Реконструкция системы электроснабжения производственной базы КФ АО «Казахвзрывпром»

реферат Дипломный проект на тему «Реконструкция системы электроснабжения производственной базы КФ АО «Казахвзрывпром» рассматривает вопросы электроснабжения, защиты и автоматизации системы электроснабжения предприятия.

Пояснительная записка включает в себя: разделов 6, страниц, таблиц 23

Графическая часть состоит из 6 чертежей формата А1.

Список использованных источников

включает 22 наименования.

Ключевые слова: мощность, электроэнергия, ток, короткое замыкание, лампа, трансформатор, защита.

Содержание Введение

1. Краткая характеристика объекта

2. Электроснабжение

2.1 Расчет электрических нагрузок

2.1.1 Определение центра электрических нагрузок предприятия

2.1.2 Построение картограммы электрических нагрузок

2.2 Выбор схемы внутреннего электроснабжения предприятия

2.2.1 Обоснование принимаемых значений напряжения

2.2.2 Определение количества ТП

2.2.3 Определение расчетных нагрузок ТП — 0,38 кВ

2.2.4 Компенсация реактивной мощности

2.2.5 Выбор мощности силовых трансформаторов ТП

2.2.6 Выбор сечения кабельных линий

2.3 Выбор схемы внешнего электроснабжения

2.3.1 Определение расчетной нагрузки предприятия

2.3.2 Обоснование принимаемых значений напряжения внешнего электроснабжения

2.3.3 Технико-экономическое сравнение вариантов внешнего электроснабжения

2.5 Определение величины токов короткого замыкания (к.з.)

2.5.1 Расчет токов к. з на напряжении выше 1000 В системы электроснабжения

2.5.2 Расчет токов к.з. на напряжении 0,38 кВ

2.6 Выбор и проверка основного электрооборудования

2.6.1 Коммутационные аппараты напряжением выше 1кВ

2.6.2Выбор трансформаторов тока и напряжения

2.6.3 Выбор шин

2.6.4 Проверка сечений кабелей по термической стойкости к токам к. з

2.6.5 Выбор автоматических выключателей напряжением 0,38кВ

2.7 Защита сетей от аварийных режимов

2.7.1 Защита линий электропередачи напряжением выше 1кВ

3. Проектирование вентиляции

3.1 Состояние вопроса и постановка задачи проектирования

3.2 Решение задачи с применением конкретных инженерных разработок

3.3 Определение экономической эффективности специальной части

4. Организация эксплуатации электрохозяйства

5 Охрана труда и окружающей среды

5.1 Мероприятия по электробезопасности объекта

5.2 Мероприятия по охране окружающей среды

6. Основные технико-экономические показатели проекта Заключение

Список использованных источников

Введение

Актуальность темы дипломного проекта связанна с тем, что в 1988 года, когда были введены в эксплуатацию кабельные сети КФ АО «Казахвзрыв пром» на территории предприятия имелось всего несколько потребителей. С увеличением количества взрывных работ требовалось расширение базы. Это все привело к строительству на территории новых цехов и складского помещения. В связи с этим увеличилась нагрузка предприятия, это требует установки оборудования, замены кабельных линий, которые за более чем 20 лет пришли в негодность, и не выдерживают новых нагрузок.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи. При проектирование учесть экономические стороны вопроса, выбрать рациональное напряжение сети, определить число и мощность ТП, а так же оптимальные сечение кабелей, во избежание лишних затрат на реконструкцию системы электроснабжения. Также следует заострить внимание на организацию охраны труда данного предприятия.

Задачей при разработки электрических сетей является разработка сети, отвечающей требованиям качества электроэнергии, экономичности и надежности.

1. Краткая характеристика предприятия Костанайский филиал акционерного общества «Казахвзрывпром» занимается буровзрывными работами на территории Северного и Западного Казахстана, а также производством коронок для буровых машин и приготовлением «Эмульсии».

Электроснабжение территории КФ АО «Казахвзрывпром» осуществляется от подстанции «Костанайская», которая является основным источником питания электрической энергии.

Производственная база КФ АО «Казахвзрывпром» была введена в эксплуатацию в 1988 году. Предприятие расположено в городе Костанай по улице: Киевская, 44/1.

На территории предприятия находится 1 административно — бытовой комплекс, 3 цеха, 1 отапливаемый гаража, 1 складское помещение, 1 склад ГСМ, 1 насосная, территория асфальтирована и имеется площадка для стоянки автотранспорта.

КФ АО «Казахвзрывпром» выполняет работы в полном объеме. Связано это с востребованностью буровзрывных работ на территории Казахстана.

Данное предприятие питается от подстанции «Костанайская» 110/10 кВ по кабельной лини КЛ-10 кВ длинной 1,9 км.

2. Электроснабжение

2.1 Расчёт электрических нагрузок Определение расчётных мощностей объекта Расчётную нагрузку определяем методом коэффициента спроса, коэффициент спроса определяем по справочным данным.

Определяем расчётную силовую активную нагрузку потребителя, кВт:

кВт; (1)

где кс — коэффициент спроса;

Руст — установленная мощность объекта, кВт.

кВт Определяем расчётную силовую реактивную нагрузку, кВАр:

кВАр; (2)

где tgц — коэффициент реактивной мощности нагрузки.

кВАр.

Определяем расчётную активную нагрузку электроосвещения потребителя, кВт:

Расчетная нагрузка электроосвещения определяется по методу удельной мощности на единицу производственной площади.

кВт; (3)

где F — площадь помещения, м2;

Руд.о. — удельная мощность электроосвещения на 1 м² производственной площади, кВт/м2. Удельная нагрузка освещения Руд определяется по справочным данным в зависимости от вида источников света (газоразрядные лампы).

кВт.

