Выбор и обоснование схемы электроснабжения

СОДЕРЖАНИЕ



Введение	7

Основной раздел	9

1 Краткая характеристика предприятия и классификация основных потребителей электрической энергии. Учет влияния технологического процесса на выбор схемы электроснабжения.	9

	1.1 Краткая характеристика предприятия	9

	1.2 Краткий обзор современных способов производства керамической плитки.	9

	1.3 Систематизация данных на разработку проекта	11

2 Выбор уровней напряжений системы внешнего и внутреннего электроснабжения завода, числа, мощности и типа силовых трансформаторов источника питания.	12

	2.1 Выбор номинального напряжения сети внешнего электроснабжения	12

	2.2 Расчет и выбор числа и мощности силовых трансформаторов	13

	2.3 Составление картограммы нагрузок	17

3 Выбор оптимальной схемы электроснабжения приемников электроэнергии с учетом электрических нагрузок	19

	3.1 Выбор и обоснование схемы электроснабжения	19

4 Расчет потребляемой активной и реактивной мощности, выбор компенсирующих устройств	20

	4.1 Расчет нагрузки цеха керамических изделий	20

	4.2 Расчет осветительной нагрузки по корпусам и территории предприятия	22

	4.3 Расчет силовой высоковольтной и низковольтной электрической нагрузки по отделениям, цехам и предприятию в целом	24

5 Расчёт токов короткого замыкания и выбор коммутационно-защитной аппаратуры. Выбор устройств КИП, средств релейной защиты и автоматики для внутризаводской системы электроснабжения цеха керамических изделий	26

	5.1 Расчет токов короткого замыкания	26

	5.2 Расчет токов КЗ	31

	5.3 Расчёт и выбор современного электрооборудования, защитной и коммутационной аппаратуры сечения проводов и кабелей на трансформаторной подстанции	32

	5.4 Расчет автоматизации ТП	38

6 Расчет потерь напряжения	44

7 Расчет контура заземления цеха керамических изделий	47















8 Светотехнический расчет цеха керамических изделий	50

	8.1 Выбор типа светильников	50

	8.2 Определение количества светильников методом удельных мощностей	51

	8.3 Размещение светильников	52

	8.4 Выбор сечения проводов осветительной сети	52

	8.5 Выбор щитков основного и аварийного освещения	53

	8.6 Выбор аппаратов защиты	54

	8.7 Расчет и выбор сечения проводов осветительной сети по минимальному расходу материала.	55

	8.8 Проверочный расчет по допустимой потере напряжения на наиболее удаленном светильнике	56

9 Организационно-технические мероприятия по обеспечению безопасности жизнедеятельности на предприятии.	56

	9.1 Безопасность жизнедеятельности	56

	9.2 Повышение устойчивости работы объекта в условиях возможных чрезвычайных ситуациях	58

10 Выбор и технико-экономическое обоснование способа термической обработки керамических изделий	62

	10.1 Физико-химические процессы при обжиге	62

	10.2 Модернизация печей и сушилок	71

	10.3 Оптимизация заготовок	75

Список литературы	77

Приложения……………………………………………………………………………………...78


Введение

Сложно представить жизнь современного общества без электроэнергии. Современный технический прогресс невозможен без использования электрической энергии в различных производственных процессах.

Производственные предприятия представляют собой энергоемкую сферу промышленного производства, где, в результате морального и физического старения основных фондов происходит постоянное и непрерывное увеличение потребления энергии. Рост расходов на энергетические ресурсы и вызываемое им повышение себестоимости машиностроительной продукции обозначает необходимость сокращения энергетической составляющей в издержках производства. Для получения максимального эффекта от реализации программы энергосбережения на предприятиях она должна представлять собой оптимальную для него совокупность энергосберегающих мероприятий. Для этого необходимо, с одной стороны, классифицировать объекты энергосбережения и их социально-экономические результаты, и, с другой, сформировать и обосновать систему показателей эффективности энергосбережения. При этом наибольшее значение имеет оценка экономической эффективности совокупности энергосберегающих мероприятий, которую в каждом конкретном случае определяет специфика технологического процесса на различных стадиях производства конечного продукта. Исходя из этого необходимо учитывать особенности оценки экономической эффективности мероприятий в соответствии с результатами энергосбережения на предприятии.

