7218

Проектирование систем электроснабжения

Курсовая

Энергетика

Проектирование систем электроснабжения Выбор оборудования Задание к расчётной работе Согласно приведённой на рис. 1 схеме от шин подстанции энергосистемы питается главная понизительная подстанция (ГПП), предназначенная для электроснабжения промышлен...

Русский

2013-01-18

644.5 KB

33 чел.

Проектирование систем электроснабжения

Выбор оборудования

Задание к расчётной работе

Согласно приведённой на рис. 1 схеме от шин подстанции энергосистемы питается главная понизительная подстанция (ГПП), предназначенная для электроснабжения промышленного предприятия. Питание ГПП осуществляется по двум линиям. На ГПП установлено два силовых двухобмоточных трансформатора. Нормально питающие линии и трансформаторы ГПП работают раздельно.

Среди прочих нагрузок ГПП на схеме выделена однотрансформаторная цеховая подстанция (ТП), которая рассмотрена в расчётной работе № 1.

Данные о величинах номинальных напряжений внешнего и внутреннего электроснабжения, типах линий, нагрузках трансформаторов ГПП и цеховой ТП приведены ниже.

Требуется:

   1. Определить тип и мощность трансформаторов ГПП, согласно указанной на схеме подключённой нагрузке (P, Q) и мощности трансформатора цеховой ТП, определённой в п. 1 курсового проекта.

2. Рассчитать для точек К1 и К2 значения токов трёхфазного К.З (ударного и установившегося значения), а также соответствующие мощности К.З для режимов включения питающих линий и выключателей ГПП, указанных в табл. 4.

3. Выбрать и проверить по условиям протекания токов К.З на стороне 6 кВ ГПП следующие аппараты и токоведущие устройства:

а) выключатель в цепи нереактированной линии Л3, отходящей от ГПП к цеховой подстанции;

б) шинный разъединитель в цепи указанной отходящей линии;

в) трансформатор тока для питания цепей измерения и цепей релейной защиты линии Л3;

г) допустимое наименьшее сечение нереактированной линии по термической устойчивости при К.З;

д) реактор на линии Л3 из условия ограничения токов К.З для выбора менее мощного коммутационного оборудования и уменьшения сечения линии (условия определить самостоятельно).

4. Выбрать плавкий предохранитель или автоматический выключатель устанавливаемый после трансформатора № 3 ТП.

6. Сделать выводы по расчётам, а также выбору оборудования.

                                          

Рис. 1. Расчётная схема участка схемы электроснабжения.

Расчётные данные к рисунку 1.

Номинальные напряжения ступеней трансформации и мощность К.З на шинах подстанции энергосистемы.

                Таблица 1

Параметры

U1, кВ

U2, кВ

Sk, МВА

110

6

900

Тип линии ( КЛ – кабельная, ВЛ - воздушная) и её длина (км).

     Таблица 2

Элемент цепи

Л1

Л2

Л3

тип

ВЛ

ВЛ

КЛ

длинаа

7

7

2,5

                                                     Нагрузка на стороне 6 – 10 кВ ГПП.

                                              Таблица 3

Нагрузка

Р, МВт

Q, МВАр

7

5,3

Режим включения питающих линий и выключателей ГПП ("+" - включен, "–" - выключен).

             Таблица 4

Режим

Л1

Л2

В1

В2

В3

В4

+

+

+

-

+

+

Примечание: выключатель В6 отключён по условию, так как трансформаторы ГПП работают раздельно.

Рис.2 Расчётная схема участка схемы электроснабжения с учётом состояний выключателей.

Примечание: выключатели закрашенные в черный цвет означают, что выключатель включён.

      1 Выбор мощности трансформаторов ГПП

1.1 Расчет полной максимальной мощности

Расчетная мощность ГПП без учета мощности расчетного ТП [2]:

                                             ;                                           

МВА.

