Министерство образования и науки Республики Казахстан Карагандинский Государственный технический университет Кафедра ЭС иЭТ Курсовой проект по дисциплине: электроснабжение промышленных предприятий тема: Электроснабжение промышленных предприятий 2005 Задание и исходные данные для курсового проекта Для схемы электроснабжения предприятия (рисунок1.1) по исходным данным (таблица 1.1) определить: 1.По величине естественного коэффициента мощности cos 1 и средней мощности PC рассчитать необходимое количество и выбрать тип конденсаторов или комплектной конденсаторной установки для компенсации реактивной мощности до значения cos 2 0,98 (на сборных шинах ГПП). При определении средней мощности PC принять годовое число использования максимальной нагрузки TM 4000ч , а число часов работы предприятия TГ 5000 ч . Расчетный максимум нагрузки PM определить методом коэффициента спроса. Составить схему подключения конденсаторов к сети. 2.Определить величину оптимального напряжения для схемы внешнего электроснабжения. Расстояние от РП до ГПП равно l1 .Стандартное значение U ОПТ принять ближайшее к нестандартному, определенному по формуле. 3.Определить мощность и выбрать трансформаторы 35(110)/6 кВ и 6 / 0,4кВ ГПП. 4.Выбрать провода воздушной линии внешнего электроснабжения и кабели для подключения ТП предприятия. Длина воздушной линии l1 , кабельной l 2 . 5.Рассчитать токи к.з для точек схемы, назначенных на рис.1 и проверить оборудование ГПП по токам к.з. Мощность короткозамкнутой цепи Sк.з для шин 35 кВ равна 600 МВА, для шин 110 кВ-1200 МВА. 6.Рассчитать продольную дифференциальную защиту трансформаторов ГПП. Привести схему защиты. 7.Составить схему МТЗ с независимой от тока выдержкой времени и рассчитать уставки защиты. 8.Рассчитать заземление ГПП, приняв удельное сопротивление грунта с=2,5 104 Ом см. Таблица 1.1 Исходные данные Длины линий, км Данные для ГПП Возду- Кабель- групповая естест- коэффи- групповая естест- коэффи- шной ной номинальная венный циент номинальна венный циент 1 2 мощность cos Приемники 380 В 1 Pн1, кВт участия в я cos 2 участия максимуме мощность в Км1 Pн2, кВт максимуме Км2 10 0,5 4400 0,86 0,9 700 Рисунок 1.1 Схема электроснабжения предприятия 0,75 0,78 Содержание Введение 1. Выбор конденсаторной установки 1.1 Расчет электрических нагрузок 1.2 Расчет компенсирующей установки 2. Определение величины оптимального напряжения 3. Выбор силовых трансформаторов 4. Выбор сечения проводников 4.1 Выбор сечения проводников внешнего электроснабжения 4.2 Выбор сечения проводников кабельной линии 5. Расчет токов короткого замыкания 6. Выбор оборудования и проверка его по токам к.з. 6.3 Короткозамыкатели 7. Продольно-дифференциальная защита трансформаторов ГПП 8. Расчет параметров срабатывания МТЗ 9. Расчет заземления ГПП Заключение Список использованных источников Введение Системой электроснабжения называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др. По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ. Возникает необходимость внедрять автоматизацию систем электроснабжения промышленных предприятий и производственных процессов, осуществлять в широких масштабах диспетчеризацию процессов производства с применением телесигнализации и телеуправления и вести активную работу по экономии электроэнергии. В данной работе производится расчет и выборка оборудования главной понизительной подстанции (ГПП) и трансформаторной подстанции системы электроснабжения предприятия. 