H000289 Курсовая работа Разработка схемы электроснабжения и выбор электрооборудования деревообрабатывающего цеха металлургического предприятия

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка схемы электроснабжения и выбор электрооборудования деревообрабатывающего цеха металлургического предприятия.

В деревообрабатывающем цехе металлургического предприятия осуществляется выпуск изделий для металлургического предприятия.

Основная продукция деревообрабатывающего цеха – тара для транспортировки продукции металлургического предприятия.

К основным цехам деревообрабатывающего производства металлургического предприятия относятся:

- окорочный цех;

- лесопильный цех;

- блок сушильных камер.

 

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

По категории надежности большая часть (75%) электроприемников цеха являются потребителями II категории, а все остальные – потребители III категории. Питание электроприемников осуществляется от двух независимых, взаимно резервирующих источников питания.

Все потребители электрической энергии являются потребителями трехфазного напряжения 380 В переменного тока частотой 50 Гц. Потребители имеют разные режимы работы. Вся осветительная нагрузка цеха однофазная.

Перечень электроприемников цехов представлен в приложении А.

 

2 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Расчет электрических нагрузок производится методом упорядоченных диаграмм.

Активная расчетная мощность определяется по формуле:

 

(2.1)

где  КМ=f(Ки;nэ) – коэффициент максимума активной нагрузки;

Рс.м – средняя активная нагрузка за наиболее загруженную смену, кВт;

Ки – коэффициент использования группы электроприемников;

Рном – установленная мощность группы электроприемников, кВт.

Эффективное число электроприемников nэ определяем:

1) Если  , то nэ = n;

2) Если   и  , то  .

3) Если  , то  .

Расчетная реактивная мощность группы потребителей определяется в зависимости от эффективного числа электроприемников по выражениям:

при nэф ≤ 10:

 ,

(2.2)

при nэф> 10:

 ,

(2.3)

где tgφi – соответствует соsφ, принятому для данного потребителя.

Активная нагрузка освещения определяется по формуле:

 .

(2.4)

где  Кс.о – коэффициент спроса осветительной нагрузки

 .

(2.5)

где  руд.о – удельная мощность на 1 м2, Вт/м2;

F – площадь цеха, м2.

Расчетная реактивная нагрузка осветительных установок определяется по формуле:

 ,

(2.6)

где tgφ – коэффициент реактивной мощности осветительных установок.

Расчет методом упорядоченных диаграмм производится для окорочно-отжимного цеха и ЭРМЦ, результаты сведены в таблицу приложения В.

Для остальных цехов расчет нагрузок выполняется по установленной мощности и коэффициенту спроса.

Произведем расчет нагрузок электроприемников лесопильного цеха.

Среднесменная активная и реактивная мощности электроприемника определяются по формулам:

 

(2.7)

 

(2.8)

где  Кс = 0,5– коэффициент спроса силовых электроприемников лесопильного цеха.

Pmах = 10500•0,5 = 5250 кВт;

Qmах = 5250•0,88 = 4620 кВар.

Oсветительная нагрузка лесопильного цеха:

Pmах.о = 18•6380•0,95•10-3= 109 кВт;

Qmах.о = 109•0,33 = 38 кВар.

Для остальных цехов расчет нагрузки аналогичен, результаты расчета сведены в таблицу приложения В.

Определим суммарные нагрузки предприятия:

 

(2.9)

 

(2.10)

 

(2.11)

где   – суммарная активная нагрузка предприятия, кВт;

 – суммарная реактивная нагрузка предприятия, квар;

Ко – коэффициент одновременности нагрузок цехов.

Рмах=0,95•(776+652,6+15144,8)=15744,7 кВт;

Qмах=0,95•(845,73+574,7+14857)=15463,6 квар;

 

 

3 ВЫБОР ЧИСЛА, МОЩНОСТИ И МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ ГПП

3.1 Выбор числа и мощности трансформаторов ГПП

Выбор числа и мощности трансформаторов зависит от категории надёжности электроснабжения потребителей и их коэффициент загрузки  , который зависит от системы охлаждения трансформатора:

Для I категории -  =0,65 (сухие) и  =0,7 (масляные);

Для II категории -  =0,7 (сухие) и  =0,8 (масляные);

Для III категории -  =0,9 (сухие) и  =0,95 (масляные).

Так как основное количество приемников II категории, принимаем для установки два силовых трансформатора с коэффициентом загрузки для трансформаторов  =0,7.

С учетом допустимой послеаварийной перегрузки, номинальная мощность устанавливаемых трансформаторов составит:

 ,

(3.1)

где N – количество устанавливаемых трансформаторов.

Мощность трансформаторов по выражению (3.1):

 

Принимаем к установке два трансформатора ТДН-16000/110/10: ∆Рх.х = 24 кВт, ∆Рк = 85 кВт, Uк=10,5%, UВН = 115 кВ, UНН = 10,5 кВ, Iх.х. = 0,85%.

Рассчитываем коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме по формуле:

 .

(3.2)

 

Найдем потери мощности в трансформаторах:

 .

(3.3)

 

(3.4)

 

 

Рассчитываем нагрузку на линию 110 кВ по формуле:

Рмах.ГПП=Рмах+∆РТ.ГПП=15744,7+128,9=15873,6 кВт;

Qмах.ГПП=Qмах+∆QТ.ГПП=15463,6+1817,6=17281,2 квар;

 

3.2 Выбор места расположения ГПП

Определим центры нагрузки цехов.

Считаем, что нагрузки цехов равномерно распределенными по площади предприятия.

Для окорочно-отжимного цеха координаты центра нагрузки: х = 7,4 см, у = 11,4 см.

