Розробка живлячої мережі машинобудівного заводу ЗМІСТ СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ВСТУП 1. Визначення розрахункових навантажень цехів та підприємства 1.1 Визначення розрахункового силового навантаження цехів 1.2 Визначення центра електричних навантажень та місця розташування головної понижуючої підстанції 1.3 Вибір кількості та потужності трансформаторів головної понижувальної підстанції 1.4 Вибір кількості та потужності трансформаторів цехових трансформаторних підстанцій 1.5 Вибір потужності компенсуючих пристроїв у системі електропостачання підприємства 1.6 Розробка схеми електропостачання підприємства 1.7 Розрахунок струмів трифазного короткого замикання на шинах низької напруги головної понижувальної підстанції 1.8 Вибір перерізу провідників в електричній мережі напругою 6 кВ 1.9 Вибір комутаційної апаратури СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ Розвиток енергетики України, посилення зв'язків між енергосистемами вимагає розширення будівництва електроенергетичних об'єктів, зокрема ліній електропередач і підстанцій напругою 35-110кВ змінного струму. Виробництво електроенергії росте у всьому світі, що супроводжується зростанням числа електроенергетичних систем, яке йде по шляху централізації вироблення електроенергії на крупних електростанціях і інтенсивного будівництва ліній електропередач і підстанцій. Проектування електричної мережі, включаючи розробку конфігурації мережі і схеми підстанції, є одним з основних завдань розвитку енергетичних систем, що забезпечують надійне і якісне електропостачання споживачів. Якісне проектування є основою надійного і економічного функціонування електроенергетичної системи. Завдання проектування електричної мережі відноситься до класу оптимізаційних завдань, проте не може бути строго вирішена оптимізаційними методами у зв'язку з великою складністю завдання, обумовленою багатокрітеріальностью, багато параметрічностью і динамічним характером завдання, дискретністю і частковою невизначеністю початкових параметрів. У цих умовах проектування електричної мережі зводиться до розробки кінцевого числа раціональних варіантів розвитку електричної мережі, що забезпечують надійне і якісне електропостачання споживачів електроенергією в нормальних і після аварійних режимах. Вибір найбільш раціонального варіанту проводиться по економічному критерію. При цьому всі варіанти заздалегідь доводяться до одного рівня якості і надійності електропостачання. Екологічний, соціальний і інші критерії при проектуванні мережі враховуються у вигляді обмежень. ПЕРЕЛІК ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ Таблиця.1 Позначення скорочення Найменування ЕУ Електроустановка ЕП Електроприймач СЕП Система енергопостачання СРШ Силова розподільна шафа ШРА Шинопровід розподільний алюмінієвий НН Низька напруга ТП Трансформаторна підстанція ШМА Шинопровід магістральний алюмінієвий ГПП Головна понижуюча підстанція ПВГ Підстанція глибокого вводу ЦРП Центральний розподільний пункт РП Розподільний пункт АД Асинхронний двигун СД Синхронний двигун ЕД Електродвигун ДЖ Джерело живлення ЦЕН Центр електричних навантажень ВН Висока напруга ПС Підстанція КТП Комплектна трансформаторна підстанція КТПЗ Комплектна трансформаторна підстанція зовнішня ТЕП Техніко-економічне порівняння ТЕР Техніко-економічний розрахунок КБ Конденсаторна батарея ДРП Джерело реактивної потужності ККД Коефіцієнт корисної дії СК Синхронний компенсатор