Расчет полной максимальной мощности ведется по формуле                                

                                             ;                                          

                                           МВА,

где SрГПП –  полная расчетная мощность,

 SТП =0,25 МВА –  расчетная мощность ТП.( п.1 курсового проекта).

                                                                                

1.2 Выбор трансформатора

При проектировании номинальную мощность каждого трансформатора двухтрансформаторной ГПП принимают равной 0,7 прогнозируемого расчётного максимума нагрузки подстанции. В этом случае при аварии с одним трансформатором электроснабжение потребителей обеспечивается за счёт перегрузки на 40 % оставшегося в работе трансформатора.

Мощность трансформатора определим из формулы:

                                             

где Sн.т – номинальная мощность трансформатора, МВА.                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

Выбираем по (табл.П 4.16 стр. 354) [ Л1] трансформатор ТРДН-16000/110 трехфазный масляный двухобмоточный. Технические данные в таблице 5.

                                                                  Технические данные трансформатора

                      Таблица 5

тип

Мощность

кВА

Напряжение

ВН, кВ

Напряжение

НН, кВ

Потери

ХХ, кВ

Потери

КЗ

Напряжение

КЗ. %

Ток холостого хода, %

ТРДН

16000

110

6

26

85

10,5

0,85

                                                     2 Выбор марки проводов и кабелей

Исходя из экономической выгоды провод ВЛ для линии Л1 выбираем - сталеалюминевый и кабель для линии Л3 выбираем  - алюминевый. По значению тока выбираем экономически наиболее выгодное сечение.

Сечение провода выбирается с соблюдением условия:

                                                                 ,                                            

где  - расчётный ток;  - допустимый длительный ток;

Для линии Л1:

Для линии Л1 выбираем провод марки АС сечением 25/4,2 с допустимым током 142 А (табл. 1.3.29, стр. 34 [3]), с учётом района климатических условий, толщины стенки гололёда (табл. 50.1, 50.3, 50.5, стр.777-779 [5]).

Для линии Л3:

Для линии Л3 выбираем кабель марки АСБГ 3 х 16 мм2,с допустимым током 70 А (табл. 1.3.20, стр. 28 [3])

                                    Параметры выбранных кабелей

     Таблица 6

Линия

Параметры

, А

, мм2

, Ом/км

, Ом/км

Л1,

142

25

1,26

0,45

Л3

70

16

1,97

0,08

Где  xo ориентировочно приняты по методике  таблицы 4.

       , S-сечение кабеля (мм2); γ - удельная проводимость, равная 31,7 [] для алюминия.

.

.

Вывод: определён тип и мощность трансформаторов ГПП – ТРДН-16000/110. Выбраны марки проводов и кабелей: для линии Л1 – провод ВЛ марки АС сечением 25/4,2 с допустимым током 142 А; для линии Л3 – кабель марки АСБГ 3х16 мм2, с допустимым током 70 А.

3 Расчет токов короткого замыкания

3.1 Расчет тока и мощности короткого замыкания для точки К1 

Расчет произведем в относительных единицах при питании потребителя Sk=900 МВА. Принимаем базисную мощность Sб=100 МВА и базисное напряжение Uб=6,3 кВ.

Рассчитываем все относительные сопротивления схемы замещения (рис.3).

                                                                                                                

                         Рис.3  Расчётная схема и схема замещения участка электроснабжения при К.З.

3.1.1 Для электрической системы:

                                         ;                                                        

                                        .

                      3.1.2 Для воздушной линии Л 1 (7 км):

                  –  относительно реактивное сопротивление линии;

                   –  относительно активное сопротивление линии.

Где r0 и х0 - удельное активное и реактивное сопротивление линии, а l –   длина линии  в км. 

