Курсовой проект (КП) является одним из основных видов учебных занятий и формой контроля учебной работы студентов

• Название: Курсовой проект (КП) является одним из основных видов учебных занятий и формой контроля учебной работы студентов
• Дата: 29.03.2022
• Размер: 7.96 Mb.
• Имя файла: Metodichka_KP_MDK_01_03_E.doc
• Тип: Курсовой проект; #424635
• страница: 3 из 18

3.6 Выбор числа и мощности трансформаторов цеховой подстанции с учетом выбора компенсирующих устройств 0,4 кВ

В соответствии с категорией выбрать количество источников (трансформаторов). Рассчитать мощность цеховых трансформаторов, проверив их на аварийную перегрузку.

Рассчитать и выбрать КУ, присоединив его на ШНН (централизованная компенсация ре­активной мощности).

Цеховые трансформаторы, как правило, не должны иметь распределительного устройства на стороне высшего напряжения. Следует широко применять непосредственное (глухое) присоединение питающей кабельной линии к трансформатору при радиальных схемах питания трансформатора или присоединение через разъединитель или выключатель нагрузки при магистральных схемах питания. При магистральной схеме трансформатора мощностью 1000 кВА и выше вместо разъединителя необходимо устанавливать выключатель нагрузки, так как при напряжении 6 —20 кВ разъединителем можно отключать холостой ход трансформатора мощностью не более 630 кВА.

В настоящее время вновь сооружаемые цеховые трансформаторные подстанции чаще всего выполняются комплектными (КТП), полностью изготовленными на заводах и крупными блоками смонтированными на промышленных предприятиях. Конструктивно ЦТП выполняются в виде пристроенных, у которых одной стеной служит стена цеха, а сама подстанция расположена вне цеха. Основа помещения – каркас из стального профиля, расположенный на фундаменте и покрытый сверху тонкой листовой сталью, с боков – стальной сеткой. Такая компоновка позволяет полностью использовать перегрузочную способность трансформаторов в послеаварийных режимах, является наиболее дешевой и обеспечивает быстрый монтаж (5 – 10 дней). Трансформаторы следует применять с изоляторами для наружной установки. Предпочтение КТП внутренней установки следует отдавать при агрессивных наружных средах.

Возможно применение цеховых ТП с размещением распределительного устройства (щита) низкого напряжения в цехе, а трансформаторов – снаружи около питаемых от него производственных зданий.

На выбор числа трансформаторов влияет категория потребителей по надежности электроснабжения, график нагрузки цеха и удельная мощность нагрузки. Однотрансформаторные подстанции при наличии складского резерва можно использовать для питания электроприемников III и даже II категории. Однотрансформаторные КТП можно применить и для питания электроприемников I категории, если их мощность не превышает 15–20 % мощности трансформатора и возможно резервирование подстанций на вторичном напряжении перемычками с АВР.

Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяют при преобладании электроприемников I и II категории и в энергоемких цехах при большой удельной мощности нагрузки кВА/м².

Более двух трансформаторов используют для питания цеховых ЭП при необходимости раздельного питания силовой и осветительной нагрузки цеха; если имеются мощные ЭП, требующие блочного питания, или нагрузка цеха превышает нагрузочную способность двухтрансформаторной КТП с трансформаторами мощностью 2500 кВА (приблизительно > 3500 кВА).

Следует учесть, что если нагрузка цеха не более 400 кВА, то экономически нецелесообразно устанавливать собственную КТП в этом цехе.

Необходимо объединить нагрузки рядом расположенных цехов и выбрать ТП по суммарной мощности, расположив ее в центре электрических нагрузок.

Мощность трансформатора в однотрансформаторной КТП выбирается по условию:

(17)

где S_нт – номинальная мощность трансформатора, кВА;

S_р – расчетная нагрузка цеха, кВА.

Ориентировочную мощность трансформатора двухтрансформаторных подстанций можно определить по формуле:

(18)

где S_р.ц. – расчетная мощность цеха, кВА;

N – число трансформаторов на подстанции;

k_з – коэффициент загрузки трансформатора, принимаемый при преобладании потребителей I категории (до 80 %) в пределах 0,6 ÷ 0,7; при преобладании потребителей II категории – 0,7 ÷ 0,8; для III категории – 0,95 ÷ 1.

Далее по Приложению В следует выбрать тип трансформатора и привести его технические характеристики.