1. Выбор конденсаторной установки 1.1 Расчет электрических нагрузок 1.1.1 Определяем расход электрической энергии Wг, МВт WГ PH TГ K H , кВт, (1.1) где PН - суммарная номинальная мощность ГПП; TГ - годовое число часов работы предприятия, TГ 5000ч ; K Н - коэффициент использования активной мощности, K Н 0,5 . Суммарная номинальная мощность ГПП равна PH PH 1 PH 2 , кВт, (1.2) где PН1 – групповая номинальная мощность для ГПП; PН2 – групповая номинальная мощность приемников 380В. PH PH1 PH 2 4400 700 5100кВт Определяем коэффициент спроса Кс KC K H K M (1.3) где Км – коэффициент максимума. KM TГ 5000 1,25 TМ 4000 K C 0,5 1,25 0,625 (1.4) Раздельный расчет проводим для ГПП и ТП. 1.1.2 Расчет для ГПП a) Расчетный максимум активной нагрузки: PM 1 PH 1 K 1 K C , кВт (1.5) где K 1 0,9 - коэффициент совмещения максимумов. PM 1 4400 0,9 0,625 2475кBт b) Расчетный максимум реактивной нагрузки: QM 1 PM 1 tg1 , кВар, (1.6) где tg1 0,51 - определяется согласно известному cos 1 0,89 . QM 1 2475 0,51 1262,3кВар c) Расчетный максимум полной нагрузки: SM 1 PM2 1 QM2 1 24752 1262,32 2778,3кВА d) Средняя мощность: PC1 PM 1 2475 1980кВт KM 1,25 (1.7) (1.8) 1.1.3 Расчет для ТП а)Расчетный максимум активной нагрузки: PM 2 PH 2 K 2 K C , кВт, (1.9) где K 2 0,78 - коэффициент совмещения максимумов. PМ2= 700 0,78 0,625 341,3кВт б) Расчетный максимум реактивной нагрузки: QM 2 PM 2 tg 2 , кВар , (1.10) где tg 2 0,86 - определяется согласно известному cos 2 0,76 . Q M 2 341,3 0,86 293,5кВар с)Расчетный максимум полной нагрузки: S M 2 PM2 2 Q 2M 2 341,32 293,52 450 кВА (1.11) д) Средняя мощность: PC2 PM 2 341,3 273,1кВт KM 1,25 (1.12) 1.2 Расчет компенсирующей установки 1.2.1 Для уменьшения потерь, возникающих в результате присутствия реактивной мощности, используем компенсирующую установку на сборных шинах ГПП. Она компенсирует реактивную мощность, возникающую при работе активно–индуктивных приемников, изменением коэффициента мощности от первоначального значения на шинах ГПП (cosц1=0,89) до необходимого заданного значения (cosц=0,98). QКУ PC1 (tg1 tg ), кВар, (1.13) где 0,9 - коэффициент загрузки приемников по активной мощности; tg 0,2 - определяется согласно известному cos 0,98 . Q КУ 0,9 1980 (0,51 0,2) 552,4кВар Мощность каждой из двух используемых конденсаторных установок: Q КУ1 Q КУ 552,4 276,2кВар 2 2 (1.14) По рассчитанным данным выбираем две конденсаторных установки типа УК-0,38-450 НЛ(П). Технические характеристики выбранной установки приведены в таблице 1.2. Применяем автоматическое регулирование мощности конденсаторной установки по напряжению на шинах подстанции. Принципиальная схема автоматического одноступенчатого регулирования мощности конденсаторной батареи по напряжению приведена на рисунке 1.2. Таблица 1.2 Технические характеристики конденсаторной установки Тип конденсаторной установки УК-0,38-300 Номинальная реактивная мощность, кВар 450 Номинальное напряжение, кВ 0,38 Диапазон установок напряжения, % U HOM Диапазон изменения зоны нечувствительности, 90-110 % U HOM 0,5-6 Число управляемых ступеней 3 Масса, кг 1130 1В ТН КБ 1ЭВ ~ 1ВК 1В П ~ В-1 ПВ В-2 1ЭО 1В 2ВК П a 1Н 1В b РЗ 3ОК П П R 1Н 1Н В-1 1В 1В В-2 Рисунок 1.2 Схема автоматического одноступенчатого регулирования мощности конденсаторной батареи по напряжению В качестве пускового органа схемы используют реле минимального напряжения, имеющее один замыкающий и один размыкающий контакты. При понижении напряжения на подстанции ниже заданного предела реле 1Н срабатывает и замыкает свой размыкающий контакт 1Н в цепи реле В-1. Реле В-1 с заданной выдержкой времени замыкает свой размыкающий контакт в цепи электромагнита автоматически включения включается. При выключателей повышении и напряжения выключатель на шинах подстанции выше предельного