Электроснабжение металлургического завода

3.2 Выбор напряжения и схемы внутризаводских сетей

Для внутризаводского электроснабжения применяют напряжение 6 или 10 кВ, при наличии энергоемких цехов возможно распределение электроэнергии на напряжение 20 и 35 кВ.

Напряжение 10кВ является наиболее распространенным, т.к. входят в ряд стандартных номинальных напряжений источников и потребителей и для этого напряжения выпускается достаточное количество высоковольтного оборудования и кабелей. Оно является более экономичным по сравнению с напряжением 6 кВ.

На данном предприятии высоковольтные электроприёмники получают питание 10 кВ, поэтому выбираем напряжение внутризаводского электроснабжения 10 кВ.

Выбор схем электрического снабжения связан с выбором напряжения. Для внутризаводских сетей применяют радиальные, магистральные и смешанные. Схемы должны обеспечивать требующую напряженность электрического снабжения, эксплуатационную гибкость, ремонтопригодность, безопасность обслуживания.

При выборе варианта схем на ряду с перечисленными техническими требованиями рассматривается их экономичность.

Для питания внутризаводских сетей выбираем смешанную схему электроснабжения. Питание цеховых подстанций осуществляется по отдельным магистралям, которые резервируются по стороне 0,4 кВ.

Для питания высоковольтных двигателей предусмотрена отдельная распределительная подстанция.

3.3 Выбор напряжения и схемы внешнего электроснабжения

Выбор напряжения для линий, питающих предприятие, производится с учетом мощности и дальности электропередачи.

Для оценки величины рационального напряжения применяется формула «Стилла», в кВ:

где l – расстояние от питающей ПС до предприятия, в км;

Рр’– активная максимальная нагрузка предприятия, с учетом потерь в линии и трансформаторах и коэффициента одновременности максимальных нагрузок отдельных цехов, в МВт:

где Ко – коэффициент одновременности всегда  1: 0,92 – 0,95, так как максимум нагрузок цехов никогда не совпадают;

Кn – коэффициент потерь, равен 1,03 (3% потерь) при ориентировочных расчетах, когда неизвестны марки питающих кабелей.

Рр’ = 0,94*1,03*3,9=3,8 МВт

Рассчитываем рациональное напряжение электроснабжения, в кВ:

Uрац =4,34* = 34,12 кВ

Выбираем ближайшее из задания напряжение электроснабжения: 35 кВ

ГПП предприятия получает питание от районной ПС энергосистемы по двум ВЛ с разных секций шин. В большинстве случаев ГПП является тупиковыми, без транзита мощности по стороне высшего напряжения. В этом случае РУ ВН имеет четыре присоединения и выполняется без системы сборных шин (бесшинной). Схема на стороне ВН выполняется блочной, с упрощенными коммутационными аппаратами и является сравнительно дешевой, экономичной, но достаточно надежной.

Для двухтрансформаторной ГПП применяется схема «два блока линия - трансформатор с отделителями и короткозамыкателями и неавтоматической перемычкой».

В этой схеме высоковольтные выключатели устанавливают только со стороны НН. Из коммутационных аппаратов только высоковольтные выключатели позволяют автоматическое управление и отключение элементов СЭС в аварийных режимах.

Кратковременное отключение силового трансформатора при внутренних повреждениях со стороны высшего напряжения осуществляется высоковольтным выключателем с помощью релейной защиты в районной ПС в режиме АПВ.

Для увеличения чувствительности РЗ короткозамыкатель создаёт в одной или двух фазах КЗ на землю.

В безтоковую паузу отделитель автоматически отключает линию.

4 Выбор трансформаторов

4.1 Выбор числа и мощности трансформаторов ЦТП

В соответствии с требованиями по обеспечению надежности ЭСН ЭП I категории должно быть два источника питания, для II категории рекомендуется два, но разрешается один. ЭП III категории могут получать питание от одного источника питания. ЦТП для ЭП I и II категорий выполняются двух трансформаторными, одно трансформаторные ЦТП устанавливаются для потребителей III категории и для небольшой мощности II категории.

Для сокращения номенклатуры складского резерва, мощность трансформаторов следует выбирать из стандартного ряда мощностей, так чтобы на одном предприятии было не более одной - двух мощностей.

Стандартный ряд мощностей, в кВА: 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500.

ЦТП размещают внутри цехов равномерно, с максимальным приближением к потребителю (не менее 200м). ЦТП по конструктивному исполнению делятся на: встроенные; пристроенные; внутрицеховые и отдельно стоящие.

Выбор мощности трансформаторов осуществляется по расчетным среднесменным нагрузкам: Pсм; и Qсм

Для трансформаторов общего назначения масляных и сухих по ПУЭ допустимы длительные систематические перегрузки в нормальном режиме и длительные перегрузки в послеаварийном режиме.