Определяем расчётную реактивную нагрузку электроосвещения потребителя, кВАр:

кВАр; (4)

где tgцос — коэффициент реактивной мощности осветительной нагрузки.

кВАр.

Суммарные расчетные нагрузки определяем по формулам:

кВт (5)

кВАр (6)

кВт, кВАр.

Определяем полную расчётную мощность, кВА:

кВА; (7)

кВА.

Результаты расчетов электрических нагрузок на напряжении 0,38 кВ сводят в таблицу 1.

2.1.1 Определение центра электрических нагрузок предприятия Определяем координаты ЦЭН по активной нагрузке; см:

(8)

(9)

электрический нагрузка трансформатор сеть где Ррi — расчетные активные нагрузки потребителей, кВт;

Xi, Yi — расстояние от центра круга по картограмме нагрузок до координатных осей X и Y, выбранных произвольно, см.

Определяем координаты ЦЭН по реактивной нагрузке; см:

(10)

(11)

где Qрi — расчетные реактивные нагрузки потребителей, кВАр.

Результаты определения ЦЭН сводятся в результирующую таблицу 2.

2.1.2 Построение картограммы электрических нагрузок Определяем радиус картограммы активной нагрузки; см:

см; (12)

где Рр — расчетная активная мощность с учетом освещения, кВт;

= 3,14;

m — масштаб, кВт/см2 ,

m = 10 кВт/см2.

см.

Определяем радиус картограммы реактивной нагрузки; см:

см; (13)

где Qp — расчетная реактивная мощность с учетом освещения, кВАр.

Таблица 1

Расчет электрических нагрузок на напряжении 0,38 кВ

Таблица 2

Определение центра электрических нагрузок предприятия

Определяем угол раскрытия сектора; град:

(14)

Результаты расчетов сводятся в таблицу 3.

Таблица 3

Построение картограммы электрических нагрузок

2.2 Выбор схемы внутреннего электроснабжения предприятия Выбор схемы внутреннего электроснабжения производится, исходя из особенностей генерального плана предприятия, категории по надежности электроснабжения электроприёмников потребителей, режима работы электрической сети. С учетом этого выбирается конфигурация схемы электрической сети — радиальная или магистральная.

Рекомендуется наиболее ответственные и наиболее мощные потребители запитывать по радиальным ЛЭП, менее ответственные и менее мощные потребители — по магистральным ЛЭП, там, где это возможно.

2.2.1 Обоснование принимаемых значений напряжения На выбор оптимальной величины напряжения во внутренней схеме СЭС (1УР — 5УР) прежде всего влияют стандартные номинальные напряжения силовых электроприемников потребителей. В качестве напряжения внутреннего электроснабжения используем номинальное напряжение 0,38кВ, так как все потребители на территории предприятия рассчитаны на это напряжение.

2.2.2 Определение количества ТП

(15)

.

Для потребителей с мощностью больше количество ТП определяется по следующей формуле:

(16)

Результаты определения количества ТП сводятся в результирующую таблицу 4.

Таблица 4

Определение количества ТП

2.2.3 Определение расчетных нагрузок ТП — 0,38 кВ Определяем активную нагрузку ТП1; кВт:

кВт; (17)

где к0 — коэффициент одновременности, для ТП1 к0= 0,9 (к0 =1 при одном потребителе и к0= 0,9 при числе потребителей больше 1 — го [1]);

?Ррi — суммарная активная нагрузка ТП; кВт.

кВт.

Определяем реактивную нагрузку ТП1; кВАр:

кВАр; (18)

где ?Qрi — суммарная реактивная нагрузка ТП; кВАр.

кВАр.

Определяем полную расчетную мощность ТП1, кВА:

кВА (19)

кВА.

Результаты вычислений сводим в таблицу 5.

Таблица 5

Определение расчетных нагрузок ТП — 0,38 кВ

2.2.4 Компенсация реактивной мощности Определяем реактивную мощность компенсирующего устройства; кВАр:

кВАр; (20)

кВАр.

Выбираем конденсаторную батарею:

кВАр (21)

кВАр По справочникам определяется тип стандартной комплектной конденсаторной установки.

Выбираем 2УК — 0,38 — 75 У3.

Определяем расчетную нагрузку после компенсации; кВА:

кВА; (22)

кВА Определяем значение коэффициента мощности после компенсации реактивной мощности:

(23)

Значение коэффициента мощности на шинах ТП после компенсации реактивной мощности должно находиться в интервале значений 0,93 — 0,97.

Результаты расчета мощностей конденсаторных установок для цеховых ТП сводятся в таблицу 6.

2.2.5 Выбор мощности силовых трансформаторов ТП Выбор числа и мощности силовых трансформаторов цеховых ТП предприятий производят при соответствующем технико-экономическом обосновании.

При выборе числа и мощности силовых трансформаторов используют методику приведенных расчетных затрат. Выбор номинальной мощности силовых трансформаторов выполняется по полной расчетной нагрузке потребителей, подключенных к рассматриваемой подстанции, с учетом компенсации реактивной мощности.

Приведенные расчётные затраты определяются по следующему выражению:

З = р· Ктр +ИПЭ (24)

или З = (Ен + Ра/100)· Ктр+(Рх·8760+К32·Рк·)· Цэ, тыс. тен/год (25)

где ИПЭ — издержки на потерю электроэнергии, тыс. тен/год;

Ра — норматив амортизационных отчислений, для трансформаторов Ра=6,4%;

Ен — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, Ен=0,12;

Ктр — стоимость капитальных затрат на трансформатор[4], тыс. тен;

Цэ — стоимость потерь электрической энергии, тен/кВтч;

Рх — потери холостого хода трансформатора[4], кВт;

Рк — потери мощности режима короткого замыкания[4], кВт;

ф — время максимальных потерь, час:

; (26)

где Тм — время использования максимальной нагрузки, Тм =5000 ч;

Кз — коэффициент загрузки:

(27)

где n — количество трансформаторов подстанции.