Указанные особенности должны быть учтены в соответствующих расчетах за счет внесения изменений при определении прибылей и убытков предприятия, которые, в свою очередь, вызываются различными социально-экономическими результатами энергосберегающих мероприятий, входящих в программу энергосбережения. На сегодняшний день программы энергосбережения разрабатывают обычно эксперты технологического сектора, не знакомые с экономическим механизмом энергосбережения. В связи с этим большинство имеющихся программ не содержат оценок экономического эффекта и не создают стимулов к энергосбережению.

Можно сделать вывод о том, что рациональное использование энергетических ресурсов на предприятии является важной составляющей снижения производственных издержек, и, следовательно, получения дополнительной прибыли, завоевания большей доли рынка и решения социальных проблем на основе:

- реализации процесса подготовки производства в соответствии с оптимальными режимами ввода основных средств в эксплуатацию;

- использования наиболее рентабельных производственных технологий;

- разработки, освоения и внедрения новой техники и технологий, в которых энергетические ресурсы используются более эффективно;

- улучшения социально-бытовой сферы для персонала машиностроительного предприятия и социального климата населения, проживающего на территории, закрепленной за соответствующим предприятием. 

Вследствие этого, энергосбережение рассматривается не как бесцельная экономия энергетических ресурсов, проводимая зачастую за счет сокращения объема производства, а как фактор экономического роста, улучшения благосостояния населения, обеспечения соответствующей экологической и социально-бытовой обстановки. Таким образом, энергосбережение должно быть одним из приоритетных направлений экономической политики промышленного предприятия. В то же время сегодня пристального внимания заслуживает оценка эффективности энергосбережения и ее составляющих, которую необходимо учитывать при последующей разработке целевых программ энергосбережения и сценариев их реализации.





1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ



1.1 Краткая характеристика предприятия ООО «Технопром» и анализ существующей системы электроснабжения



В данном дипломном проекте рассматривается электроснабжение завода по производству электротехнического оборудования ООО «Технопром».

В составе завода функционируют следующие цеха:

- изоляционный – нанесение защитной изоляции;

- сборочный – сборка готовых изделий из составных частей;

- механический – производство деталей для ремонтируемого оборудова-

ния и их установка в ходе ремонтов;

- обмоточный – намотка катушек, сушка и пропитка, укладка обмоток в пазы;

- испытательная станция  – для специальных опытов и исследований;

- сварочный – получение неразъемных соединений материалов;

- компрессорный – снабжение производственных цехов сжатым воздухом давлением до 6 атм.;

- кузнечный – изготовление новых поковок и штамповок;

- штамповочный – изготовление новых штамповок;

- заводоуправление – управление и согласование всех цехов предприятия.

- инструментальный – изготовление и ремонт специального инструмента, ремонт обычного, пневматического инструмента, переточка всех видов режущих инструментов.





1.2 Характеристика приемников электроэнергии предприятия



Большая часть цехов завода электротехнической промышленности относится к помещениям с нормальными условиями среды, для которых характерно [3]: относительная влажность не превышает 60%; температура не поднимается выше +35 °С; не выделяется технологическая пыль; не содержатся агрессивные пары, газы, жидкости.

Кузнечный, штамповочный и сварочный  цеха относятся к помещениям с жаркими условиями среды, в которых под воздействием различных тепловых излучений температура постоянно или периодически (более 1 суток) превышает +35 °С.

Кузнечный цех относятся к пыльным помещениям, в которых по условиям производства выделяется технологическая пыль, которая может

 оседать на токоведущих частях, проникать внутрь машин, аппаратов и т.п.

Сведения о среде производственных помещений приведены в таблице 1.

Для завода электротехнической промышленности характерно отсутствие потребителей  I категории надежности. На потребителей II категории надежности приходится 25%, на потребителей III категории – 75%. 

К электроприемникам второй категории предъявляются следующие                 требования [3]:

- в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания;

- в аварийных режимах (при нарушении электроснабжения от одного из источников питания) допустим перерыв в электроснабжении на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Для электроприемников третьей категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 суток.

Краткая характеристика основных потребителей электрической энергии проектируемого предприятия приведена в таблице 2.















































1.3 Выбор и обоснование схемы электроснабжения (не мое)



При выборе схемы электроснабжения главной задачей является выбор между радиальной и магистральной схемами, также есть вариант применения смешанных схем. Схема радиального питания трансформаторов широко применяется в базовых отраслях промышленности (с глухим присоединением). Радиальная схема надежнее, чем магистральная, и поэтому чаще применяется для электроснабжения потребителей I и II категории. 

