Характеристика электроприемников завода. Расчет электрических и силовых нагрузок, составление их картограммы. Определение количества и мощности цеховых трансформаторных подстанций. Подбор электрического оборудования. Выбор схемы внешнего электроснабжения.
Проектирование любого звена системы электроснабжения промышленного предприятия (участка, отделения, цеха или завода в целом) должно начинаться с изучения технологических особенностей предприятия. На современных цементных заводах более 60% всей нагрузки от двигателей мощностью 400-1800 КВТ, для которых принимается напряжение 6000 В; для других двигателей - напряжение 380 В. Построение картограммы нагрузок производят на основании результатов определения расчетных нагрузок цехов, исходя из условия, что площади кругов картограммы в выбранном масштабе является расчетными нагрузками цехов. Так как часто расположение нагрузок по площади цехов неизвестно, то построить картограмму можно, исходя из условия, что нагрузка равномерно распределена по площади цеха, т.е. центр нагрузок цеха (центр окружности) совпадает с центром тяжести его площади. Силовые нагрузки напряжением до и выше 1000В наносят отдельно, а осветительные нагрузки в виде отдельных секторов - внутри круга, изображающего нагрузку напряжением до 1000 В.
План
1. Генеральный план завода.
2. Сведения об электрических нагрузках завода, таблица 1.
6. Расчет токов короткого замыкания, выбор и проверка электрических аппаратов
7. Выбор схемы внешнего электроснабжения по технико-экономическим показателям
Краткая характеристика предприятия и электроприемников завода торгового машиностроения.
Проектирование любого звена системы электроснабжения промышленного предприятия (участка, отделения, цеха или завода в целом) должно начинаться с изучения технологических особенностей предприятия.
Проектируемая система должна удовлетворять условиям надежности и экономичности, обеспечивать качество энергии у потребителя, безопасность, удобство эксплуатации и возможность развития. Зная технологию производства, можно легко и удобно составить схему электроснабжения любого технологического агрегата, линии или передела.
При составлении схемы нет необходимости записывать некоторые электроприемники от разных секций одной подстанции, так как отключение хотя бы части электроприемников не отразится на работе завода. Однако есть электроприемники и технологические агрегаты, осуществить питание которых необходимо только от независимых источников питания.
Зная динамику развития технологических нагрузок, необходимо учесть ее дальнейшее развитие и возможность объединения с основной схемой. Проектируемые схемы должны обладать эксплуатационно-структурной гибкостью.
Потребителем электроэнергии называется электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории. Приемником электрической энергии (электроприемником) называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид.
ПРОМЫШЛЕННОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ.
Сюда относятся заводы, производящие цемент, стекло, железобетонные изделия, кирпич и пр. Номинальные мощности электродвигателей на этих заводах изменяются в пределах: - для смесителей и бегунов - до 55 КВТ;
- цементных мельниц - до 1800 КВТ;
- вентиляторов, дробилок и компрессоров 300-1600 КВТ.
На современных цементных заводах более 60% всей нагрузки от двигателей мощностью 400-1800 КВТ, для которых принимается напряжение 6000 В; для других двигателей - напряжение 380 В.
Специфическими механизмами цементного завода, определяющими его производительность, являются вращающиеся печи длиной 127-230 м, диаметром 3,6-8 м; масса вращающихся частей 3000т и выше (рис. 1). Печи устанавливаются под углом 4° к горизонту и непрерывно вращаются с частотой вращения 1-1,5 об/мин. Вследствие большого пускового момента для привода применяются асинхронные двигатели с контактными кольцами мощностью 60-2х310 КВТ.
Для приводов шламового питателя и угольных шнеков, обслуживающих вращающиеся печи и требующих регулирования скорости, применяются приводы постоянного тока. Для прочих обслуживающих печь приводов элеваторов, транспортеров, маслонасосов, вентиляторов и т.д. применяются двигатели трехфазного тока. К числу электротехнологических установок цементной промышленности относятся электрофильтры.
Рис. 1
На стеклозаводах специфическими механизмами являются стеклотянульные и стеклопрокатные машины. Стеклотянульные машины мощностью 1,5-2,5 КВТ служат для вертикального вытягивания стекла (ВВС) шириной до 3 м со скоростью до 100 м/мин и горизонтального шириной до 4 м - сначала вверх, затем в горизонтальном направлении, толщина стекла 0,4-20 мм.
