ксэс. Курсовая работа по дисциплине Электроснабжение предприятий

• Название: Курсовая работа по дисциплине Электроснабжение предприятий
• Дата: 28.06.2020
• Размер: 1.65 Mb.
• Имя файла: ксэс.docx
• Тип: Курсовая; #133079

Негосударственное частное образовательное учреждение высшего образования

«Технический университет УГМК»


Кафедра энергетики
КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Электроснабжение предприятий»
Реконструкция подстанции №27 6/0.4 кВ Сернокислотного цеха II очереди предприятия ОАО «Святогор»

	Студент гр. Эн-16103: Давлетов А.А.
	«___» _________________ 2019 г. Преподаватель: Гусакин Андрей Александрович
	«___» _________________ 2019 г.

г. Верхняя Пышма, 2019г.

Оглавление

Введение 3

Описание технологического процесса. 5

Расчет электрических нагрузок. 6

Определение центра электрических нагрузок и построение картограммы нагрузок. 8

Выбор числа и мощности трансформаторов ПС-10 6/0.4кВт 10

Компенсация реактивной мощности 11

Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей U=6кВ. 13

Выбор выключателей 14

Выбор разъединителей 18

Расчет кабельных линий 20

Заключение 24

Список используемой литературы 25

Приложение 26

Введение

Электрохозяйство предприятия - это сложный комплекс, представляющий собой единую совокупность внешних (магистральных) и внутренних (распределительных) электросетей с трансформаторами, коммутационной аппаратурой, приборами учета и контрольно-измерительными информационными системами, устройствами защиты, автоматики и телемеханики, устройствами компенсации реактивной мощности, системой защитного заземления и многообразием электроприемников.

Комплекс электроснабжения предприятия состоит из нескольких основных звеньев, имеющих свою специ­фику в части построения, технических характеристик и испол­нения применяемого электрооборудования, а также предъ­являемых к ним требований. Комплекс элек­троснабжения предприятия разделен на системы:

внешнего электроснабжения;

• 
  электроснабжения отходящих подстанций от головной подстанции;
  
• 
  электроснабжения от независимых источников (дизельные электростанции);
  
• 
  электроснабжения участков, питающихся от понизительных отходящих подстанций.
  

В данной курсовой работе будет проведет анализ действующей понизительной подстанции ПС-27 6/0.4кВ предприятия ОАО Святогор.

Питание подстанции осуществляется с ПС “Красноуральск 110/6кВт” на котором установлено 2 силовых трансформатора 31,5 МВА 110/6 кВ и 40 МВА.

Основным потребителей ПС-10 6 кВ является сушильно-абсорбционное отделение, на котором установлены 3 нагнетателя мощностью 1250кВт и 1800кВт, данный электопотребитель относится к I группе надежности электроснабжения.

В ЗРУ 6/0.4кВт установлены 4 трансформатора ТМ-1000/6-10 для понижения напряжения с 6кВ до 0.4кВ. ЗРУ включает в себя 4 секции шин.

В данном курсовом проекте был выполнен расчет электрических нагрузок ПС-27, определение центра электрических нагрузок и построение картограммы нагрузок, выбор числа и мощности трансформаторов ПС-10 6/0.4кВт, выбор электрических аппаратов и токоведущих частей 6кВ, а также расчет кабельных линий для основных потребителей 6кВ.

Описание технологического процесса.

Сернокислотный цех перерабатывает газы металлургического производства с получением технической контактной серной кислоты 1-го и 2-го сорта, олеума технического. В сернокислотном цехе также организовано производство сульфита и бисульфита натрия. В состав сернокислотного цеха входят следующие производственные участки:

промывное отделение

сушильно-абсорбционное отделение

корпус газовой промывки

контактно-компрессорное отделение

склад готовой продукции

механическая и электрическая службы

Основной задачей сернокислотного цеха является – переработка отходящих газов металлургического производства.

Расчет электрических нагрузок.