Магистральная схема отличается меньшей надежностью электроснабжения и большим числом отключенных потребителей (что в некоторых случаях недопустимо), но она экономичнее за счет меньшего количества используемых ячеек и меньшей длины кабельных линий. Магистральные схемы в основном применяются для трансформаторов небольшой мощности. 

Растояние от ближайшей подстанции до предприятия - 5000 м, электроснабжение осуществляется по кабельной линии (КЛ).

Так как предприятие имеет потребителей II категории, то для надежности питания выбираю радиальную схему электроснабжения.

Предприятие снабжается по двум кабельным линиям которые приходят на распределительное устройство из распределительного устройства кабельная линия идет на ТП-1.

На стороне низкого напряжения двухтрансформаторных подстанций предусматриваю АВР.

Питание осуществляю кабелями. Все кабельные линии прокладываются в каналах. Это позволит защитить кабель от внешних воздействий, а также обеспечит доступность в случае ремонта линии.







2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ



2.1 Определение электрических нагрузок предприятия, выбор рационального напряжения питающей сети предприятия



Произведем расчет силовых нагрузок цехов завода электротехнической промышленности методом коэффициента спроса [4] на примере кузнечного цеха. Используемый метод дает приближенные результаты и может быть предложен только для предварительных расчетов.

Номинальная реактивная нагрузка кузнечного цеха:

;

[квар]

(2.1)

;

[квар]



;

[квар]



где tg ? – коэффициент реактивной мощности, соответствующий cos ? (коэффициент мощности выбирается в зависимости от отрасли и для кузнечного цеха cos ? = 0,8 [5]).

Расчетная активная мощность кузнечного цеха:

;

[кВт]

(2.2)

;

[кВт]



;

[кВт]



где kс – коэффициент спроса, выбираемый в зависимости от отрасли (для кузнечного цеха kс = 0,4 [5]).

Расчетная реактивная мощность кузнечного цеха:

;

[квар]

(2.3)

;

[квар]



.

[квар]



Полная расчетная мощность кузнечного цеха:

;

[кВ·А]

(2.4)

;

[кВ·А]



.

[кВ·А]



Нагрузка потребителей до 1 кВ и выше считается аналогично для всех цехов, за исключением высоковольтной нагрузки компрессорного цеха, для которого реактивная нагрузка определяется по формуле [11]:

;

[квар]

(2.5)

;

[квар]



;

[квар]



где ?м – коэффициент допустимой перегрузки синхронного двигателя, зависящий от его загрузки по активной мощности [11];

?ном – коэффициент полезного действия синхронного двигателя, %;

Рном – номинальная мощность синхронного двигателя, кВт;

tg ?ном - коэффициент реактивной мощности, соответствующий cos ?.

Согласно заданию [1] выбираем синхронный двигатель типа                                СДНЗ-14-59-8Т3 [12] со следующими паспортными данными: Pном = 800 кВт,    Uном = 10 кВ, nном = 750 об/мин, ?ном = 95 %, cos ? = 0,9. Данный тип двигателей используется для привода компрессоров, насосов, нагнетателей и других механизмов.

Суммарные расчетные активные и реактивные нагрузки потребителей       0,38 кВ и 10 кВ в целом по заводу определяются суммированием соответствующих нагрузок цехов.

Результаты расчета остальных цехов завода приведены в таблице 6.

2.2 Выбор рационального напряжения питающей сети предприятия



Так как завод электротехнической промышленности обладает малой мощностью экономически целесообразно отказаться от ГПП, так как коэффициенты загрузки трансформаторов будут значительно ниже рекомендуемых и трансформаторы будут недоиспользоваться, и подвести внешнее электроснабжение к главному распределительному устройству воздушной линией Uном = 10 кВ. От которого энергия будет распределяться на все цеховые трансформаторы и синхронный двигатель

Рассчитаем коэффициент мощности выдаваемый в сеть:

                                                                                            (2.6)



где Pр.пр – активная расчетная нагрузка предприятия, кВт.

 Так как коэффициент мощности соответствует заданному, то компенсация реактивной мощности на стороне высокого напряжения не предусматривается.



