Стеклопрокатные машины мощностью 6,5 КВТ периодического действия вырабатывают отдельные листы, а непрерывного действия - ленту, разрешаемую после прохождения отжигательной печи. Полученные из стеклопрокатных машин листы шлифуются и полируются на автоматизированных конвейерах, оборудованных шлифовальными и полировальными станками (рис. 2). Стеклотянульные машины требуют регулировки скорости и имеют приводы постоянного тока, а стеклопрокатные машины и рольганги-приводы по системе ДГД и УТВД.
Автоматизированный конвейер шлифовки и полировки стекла имеет около сотни сблокированных приводов переменного тока - главные приводы, механизмы перекладывания стекла, шлифовальные и полировальные станки, присосные краны общей мощностью 2500-4500 КВТ; мощность наибольшего двигателя до 65 КВТ.
В последнее время производство стекол больших размеров выполняется по схеме флоутинг-процесса. В ванне с электрическим нагревом мощностью несколько мегаватт стекломасса находится под слоем расплавленного олова и выходит из ванны в виде непрерывной прозрачной ленты, не требующей шлифовки и полировки. Стеклянная лента проходит по конвейеру, затем термообработку в электрических печах и режется на необходимые размеры.
На заводах железобетонных изделий применяются: конвейеры по производству панелей перекрытий; бетономешалки емкостью 600-4500 л; бетоноукладчики, формовочные машины с вибраторами. Последние работают на повышенной частоте 200 Гц при напряжении 220 В; остальные приводы переменного тока работают на промышленной частоте 50 Гц. Электротехнологическими установками для заводов железобетонных изделий являются электросварка - дуговая и контактная - и электронагрев для предварительного напряжения арматуры.
Рис 2.
Напряжение силовых приемников в промышленности строительных материалов 380 В; для мощных приводов (крупных насосов, компрессоров, дымососов и др.) - 6 и 10 КВ. Большинство механизмов работает в продолжительном режиме, иногда периодическими циклами; производство имеет непрерывный характер.
К потребителям 1-й категории в промышленности строительных материалов относятся приводы вращающихся печей цементных заводов, останов которых может вызвать неравномерный нагрев и деформацию корпуса печи; компрессоры, вентиляторы и насосы, обеспечивающие производственные установки сжатым воздухом и водой. На стеклозаводах группу потребителей 1-й категории составляют машины для вытягивания или проката стекла и все механизмы, обслуживающие стекловаренную печь.
1. Условия окружающей среды
Выбор конструкции сетей и способов их выполнения осуществляется при проектировании на основе изучения технологии производства, условий окружающей среды, степени возгораемости конструкций зданий и сооружений, требований технической эстетики и других факторов.
Условия в помещениях, влияющие на выбор конструкции сетей, определяются температурой воздуха, влажностью, наличием агрессивных газов или пыли, возможностью возникновения условий взрыво- или пожарной опасности.
Для защиты сети от влияния окружающей среды ее элементы (шинопроводы, распределительные силовые шкафы, силовые ящики, осветительные щитки, электродвигатели и др.) имеют защитную оболочку, которой обычно является корпус изделия.
Величина мощности, месторасположение и вид электроприемников определяют структуру схемы и параметры элементов электроснабжения промышленных предприятий.
При проектировании обычно определяют три вида нагрузки: 1) среднюю за максимально загруженную смену Рдр макс. и среднегодовую Рср.г. Величина Рср.макс. необходима для определения расчетной активной нагрузки Рр, а величина Рср.г. - для определения годовых потерь электроэнергии;
2) расчетную активную Рр и реактивную Qp. Эти величины необходимы для расчета сетей по условиям допустимости нагрева, выбора мощности трансформаторов и преобразователей, а также для определения максимальных потерь мощности, отклонений и потерь напряжения;
3) максимальную кратковременную (пусковой ток) Іп; эта величина необходима для проверки колебания напряжения, определения тока трогания, токовой релейной защиты, выбора плавких вставок предохранителей и проверки электрических сетей по условиям самозапуска двигателей.
Для определения расчетной нагрузки существует ряд методов: 1) удельного расхода электроэнергии;
2) технологического графика работы электроприемников;
3) статистический;
4) упорядоченных диаграмм;
5) по установленной мощности и коэффициенту спроса;
6) метод удельной нагрузки на единицу производственной мощности.
