Курсовая работа: Електропостачання механічного цеху

Зміст

Вступ

1. Загальна частина

1.1 Характеристика споживачів електричної енергії. Вихідні дані і визначення категорії електропостачання

1.2 Вибір роду струму. Величини напруги для живлення споживачів

2. Розрахункова частина

2.1 Розрахунок електричних навантажень

2.2 Компенсація реактивної потужності і вибір місця розташування компенсуючи пристроїв

2.3 Вибір числа і потужності трансформаторів, типу і числа підстанцій

2.3.1 Техніко-економічне порівняння вибраних варіантів

електропостачання

2.4 Розрахунок і вибір постачальних і розподільчих мереж високої

напруги

2.5 Розрахунок струмів короткого замикання

2.6 Перевірка електрообладнання на дію струмів к.з

2.7 Обґрунтування конструктивного виконання електромереж напругою до 1000 В

2.7.1. Розрахунок і вибір магістральних і розподільчих мереж напругою до 1000 В, захист від струмів перевантаження і короткого замикання. 36

2.8. Вибір вимірювальних приладів, приладів обліку і місце їх приєднання

3. Охорона праці

3.1 Розрахунок заземлюючого пристрою

Література

Вступ

Надійність електропостачання залежить від надійності внутрішньої схеми, монтажу, налагодження електроустановок самих споживачів. У сільській місцевості практично зникли підприємства «Райагроенерго», енергослужби підприємств недержавної форми власності скорочуються. Цей процес негативно впливає на технічний стан електричних мереж сільськогосподарського призначення. Однак у деяких областях, зокрема у Вінницькій та окремих районах інших областей, підприємства Райагроенерго збереглись і «виживають» за рахунок виконання незначних замовлень непрофільного для них характеру. При цьому місцеві сільськогосподарські підприємства не мають реальної можливості експлуатувати власні електроустановки та мережі.

Як варіант, доцільно запропонувати Мінагрополітики України відродити централізоване обслуговування електроустановок та мереж сільськогосподарського призначення, а можливо і внутрішньобудинкових у приватному секторі, силами районних підрозділів агроенергетики.

Слід окремо виділити проблему утримання охоронних зон повітряних та кабельних електричних мереж, особливо ПЛ, які проходять через лісові масиви та зелені насадження населених пунктів. Перевірками виявлено, що траси ПЛ здебільшого не розчищаються, в охоронних зонах розміщуються об'єкти господарської діяльності, яких виявлено понад 6200.

Держенергонаглядом направлено 370 звернень до органів державної влади з метою виправлення ситуації, що склалася.

В свою чергу, електропередавальні організації вкрай недостатньо взаємодіють з органами лісового та сільського господарства з цього питання через недосконалість нормативно-правової бази у цій сфері діяльності. При погіршенні погодних умов, навіть коли їх параметри не виходять за нормативні, відбувається значна кількість масових відключень, особливо ПЛ 0,38–10 кВ. У той же час, за оцінкою електропередавальних організацій ці мережі, в основному, знаходяться у задовільному, а то і в доброму технічному стані. З урахуванням зростання навантаження, особливо у побутовому секторі, у сільській місцевості та малих містах, практично в усіх електропередавальних організаціях розвиток і модернізація електромереж не відповідає дійсним потребам збільшення приєднаної потужності. Точка забезпечення приєднаної потужності за технічними умовами зміщується аж у мережі 110 кВ.

Як підсумок слід зазначити, що Мінпаливенерго та Держенергонагляд й надалі посилюватимуть вимоги щодо забезпечення електропередавальними організаціями якості та надійності електропостачання споживачів на основі підвищення рівня ремонтно-експлуатаційного обслуговування мереж та обладнання, збільшення обсягів модернізації, реконструкції та технічного переоснащення електромереж, підвищення рівня кваліфікації оперативного та експлуатаційного персоналу і, як наслідок, підвищення рівня безпеки в роботі мереж та обладнання.

У найближчому майбутньому перед енергетикою стоїть задача всесвітнього розвитку і використання відновлених джерел енергії, розвитку комбінованого виробництва енергії і тепла для централізованого теплопостачання промислових міст. Але з розвитком електроенергії необхідно слідкувати за охороною природи від шкідливого впливу промислових відходів і викидів.

В наслідок цього перед суспільством постали такі задачі з охорони навколишнього середовища: перехід на газ, що різко знизить викиди золи і окисів сірки; зменшення і повне запобігання викиду неочищеної стічної води в басейни морів; прискорене створення надійних і економічних установок, які вловлюють шкідливі викиди та ін.

Утворення і розвиток міжнародної співпраці в області охоронного середовища буде сприяти успішному вирішенні національних і міжнародних проблем охорони природи, обміну досвідом в розробці природоохоронних територій, контролю за забрудненням навколишнього середовища.

1. Загальна частина

1.1 Характеристика споживачів електроенергії. Вихідні дані і визначення категорії електропостачання

Характеристика споживачів електроенергії

До загальнопромислових установок відносяться вентилятори, насоси, компресори, і т.п. В них застосовуються асинхронні і синхронні двигуни трифазного змінного струму частотою 50 Гц, на напругах від 127В до 10 кВ, а там, де потрібне регулювання продуктивності, – двигуни постійного струму. Діапазон їх потужностей різний – від декількох кіловат (електродвигуни засувок, затворів, насосів подачі мастила і т. п.) до десятків мегават (повітродувки доменних печей, кисневі турбокомпресори). Основним агрегатам (насоси, вентилятори і т. п.) властивий тривалий режим. Електродвигуни засувок, затворів і т. п. працюють в короткочасному режимі. Їх коефіцієнт потужності знаходиться в межах 0,8–0,85. Синхронні двигуни працюють в режимі перезбуджування.

Дана група електроприймачів відноситься, як правило, до першої категорії надійності, а на деяких виробництвах, особливо хімічної промисловості, – до «особливої» групи тієї ж категорії. Деякі вентиляційні і компресорні відносяться до другої категорії надійності.

На промислових підприємствах переважає електропривод виробничих механізмів. Залежно від технологічних особливостей механізму або агрегату використовуються всі види двигунів змінного і постійного струму потужністю від декількох кіловат до декількох мегават, на номінальні напруги до 10 кВ.

