Электроэнергетика: выбор потребителей и расчет

 

 

 

 

Содержание

Введение           3

1Общая часть          5

1.1Характеристика потребителей       5

1.2Выбор схемы электроснабжения      6

2Специальная часть         7

2.1Расчет электрических нагрузок       7

2.2Выбор компенсирующего устройства     11

2.3Расчет и выбор силового  трансформатора     12

2.4Выбор питающей линии        16

2.5Расчет токов короткого замыкания      18

2.6Выбор высоковольтного оборудования     22

2.7Релейная защита         25

2.8Конструктивное выполнение подстанций     26

3Охрана труда          27

3.1Техника безопасности при работе  в распределительных

устройствах напряжением выше 1 кВ                                                             27

Заключение          29

Список литературы         30

Приложение А - Задание        31

 

 

 

 

 

 

 

                                    Введение

 

Электроэнергетика как отрасль промышленности зародилась в России в конце XIX в. Первоначально электроэнергию вырабатывали с помощью электрохимических источников (батарей), затем получили распространение генераторы, приводимые в движение поршневыми, паровыми либо гидравлическими двигателями. На электростанциях небольшой мощности использовались двигатели внутреннего сгорания. Наиболее распространенными видами топлива в то время были мазут и каменный уголь. Начиная с 1890-х годов, получили распространение центральные электростанции, обеспечивавшие транспорт и освещение в крупных городах. Крупнейшей из электростанций России до первой мировой войны стала московская тепловая электростанция (ТЭС мощностью 58 МВт).

В ходе Первой мировой и Гражданской войны электроэнергетическое хозяйство было в значительной мере разрушено. Принципиально новым этапом развития отрасли стал послевоенный план ГОЭЛРО — государственный план электрификации России. План ГОЭЛРО в целом был успешно выполнен, в общей сложности было построено 30 электростанций.

В годы после Великой Отечественной войны электроэнергетика в количественном и качественном отношениях быстро развивалась. В 1947 году СССР вышел на второе место в мире после США по производству электроэнергии.Произошли конструктивные изменения в энергостроительстве: появились типовые и серийные проекты; получили распространение тепловые электростанции с энергоблоками. На этой основе начиная с 1950 года, стало строиться большинство ТЭС. Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии стала повсеместным явлением.Активно внедрялись системы удаленного и автоматического управления процессами производства и передачи электроэнергии: противоаварийные устройства, устройства телемеханики управления подстанциями и ГЭС, новые средства связи для оперативно-диспетчерского управления,автоматизируются технологические процессы ТЭС.

С пуском в 1954 г. первой в мире атомной электростанции в г. Обнинске открылась эра атомной энергетики, в последующие десятилетия заметно изменившей структуру энергобаланса и саму энергосистему страны.

Период 60—80-х гг. характеризуется нарастающим вводом мощностей на АЭС в европейской части страны, повышением единичных мощностей генерирующего оборудования, ростом уровней напряжения линий электропередачи.

Изменение политического и экономического устройства России с начала 1990-х гг. не могли не затронуть электроэнергетику. В течение полутора десятилетий происходили институциональные изменения в отрасли, менялись экономические отношения. В 1991—1993 гг. осуществлялись приватизация, акционирование предприятий электроэнергетического комплекса и структурные преобразования в отрасли.

Целью курсового проекта является решение вопроса электроснабжения потребителей прокатного производства. Курсовой проект выполнен в соответствии с заданием (приложение А).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1Общая часть

1.1Характеристика потребителей

 

В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники разделяются на следующие три категории.

Электроприемники первой категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.

Электроприемники первой категории в нормальных режимах 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 первой категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

Электроприемники второй 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 второй категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Для электроприемников второй 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.

Электроприемники третьей категории - все остальные электроприемники, не попадающие под определения первой и второй категорий.

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

Потребители проектируемой подстанции относятся к первой и третьей категориям по бесперебойности электроснабжения.

 

1.2Выбор схем электроснабжения

 

Конструктивное выполнение электрических сетей напряжением до 1 кВ может предусматриваться в виде радиальных или магистральных схем. На выбор схем питания оказывает влияние мощность отдельных электроприемников, их кличество, распределение по территории цеха, расположение технологического оборудования.

Распределение энергии в радиальной схеме производится радиальными линиями от распределительных пунктов, вынесенных в отдельное помещение. При выходе из строя или в ремонт любого из трансформаторов секционный выключатель замыкает свои контакты, и питание секции шин осуществляется от соседнего источника питания.

В магистральной схеме от вторичных зажимов цехового трансформатора отходит главная шинная магистраль, к которой присоединяются распределительные шинные магистрали.

Так как на проектируемой подстанции электроприемники относятся к первой и третьей категориям по бесперебойности электроснабжения, то в качестве схемы электроснабжения выбирается радиальная схема, так как она обладает высокой надежностью.

 

2Специальная часть

2.1Расчет электрических нагрузок

 

Расчет электрических нагрузок проводится методом коэффициента максимума, методика расчета представлена в справочной литературе [1].

На первом этапе расчет электрических нагрузок проводится для секции шин напряжением 10 кВ.

Исходные данные и результаты расчетов представлены в таблице 1.