Для определения расчетной нагрузки завода торгового машиностроения применим метод коэффициента спроса. При использовании этого метода расчетные нагрузки цехов определяют по формуле.:
(1) где - расчетная мощность i-го цеха;
Рн - установленная мощность i-го цеха.
На основании приведенных расчетов аналогично проводим расчет расчетной нагрузки остальных цехов. Результаты сводим в таблицу 2.
Таблица 2 ? Расчет электрических нагрузок
№ цеха Установленная мощность 0,4/6 КВТ Категория потребителей Метод расчета Расчетная мощность до 1 КВ Расчетная мощность свыше 1 КВ Радиус окружности
1 180 II коэффициент спроса 126 6,33
2 320 II 224 8,45
3 250 I 175 7,47
4 130 I 91 5,38
5 180 II 126 6,33
6 240 I 168 7,31
7 30 II 21 2,59
8 80 I 56 4,22
9 290 II 203 8,04
10 100 II 70 4,72
11 580 I 406 11,37
12 250 I 175 7,47
13 1530 I 1071 18,47
14 1420 I 994 17,79
15 580 I 406 11,37
16 160/1200 I 112 840 5,97/16,36
17 760 I 532 13,02
18 150 I 105 5,78
19 1360 I 952 17,41
20 760 I 532 13,02
21 900 I 630 14,16
22 80 II 56 4,22
23 350 III 245 8,83
24 40 II 28 2,99
3. Определение количества и мощности цеховых ТП
Выбор трансформаторов.
Имеем подстанцию энергосистемы, на которой установлены 2 двухобмоточных трансформатора мощностью 16 000 КВА каждый, с первичным напряжением 110 КВА и вторичным - 6 КВ.
Трансформаторы для питания каждого цеха выбираем по экономической мощности, которая определяется: (2)
Где Рн- активная мощность, КВТ
Qн- реактивная мощность, квар
Например: (3)
Подбор трансформаторов ТП осуществляем по экономической мощности, коэффициенту загрузки, аварийному коэффициенту загрузки, категоричности потребителя.
Выберем трансформатор (цех №1): (4)
С учетом коэффициентов загрузки выбираем трансформатор: (5)
Уменьшим число трансформаторных подстанций. Для этого на генеральном плане изменим компоновку схемы электроснабжения. При этом изменится нагрузка отдельных ТП (следует перебрать трансформаторы на ТП). Данные по перекомпоновке сведены в таблицу 4.
Таблица 3 ? Трансформаторы на ТП
№ цеха Установл. мощность Электрическая мощность Sэк, КВА Тип трансформатора Коэффициенты загрузки Паспортные данные
Картограмму электрических нагрузок наносят на ситуационный план предприятия для определения местоположения цеховых трансформаторных подстанций (ТП) и главной понизительной подстанции (ГПП). Построение картограммы нагрузок производят на основании результатов определения расчетных нагрузок цехов, исходя из условия, что площади кругов картограммы в выбранном масштабе является расчетными нагрузками цехов.
В качестве расчетной нагрузки для построения картограммы принимают активную расчетную мощность каждого цеха, так как реактивная мощность цеха подлежит компенсации.
Радиусы окружностей для каждого цеха находят из выражения: , мм (7) где Ррі - расчетная активная нагрузка i-го цеха, КВТ;
m - масштаб площади круга, КВТ/мм2;
ri - радиус окружности, мм.
Для цеха 3: Нагрузка 0,4 КВ: , мм
На основании приведенного примера аналогично проводим расчет для других цехов. r1=6,33 мм r2=8,45 мм r3=7,47 мм r4=5,38 мм r5=6,33 мм r6=7,31 мм r7=2,59 мм r8=4,22 мм r9=8,02 мм r10=4,72 мм r11=11,37 мм r12=7,47 мм r13=18,47 мм r14=17,79 мм r15=11,37 мм r16=5,97/16,36 мм (0,4/6 КВ) r17=13,02 мм r18=5,78 мм r19=17,41 мм r20=13,02 мм r21=14,16 мм r22=4,22 мм r23=8,83 мм r24=2,99 мм
Так как часто расположение нагрузок по площади цехов неизвестно, то построить картограмму можно, исходя из условия, что нагрузка равномерно распределена по площади цеха, т.е. центр нагрузок цеха (центр окружности) совпадает с центром тяжести его площади.