Определяем минимальное число цеховых трансформаторов одинаковой мощности, предназначенных для питания технологически связанных нагрузок:

(19)

где Р_р.ц. – расчетная нагрузка цеха, кВт;

k_н.з. – коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме;

ΔN – добавка до ближайшего целого числа.

В аварийных условиях работы оставшийся в работе трансформатор должен быть проверен на допустимую перегрузку с учетом возможного отключения потребителей III категории:

1,4S_ном.т.  S_р.ц. (20)

При выборе числа и мощности цеховых трансформаторов одновременно должен решаться вопрос об экономически целесообразной величине реактивной мощности, передаваемой через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ.

Согласно норм технологического проектирования систем электроснабжения мощность компенсирующих устройств выбирается по двум этапам:

1) Исходя из возможной передачи реактивной мощности через трансформатор из сети 6 – 10 кВ.

2) Выбор дополнительной мощности компенсирующих устройств из условий оптимизации потерь мощности в трансформаторах и сети 6 – 10 кВ.

Тогда суммарная мощность низковольтных батарей составит:

Q_нк = Q_нк1 + Q_нк2 (21)

где Q_нк1 и Q_нк2 – суммарные мощности НБК, определенные на двух указанных этапах расчета.

Определяется возможная наибольшая реактивная мощность, которая может быть передана через трансформаторы в сеть 0,4 кВ:

(22)

Суммарная мощность конденсаторных батарей на стороне 0,4 кВ составит:

Q_нк1 = Q_р.ц. – Q_1р (23)

Если в расчетах оказалось, что Q_нк1 < 0, то установка НБК на первом этапе расчетов не требуется (составляющая Q_нк1 = 0 ).

Дополнительная мощность Q_нк2 НБК для данной группы трансформаторов определяется по формуле:

Q_нк2 = Q_р.ц. - Q_нк1 – γ∙N_опт∙S_ном.т (24)

где γ – расчетный коэффициент, зависящий от расчетных параметров К_р1 и К_р2 и схемы питания цеховой ТП (для радиальной схемы γ определяют по рис. 4; для магистральной схемы – по рис. 5; для магистральной схемы с тремя и более трансформаторами γ = К_р1/30; для двухступенчатой схемы питания трансформаторов от РП 6-10 кВ, на которых отсутствуют источники реактивной мощности, γ = К_р1/60).

Для практических расчетов К_р1 следует принимать по табл. 1, а К_р2 – по табл. 2. (при К_р1 = 14, К_р2 = 4 по рис. 4.8 (б) определяем γ = 0,62).



Рисунок 4 - Кривые определения коэффициента γ для радиальной схемы питания трансформаторов напряжением 6 кВ (а) и 10 кВ (б)



Рисунок 5 – Кривые определения коэффициента γ для магистральной схемы питания трансформаторов при напряжении сети 6 кВ (а) и 10 кВ (б)

Таблица 1 – Значения коэффициента К_р1 для объединенных энергосистем



Таблица 2 – Значения коэффициента К_р2



Если Q_нк2 < 0, то принимается Q_нк2 = 0, следовательно, установка НБК не требуется.

Если суммарная мощность НБК Q_нк > 0, то необходимо по Приложению Г выбрать тип, количество и мощность устанавливаемых в цехе конденсаторных батарей.

Далее необходимо определить потери мощности в трансформаторах:

1) потери активной мощности в трансформаторах Р_т, кВт

Р_т = n(Р_х + k_з..²Р_к) (25)

2) потери реактивной мощности в трансформаторах Q_т, квар

(26)

3) активная мощность, потребляемая трансформаторами из сети 6-10 кВ Р_т, кВт

Р_т = Р_р + Р_т (27)

4) Коэффициенты загрузки трансформаторов определяется по формулам

- в нормальном режиме k_з.н

(28)

- в послеаварийном режиме k_з.ав

(29)

5) реактивная мощность, потребляемая трансформаторами из сети 6-10 кВ Q_т

Q_т = Q₁ + Q_т (30)

6) полная мощность, потребляемая трансформаторами S_т, кВА

(31)

Эта мощность является окончательной для выбора питающего кабеля.
3.7 Выбор коммутационной и защитной аппаратуры

Выбор коммутационной аппаратуры произвести в последовательности, изложенной в таблице 3 (автоматические выключатели ВА, предохранители ПН2, НПН, распределительные шкафы ПР 8501, ШР 11 и т.д.)

При эксплуатации электросетей длительные перегрузки проводов и кабелей, КЗ вызывают повышение температуры токопроводящих жил больше допустимой. Это приводит к преждевременному износу их изоляции, следствием чего может быть пожар, взрыв во взрывоопасных помещениях, поражение персонала. Для предотвращения этого линия ЭСН имеет аппарат защиты, отключающий поврежденный участок.