Регульований електропривод технологічних механізмів і двигуни верстатів з підвищеною швидкістю обертання одержують живлення від перетворювальних установок. Режими їх роботи різні і визначаються режимом механізму.

Як правило, електропривод технологічних механізмів відноситься до другої категорії надійності. Виняток становлять ті механізми і установки, які по своїх показниках відносяться до першої категорії надійності (технологічне устаткування підприємств нафтохімічної промисловості, деякі унікальні металообробні верстати і т. п.).

Перетворювальні установки на промислових підприємствах служать для живлення електроприймачів механізмів і установок, які через особливості технологічних режимів повинні працювати або на постійному, або на змінному струмі з частотою, відмінною від 50Гц. Споживачами постійного струму є: електропривод механізмів з широким регулюванням швидкості і реверсуванням, електрофільтри, електролізні установки, внутрішньозаводський електротранспорт.

Перетворювачами струму служать двигуни-генератори, ртутні і напівпровідникові випрямлячі, що живляться від трифазних мереж змінного струму промислової частоти на напругах до 110 кВ. Показники і характер роботи перетворювальних установок залежать від підключеного до них технологічного устаткування. Коефіцієнт потужності залежить від типу перетворювача і його призначення, він змінюється в межах 0,7–0,9.

До електротехнологічних установок відносяться електронагрівальні і електролізні установки, установки електрохімічної, электроіскрової і ультразвукової обробки металів, електромагнітні установки (сепаратори, муфти), устаткування електрозварювання.

Електронагрівальні установки об'єднують електричні печі і електротермічні установки, які за способом перетворення електроенергії в теплову розділяються на печі опору, індукційні печі і установки, дугові електричні печі, печі конденсаторного нагріву.

Печі опору одержують живлення від трифазних мереж змінного струму частотою 50 Гц, в основному на напрузі 380/220В або на більш високій напрузі через знижуючі трансформатори. Випускаються печі в одно- і трифазному виконанні, потужністю до декількох тисяч кіловат. Коефіцієнт потужності для печей прямої дії 0,7–0,9, для печей непрямої дії – 1,0.

Індукційні плавильні печі випускаються зі сталевим осердям і без нього, потужністю до 4500 кВ•А. Живлення індукційних печей і установок гартування і нагріву здійснюється від трифазних мереж змінного струму частотою 50 Гц, на напрузі 380/220В і вище залежно від потужності. Індукційні плавильні печі без осердя і установки гартування і нагріву струмами високої частоти одержують живлення, змінним струмом частотою до 40 Мгц від перетворювальних установок, які, у свою чергу, живляться від мереж змінного струму промислової частоти.

Печі зі сталевими осердями випускаються в одно-, двох- і трифазному виконанні. Коефіцієнт потужності їх коливається в межах 0,2–0,8 (у індукційних установок підвищеної частоти – від 0,06 до 0,25).

Всі перераховані печі і установки індукційного нагріву відносяться до приймачів другої категорії надійності.

Дугові електричні печі за способом нагріву розділяються на печі прямого, непрямого і змішаного нагріву. Потужність нинішніх дугових електропечей майже 100–125 МВ•А. Коефіцієнт потужності 0,85–0,95. Відносно надійності електропостачання дугові печі відносяться до приймачів першої категорії.

Вакуумні електричні печі для виплавки високоякісних сталей і спеціальних сплавів відносяться до приймачів особливої групи першої категорії, оскільки перерва в живленні вакуумних насосів приводить до дорогого браку. Електролізні установки відносяться до приймачів першої категорії надійності. Коефіцієнт потужності складає 0,8–0,9.

Електрозварювальне обладнання живиться напругою 380 або 220 В змінного струму промислової частоти. Електрозварювальне обладнання працює в повторно-короткочасному режимі. Коефіцієнт їх потужності коливається в межах 0,3–0,7. Зварювальні установки по ступеню надійності відносяться до другої категорії.

Потужність електроприводів підйомно-транспортних пристроїв визначається умовами виробництва і коливається від декількох до сотень кіловат. Для їх живлення використовується змінний струм 380 і 660 В і постійний струм 220 і 440 В. Режим роботи повторно-короткочасний. Навантаження на стороні змінного трифазного струму – симетричне. Коефіцієнт потужності змінюється відповідно до навантаження в межах від 0,3 до 0,8. По надійності электропостачання підйомно-транспортне устаткування відноситься до першої або другої категорії (залежно від призначення і місця роботи).

Електричні освітлювальні установки є в основному однофазними приймачами. Лампи світильників мають потужності від десятків ватів до декількох кіловатів і живляться на напругах до 380 В. Світильники загального освітлення (з лампами розжарювання або газорозрядними) живляться переважно від мереж 220 або 380 В. Світильники місцевого освітлення з лампами розжарювання на 12 і 36 В живляться через знижуючі однофазні трансформатори. Характер навантаження – тривалий. Коефіцієнт потужності для світильників з лампами розжарювання – 1,0, з газорозрядними лампами – 0,96.

Електроосвітлювальні установки відносяться до другої категорії надійності.

Вихідні дані для курсового проектування

Для виконання курсового проекту мені задані наступні дані:

Табл. 1

Режим роботи довготривалий, Квик-0.7, струм змінний трьохфазний.

Виготовлення механічних деталей, середовище нормальне.

Визначення категорії електропостачання

Щоб забезпечити підприємство електроенергією високої якості без зриву плану виробництва і не допустити аварійних перериві в електропостачанні потрібна надійність електропостачання.

Згідно завданню до курсового проекту маємо споживачів IІ і ІII-ї категорії 70%. Підприємство відноситься до ІI-ї категорії електропостачання споживачів. З цього робимо висновок, що підприємство повинно забезпечуватись електроенергією з двома джерелами живлення. Тому, що I категорія електропостачання включає в себе такі електроприймачі, перерва у електропостачанні яких зв’язана з небезпекою для життя людей, нанесенням значної шкоди народному господарству, розладом складного технологічного процесу, пошкодженням устаткування, масовим браком продукції.

