 0,39 + 0,014? 0,4
где tn.n — периодическая составляющая приведенного времени;
tn.а — апериодическая составляющая приведенного времени;
Определяем апериодическую составляющую приведенного времени:
tn.а 0,005 • (в'')2,
tn.а = 0,005 • (1,7) 2 = 0,014
Определяем кратность тока:
в'' =
Io = I'',
где I'' - переходный ток;
в'' - кратность тока.
q min < q
105,5 < 775
Выбранные шины по нагреву проходят, так как выполнятся условие.
Проверяем выбранные шины на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания:
Gдоп.? Gрасч.,
где Gдоп — дополнительное механическое напряжение в материале шин, (справочная величина зависит от материала шин);
Gрасч. — расчетное механическое напряжение в шинной конструкции, в результате действия электромагнитных сил при коротком замыкании.
где Fрасч — расчетная сила, действующая на шинную конструкцию, на изгиб, в момент протекания ударного тока;
W — момент сопряжения шины, по W =48,6 • 10-6 м3.
где l — длина пролета: в КРУ l = 1 м;
а — расстояние между соседними фазами: в КРУ, а =0,45 м;
80 МПа > =3,15 МПа.
Так как Gдоп = 80 МПа, а Gрасч = 3,15 МПа, то выбранные шины по электродинамической устойчивости проходят.
Выбираем опорные изоляторы
Выбираем изоляторы по номинальному напряжению, Uном., кВ:
Uном.? Uуст.,
Uном. = 6кВ; = Uуст = 6кВ По выбираем опорные изоляторы типа ИО — 10−3.75 У3.
Выбранные изоляторы проверяем на электродинамическую активность к токам короткого замыкания:
Fдоп.? Fрасч.,
где Fдоп — дополнительная сила, Н;
Fрасч — расчетная сила, действующая на изолятор, на изгиб, в момент протекания ударного тока;
По определяем дополнительную силу:
Fдоп. = 0,6 • Fразр. = 0,6 • 3675 = 2205Н;
Fразр = 9,8 • 375 =3675 Н;
Fрасч =1526 Н
Fдоп. = 2205Н > Fрасч = 1526 Н Следовательно, условие на электродинамическую активность к тока короткого замыкания выполняется Таблица 4 — Выбор опорных изоляторов
Тип оборудования | Условие выбора | Каталожные данные | Расчетные данные | |
ИО-10−3.75У3 | Uном.? Uуст Fдоп.? Fразр | Uном 10 кВ Fдоп = 2205 Н | Uуст. = 10 кВ Fрасч.= 1526 Н | |
Выбираем высоковольтный выключатель
По условиям технико — экономических показателей выбираем вакуумный выключатель. Преимуществами вакуумного выключателя являются: высокая электрическая прочность вакуума и быстрое восстановление электрической прочности; быстродействие и большой срок службы, допускающий большое число отключении номинального тока без замены камеры; малые габариты, бесшумность работы, удобство обслуживания; пригодность для частых операций.
Выбираем выключатель максимальному току:
Iном? Iм.р,
3150А > 2020 А.
По выбираем тип вакуумного выключателя: ВВЭ — 10 — 31,5 / 3150 У3.
Выбираем выключатель по напряжению:
Uном.? Uп/ст,
Uном.=10 кВ = Uп/ст =10 кВ Проверяем выключатель термоустойчивость к токам короткого замыкания:
где Iном т.у — номинальный ток термоустойчивости, кА;
tт.с. — время срабатывания, с; tт.с = 3
По номинальный ток термоустойчивости, Iном т.у = 31,5 А
Iном т.у =31,5 кА > 5,4 кА Условие проверки на термоустойчивость к токам короткого замыкания выполняется.
Проверяем выбранный выключатель на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания:
iм? iу,
где iм — предельный сквозной ток, кА;
iу — ударный ток, (62,5кА).
По предельный сквозной ток, iм = 80 кА.
iм = 80 кА > iу = 62,5кА.
Условие проверки на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания выполняется.
Проверяем выбранный выключатель на отключающую способность по току и мощности короткого замыкания:
Iном.откл? Iф,
S ном.откл? Sф,
где S ном.откл — номинальная мощность отключения, МВ • А;
Iном.откл — номинальный ток отключения, кА.
Определяем номинальную мощность отключения, МВ • А:
S ном.откл = • Iном.откл • Uср.1 = • 31,5 •10,5 = 572 МВ•А По Iном.откл =31,5 кА. Следовательно:
Iном.откл =31,5 кА > Iф=18,1 кА;
S ном.откл = 572 МВ •А > Sф= 188,5 МВ •А Условия на отключающую способность по току и мощности короткого замыкания выполняется.
