Электропитание и электроснабжение нетяговых потребителей

Курсовая работа

 
ЗАДАНИЕ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

1. Выбор числа и мощности трансформаторов подстанции (ТП).
2. Выбор числа цепей и сечения проводов линии напряжением 10 кВ от главной понизительной подстанции (ГПП) до подстанции (ТП).
3. Выбор основной аппаратуры ТП. Составление однолинейной принципиальной схемы ТП.
4. Выбор типа и мощности компенсирующего устройства.
5. Выбор способа прокладки и сечения проводов сети 0,38 кВ для питания силовых шкафов.
6. Определение снижения потерь электроэнергии (в линии напряжением 10 кВ и трансформаторе), получаемого при применении компенсирующего устройства.
7. Составление принципиальной схемы электроснабжения в соответствии с выполненными расчетами.

 

Исходные данные

Мощность короткого замыкания на шинах ГПП, MB×А	40
Мощность нагрузок силовых шкафов, кВт
А	100
Б	120
В	105
Г	110
Длина  до силовых шкафов, м
А	29
Б	46
В	41
Г	26
Время использования максимума активной нагрузки, ч	4600
Требуемый tgjтр на шинах кВ	0,4

 

Средний tgj
А	0,77
Б	1,4
В	0,5
Г	1,8
Длина линии от  ГПП до ТП, км	9
Конструктивное выполнение линии от  ГПП к ТП	Воздушная
Время использования максимума реактивной нагрузки, ч	3400

 

 

 

 

1. Выбор числа и мощности трансформаторов подстанции (ТП)

 

Количество трансформаторов, устанавливаемых на подстанции, выбирается в зависимости от категории (по надежности электроснабжения) потребителей, получающих электроэнергию от рассматриваемой подстанции.

Для питания электроприемников 1-й и 2-й категорий применяются двухтрансформаторные подстанции. Однотрансформаторные подстанции применяются для питания электроприемников 3-й категории. Допускается применение однотрансформаторных подстанций для питания электроприемников 2-й категории при наличии централизованного резерва.

Электроприемники данного подразделения являются потребителями 2-й категории и существует централизованный резерв трансформаторов следовательно в нашем случае применяем однотрансформаторную подстанцию.

Мощность трансформатора подстанции выбирается по расчетной нагрузке, которая определяется как сумма мощности, отбираемой с шин вторичного напряжения подстанции, и мощности, теряемой в трансформаторе.

Мощность, отбираемую с шин вторичного напряжения подстанции, можно определить по формуле

 (1)

где åP — сумма активных нагрузок, питающихся от рассматриваемых шин подстанции;

åQ — сумма реактивных нагрузок тех же потребителей;

ky — коэффициент участия в максимуме, который представляет собой отношение суммарного расчетного максимума мощности к сумме максимумов мощности отдельных групп электроприемников. Значение этого коэффициента в работе можно принять равным 0,9.

 

tgj=Q/P откуда Qi= tgj*Pi

QA=77 квар

QБ=168 квар

QВ=52,5 квар

QГ=198 квар

S=593,4 кВА

Из справочника по электроснабжению железных дорог [9]  выбираем трансформатор с номинальной мощностью – SН= 630 кВА типа ТМ-630/10. И выписываем его характеристики: потери короткого замыкания, потери холостого хода, напряжение короткого замыкания и ток холостого хода.

DРкз=8,5 кВт

DРхх=1,68 кВт

ик=5,5%

Iхх=2%

Потери мощности и электроэнергии в различных элементах сети пропорциональны квадрату мощностей (или токов), протекающих через эти элементы, и сопротивлениям элементов. Потери активной мощности в трансформаторе (в кВт)

, (2)

где DРоб.н— потери активной мощности в обмотках трансформатора при номинальной нагрузке, кВт;

DРоб.н = DРкз— потери короткого замыкания;

DРст — потери активной мощности в сердечнике трансформатора,  кВт;

DРст = DРхх — потери холостого хода;

S — мощность, преобразуемая трансформатором, кВ×А;

SH— номинальная мощность трансформатора, кВ×А;

= k3 — коэффициент загрузки трансформатора.

Подставляя значение в формулу(2) получаем:

кВт

Потери реактивной мощности (в квар)

 (3)

где ир — реактивная составляющая напряжения короткого замыкания, %, ее можно принять равной напряжению короткого замыкания ик%;

Iхх — ток холостого хода, %.