ККУ Комплектна конденсаторна установка АГЖ Агрегат гарантованого живлення ПП Приймальний пункт ЛЕП Лінія електропередач КЗ Коротке замикання ЕА Електричні апарати ВСТУП Метою дипломного проекту є розробка раціонального, в техніко-економічному сенсі, варіанту електропостачання споживачів знов споруджуваної підстанції 10 з дотримання вимог ГОСТ до надійності і якості електроенергії, що відпускається споживачам, а також розробка електричної схеми і компоновка підстанції, вибору основного устаткування, і оцінка роботи підстанції в нормальних, аварійних і після аварійних режимах. Карта-схема району електропостачання представлена на мал. 1.1, підстанція споруджується в районі Уралу з середньорічною температурою навколишнього середовища +50С . Джерелами електроенергії в схемі є ГРЕС, що працює на бурому вугіллі і сусідня енергосистема, еквівалентирована до вузла 1, потужність якої істотно перевищує потужність даного району розвитку мережі, тому напруга у вузлі 1 можна вважати незмінним при коливанні навантажень даної мережі (U1=115кВ). На ГРЕС встановлені генератори ТВВ-200 і трансформатори ТДЦ-250000/220. Система утворююча мережа 220кВ виконана дротом АС-400, розподільна мережа 110кВ виконана дротом АС-240. Споживачі електроенергії підстанції, що підключається №10 включають промислове і комунальне навантаження загальною потужністю в максимальному режимі 32 МВт при cosц=0,87. Графік навантаження приведений на малюнку 1.2 і в таблиці 1.1. Склад споживачів по категоріях надійності електропостачання: I категорія – 40% II категорія – 40% III категорія – 20%; Номінальна нижча напруга підстанції 10 кВ; Число ліній, що відходять, - 16 P=80MBт Р =110МВт 4 cosφ=0,9 cosφ =0,9 4 ТДЦН – Р50000/220 2 1000 ……… 4ТВВ-200 Uбаз P=32МВт cos=0,87 P= 40МВт cos= 0,85 1 10 6 Р=130МВт cosφ=0,9 Р=60МВт cosφ=0.85 P= 20МВт cos= 0,85 7 9 8 5 P=16,9МВт 3 cosφ=0.9 Р=125МВт cosφ=0,9 Рис.1.1 Карта-схема району енергозабезпечення Графік нагрузки характерного для зимового дня Графік нагрузки характерного літнього дня Рис.1.2 Графік нагрузки трансформаторів. Таблиця 1.- Графік нагрузки характерного літнього та зимового дня. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Зима, % 40 40 40 40 50 50 40 40 40 40 40 50 Лето, % 30 30 30 30 40 40 30 30 30 30 30 40 Часы суток 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Зима, % 40 40 80 100 100 100 100 100 40 40 80 80 Лето, % 30 30 70 70 80 80 80 70 30 30 70 70 ВИХІДНІ ДАНІ До курсового проекту з дисципліни “Електропостачання промислових та муніципальних об’єктів” Таблиця 1 – Склад цехів підприємства і категорія надійності їх електроприймачів № цеху Назва цеху Категорія надійності електроприймачів 1 Механічний цех №1 2 і 3 2 Механічний цех №2 2 і 3 3 Механічно –складальний цех 2 4 Інструментальний цех 3 5 Цех дрібних серій 2 6 Ремонтно – механічний цех 3 7 Компресорна станція 1 і 2 Таблиця 2 – Установлена потужність цехів Варіант Установлена потужність окремих цехів 1 2 3 4 5 6 7 6 5500 6100 6600 6400 6600 6200 1500 Таблиця 3 – Коефіцієнти попиту цехів Варіант Коефіцієнт попиту окремих цехів 1 2 3 4 5 6 7 6 0,15 0,10 0,15 0,20 0,16 0,19 0,15 Таблиця 4 – Коефіцієнти потужності цехів Варіант Коефіцієнти потужності cosφ окремих цехів 1 2 3 4 5 6 7 6 0,59 0,69 0,66 0,64 0,51 0,59 0,66 Таблиця 5 – Спосіб виконання загального освітлення цехів Варіант Спосіб виконання загального освітлення цехів 1 2 3 4 5 6 7 6 3 1 2 3 1 2 3 Таблиця 6 – Дані електродвигунів компресорної станції Варіант Uном , кВ Pном , кВт nном , об/хв Тип Кількість N, шт. 6 10 1600 500 СДНЗ-2-18-49-12 4 Таблиця 7 – Тривалість перевантаження трансформатора головної понижувальної підстанції в після аварійному режимі та відношення літнього розрахункового навантаження до зимового Варіант Тривалість перевантаження, год. Відношення літнього розрахункового навантаження до зимового, в.