	2.3  Выбор силовых трансформаторов и разработка системы электроснабжения



На заводе электротехнической промышленности установлено 7 трансформаторных подстанций. Две из которых (ТП-1 и ТП-4) двухтрансформаторные. Так как они питают потребителей II категории надежности совместно с потребителями III категории. Они устанавливаются двухтрансформаторными для того, чтобы в случае выхода из строя одного из трансформаторов оставшийся в работе трансформатор обеспечил электроснабжение потребителей II категории на время замены поврежденного трансформатора. При этом часть неответственных потребителей (III категория) с целью снижения нагрузки трансформатора может быть отключена.

Остальные 5 ТП – однотрансформаторные (ТП-2, ТП-3, ТП-5, ТП-6 и  ТП-7). Так как они питают только потребителей III категории надежности.

ТП-1 совмещена с распределительным устройством, так как в ней имеются потребители выше 1 кВ (компрессорная 10 кВ). ТП установлены в цехах имеющих собственную нагрузку не менее 400 кВт (цеха №1, 3, 4, 5, 7, 11). А в цехах, имеющих меньшую нагрузку (цеха №2, 6, 8, 9, 10), устанавливаются распределительные пункты и запитываются от ближайших ТП по сети низкого напряжения 0,4 кВ.  Число типоразмеров трансформаторов получилось минимальным (2 типоразмера: 630 и 1000 кВА).

Распределение электрических нагрузок по пунктам питания представлено в таблице 9 Приложения А.

Выполним предварительный выбор числа и мощности трансформаторов на примере ТП – 4.

Активная расчетная нагрузка цехов запитанных от ТП – 4:



[кВт]



Реактивная расчетная нагрузка цехов, запитанных от ТП – 4:



[квар]

Определим полную расчетную мощность:

;

[квар]

(2.7)

;

[квар]



Среднесменная активная нагрузка:

;

[кВт]

(2.8)

;

[кВт]



;

[кВт]



где kм – коэффициент разновременности максимумов (kм = 1,15 [4]).

Среднесменная реактивная нагрузка:

;

[квар]

(2.9)

;

[квар]



;

[квар]



Среднесменная полная нагрузка:

;

[кВ·А]

(2.6)

;

[кВ·А]



;

[кВ·А]



Число трансформаторов выбирается по выражению:

;

[шт]

(2.7)

;

[шт]



 ;

[шт]



где Sсм – среднесменная полная нагрузка цехов, запитанных от ТП – 4, кВ·А;

kз – коэффициент загрузки [3]:

- для потребителей II категории kз = 0,7 – 0,85;

- для потребителей III категории kз = 0,8 – 0,95; 

Sном.тр – номинальная мощность выбранного трансформатора, кВ·А.

Выбираем трансформатор с номинальной мощностью Sном.тр = 1000 кВ·А.

Так как имеются потребители II категории надежности, то принимаем              Nтр = 2.

Предварительно проверим выбранный трансформатор по коэффициенту загрузки в нормальном режиме и в аварийном режиме.

Коэффициент загрузки в нормальном режиме:

                          ;



(2.8)

                        ;





                           





Коэффициент загрузки в аварийном режиме:

                       ;



(2.9)

                        ;





                      





	Значение коэффициента загрузки в аварийном режиме превышает значения 1,4. Поэтому для данной ТП необходимо отключение потребителей III категории надежности.

Предварительный выбор числа и мощности остальных цеховых трансформаторов приведен в таблице 10,а Приложения А.

2.3.1  Выбор схемы электрических соединений главного распределительного устройства

Внешнее электроснабжение завода электротехнической промышленности осуществляется от подстанции энергосистемы по двум ВЛЭП на напряжение 10 кВ. Расстояние от подстанции до предприятия – 7 км. Питание приходит на ГРУ, откуда передается по кабельным линиям напряжением 10 кВ на распределительное устройство и трансформаторные подстанции. 

Принципиальная однолинейная схема электроснабжения предприятия, включающая распределительные устройства выше 1 кВ, цеховые трансформаторные подстанции, высоковольтное оборудование (синхронный двигатель) и конденсаторные установки, представлена на рисунке 4   Приложения Б.

При выборе схемы учитываются требования надёжности, безопасности, эксплуатационной гибкости и ремонтопригодности.

Надёжность электроснабжения потребителей всех категорий обеспечивается наличием двух независимых питающих вводов от разных секций шин подстанций энергосистемы и секционного выключателя на стороне 10 кВ.