До II-ї категорії відносяться електроприймачі, перерва в електропостачанні яких може призвести до великого недовідпуску продукції, простою технологічних механізмів, робочого, промислового транспорту. Перерва у електропостачанні приймачів допускається на час, який необхідний для включення резервного живлення силами експлуатаційного персоналу, але не більше 1 доби.

До III-ї категорії відносяться електроприймачі несерійного виробництва продукції, допоміжні цехи, комунально-господарські споживачі, сільськогосподарські заводи. Для цих електроприймачів електропостачання може бути від одного джерела живлення при умові, що перерва у електропостачанні, необхідна для ремонту та заміни пошкодженого елемента системи електропостачання, але не більше 1 доби.

1.2 Вибір роду струму. Величини напруги для живлення споживачів

Основними групами електроприймачів є електродвигуни промислових механізмів, зварювальні апарати, печі і силові трансформатори, світильники всіх видів штучного світла і т. д.

По роду струму розрізняють електроприймачі, які працюють від мережі змінного струму промислової частоти f=50Гц.

Змінного струму збільшеної або пониженої частоти: від мережі постійного струму

По напрузі елекроприймачі класифікуються на дві групи:

1)Електроприймачі, які отримують живлення безпосередньо від мережі 3.6 і10 кВ

2)Електроприймачі живлення яких економічно вигідно на напругу 380–660В

Окремі споживачі електроенергії виконуються для живлення високошвидкісних електродвигунів збільшеної частоти 180–400 Гц.

В нашому цеху живлення виконується від мережі 380 В і частотою струму 50 Гц.

2. Розрахункова частина

2.1 Розрахунок електричних навантажень підприємства

Розрахунок виконується по вузлам живлення системи електронавантаження в слідую чому порядку:

Приймачі поділяють на характерні технологічні групи для яких з довідників знаходять значення Кв і cos φ.

Для кожної технологічної групи розраховують середню активну і реактивну потужності:

Q сер = Р сер tg φ,

Де Кв=0.7

По вузлу живлення визначають: загальну кількість приймачів, їх сумарну установлену потужність, сумарну середню активну і реактивну потужності.

Знаходять значення групового коефіцієнта використання. Розраховують ефективне число приймачів.

Визначають розрахункову активну потужність:

Р_м = К_м · Р_сер

розрахункову реактивну потужність приймаємо Q_м =Q _сер (якщо n_е ≤ 10, то Q_м =1,1·Q_сер )

Підраховуемо сумарну активну потужність всіх споживачів однієї групи за формулою:

Рн1=n*Pн=32*7.5=240 кВт (2.2)

Аналогічно підраховуемо всіх споживачів і заносимо в табл.. №2.

Приймаемо для електроприймачів коеф. потужності cosφ=0.82

І tgφ=0.73

Визначаємо реактивну потужність за формулою

Qn=Pn* tgφ=7.5*0.73=5.5*32=176 квар. (2.3)

Приймаємо для груп споживачів коєф. використання Кв=0.7

Визначаємо для кожної групи однорідних споживачів середньо-активне навантаження за найбільш загружену зміну Рсм, а потім і реактивну Qсм за формулою:

Рсм=Рн*Кв=7.5*0.7=5.25 кВт (2.4)

Qсм= Рсм* tgφ=5.25*0.73=3.8 квар (2.5)

З справочної літератури знаходимо коєф. максимума Км=1.14

З врахуванням Км визначаемо розрахункове максимальне навантаження Рр,

Рр=Км* Рсмε=1.14*168=191.5 кВт (2.6)

Знаходимо реактивну потужність за формулою:

Qр= Рр* tgφ=191.5*0.73=142 квар (2.7)

Знаходимо повну потужність споживачів однієї групи:

Визначаємо струм за формулою:

2.2 Компенсація реактивної потужності і вибір місця розташування компенсуючи пристроїв

Електрична мережа представляє собою одне ціле, і правильний вибір методів компенсації для мереж промислового підприємства напругою до 1000 В, а також в мережі 6–10 кВ можна виконати при спільному вирішенні задачі.

На промислових підприємствах основні споживачі реактивної потужності приєднуються до мережі до 1000 В. Компенсація реактивної потужності споживачів може виконуватися при допомозі синхронних двигунів або батарей конденсаторів приєднаних безпосередньо до мережі до 1000 В.

При виборі компенсуючих приладів підтверджується необхідність їх комплексного використання як для підтримки режиму напруги в мережі, так і для компенсації реактивної потужності.

Потужність Qкб компенсуючого приладу(квар) визначается як різниця між фактичною найбільшою реактивною потужністю Qm навантаження споживача і граничною реактивною потужністю Qэ яка постачається підприємству енергосистемою по умовам режима роботи:

Qкб = Qм – Qэ = Pmax [(tg jм – tg jэ)] (2.1)

де Qкб – розрахункова потужність конденсаторної установки (кВар)

Qм-середне активне навантаження по цеху (кВар)

Qэ – реактивна потужність передаваєма підприємству з енергосистеми (квар)

Розрахуємо потужність конденсаторної установки, для цього використаємо формулу:

Qкб= 338 ∙ (0,73 – 0,33) = 135 квар (2.1)

Вибираемо типі потужність конденсаторної батареї:

АКБ‑3/50‑У3 Uн‑380/220В

Визначаємо переріз кабеля конденсаторної установки

З справочної літератури знаходимо кабель АВВГ 4х70 Iд‑270А

2.3 Вибір числа і потужності трансформаторів, типу і числа підстанцій

Визначення розрахункової потужності силових трансформаторів одно, або двотрансформаторних підстанцій 6…10/0,4 кВ виконується шляхом підсумовування розрахункових активних потужностей на головних ділянках ліній 0,38 кВ, що відходять від підстанції. Вибір типу і схеми живлення підстанції, а також числа трансформаторів зумовлений величиною і характером електричних навантажень.

ТП повинні розміщуватися як можна ближче до споживачів. Для цього повинні приміняться внутріцехові підстанції а також пристроєні до цеху.

ТП повинні розміщуватися за цехом тільки при неможливості розміщення всередині або при розміщенні частини навантажень за цехом.