Первым этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок. По значению электрических нагрузок выбирают и проверяют электрооборудование системы электроснабжения, определяют потери мощности и электроэнергии. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты на систему электроснабжения, эксплуатационные расходы, надежность работы электрооборудования.

Расчет электрических нагрузок ПС-27 производится по методу средней мощности и коэффициенту максимума.

Расчетная активная нагрузка группы приемников может быть определена по средней мощности и коэффициенту максимума:



Км_i − находятся по таблице в зависимости от Ки_i и эффективного числа электроприемников n_э;

Рн_i − номинальная активная мощность;

n_i – количество электроприемников.

Средняя реактивная нагрузка группы электроприемников определяется по формуле:

_св

Здесь tgφ_св − средневзвешенное значение тангенса угла сдвига фаз между током и напряжением, определяемое по средневзвешенному значению коэффициента мощности (cosφ_св).

Средневзвешенное значение коэффициента мощности определяется по формуле:



Полная расчетная мощность считается по формуле:



Расчетную реактивную мощность также можно определить по формуле:



где Qср − средние реактивные мощности электроприемников.

Расчет электрических нагрузок ПС-27 представлен в таблице 1.


Таблица 1Расчет электрических нагрузок

Определение центра электрических нагрузок и построение картограммы нагрузок.

Трансформаторные подстанции максимально, насколько позволяют производственные условия, приближают к центрам нагрузок. Это дает возможность построить экономичную и надежную систему электроснабжения, так как сокращается протяженность сетей вторичного напряжения, уменьшаются потери энергии и отклонение напряжения; Применим метод, использующий положение теоретической механики и позволяющий определить центр электрической нагрузки ЦК. Для этого нужно провести аналогию между массами и электрическими нагрузками, а координаты их центра определить по формулам:





где − координаты центра электрической нагрузки i-го приемника

Для каждого приемника наносится своя окружность. Площадь круга в определенном масштабе равна расчетной нагрузке соответствующего приемника.



Из этого выражения радиус окружности



где =10 кВт/м²


Рисунок 1 Картограмма энергетических нагрузок

Таблица 2 Расчет ЦЭН

Выбор числа и мощности трансформаторов ПС-10 6/0.4кВт

Выбор числа и мощности трансформаторов на подстанциях определяется величиной и характером электрических нагрузок (требуемой надежностью электроснабжения и характером потребления электроэнергии), территориальным размещением нагрузок, их перспективным изменением и при необходимости обосновывается техникоэкономическими расчетами.

Двухтрансформаторные ТП 6-10/0,4 кВ применяются при преобладании

потребителей I категории и наличии потребителей особой группы; для сосредоточенной цеховой нагрузки и отдельно стоящих объектов общезаводского назначения (компрессорных и насосных станций); для цехов с высокой удельной плотностью нагрузок (выше 0,5−0,7 кВА/м2).

Проверим установленные на ПС-27 трансформаторы 1000кВА на правильность их выбора при нормальном и аварийном режимах работы.

Средняя активная и реактивная нагрузки Pсм=2545кВт, Qсм=1018 квар, удельную плотность нагрузки σн = 0.22 кВА/м ².

Учитывая удельную плотность нагрузки σн = 0.22 кВА/м ², выбираем к установке трансформаторы с номинальной мощностью 1000 кВА и коэффициентом загрузки 0,8.

Также выбор номинальной мощности трансформаторов в зависимости от исходных данных может осуществляться по полной расчетной мощности:

=2741 кВА

Определяем минимальное число цеховых трансформаторов:

Компенсация реактивной мощности

При выборе числа и мощности ЦТП одновременно решают вопрос об экономически целесообразной величине реактивной мощности, передаваемой через трансформаторы в сеть напряжения до 1000 В.

Суммарную расчетную мощность конденсаторных батарей низшего напряжения (НБК), устанавливаемых в цеховой сети, рассчитывают по минимуму приведенных затрат в два этапа:

1) выбирают экономически оптимальное число цеховых трансформаторов;

2) определяют дополнительную мощность НБК в целях снижения потерь в трансформаторах и в сети напряжением 6−10 кВ предприятия.