Эксплуатационная гибкость и ремонтопригодность схемы определяется необходимым количеством коммутационных аппаратов и связей как со стороны высшего напряжения, так и на стороне низшего напряжения, с помощью которых могут быть выполнены переключения в любых нормальных эксплуатационных и аварийных режимах.

2.3.2 Выбор схемы внутризаводского электроснабжения

Систему электроснабжения разделяют на систему внешнего (воздушные и кабельные линии от подстанции системы до ГРУ) и систему внутреннего электроснабжения (распределительные линии от ГРУ до ТП). 

Схемы внешнего и внутреннего электроснабжения выполняются с учетом особенностей режима работы потребителей, возможности дальнейшего расширения производства, удобства обслуживания и т.д.

Внутризаводское электроснабжение завода электротехнической промышленности осуществляется по двухступенчатой радиальной схеме, что увеличивает количество используемой высоковольтной аппаратуры (по сравнению с магистральной схемой), но при этом повышается надежность электроснабжения, так как каждый потребитель получает питание от ГРУ и РУ по отдельной линии. Первой ступенью являются промежуточные распределительные устройства ГРУ и РУ, от которых питаются распределительные сети второй ступени (трансформаторные подстанции).

Вся коммутационная аппаратура установлена на ГРУ и РУ, а на питаемых от них цеховых подстанциях предусмотрено глухое (без выключателей, разъединителей и других коммутационных аппаратов) присоединение трансформаторов. От ГРУ питаются трансформаторные подстанции ТП–2, ТП–3, ТП-5, ТП-6, ТП-7 и РУ, от РУ – подстанции ТП – 1, ТП-4 и синхронный двигатель.

В выбранной схеме применяется секционирование всех звеньев системы электроснабжения от РУ до сборных шин низкого напряжения цеховых подстанций и цеховых силовых распределительных пунктов. Трансформаторные подстанции, обеспечивающие электроснабжением потребителей II категории надежности, а также РУ питаются двумя радиальными линиями, которые в нормальном режиме работают раздельно, каждая на свою секцию; при выходе из работы одной из них другая автоматически берет на себя всю нагрузку электроприемников  II категории (при этом возможно отключение потребителей III категории). Однотрансформаторные подстанции питаются от РУ одной кабельной линией.

Двухступенчатая радиальная схема распределения электроэнергии завода электротехнической промышленности представлена на рисунке 4 Приложения Б. РУ питается от ГРУ линией 10 кВ (сеть первой ступени). На второй ступени электроэнергия распределяется между двухтрансформаторными или однотрансформаторными цеховыми ТП (без сборных шин на стороне высокого напряжения). Так как завод электротехнической промышленности является потребителем II категории надежности, то на ГРУ и РУ используются АВР. На двухтрансформаторных подстанциях по низкой стороне предусмотрена перемычка с разъединителем.

Внутризаводские сети выполняются кабелями АСБ, проложенными в земле, в траншеях полевого типа на глубине 0,7 м от планировочной отметки земли. Трасса кабельных линий выбрана кратчайшая, параллельно фундаментам зданий. Внутри зданий кабели прокладываются по конструкциям зданий открыто в коробах и трубах, блоках и туннелях, а также в трубах, проложенных в полах и перекрытиях.





















2.4 Расчет токов короткого замыканияи выбор коммутационной аппаратуры, релейной защиты и автоматики системы электроснабжения предприятия. (не мое)

Расчет токов короткого замыкания необходим для выбора аппаратуры подстанции и проверки элементов электроустановок (шин, изоляторов, кабелей) на электродинамическую стойкость, термическую стойкость, проектирование, для выбора средств и схем громозащиты, накладки релейной защиты, выбора и расчета токоограничивающих и заземляющих устройств.  

Расчет проводится в именованных единицах. Исходными данными являются параметры расчетной схемы. На расчетной схеме указываются все элементы схемы, влияющие на ток К3. По расчетной схеме указываются все элементы, составляется схема замещения, где указываются номинальные параметры элементов, определяются характерные точки, где рассматривается К3. Для облегчения практических расчетов К3 в электрических сетях возможны следующие допущения (при этом погрешности не значительны):

сопротивление всех трех фаз различных элементов сети (линий, трансформаторов и т.д.) считают одинаковыми, пренебрегая токами намагничивания трансформаторов не учитывают емкостные проводимости элементов короткозамкнутой цепи на землю при вычислении тока К3 обычно пренебрегают активными сопротивлениями (в цепи выше 1 кВ) и, если X/R более трех (относится к трансформатору), полное сопротивление равно индуктивному не учитываются переходные сопротивления в месте К3 подпитка места К3 токами асинхронных двигателей не учитывается.