Полная расчетная среднесменная мощность рассчитывается по формуле, в кВА:

где  - средняя нагрузка цеха за наиболее загруженную смену, кВА;

N - число трансформаторов;

Kзагр. - коэффициент загрузки трансформатора

В среднем для расчета мощности трансформаторов для двух трансформаторной подстанции для расч Кзагр=0,7. Это удовлетворяет условиям ПУЭ по перегрузки для масляных трансформаторов.

Для примера рассчитаем мощность трансформатора цеха №8 (Механический цех).

Активная мощность, потребляемая цехом, в кВт:

Рсм.цеха = Рсм.гр.А + Рсм.гр.Б

Рассчитываем: Рсм.цеха = 274 + 51,4 = 325кВт

Реактивная мощность, потребляемая цехом, в кВАР:

Qсм.цеха = Qсм.гр.А + Q см гр.Б

Рассчитываем: Qсм.цеха = 356,2 + 66,82 = 423 кВАР

Полная мощность, потребляемая цехом, в кВА:

Sсм.цеха =  

Рассчитываем: Sсм.цеха =  кВА

Определяем мощность трансформатора по (4.1):

Проверяем коэффициент загрузки:

Кзагр =  

Проверяем коэффициент загрузки.

Кзагр =

Согласно ПУЭ:

Для электроприемников I категории Кзагр от 0,6 до 0,7;

Для электроприемников II категории Кзагр от 0,7 до 0,85.

Для однотрансформаторных ПС Кзагр от 0,85 до 0,9

Рассчитанный коэффициент загрузки меньше допустимого, что дает возможность в дальнейшем для увеличения нагрузки в результате расширения сетей 0.4 кВ или замены электрооборудования на более мощное.

Результаты расчетов заносим в таблицу.

4.2 Выбор трансформаторов ГПП

Трансформаторы ГПП являются важнейшим звеном систем ЭСН, так как рассматриваются в качестве основных источников питания потребителей всего предприятия.

Для выбора трансформаторов необходимо знать уровни напряжения внешнего ЭСН и внутризаводских сетей.

Мощность трансформаторов выбирается из максимальной расчетной мощности предприятия, в кВА:

где Sр.пред – максимальная расчетная нагрузка предприятия, кВА;

N - число трансформаторов (как правило на ГПП устанавливается 2 трансформатора)

Kзагр - коэффициент загрузки трансформатора (0,7)

Рассчитаем мощность трансформатора ГПП:

Из таблицы литературы [5, C.214 - 219] выбираем трансформатор напряжением 35 кВ типа ТМН – 4000/35, Uном= 4000 кВА, UВН= 35 кВ, UНН= 11кВ, Pх.х.= 5600 Вт, Pк.з.=33,500 Вт, UКЗ= 7,5%

Произведем расчет компенсации реактивной мощности.

Определим количество требуемой для предприятия реактивной мощности:

Для поддержания нормальной работы генераторов электрических станции в СЭС должно поддерживаться потребление определенного количества реактивной мощности, которое рассчитывается по формуле, в кВАР:

Qэн.сист = Рр.пред · tgφэн.сист (4.8)

где tgэн.сист при проектировании принимается равным 0,4 кВАр/кВт

Qэн.сист = =1581,6 кВар

Если Qр предпр ≤ Q эн.сист, то искусственной компенсации не требуется.

Если Qр предпр ≥ Q эн.сист,

Qтреб = 2110,5-1581,6=528,9 кВА

Делим на 2 системы шин;

кВАР

Компенсацию реактивной мощности лучше выполнять со стороны 10 кВ.

5. Расчёт токов короткого замыкания

КЗ является наиболее тяжелым видом повреждения сетей электроснабжения. Причинами их возникновения могут быть повреждение изоляции, неисправность электрооборудования, попадание посторонних предметов на токоведущие части и на выводы силовых трансформаторов, ошибки оперативного персонала.

Возникают следующие виды КЗ:

-  трехфазное междуфазное;

-  трехфазное на землю;

-  однофазное на землю.

Расчет токов КЗ выполняется для проверки токоведущих частей и аппаратов на термическую и электродинамическую стойкости при сквозных КЗ и для выбора уставок РЗ и А.

В первом случае расчетные условия выбирают такие, при которых токи КЗ будут максимальны. Для выбора уставок РЗ и А рассчитывают минимальные значения токов КЗ.

Так как внутризаводские сети выполняют с изолированной нейтралью, то необходимо вести расчет 3-фазного тока КЗ, как для наиболее тяжелого режима КЗ.

Ток короткого замыкания рассчитывают для тех точек сети, при коротких замыканиях в которых аппараты и токоведущие части будут находиться в наиболее тяжелых условиях.

В каждый момент переходного процесса IКЗ равен сумме двух составляющих: периодической и апериодической (свободной).

Iк = iп + iа (5.1)

Периодическая составляющая iп протекает от действия ЭДС ИП и изменяется с той же частотой и зависит от сопротивления цепи КЗ.