Силовые нагрузки напряжением до и выше 1000В наносят отдельно, а осветительные нагрузки в виде отдельных секторов - внутри круга, изображающего нагрузку напряжением до 1000 В. Величины нагрузок наносят рядом с кругами.
Центр электрических нагрузок (ЦЭН) промышленного предприятия в целом определяют с помощью аналитического метода сложения параллельных нагрузок. В декартовой системе координат оси наносят на план произвольно, координаты центра электрических нагрузок определяют по формулам: , мм (8)
, мм (9) где Рі - полная нагрузка i-го цеха, КВ·А;
хі, уі- координаты центра нагрузок i-го цеха, мм;
хо, уо - координаты центра нагрузок предприятия, мм.
Реально координаты ЦЭНА, т.е. положение распределительной подстанции (РП) или ГПП, принимается с учетом застройки генплана предприятия производственными цехами и расположением заводских коммуникаций (трубопроводы, эстакады, рельсовые пути и т.д.).
4.2 Размещение ГПП, РП на территории предприятия
В данном разделе рассматривают и решают вопросы передачи электроэнергии от ГПП к цехам и административно-производственным зданиям предприятий.
В первом приближении местоположение ГПП может быть выбрано в ЦЭН. Однако выбранное таким образом расположение подстанции должно корректироваться с учетом конкретных условий производства, его территория и т.д. Для расположения подстанции с ее реальными геометрическими размерами необходима определенная свободная площадь на территории предприятия. Также необходимо предусмотреть наличие определенной площади для конструктивного осуществления кабельных трасс, эстакад и линии.
В условиях Севера предпочтение нужно отдавать прокладке кабелей по эстакадам. Контрольные кабели для цепей управления и защиты по территории ОРУ также необходимо вести по надземным конструкциям. Эта рекомендация вызвана тем, что прокладка кабелей в траншеях и каналах затрудняет условия эксплуатации. В короткий летний период каналы и траншеи обводняются, и при замерзаниях в зимних условиях происходит разрыв кабелей. Расположение ГПП, воздушных и кабельных линий не должно создавать затруднения для внутризаводского транспорта. Следует также принимать во внимание требования технической эстетики и промышленной архитектуры. Приведенные выше соображения часто вынуждают располагать ГПП на границе или вблизи территории предприятия.
ОРУ-110 КВ в условиях Севера подвергаются сильным снежным заносам. В связи с этим оборудование открытых распределительных устройств (ОРУ) (ЛР, ШР, ошиновки) размещают на высоте 5-6 м, соответственно подняв их приводы. Для удобства обслуживания и ремонтов оборудования сооружают стационарные площадки. При компоновке подстанцию ОРУ следует располагать с наветренной стороны, что обеспечивает минимальные снежные заносы.
Расположим ГПП на генеральном плане в соответствии с найденными координатами центра электрических нагрузок.
Изобразим структурную схему ГПП. ГПП имеет две секции. Распределим цеховые нагрузки поровну на каждой из секций. Рассчитаем средние токи Іср на каждой из отходящих линий: , А (10) где Рср- средняя нагрузка на отходящей линии, КВА;
Uн = 6 КВ- номинальное напряжение на линии;
cos ? = 0,85 - коэффициент мощности.
Например, для линии 1: (11)
На основании приведенного примера аналогично проводим расчет для других линий и результаты сводим в табл. 5.
Таблица 5 - Параметры ГПП секция ячейка Іср, А I Главная линия 911,81
1 94,59
2 345,61
3 243,66
4 (резерв) 227,95
I I Главная линия 985,38
1 160,23
2 239,94
3 333,17
4 (резерв) 252,04
5 111,89
6 48,34
4.3 Размещение ТП и РП на территории предприятия
При размещении ТП и РП относительно цехов необходимо учесть взрыво- и пожарную опасность цеха. В зависимости от оборудования цеха и технологических процессов, происходящих в нем, можно выделить 3 группы цехов: безопасный, пожароопасный, взрывоопасный. Соответственно, ТП и РП могут располагаться относительно цеха следующим образом: встроенное, пристроенное, отдельно стоящее.