значения реле 1Н возвращается в исходное состояние, размыкает свой контакт 1Н в цепи реле В-2. Реле В-2 срабатывает и с заданной выдержкой времени отключает выключатель 1В. Конденсаторная батарея отключается. Для отключения конденсаторной батареи от защиты предусмотрено промежуточное реле П. При действии защиты реле П срабатывает и в зависимости от положения выключателя осуществляет отключение выключателя, если он включен, или предотвращает включение выключателя на КЗ размыканием размыкающего контакта П. При многоступенчатом регулировании напряжение срабатывания пускового реле для каждой ступени выбирают в зависимости от заданного режима напряжения в сети. электрический нагрузка трансформатор энергоснабжение 2. Определение величины оптимального напряжения 2.1 По формуле Нигосова С.Н. определяем нестандартное напряжение U, кВ U 164 PС1 l , кВ , (2.1) где l - длина воздушной линии, l 13км ; РС 1 - передаваемая мощность, МВА. U 164 1,98 10 33,8кВ Выбираем из ряда стандартных ближайшее значение напряжения внешнего электроснабжения U =35 кВ. 3. Выбор силовых трансформаторов 3.1 В соответствии с требованиями ПУЭ для исследуемой системы следует использовать два трансформатора на ГПП и два трансформатора на ТП. 3.2 Начальная мощность каждого трансформатора для ГПП SM 1 PM2 1 QM 1 QКУ 2 24752 1262,3 552,4 2574,8кВА 2 (3.1) SHT1 0,7 SM 1 0,7 2574,8 1802,4кВA Выбираем два (3.2) трансформатора типа ТМ-2500/35. Технические характеристики трансформатора приведены в таблице 3.1 Таблица 3.1 Технические характеристики трансформатора ТМ-2500/35 Сочетание напряжений, Потери, PH , кВ кВт рматора кВА ВН НН PX PK ТМ-2500/35 2500 35 6,3 1,0 3,7 Тип трансфо- U K ,% i0 ,% 6,5 2,3 3.3 Номинальная мощность каждого трансформатора для ТП SM 2 PM2 2 QM2 2 341,32 293,52 450кВA (3.3) SHT 2 0,7 SM 2 0,7 450 315кВA Выбираем два трансформатора (3.4) типа ТМ-400/10. характеристики трансформатора приведены в таблице 3.2. Технические Таблица 3.2 Технические характеристики трансформатора ТМ-400/10 Тип трансформат ора ТМ-400/1075У1 PH кВт 400 Сочетание напряжений, Потери, кВ кВт ВН 10 НН 0,23 0,4 PX PK 1,05 4,5 U K ,% i0 ,% 4,5-4,7 2,3-3,7 4. Выбор сечения проводников 4.1 Выбор сечения проводников внешнего электроснабжения (ВЛ) 4.1.1 Определяем ток нагрузки IM1, A, соответствующий максимуму нагрузки на 35кВ I M1 PM1 1812 ,5 30,56 A 3 U C1 cos 2 3 35 0,98 (4.1) По току нагрузки, соответствующему напряжению 35кВ выбираем следующую марку голых сталеалюминевых проводов (таблица 4.1) Таблица 4.1 Токовая нагрузка голых сталеалюминевых проводов Алюминиевые провода Марка Токовая нагрузка, А АС-50 210 4.2 Выбор сечения проводников кабельной линии 4.2.1 Выбор производим по экономической плотности тока Sэ, мм2 SЭ IM jЭ , мм2 , (4.2) где IМ – ток в линии; jэ – экономическая плотность тока, А/мм2, jэ=1,4 А/мм2. IM PM 2 341,3 33,6 A 3 U C 2 cos 2 3 6 0,98 (4.3) SЭ I M 33,6 24 мм 2 jЭ 1,4 По справочнику принимаем сечение проводников с большим ближайшим нормированным током нагрузки (таблица 4.2). Таблица 4.2 Кабели силовые с алюминиевыми жилами Номинальное Число и сечение жил, ААБ напряжение, кВ мм Наружный диаметр, мм Масса 1км кабеля, т 6 3x85 28,3 0,6 2 5. Расчет токов короткого замыкания 5.1 Принимаем и рассчитываем базисные значения. За базисную мощность SБ принимаем мощность, равную 100МВт, а за базисные напряжения принимаем напряжения равные следующим значениям (таблица 5.1).Схема замещения для расчета токов к.