Реактивная мощность распределяется между трансформаторами цеха пропорционально их реактивным нагрузкам.



где Q_нк1, Q_нк2 – суммарные мощности НБК, определённые на двух указанных этапах расчёта.

При расчете числа и мощности трансформатора было выбрано 4 цеховых трансформатора ТМ-1000/6-10 с номинальной мощностью 1000 кВА и коэффициентом загрузки Кз = 0,8.

Наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть напряжением до 1000 В, определяют по формуле





Суммарная мощность конденсаторных батарей составит:



Дополнительная мощность Qнк2 НБК для данной группы трансформаторов определяется по формуле



где γ – расчётный коэффициент, зависящий от коэффициентов Kp1 и Kp2 и схемы питания цеховой трансформаторной подстанции.

Основываясь на справочные данные, для энергосистемы Урала и количества рабочих смен равное 3, выбираем значение коэффициента Кp1=11.

Значение коэффициента Kp2 выбирается на основании справочной таблицы. Для трансформатора мощностью 1000 кВА при длине питающей линии менее 1км принимаем значение Kp2 = 7.

Пользуясь кривой для определения коэффициента γ для магистральной схемы питания трансформаторов при напряжении сети 6кВ, принимаем γ=0.18.

Определяем дополнительную мощность Qнк2:



Суммарная мощность (квар) НБК равна:

Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей U=6кВ.

Работа электрических аппаратов без повреждений может быть обеспечена только при правильном выборе их по условиям работы в длительном режиме при максимальной нагрузке и в режиме короткого замыкания в сети.

Согласно ПУЭ, электрические аппараты необходимо выбирать по каталогам, исходя из условий нормального режима. Выбранные аппараты затем следует проверить по режиму максимальных токов КЗ для точек, где предполагается установка того или иного аппарата.

Выбор выключателей

Высоковольтный выключатель — коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в энергосистеме в нормальных или аварийных режимах при ручном, дистанционном или автоматическом управлении.

Высоковольтный выключатель состоит из: контактной системы с дугогасительным устройством, токоведущих частей, корпуса, изоляционной конструкции и приводного механизма.

Проведем анализ установленного масленого выключателя типа ВМП-10, и выберем оптимальный вариант выключателей для ПС-27. Технические характеристики выключателя ВМП-10 представлены в таблице 3.


Таблица 3 Технические характеристики выключателя ВМП-10

1. 
   Выключатели выбирают по напряжению ;
   

Основываясь на технических характеристиках выключателя типа ВМП-10 на напряжение 10кВ можно сделать вывод, что он удовлетворяет данному условию. .

2. 
   Выключатели выбирают по длительному току
   

А

Данный выключатель соответствует условию

3. 
   Выключатели выбирают по отключающей способности
   

где - расчетный ток короткого замыкания на шинах 6 кВ.

Значение тока отключения выключателя

Выбранный выключатель проверяют:

1. На электродинамическую устойчивость к токам КЗ:

а) по действующему значению тока



где − начальное значение периодической составляющей тока КЗ.



– действующее значение предельного сквозного тока КЗ (по каталогу)

б) по амплитудному значению тока



где – ударный ток КЗ

– амплитудное значение предельного сквозного тока КЗ (по каталогу).

2. На термическую устойчивость к токам КЗ по тепловому импульсу



где – допустимый ток термической стойкости выключателя (по каталогу);

– время термической стойкости выключателя при протекании тока It.



 Предельный ток термической устойчивости для ВМП-10


Таблица 4 Технические характеристики выключателя VF-12
Основываясь на сравнении полученных данных и технических характеристик выключателя ВМП-10 (630 А) можно сделать вывод, что данный масляный выключатель надлежит для эксплуатации на ПС-10, но данный тип выключателей по многим показателям уступает аналогичным вакуумным выключателям, поэтому предлагается замена масляных выключателей типа ВМП-10 на вакуумные выключатели серии VF 12. Технические характеристики вакуумного выключателя серии VF-12 представлены в таблице 2.