Таблица 5. Выбор вводного вакуумного выключателя
Тип выключателя | Условие выбора | Каталожные данные | Расчетные данные | |
ВВЭ-10 31,5/3150 У3 | Iном? Iм.р Uном.? Uп/ст iм? iу Iном.откл? Iф S ном.откл? Sф | Iном = 3150 А Uном. = 10 кВ Iном т.с = 31,5 кА iм = 80 кА Iном.откл=31,5кА Sном.отк=572МВ•А | Iм.р = 2020А Uп/ст = 10 кВ tn= 0,4с I? = 15,1 кА iу = 62,5 кА Iф = 18,1 кА Sф = 3605 МВ•А | |
Выбор трансформатора тока
Рисунок — 7. Подключение измерительных приборов к трансформатору напряжения Выбираем трансформатор тока по номинальному току
Iном? Iм.р,
Iном = 3000 > Iм.р = 2020 А Выбираем трансформатор тока по номинальному напряжению:
Uном.? Uп/ст,
По определяем номинальное напряжение:
Uном = 10 кВ = Uп/ст = 10 кВ По выбираем трансформатор тока типа: ТШЛ-10/3000.
Выбранный трансформатор тока проверяем на термоустойчивость к токам короткого замыкания:
где Iном1 — номинальный ток первичной цепи, кА;
Кт.с. — коэффициент термической стойкости;
tт.с — время термической стойкости.
По Кт.с = 35. Следовательно:
35 > 6,6
Условие проверки на термоустойчивость к токам короткого замыкания выполняется.
Выбранный трансформатор тока проверяем на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания:
где Кдин. — кратность динамической устойчивости;
Iном.1 — номинальный ток, кА.
По кратность динамической устойчивости, Кдин = 100 А.
Кдин = 100 А > Кдин.расч = 14,7 кА.
Условие по электродинамической устойчивости к токам короткого замыкания выполняется.
Выполним проверку по допустимой вторичной нагрузке:
Z2доп. Z2,
где Z2доп — полное допустимое сопротивление вторичной нагрузки для класса точности равный 0,5, Ом;
Z2 — полное расчетное сопротивление вторичной цепи.
Z2? R2? 0,28 Ом;
R2 = Rпров.+ Rконт.+ R приб,
где Rпров — сопротивление соединительных проводов;
Rконт — сопротивление контакта, (0,1 Ом);
R приб — сопротивление приборов.
R2 = 0,073 + 0,1 + 0,104 = 0,28 Ом;
Определяем сопротивление проводов:
где l — длина соединительных проводов, (? 10 м);
q — сечение соединительных проводов.
Определяем сопротивление приборов:
где Sприб — мощность приборов, В А;
Iном.2 — номинальный ток вторичной нагрузки, А
Таблица 7. Расчет мощности приборов трансформатора тока
Тип прибора | S, В • А | |
Амперметр Э-335 | 0,1 | |
Счетчик активной нагрузки | 2,5 | |
Итого | 2,6 | |
По находим Z2доп. = 0,4 Ом.
Z2доп. = 0,4 Ом > Z2 = 0,28 Ом.
Условие по допустимой вторичной нагрузке выполняется.
Таблица 8. Выбор трансформатора тока
Тип оборудования | Условие выбора | Каталожные данные | Расчетные данные | |
ТШЛ-10/3000 | Uном.? Uп/ст Iном? Iм.р Z2доп.? Z2 | Uном =10кВ Iном = 3000 А Z2доп. = 120 В • А К т.с = 35 Кдин. = 100 | Uп/ст = 6кВ Iм.р = 2600 А Z2. = 28,5 В • А Кт.с = 6,3 Кдин = 10,4 | |
Выбор трансформатора напряжения
Выбираем трансформатор напряжения по номинальному напряжению:
Uном Uп/ст,
По определяем номинальное напряжение
Uном. = 10кВ = Uп/ст = 10кВ Для обеспечения требуемого класса точности измерительных приборов выполняем проверку по допустимой вторичной нагрузке:
S2доп. Sприб.,
где S2доп. — допустимая вторичная нагрузка, В • А;
Sприб — мощность измерительных приборов, В • А.
По определяем допустимую вторичную нагрузку S2доп = 75 В • А;
Таблица 9. Расчет мощности измерительных приборов
Наименование и тип прибора | Р, Вт | Q, В А | |
Вольтметр Э-375 | 2,0 | ; | |
Ваттметр | 3,0 | ; | |
Счетчик активной энергии | 4,0 | 9,7 | |
Счетчик реактивной энергии | 6,0 | 14,7 | |
Итого | 15,0 | 24,2 | |
Определяем мощность измерительных приборов, Sприб, В • А:
S2доп = 75 В • А > S2приб = 28,5 В • А Условие по допустимой вторичной нагрузке выполняется.
Таблица 10. Выбор трансформатора напряжения
Тип оборудования | Условие выбора | Каталожные данные | Расчетные данные | |
НТМИ-10−66 | Uном.? Uп/ст S2доп.? Sприб. | Uном =10кВ S2доп. = 75 В• А | Uп/ст = 10кВ S2приб. = 28,5 В• А | |
Выбираем высоковольтный разъединитель 110 кВ
Выбираем разъединитель по номинальному току:
Iном. Iм.р.,
Определим максимальный расчетный ток:
По выбираем разъединитель типа РДНЗ -1 — 630 У3, номинальный ток которого Iном. = 630А.