Число і потужність трансформаторів вибираються по перевантажувальній можливості трансформатора. Для цього по добовому графіку навантажень споживача встановлюється довго тривалість максимуму навантажень t і коєф. заповнення графіка

Кз.г. = Sср / Smax (2.3.1)

Де Sср і Smax середнє і максимальне навантаження трансф.

По значенням Кз.г і t визначается коєф. Кратності допустимого навантаження. [1; стр. 222]

Кн = Smax / Sном = Imax / Iном (2.3.2)

В даному проекті Кн=1.23

Розрахуємо номінальну потужність трансформатора з врахуванням коєф. кратності допустимого навантаження і максимальної потужності з врахуванням розрахункової потужності конденсаторної батареї.

кВ∙А (2.3.3)

Визначаємо номінальну потужність одного трансформатора:

кВ·А (2.3.4)

Вибираємо з довідника потужність трансформатора і його тип:

ТМ 250/10 [5] с. 199 табл. 2.90

Визначаємо коефіцієнт завантаження в нормальному режимі при максимальному навантаженні за формулою:

що відповідає економічному режиму. Перевіряємо установлену потужність трансформатора в аварійному режимі на перевантажуючу здібність за формулою:

1,4·250>0,70·465

Звідси випливає, що вибрана потужність трансформатора забезпечує електропостачання підприємства як в нормальному так і в аварійному режимах. Вибраний тип трансформатора заношу в таблицю:

Табл. 4

Для живлення цеху вибираю одну комбіновану підстанцію з двома трансформаторами. На основі розрахованої потужності трансформаторів вибираємо підстанцію згідно літератури [4] c. 135 табл. 2.22

Тип і потужність підстанції: ТП‑2–250–10/04

Вартість підстанції складає 60 тис. грн.

2.3.1 Техніко-економічне порівняння вибраних варіантів електропостачання

Щоб вибрати найраціональніший варіант електропостачання, зазвичай розглядають не менше двох варіантів числа і потужності трансформаторів на підстанції, порівнюючи їх по техніко-економічних показниках. За перший варіант приймаємо розрахункову потужність трансформатора 250 кВ·А, а за другий варіант приймаємо трансформатор з потужністю на одну ступінь вище розрахункової 400 кВ∙А. Проводимо розрахунки для першого і другого варіанту, тим самим визначаємо економічну вигідність роботи трансформаторів по різних варіантах. Технічні характеристики беремо з каталогу.

Табл. 5

Визначаємо втрати потужності і енергії в трансформаторах за один рік їх роботи. К un=0.05 кВт/кВ∙А – це коеф., який задається енергосистемою для даного заводу (цеху) у відповідності з його місцем знаходження.

І-варіант

Втрати реактивної потужності: ∆ Qxx= S нт1*Іхх/100=250*3.7/100=2.5 квар (2.3.1)

∆Qк.з= Sнт1*Uк.з/100=250*4.5/100=1.13 квар (2.3.2)

Приведені втрати потужності в двох трансформаторах

∆Р`хх= ∆Рхх+ К un+:∆Qxx=1.5+0.05+2.5=4кВт, (2.3.3)

∆Р’к.з = ∆Рк.з+ Кun+:∆Qк.з=3.7+0.05+1.13=4.88 кВт (2.3.4)

∆ Р`2т1=2*∆Р`хх+2*∆Р’к.з=2*4+2*4.88=17.7 кВт (2.3.5)

Річні витрати електроенергії будуть становити

∆Епт1=∆Р`2т1*8760=17.7*8760=155052 кВт.год (2.3.6)

Проводимо техніко-економічні зрівняння намічених варіантів.

Капітальні витрати К т2=60 тис. грн.

Річні експлуатаційні витрати на амортизацію:

Сат1=φ* Кт1=0.1*30=3 тис. грн. (2.3.7)

Вартість втрат електроенергії при тарифі: Со=0.4 грн./1 кВт.год.

Св=Со*∆Епт1 =0.4*155052=62020 грн. (2.3.8)

Сумарні річні експлуатаційні витрати:

Сет1=2* Сат1+ Св=2*3+62020=130040 грн. (2.3.9)

ІІ-варіант

Втрати реактивної потужності:

∆Qxx=Sнт1*Іхх/100=400*2.1/100=0.84 квар (2.4.1)

∆Qк.з= Sнт1*Uк.з/100=400*4.5/100=1.8 квар (2.4.2)

Приведені втрати потужності в двох трансформаторах

∆Р`хх = ∆Рхх+ Кun+:∆Qxx=1.2+0.05+0.84=2.09кВт, (2.4.3)

∆Р’к.з = ∆Рк.з+ Кun+:∆Qк.з=5.5+0.05+1.8=7.35 кВт (2.4.4)

∆Р`2т1=2*∆Р`хх+2*∆Р’к.з=2*2.09+2*7.35=18.8 кВт (2.4.5)

Річні витрати електроенергії будуть становити

∆Епт1=∆Р`2т1*8760=18.8*8760=165388кВт.год (2.4.6)

Проводимо техніко-економічні зрівняння намічених варіантів.

Капітальні витрати Кт2=80 тис. грн.

Річні експлуатаційні витрати на амортизацію:

Сат2=φ* Кт1=0.1*40=4 тис. грн. (2.4.7)

Вартість втрат електроенергії при тарифі: Со=0.4 грн./1 кВт.год.

Св=Со*∆Епт1 =0.4*165388=66155 грн. (2.4.8)

Сумарні річні експлуатаційні витрати:

Сет2=2* Сат1+ Св=2*3+66155=138310 грн.

Визначаємо термін окупності

Ток=К1‑К2/С2‑С1=60–80/138310–130040=24.2 р

Так, як сумарні річні експлуатаційні втрати КТП 2х400 10/0.4 більші ніж КТП 2х250 10/0.4 то для даного цеху вибираємо І-варіант

КТП 2х250 кВА 10/0.4кВ У3

2.4 Розрахунок і вибір постачальних і розподільчих мереж високої напруги

Живляча мережа призначена для забезпечення електроенергією промислових підприємств, вона сполучає районну підстанцію з ГПП підприємства.

Розподільча мережа призначена для подачі напруги з ГПП на цехові ТП. Прийнята напруга 10 кВ. Схема розподілу радіальна. Прийнята марка кабеля АСБ

Визначаю струм навантаження мережі:

[1] c. 106 (2.4.1)

Вибираємо переріз по економічній густині струму.