о 6 1 0,75 Примітка. Температуру повітря прийнято: зимову – 10 ْС, літню - +20 ْС. Таблиця 8 - Напруга джерела живлення, номінальна напруга електричної мережі внутрішньозаводського електропостачання, схема приєднання головної понижувальної підстанції, величина початкового струму трифазного короткого замикання від системи на стороні високої напруги підстанції, напруга системи в максимальному режимі, кількість годин використання максимуму навантаження за рік. Варіант Uжив , кВ Uном.м , кВ Схема приєднання І” к.с.макс , кА Uс.макс , кВ Tмакс , год 6 110 10 Тупикова 17,5 105 4500 38 Живлення від енергосистеми 60 24 Рис. 1 Генеральний план підприємства Примітки: 1.Усі розміри цехів подані у метрах. 2. 1-7 номера цехів. 1 ВИЗНАЧЕННЯ РОЗРАХУНКОВИХ НАВАНТАЖЕНЬ ЦЕХІВ ТА ПІДПРИЄМСТВА 1.1 Визначення розрахункового силового навантаження цехів З формули (1.1) виведено розрахункове силове активне навантаження для окремого цеху при напрузі 0,38/0,22 кВ , (1.1) де - коефіцієнт попиту і-го цеху; - установлена активна потужність і-го цеху. Розрахункове силове реактивне навантаження і-го цеху визначено за формулою , квар, (1.2) де tgφ - відповідає значенню коефіцієнта потужності cosφ і-го цеху . Розрахункове силове повне навантаження і-го цеху визначено як , кВА, (1.3) За формулами (1.1), (1.2) і (1.3) визначено розрахункове силове активне, реактивне та повне навантаження кожного цеху підприємства. , кВт; , квар; , кВА Результати розрахунків для цехів наведені в таблиці 1.1. Таблиця 1.1 – Визначення розрахункового силового навантаження цехів № цеху Назва цеху Рустс кВт Кп, во Результати розрахунків Pр.с , кВт Qр.с , квар Sр.с , кВА 1 Механічний цех №1 5500 0,15 0,59/0,96 825 1076,75 1356,47 2 Механічний цех №2 6100 0,10 0,69/1,1 610 420,9 741,11 3 Механічно –складальний цех 6600 0,15 0,66/1,26 990 653,4 1186,18 4 Інструментальний цех 6400 0,20 0,64/1,23 1280 819,2 1519,7 5 Цех дрібних серій 6600 0,16 0,51/1,47 1056 538,56 1185,40 6 Ремонтно – механічний цех 6200 0,19 0,59/1,13 1178 695,02 1367,74 7 Компресорна станція 1500 0,15 0,66/1,2 225 148,5 269,58 Усього 6164 4352,33 7626,18 Визначення розрахункового навантаження загального електричного освітлення цехів Методом коефіцієнта попиту визначається розрахункове навантаження загального електричного освітлення цеху . Для цього спочатку визначено установлене (номінальне) активне навантаження і-го цеху Рр.о.і , якщо воно не визначено розрахунком, який у курсовій роботі не проводиться. На етапі визначення загального навантаження цеху його розраховано за формулою (1.4) де k - коефіцієнт, що враховує потужність пускових приладів залежно від джерела світла (для ламп розжарювання приймається k = 1,0; для ламп типу ДРЛ k = 1,1; для ЛЛ низького тиску стартерних k = 1,2, безстартерних - k=1,35); рп.о.і . - питоме навантаження загального освітлення і-го цеху, Вт/м; Fі . - площа і-го цеху, що підлягає освітленню, м2 . Розрахункове активне навантаження загального освітлення і-го цеху визначено як: , кВт (1.5) де Кп.