Таблицу 6 ? Характеристика цехов по взрыво- и пожарной опасности и расположение ТП и РП
№ТП и РП Характеристика цеха Расположение ТП и РП
РП-1 пожароопасный пристроенное
РП-2 пожароопасный пристроенное
РП-3 пожароопасный пристроенное
РП-4 пожароопасный пристроенное
РП-5 пожароопасный пристроенное
РП-6 пожароопасный пристроенное
РП-7 пожароопасный пристроенное
РП-8 пожароопасный пристроенное
РП-9 пожароопасный пристроенное
РП-10 пожароопасный пристроенное
РП-11 взрывоопасный отдельно стоящее
РП-12 пожароопасный пристроенное
ТП-13 пожароопасный пристроенное
ТП-14 пожароопасный пристроенное
РП-15 пожароопасный пристроенное
ТП-16 взрывоопасный отдельно стоящее
ТП-17 пожароопасный пристроенное
РП-18 пожароопасный пристроенное
РП-19 пожароопасный пристроенное
ТП-20 пожароопасный пристроенное
ТП-21 пожароопасный пристроенное
ТП-22 пожароопасный пристроенное
ТП-23 безопасный встроенное
ТП-24 безопасный встроенное
5. Выбор электрооборудования подстанции 110/6 КВ
Электрические аппараты, изоляторы и токоведущие устройства работают в условиях эксплуатации в трех основных режимах: длительном, перегрузки (с повышенной нагрузкой, которая для некоторых аппаратов достигает значения до 1,4 номинальной) и короткого замыкания.
В длительном режиме надежная работа аппаратов, изоляторов и токоведущих устройств обеспечивается правильным выбором их по номинальному напряжению и току.
В режиме перегрузки надежная работа аппарата и других устройств электрических установок обеспечивается ограничением значения и длительности повышения напряжения или тока в таких пределах, при которых еще гарантируется нормальная работа электрических установок за счет запаса прочности.
В режиме короткого замыкания надежная работа аппаратов, изоляторов и токоведущих устройств обеспечивается в соответствии выбранных параметров устройств условиям термической и электродинамической стойкости. Для выключателей, предохранителей и выключателей нагрузок добавляется условия выбора их по отключающей способности.
При выборе аппаратов и параметров токоведущих устройств следует учитывать места установки (в помещении или на открытом воздухе), температуру окружающей среды, влажность и загрязненность ее, и высоту установки аппаратов над уровнем моря.
При составлении схемы для расчетов токов к.з. для каждого аппарата выбирают такой режим, при котором он находился бы в наиболее тяжелых, но реальных условиях работы. Не учитывают только такие режимы, которые не предусмотрены для продолжительной эксплуатации.
За расчетную принимают такую точку к.з., при которой через аппарат проходит наибольший ток. Исключение из этого положения отмечены для каждого аппарата при рассмотрении методики его выбора и проверки.
Выбор по номинальному напряжению.
Номинальное напряжение аппарата, указанное на его заводской табличке, соответствует уровню его изоляции, причем нормально всегда имеется некоторый запас электрической прочности, позволяющей аппарату неограниченно длительное время работать при напряжении на 10-15% выше номинального. Это напряжение называют максимальным рабочим напряжением аппарата. Так как отклонение напряжения в условиях эксплуатации обычно не превышают 10-15% номинального, то при выборе аппаратов по напряжению достаточно выполнить условие: Uном. у. ? Uном. а, КВ (12) здесь Uном.у - номинальное напряжение установки;
Uном.а - номинальное напряжение аппарата, Uном.а Uном.а. Uном.у. Up.у., КВ (13) где Uном.а, Uном.а - допустимое повышение сверх номинального, при котором завод-изготовитель гарантирует номинальную работу кабеля, аппарата или изолятора;
Uном.у, Up.у - возможное отклонение рабочего напряжения установки от номинального в условиях эксплуатации.
Для электрических аппаратов, изоляторов и кабелей в условиях эксплуатации допускают некоторые повышения напряжения. Ниже приведены допустимые отклонения напряжения номинального Uном.а: Кабели ……………………………………………………………….…..1,1
Разрядники ……………………………………………………………...1,25
Разъединители ………………………………………………………….1,15
Выключатели …………………………………………………………...1,15
Реакторы ………………………………………………………………...1,1
Трансформаторы тока ………………………………………………….1,1
Трансформаторы напряжения …………………………………………1,1
Предохранители ………………………………………………………...1,1
Выбор по номинальному току.
Номинальным током Іном.а аппарата называют ток, который при номинальной температуре окружающей среды может проходить по аппарату неограниченно длительное время и при этом температура наиболее нагретых частей его не превышает длительно допустимых значений.