Для кабеля марки АСБ приймаємо j_ек =1,2 А/мм² .

[17] с. 63 (2.4.2)

Вибираємо з каталогу переріз кабеля АСБ 25 I_доп =90 А

Для підключення живлячих високовольтних кабелів до нашої трансформаторної підстанції згідно каталога підбираємо комплектне РУ‑10 кВ з двома шафами до яких підключаються силові трансформатори ТМ‑250/10/0.4 У3

В шафу ШВВ‑2 передбачается вимикач навантаження ВНПз на напругу Uн‑10кВ, Ін‑100А.для захисту високої сторонни трансформатора від недопустимих струмів передбачено запобіжник ПК‑10 Ін‑50А, Івс‑35А, Uн‑10кВ

2.5 Розрахунок струмів короткого замикання

Для того щоб визначити величину струму к.з. необхідно знати величину опору кожного з елементів, які ввімкнені в даному колі, оскільки від їх опору залежить величина струму к.з. Такими елементами є генератори, двигуни, силові трансформатори, реактори, повітряні і кабельні лінії, компенсатори. Враховують тільки індуктивні опори названих елементів (тобто опори їх обмоток)

Всі ці опори вказуються в довідниках в іменованих одиницях (тобто в Ом), в відносних одиницях або у відсотках.

Для повітряних і кабельних ЛЕП опори в довідниках вказуються в іменованих одиницях на 1 км лінії у вигляді індуктивного опору

для повітряних ЛЕП X_о = 0,4 Ом/км.

для кабельних ЛЕП Х₀ = 0,08 Ом/км.

Для силових трансформаторів індуктивний опір задається напругою к.з. у відсотках U_к.з , (%).

Для реакторів опір вказується у вигляді індуктивного опору у відсотках Х(%) або іменованих одиницях (Ом).

Для синхронних генераторів опір вказується у вигляді індуктивного опору для початкового моменту к.з. у відносних одиницях X"d.

для синхронних генераторів X"d = 0,125;

для турбогенераторів X"d = 0,125,

для гідрогенераторів X"d = 0,2.

В тих випадках, коли активний опір елементів кола к.з. менший 1/3 індуктивного, то він не враховується при розрахунках струмів к.з. Це буває переважно при розрахунках струмів к.з. у високовольтних мережах.

Оскільки більшість елементів кола к.з. у довідниках вказується у відносних одиницях, то при розрахунках струмів к.з. у високовольтних лініях всі опори виражають у відносних одиницях і для спрощення розрахунків приводять їх до базисних, тобто за одиницю взятих величин.

При цьому всі розрахункові дані приводять до базової напруги і базової потужності. Струм вираховують через напругу і потужність.

За базову напругу беруть середнє номінальне значення тієї ступені де проводяться розрахунки струмів к.з. Ця напруга на 5% більша за номінальну напругу. Базовими напругами можуть бути напруги величиною. 0,23; 0,4; 0,69; 3,15; 6,3; 10,5; 37; 115; 230 кВ і т. д.

За базисну потужність може бути прийнята потужність генератора, але частіше приймають потужність кратну 10 МВ·А. Найчастіше приймають потужність S = 310 МВ·А, або У номінальну потужність генераторів станції.

Для того щоб розрахувати параметри струмів к.з. необхідно мати розрахункову схему системи електропостачання з вказаними на ній елементами в вигляді умовних позначень і параметрів кожного елемента. По розрахунковій схемі складається схема заміщення, на якій всі елементи розрахункової схеми зображені у вигляді резисторів. Кожному резистору присвоюється порядковий номер, який записується над рискою дробу, а під нею вказується розрахована величина цього опору у відносних одиницях, приведена до базисних значень.

U_K =4,5%

2. Визначаємо опір ЛЕП:

3. Визначаємо результуючий опір в точці К₁ :

4. Визначаємо базовий струм:

5. Визначаємо діюче значення струму к.з в точці К₁ :

6. Визначаємо ударний струм:

7. Визначаємо потужність к.з в точці К₁ :

8. Визначаємо опір трансформатора:

9. Визначаємо результуючий опір в точці К₂ :

10. Визначаємо базовий струм:

11. Визначаємо діюче значення струму к.з в точці К₂ :

12. Визначаємо ударний струм к.з в точці К₂ :

13. Визначаємо потужність к.з в точці К₂ :

14. Визначаємо опір КЛ:

15. Визначаємо результуючий опір к.з в точці К₃ :

16. Визначаємо базовий струм:

17. Визначаємо діюче значення струму в точці К₃ :

18. Визначаємо ударний струм к.з в точці К₃ :

19. Визначаємо потужність к.з в точці К₃ :

Результати розрахунків заносимо в таблицю:

Табл. 6

2.6 Перевірка електрообладнання на дію струмів к.з

При протіканні струмів к.з. по струмопровідних частинах і ел. апаратах виникає ел. динамічна і термічна дія струмів к.з. Внаслідок цього струмопровідні частини перегріваються або механічно руйнуються. Тому після вибору апаратів і струмопровідних частин по розрахункових параметрах їх необхідно перевіряти на ел. динамічну і термічну дію струмів к.з. Для забезпечення надійної безаварійної роботи необхідно, щоб розрахункові величини були менші за допустимі, які вказуються в довідниках і гарантуються підприємствами, що виготовляють дані апарати.

Вибір високовольтних запобіжників.

Запобіжники вибираються по: U_ном , І_ном по конструктивному виконанню і перевіряються по граничному вимикаючому струму і потужності (І_вим ; S_вим ). Умова стійкості до струмів к.з. виконується, якщо:

І_вим ≥ І_к.з S_вим ≥ S_к.з

Вибір високовольтних вимикачів.

Вимикачі вибираються по: U_ном , І_ном , за конструктивним виконанням, місцем встановлення, вимикаючому струму і потужності (І_вим , S_вим ).

Умова стійкості до струмів к.з. виконується, якщо:

І_вим > І_к.з . S_вим > S_к.з .