При сравнении вариантов для каждой ТП рассматривают трансформатор минимальной мощности обеспечивающей питание потребителей от одного трансформатора с учетом допустимой перегрузки, т. е. выбранный по условию:

Таблица 6

Расчет мощностей конденсаторных установок для цеховых ТП

(28)

Выберем мощность трансформатора для ТП1:

кВА Выбираем ближайшее стандартное значение мощности и тип трансформатора Sн.т.=400 кВА, ТМ-400/0,38.

Определяем приведённые расчетные затраты на силовой трансформатор ТП1; тыс. тен/год:

тыс. тен/год Для этой же ТП просчитываем затраты на трансформаторы с большей мощностью. По результатам расчетов выбираем трансформатор с наименьшими затратами.

Результаты остальных расчетов сводим в таблицу 7.

2.2.6 Выбор сечения кабельных линий При выборе сечения жил кабельных линий должны соблюдаться нормативные технические и экономические требования.

Сопоставление и анализ всех технико-экономических показателей, характеризующих возможные варианты, позволяет произвести выбор наилучшего решения.

Выбираемые сечения проводников КЛ должны обязательно отвечать нормативным техническим требованиям:

· расчетный ток линии не должен быть больше допустимого по длительному нагреву тока для данного сечения проводника;

· сечение проводника должно быть термически стойким к протеканию токов к.з.;

· потеря напряжения в проводнике не должна превышать допустимое значение;

Таблица 7

Выбор мощности трансформаторов ТП

При выборе сечения проводников следует стремиться к обеспечению минимальных приведенных расчетных затрат на эксплуатацию электрических сетей.

Определяем аварийный ток для линии № 1, участок ТП11 — РП5, А:

А (29)

А Определяем рабочий ток, А:

А (30)

А Далее по справочным данным определяем номинальный ток для каждого из выбранных сечений, и стоимость каждого сечения.

Определяем приведённые расчётные затраты для каждого из сечений; тыс. тен/год:

тыс тен/год; (31)

где р — нормативный коэффициент отчислений от стоимости линии;

K — удельная стоимость линии, тыс. тен/км;

Iррасчетный ток, А;

ro — удельное сопротивление линии, Ом/км;

— время максимальных потерь электроэнергии, ч;

ЦЭ — стоимость потерь электроэнергии тен/кВтч.

тыс тен/год Для линии напряжением 0,38 кВ выбираем марку кабеля АВВГ 4 жилами Результаты расчётов сводим в таблицу 8

Выбор сечения кабельных линий 10 кВ Выбор сечения КЛ-10 кВ производим таким же образом как для КЛ — 0,38 кВ. Результаты расчётов сводим в таблицу 9.

Таблица 8

Выбор сечения КЛ 0,38 кВ

Таблица 9

Выбор сечения КЛ 10 кВ

2.3 Выбор схемы внешнего электроснабжения Схема внешнего электроснабжения включает в себя часть системы электроснабжения предприятия, начиная с источника питания и заканчивая главным пунктом распределения электроэнергии на территории предприятия (ГРП или шины 6−10 кВ ГПП). Для предприятий малой и средней мощности, как правило, применяют схемы с одним приемным пунктом (ГПП, ГРП, РП). Для потребителей 1 и 2 категорий по надежности электроснабжения предусматривают секционирование шин приемного пункта и питание каждой секции по отдельной линии.

2.3.1 Определение расчетной нагрузки предприятия Определим полную расчетную нагрузку предприятия.

(32)

(33)

(34)

(35)

= () (36)

где кО=0,9 — коэф. одновременности.

РУРТП=1395,78 кВт, РР. ПР=0,9· 1395,78=1256,2 кВт,

QУРТП=854,6 кВАр

QР.ПР=0,9· (854,6−394)=414,5 кВАр,

SР.ПР = =1322,8 кВА.

Определим коэффициент мощности предприятия:

(37)

Значение коэффициента мощности электрической нагрузки предприятия должно находиться в диапазоне 0,93 — 0,97. Если это требование не выполняется, следует предусмотреть компенсацию реактивной мощности для силовой нагрузки 10 кВ (на шинах 10 кВ РП).

2.3.2 Обоснование принимаемых значений напряжения внешнего электроснабжения Напряжение в схеме внешнего электроснабжения без трансформации электроэнергии (ГРП) будет таким же, что и на стороне выше 1000 В схемы внутреннего электроснабжения, т. е. 10 кВ.

Напряжение в схеме внешнего электроснабжения с трансформацией электроэнергии (ГПП) принимается из имеющихся стандартных напряжений (35 или 110 кВ) на источнике питания. Для этого предварительно следует найти величину paционального напряжения (кВ), которую возможно оценить по формуле Стилла:

(38)

где l — расстояние передачи электроэнергии, км;

Р — передаваемая мощность МВт.

По рассчитанному значению рационального напряжения принимают для сравнения ближайшее к нему стандартное напряжение (35 или 110 кВ).

кВ.

Принимаем U2 = 110 кВ для варианта с трансформацией электроэнергии (ГПП).

2.3.4 Технико-экономическое сравнение вариантов внешнего электроснабжения Необходимо сравнить два основных варианта внешней системы электроснабжения предприятия — установка на территории предприятия главного распределительного пункта (ГРП) или главной понизительной подстанции (ГПП).

Технико-экономический анализ вариантов сравнения систем внешнего электроснабжения заключается в сравнении приведенных затрат на сооружение ГРП (ГПП) с учетом технических и экономических показателей питающей линии электропередачи от источника питания.

Зi = Ен · Кi + Игi (39)

где Кi — капиталовложение на строительство по варианту, тыс. тен;

Игi — соответствующие годовые издержки на эксплуатацию, тыс. тен/год;

Ен — нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, Ен = 0,12.