Правильный выбор аппарата по номинальному току обеспечивает отсутствие опасных перегревов частей аппарата при его длительной работе в нормальном режиме. Для этого необходимо, чтобы максимальный действующий ток цепи Ір.м за время t > 3T не превышая номинального тока аппарата: Ір.м ?Іном.а, А (14)
Максимальный рабочий ток цепи, имеет место для цепей параллельных линий при отключении одной из них; для цепей трансформаторов при использовании их перегрузочной способности; для нерезервированных кабелей при использовании их перегрузочной способности; для сборных шин станций и подстанций и шин в цепях секционных и шиносоединительных аппаратов при наиболее неблагоприятных условиях эксплуатационного режима; для генераторов при их работе с номинальной мощностью и напряжении, сниженным на 5% относительно номинального.
Выбранные по номинальным условиям электрические аппараты, изоляторы и токоведущие устройства проверяются на электродинамическую и термическую стойкость при к.з. Отключающие аппараты, кроме того, должны быть проверены и по отключающей способности относительно токов к.з.
Исходя из вышесказанного, производим выбор и проверку электрооборудования на стороне 10-110 КВ.
Выбор и проверка выключателей
Таблица 7 - Выбор и проверка выключателя ВММ-10-320-10T3 первой секции (I сек. 1 ячейка).
Параметр Обозначение Формула Расчет
Номинальное напряжение, КВ U ном.а U ном.а ?U ном.у 10?6
Номинальный ток отключения, КА Jном.о J ном.о ? J р.о 10 ? 0,62
Обозначения: Jp.о.- расчетное значение тока трехфазного к.з. в момент времени тр.о. КА; Sp.о - мощность к.з. (соответствующая току Jp.о), тыс. КВ*А; іу.р - расчетный ударный ток к.з., КА; Капв - коэффициент уменьшения отключаемой мощности выключателя при наличии АПВ; тном. т.с - время, к которому отнесен номинальный ток термической стойкости Jном.т.с. (у выключателей отечественного производства тном. т.с принимают равным 5 и 10 с); тп - приведенное время к.з., с.
Аналогично проверяем все оставшиеся выключатели. В случае не выполнения хотя бы одного из условий выключатель подбирается заново.
Таблица 8 - Выключатели.
№ Тип выключателя Uн, КВ Ін, А Іоткл, КА
I c ВМГ-10-1000-20У3 10 1000 20
2 ВММ-10-400-10У2 10 400 10
3 ВММ-10-320-10Т3 10 320 10
4 ВММ-10-320-10Т3 10 320 10
II c ВМГ-10-1000-20У3 10 1000 20
1 ВММ-10-320-10Т3 10 320 10
2 ВММ-10-320-10Т3 10 320 10
3 ВММ-10-400-10У2 10 400 10
4 ВММ-10-320-10Т3 10 320 10
5 ВММ-10-320-10Т3 10 320 10
6 ВММ-10-320-10Т3 10 320 10
Выбор и проверка шин
Сечение шин выбирается по длительно допустимому току и экономической целесообразности. Проверку шин производят на электродинамическую и термическую стойкость к токам к.з.
Выбор шин по длительно допустимому току.
Длительно допустимый ток для прямоугольных шин: Jдоп. = к1*к2*к3*Jдоп.о, А (15) где Jдоп.о - длительно допустимый ток полосы при температуре шины ш=70 о С, температура окружающей среды о.с.=25 ОС и расположение шин вертикально (на ребро); к1 - поправочный коэффициент при расположение шин горизонтально(к1=0,95); к2 - поправочный коэффициент длительно допустимого тока для многополосных шин; к3 - поправочный коэффициент для шин при температуре окружающей среды, отличной от 25 о С.
Проверка шин на электродинамическую и термическую стойкость к токам к.з. Для соблюдения условий достаточной механической прочности шин при токах к.з. расчетное напряжение в шинах не должно превосходить допустимого механического напряжения для данного металла шин на изгиб.
Применительно к системе и конструкции, допустимое максимальное усилие на изгиб в шине в зависимости от допустимого механического напряжения sдоп. определяют из выражения: Fдоп.=10* доп*W/ l, (16) где W - момент сопротивления, см3; l - длина пролета между изоляторами, см.