3.1.3 Для трансформатора Т 1 (S = 16 MВА):

                     – относительно реактивное сопротивление трансформатора в относительных единицах,

где     – относительное напряжение КЗ трансформатора;  uк%  – напряжение КЗ [cтр. 229 Л3];

                      – относительно активное сопротивление трансформатора в относительных единицах,

где     – относительно активное сопротивление трансформатора в Ом, а  – потери в металле трансформатора, кВт. [cтр 229 Л3];   

3.1.4 Результирующее сопротивление:

            ;           

            .                                    

Поскольку система питается от источника неограниченной мощности, и выполняется условие  , то активное сопротивление можно не учитывать.

3.1.5 Базисный ток :

                             кА.                                                                                                      

3.1.6 Трехфазный ток  короткого замыкания в точке К1: 

                                             кА.  

3.1.7 Ударный ток короткого замыкания в точке К1:

               кА,

          где:  – ударный коэффициент,  

           – постоянная времени затухания апериодической составляющей.

3.1.8 Мощность короткого замыкания в точке К1:

                         МВА.                                                              

3.2 Расчет тока и мощности короткого замыкания для точки К2 

Расчет произведем в относительных единицах при питании потребителя Sk=900 МВА. Принимаем базисную мощность Sб=100 МВА и базисное напряжение Uб=0,4 кВ.

Рассчитываем все относительные сопротивления схемы замещения (рис.3).

 

     

Рис. 3. Расчётная схема и схема замещения участка электроснабжения при К.З.

 
      3.2.1 Для кабельной линии Л3 (2,5 км):

                    – относительно реактивное сопротивление линии,   

                    – относительно активное сопротивление линии,

где r0 и х0  – удельное активное и реактивное сопротивление линии, а l – длина линии  в км.

3.2.2 Для трансформатора Т3 (Sн.Т3 = 250 кВА ; ):

 – относительно реактивное сопротивление трансформатора в относительных единицах,

где: – относительное напряжение КЗ трансформатора,  uк%  – напряжение КЗ [cтр. 229 Л3];         – относительно активное сопротивление трансформатора в Ом, а   потери в металле трансформатора, кВт. [cтр. 229 Л3];

- относительно активное сопротивление трансформатора в относительных единицах.

3.2.3 Результирующее сопротивление:   

                  

.

3.2.4 Базисный ток :

              кА.                                                              

 

3.2.5 Трехфазный ток  короткого замыкания в точке К2 :                                

                                    кА.                                                             

3.2.6 Ударный ток короткого замыкания в точке К2:

                  ,

где:    – ударный коэффициент,  

           – постоянная времени затухания      апериодической составляющей.

 

3.2.7 Мощность короткого замыкания в точке К2:

                       

                   4 Выбор аппаратов и токоведущих устройств

Выбор оборудования  производим  по каталогу высоковольтного оборудования [4].

4.1 Выбор выключателя нереактивной линии Л3

Выключатели  выбирают по номинальному току и напряжению, роду установки и конструктивному исполнению, и коммутационной способности. Выбранные выключатели проверяют на стойкость при сквозных токах КЗ. Электродинамическая стойкость выключателей задаётся электродинамической стойкостью в виде двух значений: Iдин- динамической составляющей периодической составляющей тока и Iдин.мах.- мгновенного  амплитудного значения полного тока.

В качестве выключателя применим вакуумный выключатель фирмы  «Таврида электрик» ВВ/ TEL-10-12.5-630-У2. Вакуумные выключатели BB/TEL предназначены для эксплуатации в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц номинальным напряжением до 10 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью в нормальных и аварийных режимах. Вакуумные выключатели BB/TEL применяются в ячейках КРУ внутренней и наружной установки, а также в камерах КСО, как при новом строительстве, так и при замене выключателей прежних лет выпуска.

   Условия выбора и проверки выключателей нагрузки BB/TEL-10-12.5-630-У2.