Рассмотрим вариант, при котором на предприятии установлена ГРП.

В этом случае Uн1=10кВ.

Определим рабочий ток линии:

(40)

А.

Определим сечение кабеля по экономической плотности тока:

(41)

где =1,6 А/мм2 — экономическая плотность тока для КЛ — 10 кВ с алюминиевыми жилами.

мм2.

Принимаем кабел сечением 50 мм², так как он подходит по допустимому току провода IП=211 А. > IАВ = 76,46 А.

Выбираем кабель марки АПвЭВ-3(150).

Определяем капитальные затраты Капитальные затраты для ЛЭП:

(42)

где nколичество линий;

к0 = 365,25 тыс.тен./км — стоимость одного км линии;

l=1,9 км — расстояние от подстанции энергосистемы до предприятия.

тыс.тен.

Капитальные затраты для ГРП:

(43)

где КВЯ = 367,5 тыс.тен. — стоимость вводной ячейки;

КТСН = 345 тыс. тен — стоимость ячейки трансформатора собственных нужд;

КТН = 217,5 тыс. тен — стоимость ячейки трансформатора напряжения;

КСВ = 367,5 тыс.тен.- стоимость ячейки секционного выключателя;

КСР = 193,5 тыс.тен.- стоимость ячейки секционного разъединителя;

КЛЯ = 367,5 тыс. тенстоимость линейной ячейки;

n= 3 — количество линейных ячеек.

Стоимость ячеек определяем по справочным данным.

тыс тен.

Общие капитальные затраты для варианта с ГРП:

К1=КЛЭП-10кВ + КГРП -10кВ (44)

К1=4163,8 + 4626=8789,8 тыс.тен.

Определим годовые издержки на эксплуатацию СЭС:

Игi = Иаi + Иобi + Ипэi (45)

где: Иа — издержки на амортизацию, тыс. тыс. тен/год;

Иоб — издержки на обслуживание, тыс. тен/год;

ИПЭ — издержки на потери эл. энергии, тыс. тен/год.

Издержки на амортизацию:

(46)

где Ра1=3% - амортизационные отчисления для КЛ-10кВ;

Ра2=6,4% - амортизационные отчисления для РУ-10 кВ;

тыс.тен/год.

Издержки на обслуживание:

(47)

где nу.е. — число условных единиц,

nу.е. = 1,9 у.е. — для КЛ-10кВ (для 3-х фаз);

nу.е = 2,2 у.е. — для РУ-10кВ (одно присоединение);

г = 4,2 тыс.тен./год — стоимость обслуживания одной условной единицы;

Значение условных единиц определяем по справочным данным.

тыс.тен/год.

Издержки на потери электроэнергии:

(48)

где ф = 3410,9 ч;

ЦЭ = 12 тен/кВт•ч;

Rл — активное сопротивление линии, Ом:

(49)

где n — число кабелей в одной линии, в одной фазе, шт;

l=1,9 км — расстояние от подстанции энергосистемы до предприятия.

Ом

тыс.тен/год.

Иг1 = 421+169,7+186,6 = 777,3 тыс. тен/год.

Приведенные затраты на сооружение ГРП:

З1 = 0,12•8789,8 + 777,3 = 1832 тыс. тен/год.

Рассмотрим вариант, при котором на предприятии установлена ГПП.

В этом случае Uн2 = 110 кВ.

Определим рабочий ток линии по формуле (40):

А.

Определим сечение провода ВЛ по формуле (41):

jэк =1,1 А/мм2 — экономическая плотность тока для ВЛ — 110 кВ.

мм2.

Принимаем провод ВЛ марки АС — 70/11 мм2, так как для ВЛ-110кВ минимальное сечение на корону 70 мм². Допустимый ток провода IП=265 А > IАВ = 12 А.

Определим номинальную мощность силового трансформатора ГПП с учетом допустимой аварийной перегрузкой 40%:

(50)

кВА.

Принимаем трансформатор ТМН — 2500/110, Рхх = 5,5 кВт, Ркз= 22 кВт, к0 = 4425 тыс.тен.

Определяем капитальные затраты Капитальные затраты для ЛЭП по формуле (41):

где nколичество линий, шт;

l=1,9 км — расстояние от подстанции энергосистемы до предприятия;

к0 — стоимость одного км линии, тыс.тен./км:

к0 = a + b•F, (51)

где, а — постоянная часть стоимости ЛЭП, зависящая от напряжения и конструктивного исполнения линии, тыс. тен, [3];

b — коэффициент, зависящий от вида проводникового материала, тыс. тен/мм2, [3];

F — сечение провода ВЛ — 110 кВ, мм2.

к0 = 1290,5 + 1,68•70 = 1408,1 тыс. тен/км.

тыс.тен.

Капитальные затраты для ГПП:

(52)

где КОРУ-110кВ = 2•К яч — 110кВ = 2•3091,5 = 6183 тыс.тен.

КТр-110кВ =2• к0 = 2•5520 = 11 040 тыс.тен.

КЗРУ-10кВ = КГРП-10кВ =5736 тыс.тен.

Стоимость ОРУ и трансформатора на 110 кВ определяем по справочным данным.

тыс.тен.

Капитальные затраты для варианта внешнего электроснабжения с ГПП:

К2=КЛЭП-110кВ + КГПП -110кВ (53)

К2=5350 + 22 959=28309 тыс.тен.

Определим годовые издержки на эксплуатацию СЭС по формуле (44):

Издержки на амортизацию:

(54)

где Ра1=2,8% - амортизационные отчисления для ВЛ -110кВ;

Ра2=6,4% - амортизационные отчисления для РУ-110 кВ;

тыс.тен/год.