Вимикачі перевіряються на термічну стійкість. При цьому повинна виконуватись умова:

І_t – струм термічної стійкості, що допускається заводом – виробником протягом t, с – вказується в довідниках.

t_пр – приведений час протікання струму к.з.

Вимикачі також перевіряються на ел. динамічну стійкість. При цьому повинна виконуватись умова:

Я_у < Я_max

де Я _тах = Я _дин – вказується в довідниках.

Вибір роз’єднувачів і відділювачів.

Роз'єднувачі і відділювачі вибирають за U_ном , І_ном і перевіряють електродинамічну і термічну стійкість аналогічно вимикачам.

Роз'єднувачі і відділювачі не призначені для вимикання струмів к.з., тому на вимикаючу здібність не перевіряються.

Вибір короткозамикачів.

Короткозамикачі вибираються за U_ном і перевіряються на електродинамічну і термічну стійкість аналогічно вимикачем.

Вибір вимірювальних трансформаторів струму.

Трансформатори струму вибираються за U_ном , І_ном , навантаженням первинної і вторинної котушок, класу точності і допустимій похибці і перевіряють на термічну і динамічну стійкість до струмів к.з., яка враховується динамічним k_дин термічним k_t коефіцієнтами, що вказуються в довідниках:

Вибір вимірювальних трансформаторів напруги.

Трансформатори напруги вибирають за їх номінальними параметрами (U_ном , I_ном ), конструктивному виконанню, класу точності, а також потужності вторинної обмотки:

Де РS = S_пр · сов j – сумарна активна потужність, що споживається котушками приладів, Вт

QS = Р_пр · t_g ц – реактивна потужність, вар

S_ном – номінальна потужність трансформатора напруги.

Вибір і перевірка збірних шин

Поперечний переріз збірних шин вибирається в довідниках по величині розрахункового струму. Вибрані шини перевіряються на ел. динамічну і термічну дію струмів к.з.

де у – вказується в довідниках для даного матеріалу.

S_роз – вибирається в довідниках.

Вибір і перевірка кабельних ліній

Кабелі як і шини вибирають за U_ном і І_ном і перевіряють на термічну стійкість при струмах к.з.

S _min – мінімальний переріз провідника за умовою термічної стійкості.

Вибір ізоляторів для шин.

Ізолятори вибираються за U_ном , I_ном і перевіряється на 60% механічне навантаження дії струму к.з. При цьому повинна виконуватись умова:

Напруга мережі 10 кВ.

Визначаю розрахунковий номінальний струм:

Вибираю високовольтний вимикач типу ВМП‑10–250–20У3 з приводом ППВ‑10У3 [5] с. 170 т. 2–65:

Табл. 7

Розрахункові дані	Допустимі дані	Умови вибору
Up =10 кВ	Uн =10 кВ	Up ≤Uн
Ip =14.4 А	Ін =250 А	Ір ≤Ін
Яу =13,2 А	Яmax =52 кА	Яу ≤Іmax
Ік.з =5,2 кА	Іот =20 кА	Ік.з ≤Іот
		Sк.з ≤ Sот

Вибираю роз’єднувач типу РВ‑10/250 з приводом ПР‑10 [21] с. 223 т. 2–61:

Табл. 8

Розрахункові дані	Допустимі дані	Умови вибору
Up =10 кВ	Uн =10 кВ	Up ≤Uн
Ip =14.4 А	Ін =250 А	Ір ≤Ін
Яу =13,2 кА	Яmax .=60 кА	Яу ≤Іmax

Вибираю трансформатори струму типу ТЛМ‑10 з числом вторинних обмоток-2 [5] с. 182 т. 2–79:

Табл. 9

Розрахункові дані	Допустимі дані	Умови вибору
Up =10 кВ	Uн =10 кВ	Up ≤Uн
Ip =14.4 А	Ін =100 А	Ір ≤Ін
Яу =13,2 кА		Яу ≤Іmax

Вибираю трансформатори напруги типу НОМ‑10У4 [5] с. 190 т. 2–85:

Вибираю і перевіряю шини на електродинамічну стійкість до струмів к.з.

Визначаємо розрахункову напругу в металі шин і перевіряємо шини на електродинамічну стійкість:

Оскільки для алюмінієвих шин у_доп =80 мПа, то шини з у_роз =11.59 мПа динамічно стійкі.

Перевіримо шини на термічну стійкість для чого визначимо S_min , користуючись формулою:

[2] с. 245;

t_пр – час вимикання вимикача, що був вибраний;

С = 88 для алюмінієвих шин.

Вибрані шини з поперечним перерізом 250 мм² задовольняють умову термічної стійкості, оскільки:

Виходячи з U_ном =10кВ та І_ном =14.4 А вибираю опорні ізолятори типу ИОР‑10–375 УХЛ‑2 на U_ном =10кВ та І_ном =1000 А з F_руй =3750 Н.

Розрахункове навантаження на опорні ізолятори:

Вибрані ізолятори перевіряємо на 60% механічне навантаження дії струму к.з.

Оскільки F_розр =885,9 Н < 60% F_руй =2250 Н, то вибраний тип ізолятора витримує механічне навантаження дії струму к.з.

Перевіряю вибраний кабель марки АСБ‑10/3/25 на термічну стійкість до струмів к.з. по розрахунковому струму І_р = 14.4 А.

Визначаю мінімальний переріз кабеля:

Де С=85 для алюмінієвих жил

Кабель марки АСБ‑10/3/25 з перерізом 25 мм² задовольняє умову термічної стійкості, оскільки:

S_mіn < S_роз

Кабель термічно стійкий.

2.7 Обґрунтування конструктивного виконання електромереж напругою до 1000 В

Живлення споживачів електроенергії в інструментальному цеху здійснюється цеховими електричними мережами. Джерела живлення цих мереж е цехові трансформаторні підстанції.

Конструктивне виконання мереж повинно забезпечувати безпеку в експлуатації цехової мережі в залежності від аварійного середовища в цеху, без перериву в електропостачанні, захисту струмоведучої частини мережі від механічних пошкоджень.

Магістральні схеми живлення мають переваги для рівномірного розподілу навантаження по цеху, коли споживачі розташовані достатньо близько один від одного. В цьому випадку використання шинопровода в якості конструктивного рішення дуже зручно використовувати любу перестановку механізмів, верстатів і інших приймачів.