Для расчета токов КЗ составляю расчетную схему, на которой указываю все элементы системы электроснабжения. Схема изображена на рисунке 9.1



Рисунке 5.1 – Схема замещения электрической сети.

	Расчет сопротивлений линий (Л1,Л2).

Определяю сопротивление воздушной линии ВЛ-1, выполненной проводом марки АС-50 сечением 50 мм2:

 ;

[Ом]

(5.1)

 ;

[Ом]

(5.2)

где r01 – удельное погонное активное сопротивление линии W1,

x01 – удельное погонное индуктивное сопротивление линии Л1,

kТ2- коэфициэнт трансформации.

l1 = 5 км – длина линии Л1.

 ;

[Ом]



 ;

[Ом]



 ;

[Ом]



 ;

[Ом]



Определяю сопротивление кабельной линии ВЛ-2, выполненной проводом марки АС-50  сечением 50 мм2:

 ;

[Ом]



 ;

[Ом]



 ;

[Ом]



 ;

[Ом]



		- Расчет сопротивлений трансформаторов

Сопротивление трансформаторов определяется:

 				;				(5.3)

;				(5.4)

где:    uKЗ T – напряжение КЗ трансформатора, %;

         	SТ НОМ – полная номинальная мощность трансформатора, кВА;

 – потери КЗ в трансформаторе, кВт;

 - номинальное напряжение, кВ.

Произведем расчет сопротивления трансформатора ТМЗ-4000/10, установленного на ТП. Данные для расчета:  

 кВА,  ,   кВт.

Сопротивления трансформатора ТДТМ-6300/110/10, установленного на ГПП:

                                  		;                	[Ом]   

     ;                        	[Ом]   

  					;			[Ом]

;				[Ом]

Определяю сопротивление кабельной линии КЛ-1, выполненной кабель марки АСБ-150  сечением 150 мм2:

 ;

[Ом]



 ;

[Ом]



 ;

[Ом]



 ;

[Ом]



Произведем расчет сопротивления трансформатора ТМЗ-1600/10, установленного на ТП. Данные для расчета:  

 кВА,  ,   кВт.

Сопротивления трансформатора ТМЗ-1600/10, установленного на ТП-1:

                                  		;                         	[Ом]   

;                         	   	[Ом]   

  					;				[Ом]

;					[Ом]

	Расчет сопротивлений в электрической сети до точек КЗ.

Вычисление окончательных значений сопротивлений произвожу с учетом коэффициентов приведения стороны высокого напряжения к стороне пониженного напряжения.

Расчет сопротивления до точки КЗ.



Расчет сопротивления до точки К1 [1].

 ;

[Ом]

(5.6)

 ;

[Ом]



 

[Ом]



 ;

[Ом]

(5.7)

 ;

[Ом]



 ;

[Ом]



;

[Ом]

(5.8)

;

[Ом]



 .

[Ом]



Расчет сопротивления до точки К2 [1].

 ;

[Ом]

(5.6)

 ;

[Ом]



 

[Ом]



 ;

[Ом]

(5.7)

 ;

[Ом]



 ;

[Ом]



;

[Ом]

(5.8)

;

[Ом]



 .

[Ом]



5.2 Расчет токов КЗ

Расчет тока КЗ в точке К1.

;

 [кA]

(5.13)

 ;

 [кA]



.

 [кA]



Расчет тока КЗ в точке К2.

;

 [кA]

(5.13)

 ;

 [кA]



.

 [кA]



5.3 Расчёт и выбор современного электрооборудования, защитной и коммутационной аппаратуры сечения проводов и кабелей на трансформаторной подстанции



Для защиты элементов системы электроснабжения использую коммутационно-защитную аппаратуру, позволяющую отключать защищаемый элемент в случае возникновения токов КЗ.

К коммутационно-защитной аппаратуре относятся: разъединители; выключатели нагрузки; предохранители; трансформаторы тока и трансформаторы напряжения, питающие цепи защиты и автоматики. Данная аппаратура устанавливается в ячейках распределительных устройств, на вводах и отходящих линиях ТП.

