Реферат: 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 значение постоянной времени Тапо рис. 3.2 [2] определим значение ударного коэффициента: Ку=1,8.
Для точки к-2 базисное напряжение Uб2=10,5кВ.
Определим мощность короткого замыкания в момент отключения выключателя
/>/>
Вычислим базисные относительные сопротивления (для точки К-1)
/>
Рисунок 4 – схема замещения для точки К-1
/>
/>
Упрощаем схему замещения в точке К – 1 до вида:
/>
Рисунок – 6
/>
2,47 < 3 => применяем графоаналитический метод расчета.
/>
/>
По расчетным кривым определяем кратность периодической составляющей Iк.з. для моментов времени: 0с; 0,2с; ∞.
Кп0= 3,4; Кпτ= 2,4; Кп∞= 2,0.
Определим действующее значение периодического тока замыкания в различные моменты времени
I= 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
--PAGE_BREAK--Определим ток ударный в точке К – 1
iу= 1,41· I· 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
Все высоковольтное оборудование выбирают по номинальным параметрам:
– по номинальному току (по условию нагрева);
– по номинальному напряжению (пробой изоляции).
После того как выбрали оборудование, по этим параметрам проводят проверку на термическую и электродинамическую устойчивость току короткого замыкания.
Кроме того, некоторое оборудование имеет специфические условия проверки: высоковольтные выключатели проверяют на отключающую способность по току и мощности короткого замыкания. Для того чтобы обеспечить требуемый класс точности измерительных приборов, измерительные трансформаторы измеряют по допустимой вторичной нагрузке.
Выбор электрооборудования на 10кВ:
– шины;
– опорные изоляторы;
– вакуумный выключатель;
– трансформаторы тока;
– трансформатор напряжения.
Выбор электрооборудования на 110кВ:
– разъединитель.
Выбор шин
Шины выбирают по условию нагрева:
Iдл.доп.≥ Iм.р.,
Определяем максимально расчетный ток, кА:
/>,
где Uном.– номинальное напряжение на низшей стороне трансформатора, кВ.
/>
Iдл.доп= 2820А ≥ Iм.р.= 2020А.
По [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.а0,005 ∙ (β'')2,
tn.а= 0,005 ∙ (1,7)2= 0,014
Определяем кратность тока:
β'' =/>
Io= I'',
где I'' – переходный ток;
β'' – кратность тока.
qmin< 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.,
продолжение--PAGE_BREAK--
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
Следовательно, условие на электродинамическую активность к тока короткого замыкания выполняется
Таблица 4 – Выбор опорных изоляторов
Тип
оборудования
Условие выбора
Каталожные
данные
Расчетные
данные
ИО-10–3.75У3
Uном.≥ Uуст
Fдоп.≥ Fразр
Uном10 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 Iномт.у – номинальный ток термоустойчивости, кА;
tт.с. – время срабатывания, с; tт.с = 3
По [2] номинальный ток термоустойчивости, Iномт.у = 31,5 А
Iномт.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,
продолжение--PAGE_BREAK--
Sном.откл ≥ Sτ,
где Sном.откл – номинальная мощность отключения, МВ ∙ А;
Iном.откл – номинальный ток отключения, кА.
Определяем номинальную мощность отключения, МВ ∙ А:
Sном.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;
Sном.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
Sном.откл ≥ Sτ
Iном= 3150 А
Uном.= 10 кВ
Iномт.с= 31,5 кА
iм= 80 кА
Iном.откл=31,5кА
Sном.отк=572МВ∙А
Iм.р= 2020А
Uп/ст= 10 кВ
tn= 0,4с
I∞= 15,1 кА
iу= 62,5 кА
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;
продолжение--PAGE_BREAK--
R2= Rпров.+ Rконт.+ Rприб,
где Rпров– сопротивление соединительных проводов;
Rконт– сопротивление контакта, (0,1 Ом);
Rприб– 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
продолжение--PAGE_BREAK--
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
Каталожныеданные
Расчетныеданные
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.
Проверяем разъединитель на электродинамическую устойчивость к токам короткого замыкания:
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 значение экономической плотности тока для заданных условий работы (примем более 5000 максимума нагрузки в год) по табл. 1.3.36 |4|.
Принимаем два кабеля сечением q=(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 – значение коэффициента мощности в период максимальных нагрузок за 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).
продолжение--PAGE_BREAK--
Вычислим базисные относительные сопротивления кабельной линии:
/>
Рисунок – 9
Базисный ток (для точки К-З):
/>
/>
Ток КЗ в точке К – 3:
/>
Вычислив значение постоянной времени Тапо рис. 3.2 [2] определим значение ударного коэффициента куд:
/>
Ударный ток в точке К-З
/>
Уставку срабатывания реле КА1. КА2 (токовая отсечка) определим согласно (11.10) [2]:
/>
где кнад– коэффициент надежности (примем 1,25); ксх– коэффициент схемы (для неполной звезды ксх=1); ктт– коэффициент трансформатора тока (ктт=400/5).
Согласно рекомендациям § 11.1 [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
Справочник по электроснабжению промышленных предприятий, под ред. А.А. Фёдорова, Москва, изд. Энергия, 1973 г.
Князевский Б.А., Липкин Б.Ю., Электроснабжение промышленных предприятий. 3-е издание, Москва, Металлургия, 1986 г.
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.
Правила устройств электроустановок 6-е издание пер. и доп. с изм., Москва, Главгосэнергонадзор, 1998 г.
Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. – М: Высшая школа, 1990–360 с.
Неклепаев Б.Н. Электрическая часть станций и подстанций – М: Энергоатомиздат, 1989 – 608 с.