Учебная работа. Электроснабжение промышленного предприятия

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Электроснабжение промышленного предприятия

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 φ
= 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 З×95мм2.

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
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; Кпτ = 2,4; Кп∞ = 2,0.

Определим
действующее времени

I0 = Iном.u · Кп0 = 7,53 ·
3,4 = 25,6 кА

Iτ = Iном.u · Кпτ =
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

Sτ = 1,73· Iτ · Uб = 1,73 · 18,1 · 115 = 3605
МВ · А



Выбор
высоковольтного оборудования

– 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 [2] выбираем коробчатые шины.

Данные сечения шин проверяем на
термоустойчивость к току короткого замыкания (q) находим по [2]: q = 775 мм2;
α = 11.

Определяем минимально допустимое сечение:

qmin = α ∙ I∞
∙ √ 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 ∙ (β»)2,

tn.а = 0,005 ∙ (1,7) 2 = 0,014

Определяем кратность тока:

β» =

Io = I»,

где I» – переходный ток;

β» – 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 [2] W =48,6 ∙ 10-6 м3.

 

где l — длина
пролета: в КРУ l = 1м;

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 [2] 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 [2] 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

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 [2] 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 [2] 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 [2] 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 ≥ Iτ,

S ном.откл ≥ Sτ,

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 [2] Iном.откл =31,5 кА. следовательно:

Iном.откл =31,5 кА > Iτ=18,1
кА;

S ном.откл = 572 МВ ∙А > Sτ= 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 ≥ Iτ

S ном.откл ≥ Sτ

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

I∞ = 15,1 кА

iу = 62,5 кА

Iτ = 18,1 кА

Sτ = 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 [2] определяем номинальное напряжение:

Uном = 10 кВ = Uп/ст = 10 кВ

По [2] 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 [2] 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 [2] 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 [2] 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. = 120В ∙ 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 [2] 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 [2] 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 [2] 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.

iм  iу,

По [2] 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 [4] (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 [4] (примем к=0,92);

По табл. 1.3.16 [4] выбираем два кабеля (параллельное соединение)
с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей
массами изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке сечением q=(З×120) мм2
при Iдл. доп = 2×240А.

Рассчитаем экономически целесообразное сечение qэк.


где j,к=1,2А/мм нормированное условий работы (примем более 5000 максимума нагрузки в год)
по табл. 1.3.36 |4|.

Принимаем два кабеля сечением q=(3×150) 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 [1]. cоsφ – наиболее загруженную смену (примем соs φ=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
= (З×150) мм2; при Iдл. доп = 2×275А.

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

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 [2] 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:


список литературы

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.

Учебная работа. Электроснабжение промышленного предприятия