Выбираемая аппаратура проверяется на термическую и электродинамическую устойчивость на основании расчета токов КЗ.

Для выбора коммутационно-защитной аппаратуры необходимо также знать номинальный ток трансформатора. 

Номинальный ток трансформатора ТМЗ-1600/10/0,4 на стороне ВН:

;

 [A]

(5.15)

;

 [A]



.

 [A]



Номинальный ток трансформатора ТМЗ-1600/10/0,4 на стороне НН:

;

 [A]

(5.16)

 ;

 [A]



.

 [A]







Выбор разъединителей.

Разъединитель выбираю: 

	по роду установки – внутренний.

	по номинальному напряжению:

 ;

 [кВ]

(5.17)

где Uном  – номинальное напряжение разъединителя,

      	Uуст – номинальное напряжение установки.

	по номинальному току:

;

 [А]

(5.18)

где Iном  – номинальный ток разъединителя;

      	Iуст – номинальный ток установки.

Выбираю разъединитель типа РВ-10/400 [5].

Выбранный разъединитель проверяю:

	на термическую устойчивость:

 ;

 [кА2?с]

(5.19)

где Iтер = 16 кА – предельный термический ток [5];

      	tтер = 3 с – время заявленной термической стойкости [5];

      	Iк.з = 16 кА – установившееся значение тока КЗ;

     	 tк.з = 0,75 с – время прохождения тока короткого замыкания. 

 

 [кА2?с]



 

 [кА2?с]



	на электродинамическую устойчивость:



 [кА]

(5.20)

где iпр.с = 41 кА – предельный сквозной ток разъединителя;

      	iу – ударный ток КЗ, который определяется по формуле [1]:

;

 [кА]

(5.21)

;

 [кА]



 ;

 [кА]



где Kу – ударный коэффициент;

      	Tа – постоянная времени, определяемая по формуле:

;

 [с]

(5.22)

;

 [с]





 [с]



По формуле (5.20) получаю:

 ;

 [кА]



Выбранный разъединитель типа РВ-10/400 с приводом РП-10 удовлетворяет условиям проверки. Разъединители РВ, предназначены для включения и отключения под напряжением участков электрической цепи высокого напряжения при отсутствии нагрузочного тока, а также для заземления отключенного участка при помощи стационарных ножей.

Выбор выключателей

Выключатель выбираю:

	по роду установки – внутренний.

	по номинальному напряжению:

                     ;

 [кВ]



где Uном  – номинальное напряжение выключателя,

      	Uуст – номинальное напряжение установки.

	по номинальному току:

                    ;

 [А]



где Iном  – номинальный ток выключателя;

      	Iуст – номинальный ток установки.

	по отключающей способности:

                    ;

 [кА]

(5.23)

где Iном.отк = 20 кА – номинальный отключающий ток выключателя;

     	 Iкз.пер = 16 кА – периодическая составляющая тока КЗ. 

          .

 [кА]



Выбираю выключатель типа BB/TEL-10-20/630 [5].

Выбранный выключатель проверяю на термическую устойчивость:

                         ;

 [кА2?с]



где Iтер = 20 кА – предельный термический ток [5];

     	 tтер = 3 с – время заявленной термической стойкости [5];

      	Iк.з = 16 кА – установившееся значение тока КЗ;

      	tк.з = 0,75 с – время прохождения тока короткого замыкания. 

                      ;

 [кА2?с]



              ;

 [кА2?с]



Выбранный выключатель типа BB/TEL-10-20/630 удовлетворяет условиям проверки.

Выбор трансформатора тока

Трансформатор тока выбираю:

	по роду установки – внутренний.

	по номинальному напряжению:

               ;

 [кВ]



где Uном  – номинальное напряжение трансформатора тока;

Uуст – номинальное напряжение установки.

	по номинальному току:

                ;

 [А]



где Iном  – номинальный ток трансформатора тока;

Iуст – номинальный ток установки.

Выбираю трансформатор тока типа ТВЛМ-10У3 с номинальным током 200 А [5].

Проверяется выбранный трансформатор тока:

	на термическую устойчивость:

 ;

 [кА2?с]



где Iтер = 10,5 кА – предельный термический ток [5];

      	tтер = 3 с – время заявленной термической стойкости [5];

      	Iк.з = 16 кА – установившееся значение тока КЗ;

      	tк.з = 0,75 с – время прохождения тока короткого замыкания. 