Издержки на обслуживание определяем по формуле (46):

nу.е. = 2•1,9•1,0 = 3,8 у.е. — для ВЛ-110кВ (для 3-х фаз);

nу.е = 2•9,6 + 2•10 + 14•2,2 = 69,8 у.е. — для ГПП — 110кВ;

г = 4,2 тыс.тен./год — стоимость обслуживания одной условной единицы;

тыс.тен/год.

Издержки на потери электроэнергии:

(55)

где ЦЭ = 12 тен/кВт•ч;

ДWВЛ-110кВ — потери электрической энергии в ВЛ на напряжение 110кВ;

ДWТр — потери электрической энергии в обмотках трансформатора.

(56)

Ом

кВт • ч/год.

(57)

кВт • ч/год.

тыс.тен/год.

Иг1 = 1619 + 309,1 + 1319 = 3247,1 тыс. тен/год.

Приведенные затраты на сооружение ГПП:

З2 = 0,12•28 309 + 3247 = 6644 тыс. тен/год.

З1 = 1832 тыс. тен/год< З2 = 6644 тыс. тен/год.

Принимаем вариант внешнего электроснабжения с установкой ГРП.

Выбор сечения питающей линии электропередачи Нахождение экономически целесообразного сечения питающих линий электропередачи в схеме внешнего электроснабжения выполняется по той же методике, что и для кабельных линий 0,38 и 10 кВ. Результаты расчетов сводим в таблицу 10.

Таблица 10

Выбор сечения питающей линии электропередачи

Принимаем кабель марки АПвЭП сечением 95 мм.

2.5 Определение величины токов короткого замыкания (к.з.)

При эксплуатации электрических сетей, объектов электроснабжения и электроустановок в них часто возникают короткие замыкания, являющиеся одной из основных причин нарушения нормального режима работы электроустановок.

Коротким замыканием называют замыкание, при котором токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток нормального режима. Замыкание — это всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальными условиями работы, соединение двух точек электрической цепи непосредственно или через малое переходное сопротивление (дуга). Причинами короткого замыкания являются механические повреждения изоляции, ее пробой из-за перенапряжения и старения, обрывы, набросы, схлестывания проводов воздушных линий, ошибочные действия персонала и т. п. Вследствие короткого замыкания в цепях возникают опасные для элементов сети токи, ведущие к отказу электрооборудования или аварии, а также к сбоям работы энергосистем. Потому для обеспечения надежной работы электрической сети, электрооборудования, устройств релейной защиты необходимо производить расчет токов короткого замыкания.

В дипломной работе токи к.з. определяются двумя методами:

а) относительных единиц (токи 3-х и 2-х фазного к. з в расчетных точках схемы, заканчивая шинами 0,4 кВ цеховых ТП);

б) именованных единиц (токи 1-но фазного к.з. в конце проектируемых линий 0,38 кВ).

2.5.1 Расчет токов к. з на напряжении выше 1000 В системы электроснабжения Расчет токов короткого замыкания выполняется на основании расчетной схемы системы электроснабжения, в которой должны быть учтены сопротивления всех элементов системы электроснабжения, влияющие на величину токов к.з. Расчетная схема (рисунок 1) электроснабжения объекта заменяется эквивалентной схемой замещения (рисунок 2), в которой все элементы системы электроснабжения представлены активными и реактивными сопротивлениями.

За базисные величины (обычно их обозначают буквами со звездочкой) принимают базисную мощность и базисное напряжение. Базисные напряжения для схемы замещения принимаем для каждой ступени напряжения равные средне номинальному значению напряжения соответствующей ступени из следующего ряда: 0,4; 6,3; 10,5; 37,5; 115; 230 кВ.

Определяем базисные токи на всех ступенях напряжения:

(58)

где Sбi — базисная мощность системы, МВА; Sс = 100 МВА, принимаем Sб=100 МВА.

кА

кА Реактивное сопротивление системы хс* = 0,4

Последовательно, от источника питания до цеховых ТП, согласно схеме замещения, определяются активные и реактивные сопротивления всех элементов расчетной схемы.

Активное сопротивление питающей линии:

(59)

где rоудельное активное сопротивление провода (кабеля), Ом/км;

l — длина линии, км;

Uб — базисное напряжение первой ступени, кВ.

Реактивное сопротивление питающей линии:

(60)

где хоудельное реактивное сопротивление провода (кабеля), Ом/км.

Результаты расчетов сопротивлений КЛ сводят в таблицу 11.

Таблица 11

Расчет сопротивлений КЛ

Определяем сопротивления трансформаторов цеховых ТП.

Полное сопротивление ТП:

(61)

где UК% - напряжение короткого замыкания,

SН.Т.- номинальная мощность трансформатора, МВА.

Активное сопротивление ТП:

(62)

где РК — потери короткого замыкания, кВт.

Реактивное сопротивление ТП:

(63)

Результаты расчетов сопротивлений трансформаторов сводят в таблицу 12.

Таблица 12

Расчет сопротивлений ТП

После определения сопротивлений элементов сети определяются результирующие сопротивления до точек КЗ на схеме замещения по формуле:

(64)

где rрез, xрез результирующие активное и реактивное сопротивления до каждой расчетной точки КЗ по схеме замещения.

rрез1 = 0

xрез1 = хс = 0,4

Рассчитав результирующие сопротивления элементов сети до точек КЗ, определяют установившееся значения трехфазного тока короткого замыкания в расчетных точках КЗ по схеме замещения, по формуле:

(65)

кА Установившееся значение двухфазного тока короткого замыкания в расчетной схеме (металлическое замыкание):

(66)

кА Мгновенные значения ударного тока в расчетных точках схемы замещения:

(67)

где ку — ударный коэффициент, находится по справочным данным в зависимости от отношения xрез/rрез,.

кА Действующие значения ударного тока в точках КЗ в расчетной схеме замещения:

(68)

где Iк (3) — периодическая составляющая тока к.з., кА;

kу — ударный коэффициент.