Выключатель вакуумный VF 12 – синтез современных принципов конструирования и новейших технологий изготовления коммутационных аппаратов. Выключатели вакуумные VF предназначены для эксплуатации в сетях трехфазного переменного тока с номинальным напряжением 10кВ с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор или резистор нейтралью.

Отличительной особенностью вакуумных выключатели VF 12 от выключателей ВМП-10 является наибольшей коммутационный ресурс – 30000 операций, при коммутационном ресурсе выключателя ВМП-10 – 1500 операций. Также вакуумные выключатели обладают наибольшем гарантийным сроком обслуживания, простотой эксплуатации и имеют больший межремонтный ресурс.




Рисунок 2 Вакуумный выключатель серии VF12

Выбор разъединителей

Разъединители предназначены для создания видимого разрыва в высоковольтных сетях при выводе электрооборудования в ремонт. Разъединители включают и отключают без нагрузки (предварительно цепь должна быть отключена выключателем). В отдельных случаях разрешается разъединителями выполнение операций под напряжением, что строго регламентируется правилами технической эксплуатации.

Проведем анализ установленных разъединителей РВФ-10 630А. Технические характеристики выключателя разъединителей представлены в таблице 3.

Разъединители РВФ отличаются наличием проходных изоляторов (вместо опорных) с одной стороны или с двух сторон. В зависимости от исполнения разъединители имеют три фигуры и предназначены для установки где требуется выполнить изолированный переход из одного помещения в другое без дополнительных проходных изоляторов.


Таблица 5 Технические характеристики разъединителя РВФ-10
Разъединители выбирают так же, как высоковольтные выключатели, но не проверяют на отключающую способность.

1. 
   Разъединители выбирают по напряжению ;
   

Основываясь на технические характеристики разъединителя РВФ-6, можно сделать вывод, что условие. выполняется.

2. 
   Разъединители выбирают по длительному току
   

А

Для данных разъединителей также выполняется условие наибольшего тока:



Основываясь на сравнение рабочего напряжения и максимального рабочего тока с номинальными данными выключателя можно сделать вывод, что выбранные разъединители РВФ-10 подходят для использования на ПС-27 и их замена не требуется.

Расчет кабельных линий

Сечение проводов и жил кабелей выбирают в зависимости от ряда технических и экономических факторов. Электрические сети рассчитывают:

• 
  по экономической плотности тока;
  
• 
  по нагреву;
  
• 
  по потере напряжения;
  
• 
  на механическую прочность;
  

Выбор сечения проводников высоковольтных воздушных и кабельных линий производят по экономической плотности тока, которая зависит от материала проводников и числа часов использования максимума активной мощности.

Проведем проверку кабельных линий 6кВ для следующих потребителей: Нагнетатель СД №1 (СД СДМ-1250-6), L=30м, Iн=142А, кабель АСБ-6 (3х120)

Нагнетатель СД №2 (СД СДМ-1250-6), L=45м, Iн=142А, кабель АСБ-6 (3х120)

Нагнетатель АД №1 (АОД-1800-6-8У1), L=160м, Iн=203А, кабель ВВГнг(A)-LS 3х120

Нагнетатель АД №2 (АОД-1800-6-8У1), L=50м, Iн=203А, кабель ВВГнг(A)-LS 3х120

Вентилятор АД (АОД-1800-6-8У1), L=160м, Iн=203А, кабель ВВГнг(A)-LS 3х120

Трансформатор №3 6/0.4 10T1 1000кВА, L=160м, Iн=96А, кабель АСБ-6 (3х120)

Трансформатор №4 6/0.4 10T2 1000кВА, L=180м, Iн=96А, кабель АСБ-6 (3х120)

Трансформатор №5 6/0.4 10T3 1000кВА, L=90м, Iн=96А, кабель АСБ-6 (3х120)

Трансформатор №6 6/0.4 10T4 1000кВА, L=90м, Iн=96А, кабель АСБ-6 (3х120)

Трехфазный ток КЗ в максимальном режиме на шинах РУ-6 кВ составляет 18.5 кА. Подключение кабельной линии к РУ осуществляется через вакуумный выключатель. Технические характеристика кабеля АСБ 3х120-6 представлены рисунке 3, технические характеристика кабеля ВВГнг(A)-LS 3х120-6 представлены рисунке 4.