 ;

 [кА2?с]



 ;

 [кА2?с]



	на электродинамическую устойчивость:

 ;

 [кА]



 ;

 [кА]



	по допустимому сопротивлению вторичных цепей:

;

 [Ом]

(5.24)

Zном2 = 0,4 Ом (для класса точности 0,5) [5].

Полное сопротивление внешней цепи определяется по формуле:

;

 [Ом]

(5.25)

где ?rприб – сумма сопротивлений всех последовательно включенных обмоток приборов;

       	rпров – сопротивление соединительных проводов;

       	rконт = 0,1 Ом – сопротивление контактных соединений [3].

;

 [Ом]

(5.26)

где ? = 0,026 Ом/м?мм2 – удельное сопротивление провода;

     	m = 1– коэффициент, зависящий от схемы включения;

      	l = 5 м – длина проводов;

      	q = 2,5 мм2 – сечение провода.

;

 [Ом]



 .

 [Ом]



Нагрузка от измерительных приборов принимается Sприб = 3 В·А [5].

 ;

 [Ом]

(5.27)

 ;

 [Ом]



.

 [Ом]



По формуле (2.8.33) получаю:

;

 [Ом]



 .

 [Ом]



По формуле получаю:

              ;

 [кВ]



	по классу точности.

Для питания цепей учета и защиты выбираю трехфазный трансформатор напряжения НТМИ-10-У3 с соединением обмоток звезда-звезда.

Выбор выключателей нагрузки.

Выключатель нагрузки выбираю:

	по роду установки – внутренний.

	по номинальному напряжению:

            ;

 [кВ]



где Uном – номинальное напряжение выключателя нагрузки;

Uуст – номинальное напряжение установки.



	по номинальному току:

              ;

 [А]



где Iном  – номинальный ток выключателя нагрузки;

Iуст – номинальный ток установки.

	по предельному току отключения предохранителя:

           ;

 [А]



            .





Выбираю выключатель нагрузки типа BB/TEL-10-20/630 [5].

Выбор конструкции распределительного устройства высшего напряжения  трансформаторной подстанции.

Выбираю для установки в РУ ячейки типа КРУ-2-10. Они представляют собой сварную металлоконструкцию, внутри которой размещена аппаратура главных цепей, на фасаде – приводы выключателей нагрузки и разъединителей. Доступ в ячейку КРУ-2-10 обеспечен через дверь, в которой имеется окно для обзора внутренней зоны. 

Ячейки КРУ-2-10 предназначены для установки в помещениях с температурой воздуха от –25оС до +40оС и относительной влажностью до 80%. Степень защиты камер с лицевой стороны IР20, с остальных сторон IР00.

Комплектация ячейки КРУ-2, входящей в состав распределительного устройства 10 кВ ТП имеет следующие технические характеристики:

		номинальное напряжение – 10 кВ;

		тип выключателя – BB/TEL-10-20/630 ;

		тип трансформаторов тока – ТВЛМ-10У3.

5.4 Расчет автоматизации ТП



Произведем расчет защиты трансформаторов от междуфазных КЗ



Для выбора коммутационно-защитной аппаратуры необходимо также знать номинальный ток трансформатора. Расчет производим для ТП-1.

Номинальный ток трансформатора ТМ-1600/10/0,4 на стороне ВН: 

                         ;

[A]

(5.28)

                          ;

[A]



                              .

[A]



Номинальный ток трансформатора ТМ-1600/10/0,4 на стороне НН:

                        ;

[A]

(5.29)

                          ;

[A]



                            .

[A]



Для обеспечения защиты от междуфазных КЗ в обмотках и на выводах стороны ВН принимаем токовую отсечку без выдержки времени с использованием реле тока РТ-40. Схема соединения трансформаторов тока (TA) – неполная звезда.

Ток срабатывания защиты рассчитываем по формуле:

;

[А]

(5.30)

где Kотс = 1,45 – коэффициент отстройки защиты [7]; 

Ik.max – максимальный ток, проходящий через трансформатор тока релейной защиты при КЗ.

		Ik.max нахожу по формуле:

;

[А]

(5.31)

где Iт.ном1 – номинальный ток трансформатора типа ТМ-1600/10/0,4 на стороне ВН,

UК,% – напря.......................