кА Значение мощности К.З.:

(69)

МВА Расчет значений токов короткого замыкания для удобства рассмотрения и анализа сводят в таблицу 13.

2.5.3 Расчет токов к.з. на напряжении 0,38 кВ Для линий напряжением 0,38 кВ требуется определить минимальное значение однофазного тока короткого замыкания (в конце линий), которое определяется методом именованных единиц по выражению:

кА (70)

где ZT — сопротивление трансформатора при 1-но фазных к. з.

ZП ф-о — сопротивление петли «фаза-ноль» кабеля 0,38 кВ

ZT и ZП ф-о принимается по справочным данным 1,3,4.

Таблица 13

Расчет токов короткого замыкания.

Результаты расчета однофазных токов к.з. сводят в таблицу 14.

Таблица 14

Расчёт однофазных токов к.з.

2.6 Выбор и проверка основного электрооборудования Все элементы распределительного устройства проектируемого ГПП предприятия должны надёжно работать в условиях длительных, нормальных режимов, а также обладать термической и динамической стойкостью при возникновении самых тяжелых коротких замыканий. Поэтому при выборе аппаратов, шин, кабелей и других элементов очень важна проверка соответствия их параметров длительным рабочим и аварийным кратковременным режимам, возникающих в эксплуатации.

2.6.1 Коммутационные аппараты напряжением выше 1кВ

1. Изоляция электрического аппарата должно соответствовать напряжению электрической установки. [3]:

(71)

10 = 10

2. Рабочий ток аппарата в максимальном режиме меньше значения его номинального тока.

(72)

38,23< 630

3. Аппарат противостоит электродинамическому действию токов короткого замыкания.

(73)

где iуд.уст. — ударный ток к.з. в цепи, где установлен аппарат, кА;

i.пс.с. — номинальный ток электродинамической стойкости аппарата, кА.

8 < 52

4. При коротком замыкании температура токоведущих частей не должна превышать предельно допустимого значения.

(74)

где tпр — приведенное время протекания тока,

tк — каталожное время.

tпр = tк = 0,015(с)

(5,3)2•0,015= 0,42 < (12,5)2• 0,015=2,3

5. Предельно отключаемый ток выключателей должен быть больше максимального тока к.з. в месте его установки.

(75)

12,5 > 5,3

6. Допустимая предельная мощность выключателя должна быть больше мощности к.з. в месте его установки.

(76)

(77)

v3•10•20 = 346 > v3•10•5,3= 98

Принимаем высоковольтный выключатель марки ВВ/TEL-10−20/630-У2−41

Выбор силовых выключателей напряжением выше 1000 В в схеме электроснабжения сводят в таблицу 15

Таблица 15

Выбор силовых выключателей напряжением выше 1000 В

2.6.2 Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения Трансформаторы тока Условие выбора трансформаторов тока:

а) Uном.Т.Т.? Uном. сети (78)

где, Uн. итт — номинальное напряжение ИТТ, кВ. [2]

10 =10

б) Iном.? Iраб.мах. (79)

где, Iн. итт — номинальный ток ИТТ, А. [2]

200 > 38,23

в) kдин... I1ном.? iуд. (80)

(3,4•10−3/v2•38,23)• v2•200 = 25 996 > 8000

г) (kT. I1ном.)2. tT? Вк (81)

((45•103/400)•400)2•4=8100 > 283,5

Принимаем трансформатор тока марки ТПЛ -10−400 (16 шт) Выбор трансформаторов тока на напряжением выше 1000 В в схеме электроснабжения сводим в таблицу 16

Таблица 16

Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы напряжения Условие выбора трансформаторов напряжения:

а) Uном.Т.Н.? Uном. сети (82)

10 = 10

б) S2ном.Т.Н.? S2 (83)

где S2 — вторичная нагрузка трансформатора напряжения.

120 > 8• 9= 72

Принимаем трансформаторы напряжения НТМИ -10−71У3 (2 шт.)

Выбор трансформаторов тока нулевой последовательности Условие выбора трансформаторов тока нулевой последовательности:

а) Uном.Т.Т.? Uном. сети (84)

10 =10

б) Iном в.? Iраб.с. (85)

4500 > 23,92

Принимаем для линии W1 ТЗЛМ-3−10-У3 (6 шт) Выбор трансформаторов тока нулевой последовательности на напряжением выше 1000 В в схеме электроснабжения сводим в таблицу 17

Таблица 17

Выбор трансформаторов тока нулевой последовательности

Выбор трансформаторов собственных нужд Электроприемниками собственных нужд ГРП являются освещение, вентиляция, электрообогрев приборов, электроприводы выключателей и т. п. В соответствии с типовыми решениями для питания собственных нужд принимают 2 трансформатора ТМ 25/10.

Выбор предохранителей и заземляющих ножей На напряжение Uном.=10 кВ принимаем:

1) Предохранители марки ПКТ-101−10/5 — 2 шт;

2) марки ПКН-001−10 2 шт.

3) Заземляющие ножи ЗР-10-У3 — 9 шт.

2.6.3 Выбор шин Условие выбора шин:

а) Uном.? Uном. сети (86)

10 =10

б) Iдоп.? Iраб.мах. (87)

165 > 38,23

в) Sш.? Sэк= б? Iраб./jэк,

где бкоэффициент изменения нагрузки, 1;

jэк — экономическая плотность тока, (1,1 …1,4)

0,44 > 1• 38,23/1,1 = 0,035

Принимаем шину АД31-Т (60Х4).

2.6.4 Проверка сечений кабелей по термической стойкости к токам к.з.

Для выбора термически устойчивого к токам к.з. сечения жил кабелей необходимо иметь значения установившегося тока к.з. и возможное время прохождения этого тока через кабель.