При магістральних схемах можливе застосування складних конструкцій, шино проводів і швидкий монтаж мережі. На деяких ділянках даного інструментального цеху встановлюються розподільчі пункти для живлення електроприймачів які приєднуються до найближчих шинопроводів.

В нашому цеху використовується розподільчий шино провід серії ШМА який призначений для розподілу електричної енергії трифазного струму промислової частоти. Приєднання розподільчого шинопровода до шин підстанції виконується кабелем або проводом який підводиться до вхідної коробки встановленої в місці з`єднання двох секцій.

Швидке підключення верстатів без зняття напруги з шинопровода виконується через відгалужу вальні коробки з установчими автоматами. Для захисту від механічних пошкоджень кабелів в середині приміщень, прокладають в каналах і кріплять скобами на стінах і потолку. Якщо число кабелів прокладаємих в одному напрямку небагато то їх протягують через труби або покривають залізом.

2.7.1 Розрахунок і вибір магістральних і розподільчих мереж напругою до 1000 В, захист від струмів перевантаження і короткого замикання

Вибираємо з умови нагріву кабеля для живлення кожного споживача. живлення поедаемо кабелем ПВС розрахункового перерізу в трубах. Розраховуємо переріз кабеля для першого споживача:

Переріз проводу вибираємо з умови Ір≤Ід, де Ід-допустимий струм кабеля.

Вибираємо кабель ПВС‑4х2.5 Ід‑21А

Для всіх інших споживачів розрахунок проводимо аналогічно і заносимо в таблицю 2.7.1.1

Вибираємо запобіжник для захисту споживачів від струмів короткого замикання. Тип запобіжника ППНИ‑33.

Визначаємо пусковий струм:Іпус.=λ*Ір=8*14=112А

Де λ-кратність пускового струму (7–9)

Номінальний струм плавкої вставки запобіжника:

Ін.вс.=Іпус./2.5=112/2.5=45А

Вибираємо запобіжник ППНИ‑33 Ін‑100А Івс.-50А

Всі дані заносимо в таблицю 10

Табл. 10

Для захисту споживачів від перевантажень обираємо магнітні пускачі з тепловим реле, і дані заносимо в таблицю 11

Табл. 11

2.8 Вибір вимірювальних приладів, приладів обліку і місце їх приєднання

Згідно розрахованої однолінійної електричної схеми для вимірювання величини струму в амперах (А), і напруги в вольтах(В), розходу електроенергії по цеху (активної і реактивної) підбираємо слідуючі електровимірювальні прилади які встановлюються на вводах 1і2.

РУ‑0.4кВ КТП 2/250 10/0.4/0.23 УХЛ3

1. для вимірювання напруги вольтметр V марки CD‑80 з граничним вимірюванням від 0–500В (2 шт.)

2. для вимірювання струму амперметр А на фазах А, В, С виходячи з наявності трансформаторів струму ТТИ‑40 500/5 в даній схемі Вибираемо амперметри марки Э238з, загальна ккількість амперметрів 6 шт.

3. для вимірювання електроенергії Вибираемо лічильник активної і реактивної енергії» Єлгама» ЕМS‑132.114 3х220/380 В 2 шт.

Вимірювальні прилади на підстанціях і розподільчих пунктах промислових підприємств встановлюються для нагляду за режимом роботи обладнання і визначення його шляху. Контрольно вимірювальні прилади встановлюються так щоб обслуговуючий персонал міг без перешкоди наглядати за їх показниками. Для цієї цілі вони виносяться в одне місце на шкал обліку електричної енергії на підстанції.

3. Охорона праці

Охорона праці - це система правових, організаційно-технічних, соціально-економічних, санітарно-гігієнічних, лікувально-профілактичних заходів та засобів спрямованих на збереження життя, здоров`я і працездатності людини у процесі трудової діяльності.

Головною метою охорони праці є створення на кожному робочому місті безпечних умов праці, безпечної експлуатації обладнання, зменшення або повна нейтралізація дії шкідливих і небезпечних виробничих факторів на організм людини і як наслідок зниження рівня виробничого травматизму та професійних захворювань.

Інструкція по охороні праці являється нормативним документом, установлюючи потреби безпеки при виконанні робочими і службовцями робіт у виробничих приміщеннях, на території підприємства і на будівельних площах.

Інструкції по охороні праці поділяються на типові інструкції і інструкції для працюючих на даному підприємстві.

Інструкції можуть розроблятися як для працюючих за професією електросварщик, слюсар і т.д., так і для окремих видів робіт робота на висоті, монтажні, наладочні і інші.

При доторканні людини до струмоведучих частин електроустановок, які знаходяться під напругою, до металічних частин внаслідок пробою чи несправності ізоляції струмоведучих частин, може статися ураження людини електричним струмом. Електричний удар може призвести до смертельного наслідку. Щоб запобігти небезпеці ураження струмом людей, які працюють на установках напругою до 1000В і вище, необхідно здійснювати заземлюючі пристрої і заземляти металічні частини електрообладнання і установок.

Заземлюючі пристрої повинні задовольняти вимоги, обумовлені режимом роботи мереж і захисту від перенапруг.

3.1 Розрахунок заземлюючого пристрою підстанції

Всі металічні частини електроустановок, що нормально не знаходяться під напругою, а можуть попасти під напругу через пошкодження ізоляції, повинні надійно заземлюватись. Заземляють корпуси електричних машин, трансформаторів, апаратів, світильників; каркаси щитів, щитків, шаф, пультів управління; металеві конструкції ліній електропередач, підстанцій і розподільчих пристроїв; броню і металеві оболонки кабелів; сталеві труби електропроводок і т.п. а також вторинні обмотки вимірювальних трансформаторів

Таке заземлення називається захисним і його метою є захист обслуговуючого персоналу від небезпечних напруг дотику.

Заземлення призначене для утворення нормальних умов роботи електроустановки, називається робочим.

Для захисту обладнання від пошкоджень ударами блискавки застосовується блискавко захисне заземлення. Для виконання всіх трьох типів заземлення використовують один заземлюючий пристрій.

Для виконання заземлення використовують природні і штучні заземлювачі.