о - коефіцієнт попиту загального освітлення. Для невеликих виробничих будівель (цехів) приймається коефіцієнт попиту загального освітлення Кп.о = 1; для виробничих будівель, що складаються з окремих великих прольотів, - Кп.о = 0,95; для виробничих будівель, що складаються з багатьох окремих приміщень, - Кп.о = 0,85. У курсовій роботі прийнято Кп.о = 0,95 незалежно від виду джерела світла. Розрахункове реактивне навантаження загального освітлення і-го цеху визначено за формулою , квар, (1.6) де - відповідає значенню коефіцієнта потужності і-го цеху залежно від типу джерела світла. Розрахункове повне навантаження загального освітлення і-го цеху визначено за формулою ,кВА (1.7) За формулою (1.4) розраховується установлене (номінальне) активне навантаження загального освітлення, за формулами (1.5)-(1.7) - розрахункові активне, реактивне та повне навантаження загального освітлення кожного цеху підприємства. кВт; кВт; , квар; , кВА Результати розрахунків для цехів наведені в таблиці 1.2. Таблиця 1.2 - Визначення розрахункового навантаження загального електричного освітлення цехів № цеху Площа цеху м Тип ламп , Вт/м Результати розрахунків Pуст.о , кВт Pр.о , кВт Qр.о , квар Sр.о , кВА 1 2880 Дугові ртутні 15 47,52 45,14 22,57 50,46 2 2880 Розжарювання 15 43,2 41 41 57,98 3 4320 Люмінесцентні 15 77,7 73,8 70 101,7 4 2160 Дугові ртутні 15 35,6 33,8 16,9 37,7 5 5760 Розжарювання 15 86,4 82 82 115,9 6 7200 Люмінесцентні 15 129,6 123,1 116,9 169,7 7 648 Дугові ртутні 15 10,7 10,2 5 11,35 Усього 430,72 409,04 354,37 544,79 Визначення розрахункового навантаження компресорної станції Якщо у вихідних даних задана кількість ЕД 4, 6 та більше, то кількість робочих ЕД обчислюють за формулою , (1.8) де N - задана кількість ЕД, шт.; 2 - кількість резервних ЕД. Таким чином, для компресорної станції слід визначити загальне розрахункове навантаження з AД силовим навантаженням та навантаженням загального електричного освітлення. Розрахункова активна потужність СД напругою 6 кВ визначено за формулою (1.9). , (1.9) де - кількість робочих СД, що працюють одночасно, шт.; - коефіцієнт завантаження СД активною потужністю, в.о; - номінальна активна потужність СД, кВт. Коефіцієнт завантаження СД активною потужністю приймається = 0,8. (1.10) При такому значенні мінімальної реактивної потужності УД зберігає властивості СД і стабільно працює. У даному випадку ця потужність і є розрахунковою потужністю СД яку можна визначити так: (1.11) Загальне розрахункове активне навантаження компресорної станції з АД визначається з урахуванням розрахункового силового навантаження Рр.с та розрахункового навантаження загального електричного освітлення Рр.о , (1.12) Загальне розрахункове реактивне навантаження компресорної станції з АД визначається так: . (1.13) Загальне розрахункове повне навантаження компресорної станції з СД . (1.14) , кВт; , кВАр; ,кВт , кВАр кВА Визначення розрахункового навантаження підприємства Загальне розрахункове активне навантаження і-го цеху визначено за формулою Рр.ц = Рр.с + Рр.о (1.15) Загальне розрахункове реактивне навантаження і-го цеху Q р.ц =Q р.с +Q р.о (1.16) Таким чином, загальне розрахункове повне навантаження І-го цеху (1.17) , кВт; , кВАр , кВА Результати розрахунків для цехів наведені в таблиці 1.3. Загальне розрахункове активне та реактивне навантаження кількох груп або цехів усього підприємства визначено з урахуванням коефіцієнта одночасності збігання максимумів навантаження К0 цих груп або цехів , кВт, (1.18) , кВАр, (1.19) де m - кількість розрахункових груп (цехів підприємства), шт. Коефіцієнт одночасності збігання максимумів навантаження К0 = 0,85. Розрахункову повну потужність можна визначено так: , кВА (1.20 ) Таблиця 1.3 – Визначення розрахункового навантаження підприємства № цеху Назва цеху Pр.