Аппаратами защиты являются: автоматические выключатели, предохранители с плавкими вставками и тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели.

Автоматические выключатели являются наиболее совершенными аппаратами защиты, надежными, срабатывающими при перегрузках и КЗ в защищаемой линии. Автоматические выключатели снабжают специальным устройством релейной защиты, которое в зависимости от типа выключателя выполняют в виде токовой отсечки, максимальной токовой защиты или двухступенчатой токовой защиты. Для этого используют электромагнитные и тепловые реле. Эти реле называют расцепителями: тепловые, электромаг­нитные и полупроводниковые.

Тепловые расцепители срабатывают при перегрузках, электромагнитные — при КЗ, полупроводниковые — как при перегрузках, так и при КЗ.

Номинальным током автоматического выключателя называют наибольший ток, при протекании которого выключатель может длительно работать без повреждений. Номинальным напряжением автоматического выключателя U_ном.а называют указанное в паспорте напряжение, равное напряжению электрической сети, для работы в которой этот выключатель предназначен. Номинальным током расцепителя называют указанный в паспорте ток, длительное протекание которого не вызывает срабатывание расцепителя. Током уставки расцепителя называют наименьший ток, при протекании которого расцепитель срабатывает.

Наиболее современные автоматические выключатели серии ВА предназначены для заме­ны устаревших А37, АЕ, АВМ и «Электрон».

Они имеют уменьшенные габариты, совершенные конструктивные узлы и элементы. Работают в сетях постоянного и переменного тока. В таблицах Приложения Д предоставлены данные ВА, так как они наиболее современные и применяются в комплектных распределительных устройствах в виде различных комбинаций (ПР 85, ПР 87).

Расчетный ток линии I_р, А определяется по формуле

(32)

где Р_ном – номинальная мощность электроприемника, кВт;

U_ном = 0,38 кВ – номинальное напряжение сети;

- номинальный коэффициент мощности данного электроприемника.

Условия выбора автоматических выключателей

Номинальный ток защищающего от перегрузки теплового расцепителя автоматического выключателя I_т, А выбирают только по расчетному току линии

I_т ≥ I_р. (33)

Номинальный ток электромагнитного или комбинированного расцепителя автоматического выключателя I_эл, А выбирают также по расчетному току линии

I_эл ≥ I_р. (34)

Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного или комбинированного расцепителя I_{сраб.эл}, А проверяется по максимальному кратковременному току линии

I_{сраб.эл} ≥ 1,25∙I_кр. (35)

где I_кр. – максимальный кратковременный ток линии, А.

Для ответвлений к одиночному электродвигателю максимальный кратковременный ток линии I_кр. равен пусковому току электродвигателя I_пуск, А

I_кр. = I_пуск = k_п∙I_расч. (36)

где k_п – кратность пускового тока (принимают по справочнику). При отсутствии данных принимается: k_п = 6 или 6,5 (для СД и АД с КЗ-ротором); k_п = 2 или 3 (для МПТ и АД с фазным ротором).

Для выбора защиты трансформатора сварочных агрегатов, преобразователей электрической энергии, печей и т.п. необходимо учитывать бросок тока намагничивания

I_кр. = k_нам∙I_расч. (37)

где k_нам – коэффициент, учитывающий бросок тока намагничивания трансформатора (принимают k_нам = 3 ÷ 5 в зависимости от типа трансформатора).

При смешанной нагрузке, для обеспечения селективности защиты, максимальный кратковременный ток линии I_кр., А равен

I_кр. = (I_р.РП – k_и∙I_расч.) + I_пуск (38)

где I_р.РП – расчетный ток РП, А;

I_расч, I_пуск – расчетный и пусковой ток наибольшего двигателя, А;

k_и – коэффициент использования наибольшего двигателя.

Предохранители предназначены для защиты от токов короткого замыкания. Предохранители имеют простую конструкцию, небольшие размеры и сравнительно малую стоимость. Однако предохранителям присущи и серьезные недостатки, ограничивающие область их применения, к числу которых относятся: большой разброс срабатывания плавкой вставки – до 50 % по току, необходимость замены плавкой вставки или всего предохранителя после однократного срабатывания, возможность работы двигателя на двух фазах при перегорании предохранителя на одной фазе и др.