 

 

2. Выбор числа цепей  и сечения проводов линии  напряжением 10 кВ.

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) [8] питание электроприемников 2-й категории допускается по одной воздушной линии напряжением 6 кВ и выше. При питании электроприемников по кабелям допускается питание одной линией, но расщепленной не менее чем на два кабеля, присоединенных через отдельные разъединители.

Выбор сечения проводов и кабелей линии напряжением 10 кВ производится по экономической плотности тока и проверяется по условиям допускаемой потери напряжения и допустимого нагрева в нормальном и аварийном режимах. Экономическое сечение проводов (в мм2) определяется по формуле

        (4)

     где I — расчетный ток линии, А;

iэ — экономическая плотность тока, А/мм2.

Значения  iэ выбираются согласно ПУЭ [3]. Для неизолированных алюминиевых проводов iэ=1,1 А/мм2.

Определяем расчетный ток линии.

Pвл=∑P+ΔP=435+9,22=444,22 кВА

Qвл=∑Q+ΔQ=495,5+43,34=538,84 квар

Sвл=628,51 кВА

Откуда после подстановки всех значений ток будет равен

Iвл =36,3 А

Экономическое сечение проводов (в мм2) определяется по формуле

    

Округляем до большего нормированного сечения – 35 мм2

По условиям механической прочности минимальное сечение проводов должно быть не менее 35 мм2. Поэтому выбираем сталеалюминевые провода марки АС-35 .

Активное сопротивление r0=0,85 Ом/км * 9 км = 7,65 Ом.

Индуктивное сопротивление х0=0,429 Ом/км * 9 км=3,861 Ом.

Допускаемую потерю напряжения для воздушной линии 10 кВ при нормальном режиме работы рекомендуется принять равной 8%,(5¸10) для кабельной линии—6°/0. При аварийном режиме работы допускаемая потеря напряжения принимается на 4% больше (соответственно 12°/0 и 10%).

Потерю напряжения (в В) можно определить по формуле

,              (5)

где Р и Q — активная и реактивная мощности, протекающие по линии, кВт и квар;

UH — номинальное напряжение линии, кВ; r и x — активное и индуктивное сопротивления линии, Ом.

U=10-0,365=9,635 кВ

Откуда потери напряжения в процентах будут

100-96,35=3,65 %.

Что соответствует допустимому падению напряжения для воздушной линии 10 кВ – не более 8%.

 

3. Выбор основной аппаратуры  ТП. Составление однолинейной принципиальной схемы ТП.

 

Выбор принципиальной схемы ТП определяется категорией потребителя, числом и мощностью трансформаторов. Для потребителя 2-й категории  применяется однотрансформаторная подстанция. Резервирование обеспечивается наличием централизованного резерва трансформаторов. Кроме этого, обычно предусматривается резервирование на вторичном напряжении, что осуществляется посредством перемычки между шинами вторичного напряжения различных цеховых ТП. В качестве коммутационных и защитных аппаратов в цепях высшего напряжения применяются масляные или вакуумные выключатели, выключатели нагрузки, разъединители, плавкие предохранители.

На ГПП установлены вакуумные выключатели;  на высшей стороне ТП предусмотрен разъединитель в комплекте с плавкими предохранителями или выключатель нагрузки с предохранителями; на вторичной стороне предусмотрен воздушный автоматический выключатель (автомат). На линиях, питающих силовые шкафы, устанавливаются рубильники и плавкие предохранители.

Трансформаторы 10/0,4 кВ в распределительных электрических сетях мощностью до 0,63 MBА включительно, как правило, защищаются плавкими предохранителями на стороне 10 кВ.  На стороне ВН трансформаторов закрытых подстанций (ЗТП) плавкие предохранители применяются в сочетании с выключателями нагрузки (ВНП) — разъединителями с автоматическим приводом, которые отключаются при срабатывании плавкого предохранителя хотя бы на одной из фаз.

Выключатели вакуумные ВВ/TEL серии Shell предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 Гц номинального напряжения 6(10) кВ с изолированной нейтралью.