ц , кВт Qр.ц , квар Sр.ц , кВА 1 Механічний цех №1 870,14 1099,32 1402 2 Механічний цех №2 651 461,9 798,2 3 Механічно –складальний цех 1063,8 732,4 1286,4 4 Інструментальний цех 1313,8 835,1 1557,3 5 Цех дрібних серій 1138 620,56 1296,2 6 Ремонтно – механічний цех 1301 811,92 1533,6 7 Компресорнастанція Наван. 432,48 489,85 653,44 Двиг. 2000 1320 - Усього 2432,48 1809,85 3031,91 Усього 6337,69 4552,2 7803,05 Усього з урахуванням Ко =0,85 5387,04 3869,37 6632,6 1.2 Визначення центра електричних навантажень та місця розташування головної понижувальної підстанції Площа кола в прийнятому масштабі t дорівнює повному розрахунковому навантаженню цеху Sр.п. = π·rц 2 ·m , кВА, (1.21) Sр.п - розрахункове повне навантаження і-го цеху, кВА; rц - радіус кола і-го цеху, см або мм; m - масштаб, кВА/см2 або кВА/мм2 . Приймаємо З цього виразу визначається радіус кола ,см (мм) (1.22) см. Розрахунки для цехів підприємства наведені в таблиці 2.1. Таблиця 1.4 - Координати та радіуси кіл картограм окремих цехів № цеху Назва цеху Координати rці см Хц.і , см Yц.і , см 1 Механічний цех №1 25,2 25,0 2,11 2 Механічний цех №2 20,2 25,0 1,6 3 Механічно –складальний цех 14,8 25,0 2,02 4 Інструментальний цех 9,9 25,0 2,22 5 Цех дрібних серій 4,4 25,0 2,03 6 Ремонтно – Механічний цех 24,0 9,2 2,21 7 Компресорна станція 17,1 15,2 3,44 Координати ЦЕН визначені в умовній системі координат, яка нанесена на план підприємства довільним чином з умовними одиницями виміру. Координати ЦЕН підприємства обчислені за формулами од, (1.23) од (1.24) де - координати ЦЕН і-го цеху; - кількість цехів підприємства. Рисунок 2.1 – Генплан промислового підприємства з нанесенням картограми навантажень і визначенням центра електричних навантажень 1.3 Вибір кількості та потужності трансформаторів головної понижуючої підстанції Вибрати номінальну потужність трансформаторів ГПП залежно від вихідних даних можна за графіком навантаження (у курсовій роботі він не задається) чи за розрахунковим повним навантаженням у нормальному режимі роботи з урахуванням режиму електропередавальної організації за реактивною потужністю , яке визначається як (1.25) де Рp.5 - розрахункова активна потужність підприємства на V рівні електропостачання (дані з таблиці 1.3); (Qe.5 - економічна реактивна потужність на V рівні електропостачання, що споживається підприємством з мережі енергосистеми. При проектуванні, величину економічної реактивної потужності доцільно визначати за формулою . (1.26) Економічна величина реактивної потужності за формулою (3.2) становить , квар Розрахункове повне навантаження в нормальному режимі роботи з урахуванням режиму електропередавальної організації за реактивною потужністю визначаємо за формулою (3.1) кВА. За першою умовою мінімальна номінальна потужність трансформаторів ГПП дорівнює кВА. Таким чином, для ГПП попередньо вибрано трансформатори типу ТМН-4000/110. За другою умовою : (1.27) кВА, кВА Отже, вибрані трансформатори за умовами перевантажень відповідають вимогам. Остаточно вибрано два трансформатори типу ТМН-4000/110, технічні дані яких наведені в таблиці 3.1. Таблиця 3.1 - Технічні дані трансформаторів головної понижувальної підстанції Тип Номінальна потужність кВА Поєднання напруг, кВ Втрати НапругаКЗ Струм ХХ ВН НН ХХ КЗ ТМН-4000/110 4000 115 6,6 7,7 28,2 10,5 1,2 1.4 Вибір кількості та потужності трансформаторів цехових трансформаторних підстанцій При трьох і менше трансформаторах їх стандартну номінальну потужність вибирають за формулою (1.28) де Sном.