Расчетное усилие от динамического воздействия тока к.з. определяют из выражения:
Fp=1.76*i2у.р.*l/a*10-2, (17)
Из требования Fp < Fдоп., следует: , (18) или , (19)
Максимальное расчетное напряжение в шинах р определяют для однополосных шин
Па, , Па (20)
Для определения электродинамического усилия в однополосных шинах, создаваемого током к.з., используют номограмму. Электродинамическую стойкость медных и алюминиевых шин определяют. Шины должны проверяться на механический резонанс.
Для соблюдения условий термической стойкости шин необходимо, чтобы проходящий по ним ток к.з. не вызывал повышения температуры сверх предельно допустимой при кратковременном нагреве. Значение этих температур, при составление которых было принято условие, что до возникновения к.з., температура шин была не выше температуры, при номинальной нагрузке. Практически всегда шины в нормальных режимах имеют температуру ниже номинальной, а при проверке стандартного сечения шин по термической стойкости следует выбирать меньшее стандартное ближайшее значение.
Таблица 9 - Выбор и проверка шин типа ШММ-1125
Выбираемая и проверяемая величина Формула Расчет
Номинальный ток, А Jном. ? Jp. 1125 ? 985,38
Допустимое напряжение на изгиб, однополосные шины, Па Проверка по условию невозможна
Расстояние между прокладками ????? 1,5 м
Сечение шины по термической стойкости, St.с. мм2 Проверка по условию невозможна
Обозначения: t0 - приведенное время, с; W - момент сопротивления, см3; l - расстояние между опорными изоляторами вдоль оси шин, см; a - термический коэффициент; J - удельные усилия, соответственно между фазными шинами и полосами шин одной фазы, определяемые по формуле, Н/см: J=1.76*10-2*i2у.*l/a, (21) где а - расстояние между осями шин, см; іу. - ударный ток к. з., КА.
Аналогично проверяем все оставшиеся шины. В случае не выполнения хотя бы одного из условий шина подбирается заново.
Таблица 10 - Выбор и проверка шин.
№ Тип шины Uн, КВ Ін, А Расстояние между прокладками, м
I c ШММ-955 10 955 1,5
РП-16 ШММ-210 10 210 1,2
Выбор и проверка трансформаторов тока
Таблица 11 - Выбор и проверка трансформаторов тока типа ТЛМ-6.
Проверяемая величина Формула Ін=1000 А Ін=400 А Ін=300 А Нормальный первичный ток, А Jном. т.т. ? Jном.у. 1000 ? 985,38 400 ? 345,61 300 ? 252,04
Таблица 13 - Выбор и проверка трансформаторов напряжения НТМИ-6-66 по классу точности
Проверяемая величина Формула Расчет
Номинальное первичное напряжение, Uном.т.н., КВ Uном. т.н. ? Uном.у. 6=6
Тип и схема соединения обмоток В зависимости от назначения У0/У0/Д - 0
Нагрузка на фазу, S2 ном., В*А S2 ном. ? S2 p. Проверка по условию невозможна
Погрешность N,% N ? Nдоп. Проверка по условию невозможна
Выбор кабелей
Выбор кабелей производим по расчетному току на соответствующей линии с учетом номинального тока. Выбранный кабель проверяем по условиям: , А (22)
Для цеха 2 I c: , А На основании приведенного примера аналогично проводим расчет для других линий и результаты сводим в табл. 14.
Таблица 14 -Кабели АСБГ линия Допустимый длительный ток одного кабеля Ід, А количество длина кабеля, м сечение токопроводящей жилы S, мм2 активное/ индуктивное сопротивление кабеля R0/х0, Ом/км марка кабеля
I c. 980 3 50 500 0,11/0,063 3(3АСБГ-500/6-0,12/0,063)
6. Расчет токов короткого замыкания, выбор и проверка электрических аппаратов цеховой трансформаторный подстанция электроснабжение
Расчет токов короткого замыкания (КЗ) в проектируемой системе электроснабжения должен выявить величины токов КЗ в точках расчетной схемы, где намечается установка соответствующих высоковольтных и низковольтных аппаратов и производится выбор токоведущих частей (шин и кабелей).
При проектировании системы электроснабжения токи КЗ рассчитывают от источника неограниченной мощности и по расчетным кривым.
За расчетную принимают схему длительного режима при условии, что включены все рабочие и резервные источники питания и с учетом подпитки места КЗ от высоковольтных двигателей двух секций при включенном секционном выключателе. Не следует рассматривать параллельный режим работы трансформаторов, если он создается в момент оперативных переключении. В расчетных схемах электроустановок напряжением выше 1000 В обычно принимают во внимание только индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий, токопроводов. Активные сопротивления кабельных линий и цеховых трансформаторов учитывают для удаленных точек КЗ, когда результирующее активное сопротивление составляет более 0,3 от суммарного индуктивного.