Рисунок 4 Характеристики кабеля ВВГнг(A)-LS 3х120-6

Рисунок 1 Характеристики кабеля АСБ 3х120-6

1. 
   Определяем расчетный ток в нормальном режиме
   

1. 
   Для нагнетателей СД (СД СДМ-1250-6)
   

2. 
   Для нагнетателей АД (АОД-1800-6-8У1)
   

3. 
   Для трансформаторов 1000кВА
   

2. 
   Определяем расчетный ток в послеаварийном режиме, с учетом, что один трансформатор отключен:
   

Длительно допустимые токовые нагрузки для кабеля АСБ-6 (3х120) составляет 243 А. Условие выполняется в нормальном и аварийном режиме.

3. 
   Определяем экономическое сечение, согласно ПУЭ раздел 1.3.25.
   “Экономическая плотность тока при числе часов использования максимума нагрузки в год”. Расчетный ток принимается для нормального режима работы, увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается.
   

а) Для нагнетателей СД (СД СДМ-1250-6)

б) Для нагнетателей АД (АОД-1800-6-8У1)

в) Для трансформаторов 1000кВА

где Jэк1 = 1.6 и Jэк2 = 2.5 – нормированное значение экономической плотности тока для кабеля с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами.

Кабель АСБ-6 (3х120) и ВВГнг(A)-LS 3х120-6 имеют сечение 120 мм ² поэтому условие выполняется.

4. Определяем фактически допустимый ток:



где k1 = 1.22 – коэффициент учитывающий температуру среды, отличающуюся от расчетной согласно таблице 1.3.3 ПУЭ.

k2 =1 – поправочный коэффициент учитывающий удельное сопротивление почвы, согласно ПУЭ 7изд. Таблица 1.3.23.

k3 = 1 – поправочный коэффициент учитывающий снижение токовой нагрузки при числе работающих кабелей в одной траншее

Определив все коэффициенты, определяем фактически допустимый ток:

1. 
   Для нагнетателей СД (СД СДМ-1250-6)
   

2. 
   Для нагнетателей АД (АОД-1800-6-8У1)
   

3. 
   Для трансформаторов 1000кВА
   

Условие выполняется.

1. Проверяем кабель АСБ-6 (3х120) сечением 3х120 мм² по термической устойчивости согласно ПУЭ пункт 1.4.17.



где Iк.з = 18500 – трехфазный ток КЗ в максимальном режиме на шинах РУ-6 кВ.

tл = 0.6 – время действия защиты с учетом полного отключения выключателя

С = 95 – термический коэффициент для кабелей с алюминиевыми жилами.

. Сечение кабеля АСБ-6 120 мм² > Sмин 107.08 мм² - условие выполняется.

Проверяем кабель ВВГнг(A)-LS 3х120-6 сечением 3х120 мм²



Сечение кабеля ВВГнг(A)-LS 120 мм² > Sмин мм² - условие выполняется.

Заключение

В ходе работы были выполнен анализ схемы электроснабжения ПС 27, проведен расчеты нагрузок по установленной мощности и коэффициенту спроса и определение центра электрических нагрузок, и можно сказать что действующее нахождение ПС не соответствует расчетному.

Был проведен расчет релейной защиты высоковольтного электрооборудования центральной котельной о обеспечивающею безопасное использование данного оборудование согласно ПУЭ, после чего был сделан выбор сечения кабелей по допустимым длительным токам для кабелей с медными жилами с резиновой или пластмассовой изоляцией.

Список используемой литературы

1. 
   Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий Федоров А.А., Старкова Л.Е. 1987
   
2. 
   ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ПУЭ Издание седьмое 2003
   

Приложение