В якості природних заземлювачів використовують водопровідні труби, оболонки кабелів, фундаменти і металеві частини будівель, фундаменти опор, які надійно з’єднані з землею, а також системи трос-опора. В якості штучних заземлювачів використовують стержні діаметром не менше 12 мм, кутики, полоси занурені в ґрунт для надійного контакту з землею. Їх довжина повинна бути від 2,5 до 3 м. Для захисту території електростанцій і підстанцій від крокової напруги, разом з глибинними вертикальними електродами біля поверхні землі ні глибині 0,5–0,7 м, прокладають горизонтальні стальні полоси, які під’єднують до вертикальних електродів. На ці полоси відбувається стікання електричного струму.

Розраховую заземлюючий пристрій для ТП‑10–2/250

Питомий опір ґрунту r = 110 Ом\м

Опір одиночного електрода

Rо = 0,227 ∙ r = 0,227 ∙ 110 = 25 Ом (2.57)

Число заземлювачів

n = Ro / h R3 = 25 / 0,7 ∙ 4 = 9 (2.58)

де h = 0,7 при d / 2 > 1

R3 = 4 Ом по нормам

Ro – опір одиночного заземлювача

L – довжина провідника

r – питомий опір ґрунту

h – коэффіціент екранування

11 електродів

R = Ro / n x h = 25/ 9 ∙ 0,7 = 3.9 Ом

До даного заземлюючого контура цеху через заземлюючі провідники у виді стальної катанки Ǿ‑6 мм заземляється все технологічне і електротехнічне обладнання цеху, яке забезпечує при пошкодженні ізоляції в обладнання до відключення його від мережі плавкою вставкою запобіжника або автоматичним вимикачем за рахунок великих однофазних струмів К3.

Перенапруга – це підвищення напруги в лініях і ЕУ до величин небезпечних для них. Розрізняють внутрішні і зовнішні перенапруги. Внутрішні поділяються на режимні, комутаційні, дугові.

Режимні перенапруження виникають в електроустановках при змінах їх режиму роботи, наприклад при відключенні короткого замикання, різких змінах навантаження і ін., що супроводжується виділенням запасеної в установці енергії. Комутаційні перенапруження викликаються розривом ланцюга змінного струму, індуктивності і ємкості, наприклад при відключенні струмів холостого ходу трансформаторів, асинхронних двигунів, ліній електропередачі і ін.

Дугові перенапруження можуть виникнути в установках вище 1000 В, при однофазних замиканнях на землю; їх величина перевищує в 4–4,5 рази номінальну напругу.

Атмосферні перенапруження. Вони виникають унаслідок дії на електроустановки грозових розрядів. На відміну від комутаційних вони не залежать від величини робочої напруги електроустановки. Атмосферні перенапруження підрозділяють на індуковані перенапруження і перенапруження від прямого удару блискавки.

Індуковані перенапруження виникають при грозовому розряді, поблизу електроустановки і лінії електропередачі за рахунок індуктивних впливів.

Для захисту ліній і обладнання від перенапруг застосовують трубчаті і вентильні розрядники.

Трубчасті розрядники застосовують на лініях передачі для захисту лінійної ізоляції від атмосферних перенапружень. Трубчасті розрядники застосовують двох типів РТВ і РТФ. Вони встановлюються на кінцевих опорах ЛЕП через деякі проміжки вздовж ЛЕП, при переході ЛЕП в КЛ.

Вентильні розрядники застосовуються типів РВС, РВП, РВМ і встановлюються зі сторони високої напруги та низької напруги на вводах РУ, на збірних шинах або поряд з окремими потужними Е У.

Для захисту від зовнішніх перенапруг і грозових розрядів застосовуються штирьові і тросові блискавковідводи. Штирьові – це стальні штирі. Тросові підвішуються в вигляді троса, які з’єднується з землею над ЛЕП або над певною територією.

Література

1. Постников Н.П. и др. «Электроснабжение промышленных предприятий», Ленинград, «Стройиздат», 1989 г.

2. Липкин Б.Ю. «Электроснабжение промышленных предприятий и установок», М., «ВШ», 1990 г.

3. Федоров А.А. «Основы электроснабжения промышленных предприятий», М., «ВШ», 1990 г.

4. Федоров А.А. «Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети», М., «Энергия», 1980 г.

5. Крупович В.И. «Справочник по проектированию электроснабжения», М., «Энергия», 1980 г.

6. Федоров А.А. и др. «Справочник по электроснабжению промышленных предприятий», том 1, том 2, М., «Энергия», 1973 г.

7. Крючков И.П. и др. «Электрическая часть электростанций и подстанций», М., «Энергия», 1978 г.

8. Шаповалов И.Ф. «Справочник по расчету электрических сетей», Киев, «Будівельник», 1974 г.

9. Рожкова А.Д. и др. «Электрооборудование станций и подстанций», М., «Энергия», 1980 г.

10. Гессен В.Ю. и др. «Электрические станции и подстанции», М., «Колос», 1978 г.

11. Козьма А.А. «Электрические станции и системы», «Харьковский университет», 1963 г.

12. Коганов И.Л. «Курсовое и дипломное проектирование», М., «Колос», 1980 г.

13. Будзько И.А. и др. «Электроснабжение сельского хозяйства», М., «Колос», 1979 г.

14. Голованов А.Т. «Электротехнический справочник», ГОС «Энергоиздат», 1962 г.

15. Степанов М.И. «Курсовое проектирование по предмету ЭСППУ», М., 1986 г.

16. Федоров А.А. «Справочник по электроснабжению и электрооборудованию», том1, том 2, М., «Энергоиздат», 1986 г.

17. Коновалова Л.И. И др. «Электроснабжение промышленных предприятий и установок», М., «Энергоиздат», 1989 г.

18. Ермилов А.А. «Основы электроснабжения промышленных предприятий», М., «Энергия», 1976 г.

19. Барыбин Ю.Г. и др. «Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудованию», М., «Энергоиздат», 1991 г.

20. Матвеев А.А. «Черчение», М., «ВШ», 1980 г.

21. Большам Л.М. «Справочник по проектированию электроснабжения ЛЭП и сетей», М., «Энергия», 1974 г.