Проектирование электроснабжения трансформаторной подстанции ремонтно-механического цеха металлургического предприятии

 

1.4 Теоретические основы к проектированию цеховых трансформаторных подстанций

 

Трансформаторные подстанции являются основным звеном системы электроснабжения, предназначенные для обеспечения электроприемников заданными показателями и качеством электрической энергией.

На территории промышленных предприятий размещают трансформаторные подстанции: заводские и цеховые. По расположению цеховые и заводские подстанции бывают: встроенные, пристроенные к основным производственным зданиям и отдельно стоящие. В зависимости от способа комплектации трансформаторные подстанции бывают в полностью собранном виде или в подготовленном для сборки виде. Электроэнергия к цеховым подстанциям может поступать как по воздушным, так и по кабельным линиям от главных понизительных подстанций (ГПП), расположенных на территории промышленных предприятий, а также в черте города или района [3].

Основными конструктивными частям цеховых подстанций являются:

1. Распределительное устройство высокого напряжения (РУ ВН). В него входит электрооборудование напряжением 6-10 кВ: высоковольтные выключатели, разъединители, предохранители, измерительные трансформаторы тока и напряжения, устройства защиты и сигнализации, средства измерений.
2. Силовые трехфазные трансформаторы.
3. Распределительное устройство низкого напряжения (РУ НН). В него входит оборудование напряжением 0,4/0,23 кВ: автоматические выключатели, рубильники, предохранители, средства измерения.

В курсовом проекте следует спроектировать трансформаторную подстанцию, встроенную в помещение цеха. Подача электрической энергии к трансформаторной подстанции осуществляется по кабельной линии. Для коммутации оборудования подстанции с высшей стороны в РУ 10 кВ будут устанавливаться выключатели нагрузки и высоковольтные предохранители. С учетом категории надежности электроснабжения будут выбраны силовые трансформаторы для понижения переменного трехфазного напряжения с 10 кВ до 0,4 кВ. Для коммутации цепи со стороны 0,4 кВ будут выбраны автоматические выключатели. В самом начале работы над построением системы выбора оборудования цеховой подстанции цеха, на основе данных электрических нагрузок потребителей цеха произведем расчет общей полной мощности потребителей цеха, выбирая один из методов расчета нагрузок с разным режимом работы и коэффициентом использования мощности в течение смены.

 

 

 

 

1.4.1 Теоретические основы  выбора компенсирующих устройств

 

Повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий имеет большой народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии. Повышение коэффициента мощности на 0,01 в масштабе страны дает возможность дополнительного отпуска электроэнергии в 500 млн. кВт часов энергии в год. [3]

Потребители электроэнергии нуждаются как в активной, так и в реактивной мощностях. Увеличение потребления реактивной мощности за счет включения потребителей с реактивным (индуктивным) сопротивлением (асинхронные двигатели станков, кранов, сварочных трансформаторов) приводит к снижению коэффициента мощности в сети, увеличению потерь активной мощности, росту потребляемого тока, снижению напряжения на потребителях. Этот процесс сказывается на чрезмерном нагреве токоведущих частей, просадке напряжения на нагрузках, и как следствие, срабатыванию релейной защиты на отключение схемы. Говорят, «схема разобралась». В этом случае происходит простой электрооборудования, технико-экономические показатели работы предприятия снижаются. Поэтому необходимо повышать коэффициент мощности. В случае если мероприятия, не требующие применения компенсирующих устройств, не дают повышения коэффициента мощности до нормативной величины от 0,92 до 0,95, то применяют автоматическое или ручное регулирование коэффициента мощности с применением компенсирующих устройств. Если необходимо скомпенсировать реактивной мощности до 200 квар, то применяется ручное управление, если свыше 200 квар – автоматическое [9].

Размещение компенсирующих устройств в сетях до 1000 В и выше должно удовлетворять условию наибольшего снижения потерь активной мощности от реактивных нагрузок. При этом возможна компенсация: [3]

1. индивидуальная – с размещением конденсаторов непосредственно у токоприемников;
2. групповая – с размещением конденсаторов у силовых шкафов и шинопроводов в цехах;
3. централизованная – с подключением конденсаторов на шины 0,4кВ и на шины 6-10 кВ.

В нашем проекте применяется централизованная компенсация реактивной мощности на шинах 0,4 кВ.

Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производим до получения значения .[9]

 

2. Теоретические основы выбора силовых трансформаторов

 

Для внутрицеховых подстанций рекомендуется применять сухие трансформаторы, а масляные - при условии выкатки их на улицу. Мощность цеховых трансформаторов следует выбирать исходя из средней нагрузки в наиболее загруженную смену. При этом надо учитывать перегрузочную способность, которая зависит от характера графика нагрузки и от предшествующей послеаварийному режиму загрузки трансформатора. Число трансформаторов определяется с учетом категории надежности электроснабжения, коэффициента загрузки трансформатора. [9]

По Правилам устройства электроустановок электроприемники систем электроснабжения распределяются по категориям надежности [6]:

а) электроприемники I категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству; повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.

Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования;

б) электроприемники II категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Для электроприемников II категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Допускается питание электроприемников II категории по одной ВЛ, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 сутки. Кабельные вставки этой линии должны выполняться двумя кабелями, каждый из которых выбирается по наибольшему длительному току ВЛ. Допускается питание электроприемников II категории по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату.

При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора за время не более 1 суток допускается питание электроприемников II категории от одного трансформатора;

в) электроприемники III категории - все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий.

Для электроприемников III категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы

электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 сутки.

По ПУЭ рекомендуется применять допустимые коэффициенты загрузки трансформатора в нормальном режиме: [6]

1. КЗ = 0,65 – 0,7 при преобладании нагрузок I категории двухтрансформаторной подстанции;
2. КЗ = 0,7 – 0,8 при преобладании нагрузок II категории для однотрансформаторной подстанции или двухтрансформаторной подстанции с неравномерным графиком нагрузок;
3. КЗ = 0,9 – 0,95 при преобладании нагрузок II категории однотрансформаторной подстанции, при наличии складского резерва; при нагрузках III категории.

Номинальная мощность трансформаторов двухтрансформаторной подстанции принимается равной 70% от общей расчетной нагрузки цеха. Тогда при выходе из строя одного из трансформаторов, второй на время ликвидации аварии оказывается загруженным не более чем на 140%, что допустимо в аварийных условиях в течение 5 суток не более 6 часов в сутки. [3] Из требований к проектированию системы электроснабжения цеха цеховая подстанция должна иметь два трансформатора, т.к. в цехе преобладают электроприемники II категории по надежности с неравномерным суточным графиком нагрузок [9]. Для указанных условий принимаем коэффициент загрузки трансформатора КЗ = 0,7.

 

 

1.4.3 Теоретические основы  выбора силовых кабелей

 

Силовые кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии. По типу изоляции различают: силовые кабели с бумажной изоляцией, в том числе пропитанные и маслонаполненные; силовые кабели с пластмассовой изоляцией; силовые кабели с резиновой изоляцией. Приведенная классификация в известной мере условна, однако позволяет систематически представить сведения о части кабелей, насчитывающей более 1000 марок и конструкций.

Силовые кабели состоят из одной, трех или четырех одно- или многопроволочных медных или алюминиевых жил. Жилы изолированы друг от друга и окружающей среды бумажно-пропитанной, резиновой или пластмассовой изоляцией, герметизированы свинцовыми, алюминиевыми, пластмассовыми или резиновыми оболочками. Защита представлена, как правило, броней из стальных лент или оцинкованной стальной проволоки, а также защитными антикоррозийными покровами.

При выборе сечения кабеля руководствуемся требованиями ПУЭ. Выбираем и проверяем кабель с учетом следующих условий:

1) по допустимому  току нагрева;

2) по экономической  плотности тока;

3) по допустимой  потере напряжения;

4) по термической  устойчивости в режиме короткого  замыкания.

Жилы кабелей, токоведущие части коммутационных аппаратов, первичные обмотки измерительных трансформаторов тока при коротких замыканиях в электрической цепи могут нагреваться до температуры, значительно большей, чем при нормальном режиме. Повышенная температура нагрева приводит к перегреву изоляции, ее перегоранию, а также значительным потерям качества электроснабжения. Следовательно, при проектировании электроснабжения подстанций и выборе электрооборудования необходимо проверить выбранное оборудование на допустимую температуру нагрева (тепловой эквивалент) в режиме короткого замыкания в схеме. Если предварительно выбранное оборудование, кабели и шины будут не устойчивы в режиме короткого замыкания, то необходимо выбрать оборудование с большими номинальными данными и вновь проверить его устойчивость к токам короткого замыкания.

Распределительное устройство низкого напряжения трансформаторной подстанции цеха представляет собой распределительный щит напряжением

0,4 кВ. Трансформаторы на  стороне напряжением 0,4 кВ подключены  к шинам распределительного щита  на панели автоматическими выключателями. Шины напряжением 0,4 кВ секционированы  воздушным автоматом.

Распределительный щит имеет на отходящих фидерах рубильники с предохранителями или установочные автоматы в зависимости от назначения электроприемников. Кроме того, имеется присоединение для питания сети наружного освещения. По принципиальной схеме можно проследить взаимодействие всех элементов установки. При исчезновении напряжения на одной секции шин напряжением 10 кВ силовой трансформатор автоматически отключается на стороне напряжения 0,4 кВ. Включается автомат АВР и обе секции распределительного щита 0,4 кВ получают питание от одного из трансформаторов.

Отпущенная потребителям электроэнергия при необходимости может учитываться и на стороне напряжения 0,4-0,23 кВ трехфазным счетчиком, включенным через трансформаторы тока.

На предприятиях различных отраслей промышленности для внутрицеховой передачи и распределения энергии переменного тока к электроприемникам широко распространены магистральные и распределительные токопроводы.

 

1.4.4 Теоретические  основы выбора коммутационных  аппаратов напряжением до и  выше 1000 В