                   Таблица 7

Паспортные данные выключателя

BB/TEL-10-6-630-У2

Условия выбора и проверки

проверка

Номинальное напряжение , кВ

10

Номинальный ток , кА

630

Ток отключения , кА

12.5

Ток электродинамической устойчивости , кA

32

Ток термической устойчивости  за время , кА

12,5

  – максимальный действующий рабочий ток цепи;

– время которое может выдержать автомат;

– установившийся ток КЗ;

 – приведённое время действия тока КЗ.

4.2 Выбор шинного разъединителя  

Разъединители выбирают по номинальному току и напряжению и конструктивному исполнению с проверкой на динамическую и термическую стойкость.

               Условия выбора и проверки разъединителя  РЛНД 10/630 У1.

                   Таблица 8

Паспортные данные выключателя

РЛНД 1-10-630 У1.

Условия выбора и проверки

проверка

Номинальное напряжение , кВ

10

Номинальный ток , кА

630

Ток электродинамической устойчивости , кA

32

Ток термической устойчивости  за время , кА

12,5

4.3 Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбирают по номинальному току и напряжению, классу точности, допускаемой погрешности, и проверяют на динамическую и термическую стойкость.

Выбираем трансформатор тока 200/5 ТПК -10.

                 

                      Условия выбора и проверки трансформаторов тока.

                Таблица 9

Паспортные данные трансформатора

ТПК -10

Условия выбора и проверки

проверка

Номинальное напряжение , кВ

10

Номинальный ток , А

200

Коэффициент электродинамической устойчивости

66,7-114

Коэффициент термической устойчивости  за время 

27-38

4.4 Выбор допустимого наименьшего сечения нереактивной линии по термической устойчивости при КЗ

Условие выбора и проверки кабелей на термическую устойчивость:

,

где S – фактическое сечение кабеля, мм2;

Sмин – минимально допустимое по термической устойчивости сечение кабеля, мм2;

 I – в амперах;

 tпр – приведённое (фиктивное) время действия тока К.З, с;

 С – термический коэффициент, Ас1/2/мм2;

С=90 – для  кабелей с алюминиевыми жилами до 10 кВ.

При питании от системы неограниченной мощности:

,

где - время отключения выключателя ( – для быстродействующих выключателей;  – для небыстродействующих выключателей); – время действия релейной защиты (определяется по условию селективности), с.

                                             

Выбираем кабель марки АСБГ 3х35, с допустимым током 110 А.

 

4.5  Выбор реактора

Выбор реакторов производят по условиям длительной работы, т.е. по номинальному напряжению Uном,  номинальному току Iном и индуктивному сопротивлению хр, %, необходимому для желаемого .

4.5.1 Определение реактивного сопротивления

Для определения реактивного сопротивления реактора Хр, предварительно вычисляют относительное сопротивление реактора:

 ,

где: – результирующее сопротивление всей цепи КЗ при заданном токе отключения выключателя Iном.откл.

Тогда сопротивление реактора хр,(%)

    %.

Выбираем реактор типа РБ 10-400-0.35.

    

                                   Условия выбора и проверки реакторов.

              Таблица 10

Паспортные данные реактора

РБ 10-400-0.35

 

Условия выбора и

проверки

Номинальное напряжение =10 кВ

Номинальный ток =400 А

Ток электродинамической устойчивости (амплитуда) =40 кA

Термическая стойкость реактора при 5 сек. , кАс1/2

Номинальное реактивное сопротивление =0.35:

а) по наибольшему допустимому току КЗ за реактором;

б) по наименьшему остаточному напряжению перед реактором.

     Где  – наибольшее допустимое расчётное реактивное сопротивление реактора и существующее расчётное реактивное сопротивление до реактора;  – суммарный ток КЗ от всех источников;  –допустимое остаточное напряжение на шинах РУ.

Сопротивление реактора приведенное к базисному:

 .

Рассчитаем ток короткого замыкания с реактором.

4.5.2 Определение результирующего сопротивления:

  ;

.

Поскольку система питается от источника неограниченной мощности и выполняется условие  , то активное сопротивление можно не учитывать.