Она соответствует току нового установившегося режима по окончанию переходного процесса:

Упрощенные методы расчетов IКЗ не учитывают апериодическую составляющую, если ИП удален от места КЗ и представляет собой источник «неограниченной мощности».

Например, таки источником является энергосистема для тупиковых ГПП предприятия.

Если ИП служит собственная ТЭЦ апериодическая составляющая учитывают и для определения токов КЗ используют метод расчетных кривых, так как аналитические методы расчета применять затруднительно.

Без учета апериодической составляющей действующее значение IКЗ равен действующему значению периодической составляющей, в А:

 (5.2)

По периодической составляющей трехфазного КЗ проверяются на термическую стойкость токоведущие части аппаратов. Для проверки их на электродинамическую определяют ударный ток.

Ударный ток – это наибольший из всех мгновенных значений токов короткого замыкания, в А:

 (5.3)

где Kуд - ударный коэффициент, который приводятся в таблицах литературы [5,С 127] в зависимости от места КЗ.

Для вычисления токов короткого замыкания составляют расчетную схему, на которую наносят все данные, необходимые для расчета, и точки в которых следует определить токи КЗ.

По расчетной схеме составляют схему замещения, в которой все элементы представляют виде сопротивлений, выраженных в относительных единицах или в Омах.

При расчете токов короткого замыкания вводят ряд допущений:

· Если источником питания является энергосистема, а не собственная ТЭЦ, то напряжение энекгосистемы (Е) принимают равной единице и апериодическая составляющая тока короткого замыкания равна нулю.

· Если индуктивное сопротивление линии в 3 раза превышает активное, то активное сопротивление не учитывают.

· Подпитку места КЗ от синхронных двигателей в режиме перевозбуждения можно не учитывать, если они отделены ступенью трансформации.

Производим расчет в относительных единицах. Задаемся значением базисной мощности: Sбаз = 100 МВА , Uбаз.ВН = 36,5 кВ, Uбаз.НН =10,5 кВ.

Рассчитаем параметры схемы:

1) Индуктивное сопротивление системы в относительных единицах:

где SК – заданная мощность короткого замыкания системы, в МВА

2) Индуктивное сопротивление воздушной линии в относительных единицах:

3) Индуктивное сопротивление силового трансформатора в относительных единицах:

Рассчитываем ток КЗ в точке К1:

Определяем базисный ток, в кА:

Ток короткого замыкания в точке К1 равен, кА:

Ударный ток по (5.3) при Куд =1,8 [5,С 127] равен:

Рассчитываем ток КЗ в точке К2:

Определяем базисный ток, в кА:

Ток короткого замыкания в точке К2 равен, кА по (5.10)

Ударный ток по (5.3) при Куд =1,92 [5,С 127] равен:

6. Расчёт линий электропередачи

6.1 Расчет кабельных линий 10(6) кВ

При проектировании внутризаводских сетей расчет линий сводится к выбору марки и сечения кабеля.

Марку кабеля выбирают по рекомендациям литературы [1,С. 31, Т. 3.1]

Для прокладки кабеля в земле с средней коррозийной активностью, наличием блуждающих токов, наличием колебаний и растягивающих усилии в грунте выбираем марку кабеля: ААГЕлУ

Выбираем наибольшее сечение кабеля для цеха № 1 «Станция предварительной очистки воды» по следующим четырем условиям:

1) По длительно-допустимому нагреву максимальным расчётным током:

Рассчитываем активную максимальную расчетную нагрузку цеха, в кВт:

Р р.цеха = Р р.гр.А + Рр гр.В (6.1)

Р р.цеха = 347,98 + 51,4 = 399,38 кВт.

Рассчитываем реактивную максимальную расчетную нагрузку цеха, в кВАР:

Qр.цеха = Qр.гр.А + Qр.грВ (6.2)

Qр.цеха = 356,2 + 66,82 = 422,4 кВар

Рассчитываем полную максимальную расчетную нагрузку цеха, в кВА:

Sр.цеха =

Производим расчет тока, в А:

Sр.цеха =  =  кВА

≈60 А

По таблицам ПУЭ соответственно марки, напряжения и из условия, что Iдл.доп. Iр.max находим сечение кабеля: S = при I дл.доп .= 60 A

2) По экономической плотности тока, в мм2:

где Iр.нор – ток в линии при нормальном режиме, в А

(в нашем случае: Iр.нор = Ip.max/2 Iр.нор = 30 А)

γЭК - экономическая плотность тока, в А/мм2, определяется по справочным таблицам в зависимости от типа проводника и числа часов использования максимальной активной нагрузки в год (Тм) [2]

Тм приводится в литературе [5,C.80]

При Тм = 3000 час/год γЭК = 1,6 А/ мм2

Рассчитываем сечение:

увеличиваем сечение до 16 ммІ

Страницы: 1, 2, 3, 4