т.р - повна номінальна розрахункова потужність трансформатора; Рр.з - розрахункове активне навантаження на ІІІ рівні електропостачання (розрахункове активне навантаження цеху Рр.ц таблиці 1.3); N - кількість трансформаторів ПС; βТ - коефіцієнт завантаження трансформатора цехової ПС. , кВА Розрахунки для вибору номінальної потужності трансформаторів цехових ПС наведені в таблиці 4.1. Таблиця 4.1 - Вибір кількості та номінальної потужності трансформаторів цехових підстанцій № цеху Назва цеху Рр.ц , кВт N, шт. Βт , в.о Sном.т.р. , кВА Трансформатор 1 Механічний цех №1 870,14 2 0,9 483,4 ТМЗ-630/10 2 Механічний цех №2 651 2 0,9 361,6 ТМЗ-400/10 3 Механічно –складальний цех 1063,8 2 0,7 759,8 ТМЗ-1000/10 4 Інструментальний цех 1313,8 1 0,7 938,4 ТМЗ-1000/10 5 Цех дрібних серій 1138 2 0,7 812,8 ТМЗ-1000/10 6 Ремонтно – механічний цех 1301 1 0,7 929,2 ТМЗ-1000/10 7 Компресорна станція 2795 2 0,65 2150 ТМЗ-2500/10 1.5 Вибір потужності компенсуючих пристроїв у системі електропостачання Визначення реактивної потужності компенсуючих пристроїв споживачів електроенергії Qкп = Qр.5 – Qе.5 (1.29) де Qe.5 розрахункова реактивна потужність підприємства на V рівні електропостачання (береться з таблиці 1.3 з урахуванням коефіцієнта одночасності збігання максимумів навантаження), квар. ,квар Загальна встановлена потужність компенсуючого пристрою підприємства: Qз = Qн.к + Qaд + Qв.к (1.30) де Qн.к - реактивна потужність конденсаторних установок (КУ) споживача з напругою конденсаторів до 1кВ, квар. QAД – реактивна потужність одержувана від AД, квар; Qв. к - реактивна потужність КУ споживача з напругою конденсаторів понад 1кВ, квар. Визначення потужності конденсаторних установок з номінальною напругою конденсаторів до 1 кВ. Потужність цих КУ визначається при розрахунках систем внутрішньозаводського та внутрішньо цехового електропостачання. Максимальна реактивна потужність, яку доцільно передавати через трансформатор 10/0,4 кВ у мережу напругою до 1 кВ для забезпечення бажаного коефіцієнта його завантаження , становить , квар, (1.31) де N - кількість трансформаторів ТП, шт.; Sном. - повна номінальна потужність трансформатора цехової ПС, кВА; Рр.3 - розрахункова активна потужність навантаження на III рівні електропостачання (розрахункова активна потужність цеху Рр.ц з таблиці 1.3), кВт. Якщо під коренем величина зі знаком "мінус", то приймають QТ = 0. Потужність КУ із конденсаторами номінальною напругою до 1 кВ (у курсовій роботі номінальною напругою 0,4 кВ) визначено як Qн.к = Qр.т – Qт (1.32) де Qр.т . - розрахункова реактивна потужність на III рівні електропостачання, яка дорівнює розрахунковій реактивній потужності цеху Qр.ц з таблиці 1.3, квар. , квар; , квар Розрахунки для вибору номінальної потужності конденсаторів номінальною напругою 0,4 кВ для цехових ПС наведені в таблиці 5.1. Таблиця 5.1 - Визначення потужності комплектних конденсаторних установок       № цеху Qт , квар Qн.к , квар Тип і номінал Потужність, квар Кількість ККУ 1 508,8 229,16 УКРП 0.4-120-20УЗ 120 2 2 769,5 -189,1 - - - 3 1195 -340,8 - - - 4 913,2 -478,7