 

4.5.3 Трехфазный ток  короткого замыкания после реактора:

                                                                           

4.5.4 Ударный ток короткого замыкания после реактора:

 

          где:   – ударный коэффициент,  

– постоянная времени затухания апериодической составляющей.

4.5.5 Мощность короткого замыкания в точке К1

.                                                              

4.5.6 Выбор допустимого наименьшего сечения реактивной линии по термической устойчивости при КЗ

Условие выбора и проверки кабелей на термическую устойчивость:

                                         ,

              где S – фактическое сечение кабеля, мм2;

Sмин – минимально допустимое по термической устойчивости сечение кабеля, мм2;

              I – в амперах;

              tпр. – приведённое (фиктивное) время действия тока К.З, с;

              С – термический коэффициент, Ас1/2/мм2.

              С=90 – для  кабелей с алюминиевыми жилами до 10 кВ.

                    

При питании от системы неограниченной мощности:

где - время отключения выключателя ( – для быстродействующих выключателей;  – для небыстродействующих выключателей);   время действия релейной защиты (определяется по условию селективности), с.

                            

Выбранный кабель сечением АСБГ 3х16 мм2 отвечает условиям  термической устойчивости к токам КЗ.

Вывод: Определены значения трёхфазного и ударного токов короткого замыкания, исходя из чего, выбраны аппараты и токоведущие устройства на стороне 6 кВ ГПП: выключатель вакуумный ВВ/ТЕL-10-12,5-630-У2; шинный разъединитель РЛНД 10/630 У1; трансформаторы тока ТПК-10 200/5; реактор РБ 10-40-0,35.

5 Выбор автоматического выключателя, устанавливаемого после трансформатора № 3 ТП

5.1 Расчёт тока КЗ в точке К2 с учётом реактора

5.1.1 Определение результирующего сопротивления с учётом реактора:

;

 .

5.1.2  Базисный ток :

        .                                                             

 

5.1.3 Трехфазный ток  короткого замыкания в точке К2:

                                                             

5.1.4 Ударный ток короткого замыкания в точке К2:

,

          где:   – ударный коэффициент,  

         – постоянная времени затухания     апериодической составляющей.

5.1.5 Мощность короткого замыкания в точке К2:

     .                                                        

Выключатели выбирают по номинальным значениям тока и напряжения, роду установки и условиям работы, конструктивному исполнению и коммутационной способности. Выбор автоматов производится с учётом следующих требований:

Номинальное напряжение автомата, В:

           

Номинальный ток автомата, А:

            

Номинальный ток расцепителя любого вида, А:

           

Предельно отключаемый ток автомата, кА:

          

Обозначения: Uсети  – напряжение сети, В; Iр , Iпуск и Iкр определяются как и в случае защиты предохранителями; кн – коэффициент надёжности, учитывающий неточности в определении максимального кратковременного тока и разброс характеристик электромагнитных расцепителей, берётся равным 1,5 для автоматов серии А3700 и 1,25 для остальных автоматов; Iк.макс – максимальный ток КЗ, который может проходить по защищаемому участку сети, А.

Выбираем автоматический выключатель марки «Электрон» типа Э06, рассчитанный на номинальное  напряжение  380 В и токи расцепителей максимального тока 250-4000 А. Расцепители максимального тока имеют полупроводниковый блок защиты с регулировкой  пяти следующих уставок:

1 – ток срабатывания в пределах 0,8-1,5 Iном.а;

2 – ток срабатывания в пределах 12 Iном.а  при КЗ;

3 – на время срабатывания 100, 150, 200 с при Iном,а;

4 – на время срабатывания 4,10, 20 с при 6Iном,а;

5 – на время срабатывания 0.25, 0.45, 0.7 с при КЗ;

                                      Условия выбора и проверки выключателя

    Таблица 11

Паспортные данные выключателя

Условия выбора и проверка

Номинальное напряжение =0.4 кВ

Номинальный ток =400 А

Ток отключения =15 кА

Ток электродинамической устойчивости 35 кA

Выводы по работе:

За период изучения курса «Электроэнергетика», получены теоретические знания по вопросам проектирования систем электроснабжения,  которые были применены в данной расчётной работе.