Iном. = 630А > Iм.р.= 183,7А Выбираем разъединитель по номинальному напряжению:
Uном. Uп/ст
110 = 110
Проверяем разъединитель на термоустойчивость к токам короткого замыкания:
;
;
Iном.т.у = 31,5 кА > 6,6 кА Условие на термоустойчивость к токам короткого замыкания выполняется.
Проверяем разъединитель на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания:
iм iу,
По iм = 80 кА, iу = 62,5 кА
iм = 80 > iу = 62,5
Условие на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания выполняется.
Выбор сечения отходящей кабельной линии 10 кВ
Согласно [4], длительно допустимый ток кабеля напряжением 10 кВ определится:
Iдл.доп? IмрРП / (k1 • k2)
где к1 — поправочный коэффициент, учитывающий удельное тепловое сопротивление почвы, определяется по табл. 1.3.23 (примем к1=0,87);
к2 — поправочный коэффициент, учитывающий количество работающих кабельных линий, лежащих рядом в земле, и расстояние в свету, определяется по табл. 1.3.26 (примем к=0,92);
По табл. 1.3.16 выбираем два кабеля (параллельное соединение) с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке сечением q=(ЗЧ120) мм2 при Iдл. доп = 2Ч240А.
Рассчитаем экономически целесообразное сечение qэк.
где j,к=1,2А/мм нормированное значение экономической плотности тока для заданных условий работы (примем более 5000 максимума нагрузки в год) по табл. 1.3.36 |4|.
Принимаем два кабеля сечением q=(3Ч150) мм2.
Проверяем условие пригодности выбранного кабеля по потерям напряжения (L — 0,4 км):
R0(20)=0,2070 м/км; Х0=0,0990 м/км — активное (при 20 °С) и индуктивное сопротивления трехжильной кабельной линии по табл. 3.5. cоsц — значение коэффициента мощности в период максимальных нагрузок за наиболее загруженную смену (примем соs ц=0,95).
Таким образом, к качестве линии, питающей РП, принимаем два параллельных кабеля с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестскающей массами изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке сечением q = (ЗЧ150) мм2; при Iдл. доп = 2Ч275А.
Выбор защиты линии, отходящей от ГПП к РП
В качестве защиты кабельной линии 10 кВ выберем двухступенчатую токовую защиту, первая ступень которой выполнена виде токовой отсечки, а вторая — в виде максимальной токовой защиты с независимой выдержкой времени.
Электрическая схема такой защиты приведена на рисунке 4.
Рисунок — 8
Чтобы рассчитать ток срабатывания реле КА1, КА2 и вычислить коэффициент чувствительности необходимо рассчитать ток короткого замыкания в конце кабельной линии, для этого составим схему замещения (см. рис. 5).
Вычислим базисные относительные сопротивления кабельной линии:
Рисунок — 9
Базисный ток (для точки К-З):
Ток КЗ в точке К — 3:
Вычислив значение постоянной времени Та по рис. 3.2 определим значение ударного коэффициента куд:
Ударный ток в точке К-З Уставку срабатывания реле КА1. КА2 (токовая отсечка) определим согласно (11.10) [2]:
где кнад — коэффициент надежности (примем 1,25); ксх — коэффициент схемы (для неполной звезды ксх=1); ктт — коэффициент трансформатора тока (ктт=400/5).
Согласно рекомендациям § 11.1 в данном случае ток срабатывания реле КАЗ, КА4 следует рассчитать следующим образом:
Для вычисления коэффициентов чувствительности защит рассчитаем ток двухфазного короткого замыкания (как минимальный ток КЗ) в конце кабельной линии.
При расчете режима двухфазного КЗ расчетное сопротивление цепи может быть получено путем удвоения расчетного сопротивления, вычисленного для трехфазного КЗ в конце кабельной линии. Это связано с тем, что эквивалентное сопротивление схем прямой и обратной последовательности можно считать одинаковыми.
Таким образом:
Коэффициент чувствительности токовой отсечки:
5 Коэффициент чувствительности МТЗ:
1. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий, под ред. А. А. Фёдорова, Москва, изд. Энергия, 1973 г.
2. Князевский Б. А., Липкин Б. Ю., Электроснабжение промышленных предприятий. 3-е издание, Москва, Металлургия, 1986 г.
3. Зелинский А. А., Старкова Л. Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учебное пособие для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1987 г.
4. Правила устройств электроустановок 6-е издание пер. и доп. с изм., Москва, Главгосэнергонадзор, 1998 г.
5. Липкин Б. Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. — М: Высшая школа, 1990;360 с.
6. Неклепаев Б. Н. Электрическая часть станций и подстанций — М: Энергоатомиздат, 1989 — 608 с.