Определение сечения по термической стойкости выполняется по выражению:

(88)

где IТ — термический ток кабеля для заданного сечения, кА;

tТ — время протекания термического тока, с;

I.(3)к.з. — ток к.з. на шинах, кА;

tф — фиктивное время протекания тока к.з., с.

Питающая линия Сечение 95 мм² не удовлетворяет нашим условиям, выбираем сечение 185 мм², которое подходит по условию термической стойкости при к.з.

Кабель АПвЭП-10-(3(1×185)).

Результаты проверки кабелей 10 кВ по термической стойкости к токам к.з. сводим в таблице 18

Таблица 18

Проверка кабелей по термической стойкости

2.6.5.1 Выбор автоматических выключателей напряжением 0,38 кВ Условия выбора автоматических выключателей:

а) по напряжению

Uавт. Uсети (89)

0,38 = 0,38

б) по номинальному току

Iн.авт. Iр.мах. (90)

400 > 251

в) по номинальному току теплового расцепителя

Iн.р. kH. Iр. мах (91)

где kH — коэффициент надежности, kH = 1,1…1,3;

400 > 1,1• 251= 276

г) по предельно отключаемому току

Iпр.от.авт. Iк (3) (92)

25 > 16,5

д) по условию отключения однофазных к.з.

(93)

3907/400 = 9,7 > 3

Принимаем выключатель марки ВА 51−37

Данные выбора автоматов сводят в таблицу 19

Таблица 19

Результаты выбора автоматических выключателей на 0,38 кВ

2.7 Защита сетей от аварийных режимов

2.7.1 Защита линий электропередачи напряжением выше 1кВ

1. Определяем минимальное значение тока срабатывания защиты с выдержкой времени на реле

(94)

где кн — коэффициент надежности (1,3 — 1,4);

кв — коэффициент возврата реле (0,6 — 0,8);

кСП — коэффициент самозапуска (1,1 — 1,3);

Ip.max — максимальный рабочий ток, А.

2. Определяем максимальное значение тока срабатывания защиты с выдержкой времени

(95)

где кч — коэффициент чувствительности (1,5).

3. Определяем ток срабатывания защиты

Iс.з.1? Iс.з. Iс.з.2

(96)

4. Определяем ток срабатывания реле защиты

(97)

где ксх — коэффициент схемы (1);

nTT — коэффициент трансформации трансформатора тока

5. Уточняем ток срабатывания защиты

(98)

6. Определяем коэффициент чувствительности защиты

(99)

Полученное значение коэффициента чувствительности должно быть больше чем 1,5, в противном случае ток срабатывания защиты необходимо пересчитать на меньшее значение.

Определим параметры токовой отсечки на реле РТМ.

1. Определяем ток срабатывания токовой отсечки

(100)

2. Определяем ток срабатывания реле отсечки

(101)

3. Уточняем ток срабатывания отсечки

(102)

Выполняем защиту питающей линии

1.

2.

3.

4.

Принимаем стандартное значение тока срабатывания реле Iу.р.= 450 А.

5.

6.

2,6>1,5

Условие выполняется.

Определим параметры токовой отсечки на реле РТМ.

1.

2.

Принимаем ближайшее стандартное значение тока срабатывания реле отсечки Iу.р.= 750 А.

3.

Выполняем защиту отходящей линии 1

1.

2.

3.

4.

Принимаем стандартное значение тока срабатывания реле Iу.р.= 400А.

5.

6.

2,3>1,5

Условие выполняется.

Определим параметры токовой отсечки на реле РТМ.

1.

2.

Принимаем ближайшее стандартное значение тока срабатывания реле отсечки Iу.р.= 600 А.

3.

Выполняем защиту отходящей линии 2

1.

2.

3.

4.

Принимаем стандартное значение тока срабатывания реле Iу.р.= 400А.

5.

6.

2,3 > 1,5

Условие выполняется.

Определим параметры токовой отсечки на реле РТМ.

1.

2.

Принимаем ближайшее стандартное значение тока срабатывания реле отсечки Iу.р.= 600 А.

3.

Выполняем защиту отходящей линии 3

1.

2.

3.

4.

Принимаем стандартное значение тока срабатывания реле Iу.р.= 400А.

5.

6.

2,3 > 1,5

Условие выполняется.

Определим параметры токовой отсечки на реле РТМ.

1.

2.

Принимаем ближайшее стандартное значение тока срабатывания реле отсечки Iу.р.= 600 А.

3.

2.7.2 Защита линий от перенапряжений Условие выбора разрядников а) Uном.? Uном. сети (103)

10 =10

Принимаем разрядники РВО — 10 (4 шт.)

3. Проектирование вентиляции

3.1 Состояние вопроса и постановка задачи проектирования Для создания необходимых климатических условий внутри отапливаемых складов служат системы отопления, вентиляции и кондиционирования (при обосновании), в помещениях неотапливаемых складов — система вентиляции. Под вентиляцией подразумевают совокупность мероприятий и устройств, используемых для организации воздухообмена. Основная цель вентиляции — обеспечить допустимые климатические условия и чистоту воздуха в обслуживаемой зоне помещений, соответствующих санитарно-гигиеническим нормам и технологическим требованиям.

В связи с этим возникает несколько главных задач:

Правильно рассчитать производительность системы вентиляции, достаточной, чтобы добиться необходимых условий в помещении;

Разработать подходящие способы подачи и вытяжки воздуха, чтобы система была максимально эффективной. Это включает в себя разработку системы аспирации. Аспирация в промышленности — отсос воздуха от места образования пыли (при производственных процессах) чтобы не допустить ее распространение по помещению;

Разработать, при необходимости, систему фильтрации воздуха.