Литература

1 Фёдоров Анатолий Анатольевич, Старкова Лариса Евгеньевна. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 368 с.: ил.

2 Князевский Борис Александрович, Липкин Борис Юльевич. Электроснабжение промышленных предприятий: Учеб. для студ. вузов по спец. «Электропривод и автоматизация промышленных установок» – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1986. – 400 с., ил.

3 Правила устройства электроустановок. Издание седьмое. - М.: Энергия, 2003..

4 Каталог и справочник по электротехнике. «Информэлектро» от 01.01.07

5 Электротехнический справочник: В 4 т. Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ. ред. Профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. А.И. Попов). – 8-е изд., испр. и доп. – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 964 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19529. Пропорционально – интегрально дифференцируемый регулятор (ПИД) 1.11 MB
  Пропорционально – интегрально дифференцируемый регулятор ПИД АФХ АЧХ: ФЧХ ПИД регулятор сочетает в себе достоинства всех 3х составляющих. Высокое быстродействие П составляющей малая динамическая ошибка за счет воздействия по скорости и отсутст...
19530. Определение настроек регулятора методом расширенных частотных характеристик 1.15 MB
  Определение настроек регулятора методом расширенных частотных характеристик. При изучении условий устойчивости замкнутой системы по критерию Найквиста было отмечено что если разомкнутая система разомкнута и ее АФХ проходит через точку то замкнутая система будет...
19531. Определение настроек регулятора методом незатухающих колебаний 36.5 KB
  Определение настроек регулятора методом незатухающих колебаний. Суть метода заключается в нахождении критической настройками П – регулятора при которой в замкнутой системе устанавливаются не затухающие колебания то есть система находится на границе устойчивости. На ...
19532. Цифровая обработка сигналов. Основные понятия 608.07 KB
  Лекция 1.Цифровая обработка сигналов. Основные понятия Введение В настоящее время методы цифровой обработки сигналов digital signal processing DSP находят все более широкое применение вытесняя постепенно методы основанные на аналоговой обработке. В данном курсе рассматрива...
19533. Преобразование Фурье и обобщенные функции 641.26 KB
  2 Лекция 2. Преобразование Фурье и обобщенные функции Вспомогательные утверждения Лемма. Справедлива формула 1 Доказательство. Хотя формула 1 хорошо известна мы приведем ее доказательство поскольку она является основой многих дальнейших выкл...
19534. Восстановление дискретного сигнала 146.5 KB
  Лекция 3 Восстановление дискретного сигнала Наша цель найти необходимые условия при которых сигнал может быть восстановлен по дискретной выборке Прежде всего отметим часто часто используемый факт: Преобразование Фурье от последовательности Пусть имеется сиг...
19535. Дискретное преобразование Фурье (ДПФ) 487.85 KB
  2 Лекция 4. Дискретное преобразование Фурье ДПФ В данной лекции установим свойства дискретного преобразования Фурье аналогичные свойствам непрерывного преобразования. Как обычно преобразования типа почленного интегрирования ряда перестановки порядка с
19536. Цифровые фильтры. Основные понятия 489.7 KB
  2 Лекция 5. Цифровые фильтры. Основные понятия Цифровые фильтры являются частным случаем линейных инвариантных систем. Существенное ограничение связано с физической реализуемостью системы. Определение. Система называется физически реализуемой если сигн...
19537. Z-преобразование. Фильтры первого порядка 192.23 KB
  2 Лекция 6. Zпреобразование. Фильтры первого порядка Zпреобразование Иногда вместо преобразования Фурье используют Zпреобразование. Оно определяется формулой 1 В формуле 1 ряд является формальным если же он сходится то определяет аналитическую ф...