 

Тип потребителя	Рном, кВт	n, шт	Ки	Cos φ	Pмр, кВт	Qмр, кВАр	Sмр, кВА
1Рольганги центральные	800	2	0,1	0,88	2124,33	881,4
2Кантователи	500	3	0,2	0,7
3Ножницы холодной резки	450	3	0,45	0,65

 

   Таблица 1

 

 Для каждой группы электроприемников  определяется средняя активная  нагрузка за наиболее нагруженную смену Pсм, кВт, по формуле

 

,       (1)

 

где Pном – номинальная мощность, кВт;

Киi – коэффициент использования.

 

 

 

Для каждой группы электроприемников определяется средняя реактивная нагрузка за наиболее нагруженную сменуQсм, кВАр, по формуле

 

(2)

 

 

 

Определяется средняя активная нагрузка за наиболее нагруженную смену для секции шин Рсм, кВт, по формуле

 

(3)

 

 

Определяется средняя реактивная нагрузка за наиболее нагруженную смену для секции шин Qсм, кВАр, по формуле

 

(4)

 

Qсм=41,6+219+540,67=801,27кВАр

Определяется групповой коэффициент использования Ки для электроприемников секции шин по формуле

 

(5)

 

 

Определяется эффективное число электроприемников.

Так как n=8>5, то

 

 

Так как 1,77<3, следовательно nэ=n=8 шт.

По справочной литературе [2] определяется значение коэффициента максимума Км.

Км=1,99

Определяется максимально расчетная активная нагрузка Рмр, кВт для секции шин по формуле

 

Pмр=Км ∙ Рсм           (6)

 

Pмр=1,99 ∙ 1067,5=2124,33 кВт

Определяется максимально расчетная реактивная нагрузка Qмр, кВАр для секции шин.

Так как nэ=8=8, то

Qмр=1,1 ∙ Qсм= 1,1 ∙ 801,27=881,4кВАр

Определяется максимально расчетная полная нагрузка Sмр, кВА для секции шин по формуле

 

(7)

 

 

Проводится расчет электрических нагрузок для секции шин напряжением 0,4 кВ.

Исходные данные и результаты расчетов представлены в таблице 2.

 

Таблица 2 - Исходные данные и результаты расчетов 

Тип потребителя	Рном, кВт	n, шт	Ки	Cos φ	Pмр, кВт	Qмр, кВАр	Sмр, кВА
1 Вентиляторы машинных залов	450	2	0,65	0,8	1657	1145	2014
2 Вентиляторы прокатных станов	235	3	0,75	0,9
3 Сталкиватели	214	4	0,12	0,87

 

 

Для каждой группы электроприемников определяется средняя активная нагрузка за наиболее нагруженную смену Pсм, кВт, по формуле (1).

 

 

 

 

Для каждой группы электроприемников определяется средняя реактивная нагрузка за наиболее нагруженную смену Qсм, кВАр, по формуле (2).

 

 

 

Определяется средняя активная нагрузка за наиболее нагруженную смену для секции шин Рсм, кВт, по формуле (3).

 

Определяется средняя реактивная нагрузка за наиболее нагруженную смену для секции шин Qсм, кВАр, по формуле (4).

Qсм=263,25+111,04+28,76=403,05кВАр

Определяется групповой коэффициент использования Ки для электроприемников секции шин по формуле(5).

 

Определяется эффективное число электроприемников.

Так как n=9>5, то

 

 

Так как 2,103<3, то

nэ= n = 9 шт

 

Так как эффективное число электроприемников не может быть больше их действительного числа, то оно принимается равным действительному.

nэ= n = 9шт.

По справочной литературе [2] определяется значение коэффициента максимума Км .

Км=1,37

Определяется максимально расчетная активная нагрузка Рмр, кВт для секции шин по формуле (6).

Pмр= 1,37 ∙ 1216,47 =1666,56 кВт

Определяется максимально расчетная реактивная нагрузка Qмр, кВАр для секции шин.

Так как nэ =9, то

Qмр= 1,1∙403,05 = 443,35кВАр

Определяется максимально расчетная полная нагрузка Sмр, кВА для секции шин по формуле (7).

 

 

2.2 Расчет и выбор компенсирующего устройства

 

Решается вопрос о необходимости компенсирующего устройства, для чего рассчитывается cosφпс по формуле

 

(9)

 

 

Так как cosφпс< 0,9 , то необходимо рассчитать и выбрать компенсирующее устройство, мощность которого определяется по формуле

 

(10)

 

 

 

По справочной литературе [3] выбираются типовые компенсирующие устройства типа Ук-6/10Н-450.

Определяется действительныйcosφпс с учетом выбранного компенсирующего устройства по формуле

 

(11)

 

 

Так как cosφпспопадает в ряд оптимальных значений, компенсирующее устройство выбрано верно.

 

2.3 Расчет и выбор силового  трансформатора

 

Определяется максимальная расчетная полная нагрузка подстанции с учетом компенсирующего устройства Sмрпс, кВА, по формуле

 

(12)

 

 

Мощность силового трансформатора Sном т, кВА, выбирается исходя из условия:

 

,             (13)

 

где Sмрпс – максимальная расчетная полная нагрузка подстанции с учетом компенсирующего устройства, кВА.