И самое главное, что особенно важно в наших условиях, — разработать систему, которая будет максимально разумна с экономической точки зрения Классификация систем вентиляции При всем многообразии систем вентиляции, обусловленном назначением помещений, их можно классифицировать по следующим основным признакам:

— назначение (вытяжные и приточные);

— сфера действия (местные и общеобменные);

— способ создания перепадов давления для перемещения воздуха (с естественным и механическим побуждением);

— конструктивные особенности (канальные и бесканальные).

Вытяжные системы предназначены для удаления из помещений загрязненного воздуха. Приточные системы служат для подачи в вентилируемые помещения чистого воздуха взамен удаленного. Подаваемый воздух в необходимых случаях подвергают специальной обработке — очистке, нагреву, увлажнению. В общем случае в помещении предусматривают и приточные системы, и вытяжные, причем их производительность должна быть примерно одинаковой.

Местные системы вентиляции обслуживают ограниченные участки помещений. С их помощью удаляют загрязненный воздух с мест образования вредных выделений и подают сюда чистый воздух. Общеобменные системы, и приточные, и вытяжные, предназначены для вентиляции помещения в целом или значительной его части. Их устраивают для локализации избыточного тепла и влаги, разбавления вредных концентраций паров и газов, не удаленных местной и общеобменной вытяжной вентиляцией, а также для обеспечения расчетных санитарно-гигиенических норм. При отрицательном тепловом балансе, т. е. при недостатке тепла, общеобменную приточную вентиляцию устраивают с механическим побуждением и подогревом всего объема приточного воздуха. Обычно перед подачей воздух очищают от пыли.

Для склада находящегося на территории предприятия целесообразно применить приточно-вытяжную систему вентиляции с механическим побуждением, так как она обладает рядом преимуществ.

Механическая система вентиляции В отличие от систем вентиляции с естественным побуждением в механических системах вентиляции воздух принудительно перемещается вентилятором. У механических систем есть ряд преимуществ — независимость действия систем от температурных колебаний наружного воздуха и силы ветра, возможность перемещать воздух на большие расстояния, а также обрабатывать его: нагревать, очищать, увлажнять или осушать, они действуют не зависимо от внешних факторов: температурных колебаний наружного воздуха, силы ветра и т. п.

В приточных механических системах вентиляции наружный воздух через воздухоприемное отверстие поступает в приточную камеру, в которой подвергается обработке — очищается от пыли, подогревается в холодное время года, при необходимости увлажняется, а дальше по сети каналов (воздуховодов) через жалюзийные решетки или насадки он направляется непосредственно в помещение. В вытяжных системах загрязненный воздух сначала удаляется из помещений либо через жалюзийные решетки, либо от специальных укрытий (при местной вентиляции), а потом через каналы (по воздуховодам) и вытяжную камеру выбрасывается в атмосферу. Для регулирования отдельных ветвей приточных и вытяжных воздуховодов на них устанавливают задвижки (шиберы) или дроссель-клапаны. Механическая система вентиляции позволяет осуществлять правильный постоянный воздухообмен в помещении в объемах и кондициях, которые действительно необходимы.

Полный контроль Средства автоматизации обеспечивают управление электродвигателями вентиляторов приточно-вытяжной вентиляции, управление приводами заслонок наружного воздуха, защиту воздухонагревателей от замораживания по температуре воздуха и по температуре «обратного» теплоносителя и автоматический прогрев воздухонагревателей перед включением вентилятора;

Регулирование температуры приточного воздуха в соответствии с установленными значениями производится путем воздействия на исполнительный механизм клапана в контуре теплоносителя и автоматическое подключение системы регулирования при включении вентилятора. Для этого в приточном воздуховоде устанавливаются температурные датчики.

Регулирование температуры при этом предусматривается путем изменения теплопроизводительности воздухонагревателя воздействием на регулирующий клапан на теплоносителе;

При срабатывании защиты от замораживания, при недостаточном потоке воздуха и отключении питания, засорении воздушного фильтра выдается сигнал аварии;

При аварии вентилятора системы промышленной вентиляции автоматически отключается, а после восстановления питания осуществляется последовательный запуск систем;

В случае возникновения пожара все системы общеобменной промышленной вентиляции отключаются. Отключение приточных систем производится автоматически управляющими реле при поступлении на них сигнала от системы пожарной сигнализации;

Вентиляционное оборудование Системы вентиляции включают группы самого разнообразного оборудования. К ним относятся: вентиляторы, вентиляционные установки, воздухораспределительные и регулирующие устройства, фильтры, шумоглушители, нагреватели и проч.

Воздух в системах механической вентиляции перемещается электрическими вентиляторами. Наибольшее распространение получили осевые и центробежные (радиальные) вентиляторы. Осевые вентиляторы создают относительно небольшое давление. Радиальные вентиляторы делятся на три группы: низкого давления — до 1 кПа, среднего — до 3 кПa и высокого давления (до 12 кПа). На складах рекомендуется применять радиальные вентиляторы низкого давления.

3.2 Решение задачи с применением конкретных инженерных разработок Имеется склад общей площадью 525 м 2, находится материал селитра, требующий применения приточнойвытяжной вентиляции, с автоматическом регулированием подачи и оттока воздуха. Для регулирования подачи и оттока воздуха применим термодатчик. Использование другого вида вентиляции не целесообразно. Естественная вентиляция не справиться с объемом территории, и для данного вида складируемого материала запрещена, поэтому выбрали приточновытяжную вентиляцию, механическое регулирование вентиляции персоналом также не подходит для данного склада, так как человеческий фактор может повлиять на включение и выключение вентиляции в нужный момент времени. Например: не открыть или не вовремя закрыть заслонку, включить вентиляцию при нормальной температуре или выключить, когда работа вентиляции еще не обходима, поэтом выбираем вентиляцию с автоматическим регулированием. Наличие термодатчика также необходимо, так как это является дополнительной безопасностью для складируемого материала, то есть регулирование температуры может предотвратить, высушивание материла либо наоборот его увлажнение.