Технические характеристики:

Номинальное напряжение, 10 кВ  

Наибольшее рабочее напряжение, 12 кВ  

Номинальный ток, 2000 А  

Номинальный ток отключения, 31,5  кА 

Испытательное кратковременное напряжение

(одноминутное) промышленной частоты, 42 кВ 

Ресурс по коммутационной стойкости:

а) при номинальном токе, циклов «ВО»  30000 

б) при номинальном токе отключения, операций «О»  50 

в) при номинальном токе отключения, циклов «ВО»  25 

Собственное время отключения, мс, не более  20 

Полное время отключения, мс, не более  30 

Собственное время включения, мс, не более  32 

Верхнее/нижнее значение температуры окружающего воздуха, °С

+55/-40 

Стойкость к механическим воздействиям, группа по ГОСТ

17516.1-90  - М6 

Масса модуля коммутационного, кг, не более:

а) с межполюсным расстоянием 200 мм 50 

б) с межполюсным расстоянием 250 мм 51 

в) с межполюсным расстоянием 150 мм 49 

Срок службы до списания,  30 лет

 

Выключатели вакуумные серии ВВ/TEL предназначены для установки в новых и реконструируемых комплектных распределительных устройствах станций и подстанций и других устройств, осуществляющих распределение и потребление электрической энергии.

Основные достоинства вакуумных выключателей:

высокий механический и коммутационный ресурс (50 000 операций отключения номинального тока);

малые габариты и вес (масса в зависимости от использования находится в пределах 32-35,5 кг);

небольшое потребление энергии по цепям управления (наибольший ток электромагнитов управления 10 А при напряжении 220 В);

возможность управления по цепям постоянного, выпрямленного и переменного оперативного тока;

простота встраивания в ячейки КРУ и КСО с осуществлением необходимых блокировок;

отсутствие необходимости ремонта в течение всего срока службы (25 лет).

Отличительной особенностью вакуумных выключателей серии BB/TEL является использование не механической (как в приводах малообъемных масляных выключателей), а магнитной защелки. Это означает, что контакты выключателя находятся в замкнутом состоянии за счет остаточной магнитной индукции электромагнитов, которые устанавливаются в каждой фазе (полюсе) выключателя, причем между полюсами имеется механическая связь в виде общего вала.

Автоматические воздушные выключатели предназначены для автоматического отключения электрических цепей до 1000 В при токах КЗ и перегрузках, а также для отключения и включения токов нагрузки оперативным персоналом. На стандартных подстанциях 10/0,4 кВ с трансформаторами мощностью 0,25; 0,4 и 0,63MB-А, где автоматические выключатели используются как коммутационные и защитные аппараты, применяются следующие типы автоматов. На однотрансформаторных подстанциях на вводе 0,4 кВ могут устанавливаться автоматы серий А-3100 или А-3700 с комбинированными расцепителями. Электромагнитные расцепители срабатывают с временем около 0,1 с.

Основные параметры  А-3700:

Номинальный ток выключателя In, - 160 A

Номинальное рабочее напряжение главной цепи, V~ 380

Износостойкость выключателя:

-общее количество циклов ВО -10000

-количество циклов ВО под нагрузкой - 16000

Количество циклов ВО под действием

максимальных расцепителей тока – 200

Выключатели серии А3700 БР предназначены для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при коротких замыканиях и перегрузах, а также до 6 оперативных включений и отключений электрических цепей в час и рассчитаны для эксплуатации в электроустановках с номинальным рабочим напряжением до 380/660 В переменного тока частоты 50, 60 Гц и постоянного тока до 220/440 В.

Все токоведущие части и электрические аппараты (выключатели, разъединители, предохранители, измерительные трансформаторы) выбираются с учетом места установки (в помещении или на открытом воздухе), номинального напряжения, расчетного тока и проверяются по условиям устойчивости токам короткого замыкания [5,8,10].

Согласно ПУЭ [8] не следует проверять на термическую устойчивость аппараты и проводники, защищенные плавкими предохранителями. Не проверяются на динамическую устойчивость аппараты и проводники, если они защищены плавкими предохранителями с плавкими вставками на номинальный ток до 60 А.

 

 

4. Выбор типа и мощности  компенсирующего устройства

 

В электроустановках промышленных предприятий в качестве компенсирующих устройств [2,4,5,8] для повышения коэффициента мощности, как правило, используются статические конденсаторы, включаемые параллельно электроприемникам. Выбор места установки конденсаторов (непосредственно у электроприемников либо на шинах вторичного или первичного напряжения цеховых подстанций) - определяется на основании технико-экономических расчетов.