Номинальным током плавкой вставки называют ток, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы в нормальном режиме. Номинальный ток предохранителя — это ток, при длительном протекании которого не наблюдается перегрева предохранителя в целом. Необходимо иметь в виду, что в предохранителе может использоваться плавная вставка с номинальным током, меньшим номинального тока предохранителя. Номинальное напряжение предохранителя определяет конструкцию предохранителя и длину плавкой вставки. Отключающая способность предохранителя характеризуется номинальным током отключения, являющимся наибольшим током КЗ, при котором предохранитель разрывает цепь без каких-либо повреждений, препятствующих его дальнейшей работе после смены плавкой вставки.

Предохранители выбирают по следующим параметрам:

• 
  по номинальному напряжению: номинальное напряжение предохранителей должно быть, как правило, равно номинальному напряжению сети, где они устанавливаются:
  

(39)

• 
  по номинальному току предохранителя :
  

(40)

- по номинальному току плавкой вставки предохранителя , который должен быть отстроен от пусковых токов:

(41)

где – пусковой ток ЭП, А;

a – коэффициент, зависящий от пускового режима защищаемых электродвигателей и типа плавкого предохранителя.

При выборе плавких вставок безинерционных предохранителей (ПН, НПН, ППН) для защиты электродвигателей с легким режимом пуска (электропривод вентиляторов, насосов, металлорежущих станков и пр. с длительностью пуска 2 ÷ 5 с) ; для электродвигателей с тяжелым режимом пуска (электропривод кранов, дробилок, центрифуг и т. п. с частыми пусками и большой длительностью пускового периода) . Для малоинерционных предохранителей (ПР2) при легком режиме пуска и при тяжелом режиме . При частых пусках двигателей с легким режимом пуска (15 и более в час) плавкие вставки нужно выбирать, как для тяжелого режима.

При защите магистрали, питающей несколько ЭП с разными режимами пуска:

(42)

где – пиковый ток магистрали, рассчитанный по формуле (38).

Последовательно включенные предохранители должны быть проверены по селективности. По защитным характеристикам плавких предохранителей определяют время отключения при протекании максимального тока КЗ ( ). Селективность срабатывания предохранителей обеспечивается, если время отключения более удаленного от места повреждения предохранителя не менее чем в три раза больше времени отключения предохранителя, ближайшего к месту КЗ.

Технические характеристики некоторых типов предохранителей представлены в Приложении Е.

Выбор коммутационных аппаратов выполнить подробно для двух-трех присоединения. Остальные расчеты свести в таблицу 3.

В этом же разделе выполнить выбор распределительных шкафов с автоматическими выключателями и предохранителями.

Рекомендуется применить шкафы с автоматическими выключателями типа ПР8501 и шкафы с предохранителями типа ШР11.

Для комплектации распределительных устройств 0,4 кВ цеховых подстанций, для подключения групп электроприемников применяют различные распределительные пункты, силовые распределительные шкафы, которые снабжаются на вводе – рубильником, а на выводе автоматическими выключателями или предохранителями.

Шкафы устанавливают на подставках на полу, на стенах и колонах, а также в нишах. Устанавливать РУ в сырых, особо сырых, с химически активной средой и пожароопасных помещениях не рекомендуется. В этих случаях необходимо предусматривать специальные помещения – щитовые.

В качестве силовых распределительных пунктов применяются шкафы серии ПР 8501, предназначенные для распределения электро­энергии напряжением до 660 В переменного тока частотой 50 и 60 Гц и обеспечивающие защиту линий при перегрузках и коротких замыканиях. Шкафы этой серии имеют 157 схем и ком­плектуются автоматическими выключателями однополюсными и линейными трехполюсными выключателями ВА 51 - 31 и ВА 51 - 35 с номинальным током расцепителя от 6,3 до 100 А и от 100 до 250 А соответственно. Степень защиты I Р21; I Р54. На вводе могут быть установлены автоматические выключатели с номинальными токами 160; 250; 400; 630 А.

1. 
   Л
   инейное исполнение (с автоматическим выключателем на вводе)
   
2. 
   С
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   зажимами на вводе
   

Шкафы комплектуются только однополюсными или только трехполюсными выключателями или их комбинацией. Количество линейных выключателей от 2 до 30.

Шкафы распределительные серии ШР – комплектуются на вводе – рубильником с номинальным током 400 А; на выводе - предохранителями серии ПН 2, НПН с номинальными токами от 60 до 250 А;

ШРС – на номинальные токи 250 – 400 А, на вводе рубильник с предохранителем. На линиях предохранители ПН-2, НПН.