В схеме замещения результирующее сопротивление отдельных элементов цепи КЗ выражают в Омах, МЕГАОМАХ и в относительных единицах, приведенных к базисному напряжению или базисной мощности. За базисные напряжения принимают 0,23; 0,4; 0,525; 0,69; 3,115; 6,3; 10,5; 37; 115; 230 КВ, за базисную мощность - мощность, равную 1. Например, можно принимать системы, генераторов станций, трансформаторов подстанций или число, удобное для расчета - кратное 10 (10, 100, 1000 МВ·А).
Все электрические аппараты, токоведущие части и изоляторы схемы электроснабжения выбирают по условию нормального режима и проверяют на устойчивость действия при КЗ. При этом определение токов КЗ необходимо для следующих целей: а) проверки элементов системы электроснабжения на динамическую устойчивость (расчет ударного тока КЗ іу и наибольшего значения тока КЗ за первый период I");
б) проверки элементов системы электроснабжения на термическую устойчивость (расчет действующего значения установившегося тока КЗ I? и приведенного времени тп, соответствующего полному току КЗ);
в) проверки выключателей по отключающей способности (расчет действующего значения периодической составляющей тока КЗ It для t=0,2 c - времени отключения выключателя).
Таким образом, результатом расчета токов КЗ является определение следующих величин: іу, I", I?, тп,I0.2.
Значение токов КЗ на шинах напряжением 6-10 КВ подстанций промышленного предприятия, как правило, должно быть ограничено величиной, позволяющей применять КРУ серийного промышленного производства. При этом оптимальное значение расчетного тока КЗ должно определяться с учетом двух факторов: а) обеспечения возможности применения электрических аппаратов с более легкими параметрами и проводников возможно меньшего сечения;
б) ограничения отклонений и колебаний напряжения при резкопеременных толчковых нагрузках.
В необходимых случаях расчетную величину тока КЗ определяют на основании ТЭР по минимуму приведенных затрат на ограничение токов КЗ.
Расчет токов трехфазного КЗ для схемы с двухобмоточными трансформаторами на стороне 6 КВ.
Расчетная схема и схема замещения приведены на рисунке 6. Мощность трансформатора питающей ГПП Sн.т = 16 МВ?А, Sб = 10 МВА; напряжение к.з. трансформатора UKBH= 10,5%, uk = 5,5%,8%- для цеховых трансформаторов.
Индуктивные сопротивления элементов схемы: Для пунктов 1 и 2 сопротивления считаются в относительных единицах.
1.Сопротивление системы: (23)
2. Сопротивление кабельной линии: (24) где х0 - удельное сопротивление воздушной линии, Ом/ км.
3. Сопротивление трансформатора 16 МВ?А по схеме замещения: (25)
4.Сопротивление трансформаторов на цеховых ТП
(26)
На основании приведенного примера аналогично проводим расчет для других линий. Результаты подсчета сопротивлений приведены на рисунке 6.
1. Расчетные значения токов к.з. для короткого замыкания в точке К1: Ток к.з. от питающей системы определяется из выражения:
(27)
2. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К2: (28)
Аналогично: 3. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К3:
4. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К4:
5. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К5:
6. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К6:
7. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К7:
8. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К8:
9. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К9:
10. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К10:
11. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К11:
12. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К12:
13. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К13:
14. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К14:
15. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К15:
16. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К16:
17. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К17:
18. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К18:
19. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К19:
20. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К20:. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К21:
22. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К22:
23. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К23:
24. Значение тока к.з. для короткого замыкания в точке К24:
Аналогично рассчитываем токи КЗ на второй секции ГПП. Как видим вся коммутационная аппаратура, выбранная первоначально по Ін, полностью соответствует условию, по которому аппарат должен отключать ток КЗ.
7. Выбор схемы внешнего электроснабжения по технико-экономическим показателям
На всех ступенях системы электроснабжения следует широко применять простейшие схемы электрических соединения с установкой высоковольтных выключателей на стороне высокого напряжения, так называемые блочные схемы подстанций без сборных шин [1]: а) блок-линия 35-330 КВ - трансформатор ГПП (или ПГВ);