з. приведена на рисунке 5.1. ХБС К1 К2 Х ВЛ 2 Х ВЛ 2 К3 ХТ К4 ХКЛ Рисунок 5.1 Схема замещения для расчета токов к. з. Определим базисный ток для ГПП IБ1, кА I Б1 SБ 100 1,6кА 3U Б1 3 37 Определяем базисный ток для ТП IБ2, кА (5.1) I Б2 SБ 3U Б2 100 0,5кА 3 115 (5.2) Таблица 5.1 Базисные условия S Б , МВт U Б1 , кВ U Б 2 , кВ I Б1 , кА I Б 2 , кА 100 37 115 1,6 0,5 Определяем сопротивление элементов схемы замещения в базисных единицах: 1. Сопротивление системы xБ .С . xБ .С . SБ 100 0,2 S КЗ 500 (5.3) 2. Сопротивление воздушной линии xБ . ВЛ . xУД l1 xБ .ВЛ . SБ 100 0,4 10 2 0,33 2 U Б1 35 (5.4) 3. Сопротивление трансформатора ГПП x Б.T. U КЗ1 % S Б 6,5 100 2,6 100 S НТ 100 2,5 4. Сопротивление кабельной линии xБ . KЛ . xУД l2 SБ 100 0,08 0,5 0,1 U Б2 2 6,32 xБ .T . (5.5) xБ .KЛ . (5.6) Рассчитаем эквивалентные сопротивления точек КЗ, и так как все элементы схемы производится замещения путем включены алгебраического последовательно, сложения то сопротивлений расчет этих элементов для каждой точки КЗ, обозначенной на схеме замещения . Результаты расчета эквивалентных сопротивлений и токов короткого замыкания для всех точек КЗ сведены в таблицу 5.2. Ниже приведены формулы, используемые при расчете: 1. Начальное значение периодической составляющей тока КЗ: I t 0 SБ 3 U Б xЭ , к (5.7) 2. Ударный ток в точке КЗ: iУ 2 KУ I t 0 , кА (5.8) где K У 1,8 - ударный коэффициент. 3. Наибольшее действующее значение тока КЗ: I У I t 0 1 2 K У 1 2 , кА (5.9) 4. Мощность КЗ для точки: S КЗ 3 U Б I t 0 , МВА (5.10) Таблица 5.2 Результат расчета параметров КЗ для точек КЗ Номер точки xЭ I t 0 , кА iУ , кА I У , кА S КЗ , МВА 1 0,38 4,21 10,73 6,36 270 2 0,59 2,71 6,91 4,09 174 3 3,19 2,88 7,34 4,35 32 4 3,31 2,80 7,14 4,23 31 к.з. 6. Выбор оборудования и проверка его по токам к.з. 6.1 Выключатели 6.1.1 Типы выбранных выключателей приведены в таблице 6.1 Таблица 6.1 Типы выбранных выключателей Номинальное напряжение, кВ Тип выключателя 35 ВМК-35Э-630/8 110 ВМП-110-200-4У2 Результаты проверки оборудования сведены в таблицу 6.2 Таблица 6.2 Высоковольтные выключатели Параметры для выбора и проверки выключателя нагрузки Номинальное Формула для выбора и Параметры Расчетные проверки выключателя, параметры U ном. а U ном. у 35 35 110 110 I ном. а I ном. у 630 59,7 200 35 I ном. о I р. о 8 4,21 4 2,88 S ном. о S р.о - 270 - 32 i у . доп i у . расч 26 10,73 10 7,34 напряжение выключателя нагрузки U HOM . A , кВ Номинальный длительный ток I HOM . A ,А Номинальный ток отключения I ном. о , кА Номинальная мощность отключения Допустимый ударный ток КЗ i у . доп , кА 6.2 Отделители 6.2.1 Типы выбранных отделителей приведены в таблице 6.3 Таблица 6.3 Типы выбранных отделителей Номинальное напряжение, кВ Тип отделителя 35 ОД-35/630У1 Выбор отделителей производим по тем же параметрам, что и выбор выключателей. Результаты выбора сведены в таблицу 6.4. Таблица 6.4 Отделители Параметры для выбора и проверки Формула для выбора и Параметры Расчетные отделителей проверки выключателя, параметры U ном. а U ном. у 35 35 I ном. а I ном. у 630 59,7 i у . доп i у . расч 80 6,91 Номинальное напряжение выключателя нагрузки U HOM . A , кВ Номинальный I HOM . A ток ,А Допустимый i у . доп длительный ударный ток КЗ , кА 6.3 Короткозамыкатели 6.3.1 Типы выбранных короткозамыкателей приведены в таблицу 6.5 Таблица 6.5 Типы выбранных короткозамыкателей Номинальное напряжение, кВ Тип короткозамыкателей 35 КЗ-35У1 Результаты проверки оборудования сведены в таблицу 6.6. Таблица 6.6 Короткозамыкатели Параметры для выбора и проверки Формула для выбора и Параметры Расчетные КРУ проверки выключателя параметры I ном. о I р. о 16 2,88 i у . доп i у . расч 52 7,34 Номинальный I ном. о ток отключения , кА Допустимый ударный ток КЗ i у . доп , кА Параметры для выбора и проверки Формула для выбора и Параметры Расчетные короткозамыкателей проверки выключателя параметры U ном. а U ном. у 35 35 i у . доп i у . расч 42 6,91 Номинальное выключателя нагрузки напряжение U HOM . A Допустимый ударный ток КЗ кА , кВ i у . доп , 7. Продольно-дифференциальная защита трансформаторов ГПП 7.1 При применении реле типа РНТ-565, имеющих быстронасыщающиеся трансформаторы, ток срабатывания защиты должен быть: I СР.З. 1,4 2 I HOM , А , где S H .T . I HOM 3 U C1 1802,4 3 37 (7.1) 28,16 A Принимаем I СР.З. 2 I HOM (7.2) Для шин 35 кВ имеем I СР . З . 78 А Схема продольно-дифференциальной защиты приведена на рисунке 7.1. YA T1 QF 2 K A T1 QF 8 - YA T2 на сигнал QF 2W + K A П + 1 K + H1 - + K H2 на сигнал QF 8 Рисунок 7.1 Схема продольно-дифференциальной защиты 8. Расчет параметров срабатывания МТЗ 8.1 Так как на схеме в линиях высокого и низкого напряжения нет заземленной нейтрали, то необходимо использовать защиту от межфазных КЗ с независимой от тока выдержкой времени. Ток срабатывания защиты для ГПП ICP.З, А, определяем по формуле I СР .З . где К НАД К С .З . КВ K НАД 1,2 I H .MAX (8.1) - коэффициент надежности; К С.З. 2,2 - коэффициент самозапуска; К В 0,8 - коэффициент возврата. Для шин 35кВ I H . MAX 59,7 A , следовательно I СР . З . 197 A Схема МТЗ приведена на рисунке 8.1. KH П YAT + П KT QF QF KA1 KA2 KA1 KA2 Рисунок 8.1 Схема МТЗ KT 9. Расчет заземления ГПП 9.1 Значение полного тока замыкания на землю на стороне высокого напряжения Iз , А, определяется из выражения IЗ U 35 l КЛ l ВЛ , A 350 (9.1) Для шин 35кА значение емкостного тока равно IЗ 35 35 0,5 10 5,75 А 350 . Сопротивление заземляющего устройства для сети высокого напряжения Rз, Ом, равно RЗ RЗ UЗ 10 Ом IЗ , (9.2) 250 43,4Ом 5,75 Принимаем Rз=50 Ом. В качестве заземлителя необходимо выбрать прутовой электрод длиной l 5м и диаметром d 12 мм . Тогда сопротивление одиночного прутового электрода такого исполнения определяется по эмпирической формуле R Э 0,00227 0,00227 2,5 10 4 56,75Ом 4 где 2,5 10 Ом см - удельное сопротивление грунта. Количество заземлителей n определятся из выражения (9.3) n RЭ RЗ где 0,6 - коэффициент использования заземления. Для шин 35кВ n 56,75 4 43,3 0,6 . (9.4) Заключение Современные угольные шахты - крупные потребители электрической энергии – предъявляют повышенные требования к электрооборудованию. Совершенствование систем электроснабжения осуществляется в направлении повышения пропускной способности их на основе повышения номинального напряжения распределительных и низковольтных сетей, с одновременным увеличением допустимой мощности короткого замыкания в шахтах. В курсовом проекте был произведен расчет схемы электроснабжения предприятия. В соответствии с исходными данными произведен расчет электрических нагрузок предприятия, выбраны понижающие трансформаторы 35/6 кВ и 6/0,38 кВ, выбрано и проверено оборудование подстанции. Также рассмотрены вопросы релейной защиты: рассчитана продольно – дифференциальная защита трансформаторов ГПП, составлена схема МТЗ с независимой от тока выдержкой времени, выбраны уставки защиты. Список использованных источников 1. Справочник по электроустановкам угольных предприятий. Под ред. Дегтярева В.В., Цепелинского Г.Ю., М.: Недра, 1988. 2. Справочник по электроснабжению угольных шахт. Под ред. Морозова В.П., М.: Недра, 1975. 3. Федоров А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергия, 1967. 4. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб для вузов по спец.”Электроснабжение”.-3-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш.шк.,1991.-496 с.: ил.