Координаты остальных цехов представлены в таблице приложения Г.

Построим картограммы нагрузок.

Произвольно выбираем масштаб m = 0,5 кВA/мм2. Для примера проведем расчет окорочно-отжимного цеха:

 

Угол б показывает соотношение осветительной нагрузки Smах.о к полной нагрузки цеха Smах:

 

Определим координаты центра электрических нагрузок (цэн) по формуле:

 

 

где ∑ Smах.i – суммарная мощность цехов;

хi, уi – координаты цехов, см.

∑ Smах.i•Xi = 7100•26,8+2500•37,3+600•35,7+3700•46 +3300•20,5+170•36,2+ +150•39,3+1500•51,1+400•37,2+600•52,7+600•2,8+600•58,2+200•14,8+870•11,4+ +150•7,4=735987

 

∑ Smах.i•Yi =7100•18,7+2500•26,5+600•33,5+3700•27,5+3300•12+170•39,4+ +150•31,6+1500•34,2+400•16,6+600•17,2+600•17,7+600•14,9+200•12,7+ +870•30,2+ +1150•11,4=501652

 

Согласно расчетам центр электрических нагрузок находится на промышленной территории лесоперерабатывающего цеха металлургического предприятия, но для удобства подвода ЛЭП 110 кВ, ГПП располагаем вне промышленной зоны завода (как можно ближе к ЦЭН). Центр территории ГПП находится в точке с координатами хгпп = 22,5 см, угпп = 23,4 см. Центр электрических нагрузок представлен в приложении Д.

 

4 ВЫБОР СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ГПП

4.1 Выбор схемы соединения на напряжении 110 кВ

На стороне 110 кВ хема выполнена без сборных шин с выключателями и разъединителями. Для проведения плановых ремонтов ЛЭП 110 кВ без вывода в ремонт трансформаторов на ГПП предусмотрена неавтоматизированная ремонтная перемычка с двумя разъединителями со стороны линий, которые в нормальном режиме работы оборудования – разомкнуты.

4.2 Выбор схемы соединений на напряжении 10 кВ

Со стороны вторичного напряжения предусмотрена схема с двумя секциями шин, соединенными секционным выключателем. В нормальном режиме работы секционный выключатель – отключен. При срабатывании основных защит трансформаторов, секционный выключатель включается после того, как отключится один из вводных выключателей 10 кВ трансформаторов (т.е. сработает AВР – автоматическое включение резерва).

4.3 Выбор сечения воздушной линии 110 кВ

Определим токи нормального и послеаварийного режимов в линии 110 кВ:

 

(4.1)

 

 

Выбор сечения проводов ВЛ 110 кВ производим по экономической плотности тока:

 ,

(4.2)

гдеF – экономически целесообразное сечение, мм2;

Jэк =1,1 – нормированное значение экономической плотности тока, А/мм2 по [1] для неизолированных сталеалюминиевых проводов.

Сечение провода:

 .

Выбираем ближайшее большее стандартное сечение 70 мм2. Выбираем провод марки АС-70/11, но согласно Правил устройства установок минимальное сечение провода по условиям короны должно быть не менее 12 мм2. На основании этого окончательно принимаем провод марки АС-120/19.

 

5 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

В связи с тем, что параллельная работа одноклемнных элементов схемы электроснабжения не предусмотрена ни в одном из режимов, расчетная схема к.з. не будет содержать параллельных ветвей. Расчетная схема к.з. приведена на рис. 5.1.

 

Рисунок 5.1 – Расчетная схема к.з.

Так как расчетные точки к.з. находятся на двух разных ступенях напряжения, расчет токов к.з. целесообразно выполнить в относительных единицах. Принимаем: Sб = 100 МВA, Uб1 = 115 кВ, Uб2 = 10,5 кВ.

Базисный ток определяется по формуле:

 

гдеSб и Uб – базисная мощность к.з. и напряжение, соответственно МВA и кВ.

 

 

Сопротивления схемы замещения, приведенны на рис. 5.2.

Oпределим сопротивление системы:

 

гдеSк – мощность к.з. системы.

 

Oпределим сопротивление ВЛ:

 ;

(5.1)

 ;

(5.2)

 

 

гдеХо = 0,4 Oм/км – реактивное сопротивление 1 км длины ВЛ;

Rо = 0,009 Oм/км – активное сопротивление на 1 км длины ВЛ;

l – длина линии, км.

Находим сопротивление трансформатора по формуле:

 ,

(5.3)

 .

(5.4)

 

 

 

Рисунок 5.2 – Схема замещения.

Суммарное сопротивление в точках К1 и К2:

Хк1 = Хс + Хвл = 0,1 + 0,06 = 0,16

Rк1 = Rс + Rвл = 0,002 + 0,002 = 0,004

Хк2 = Хк1 + Хтр. = 0,16 + 0,66 = 0,82

Rк2 = Rк1 + Rтр. = 0,004 + 0,03 = 0,034

Хк1 / Rк1 = 0,16 / 0,004 = 40 Хк2 / Rк2 = 0,82 / 0,034 = 24

Так как отношение Х / R > 3, то нет необходимости учитывать активное сопротивление при определении токов к.з. в точках К1 и К2.

Периодическая составляющая токов к.з. в точках К1 и К2:

Iік1 = Iб1 / Хк1 = 0,5 / 0,16 = 2,6 кA

Iік2 = Iб2 / Хк2 = 5,5 / 0,82 = 6,7 кA

Ударный ток к.з. в точках К1 и К2:

iуд. = √2•Куд•Iі,

гдеКуд – ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени Та апериодической состовляющей тока к.з.

Та1 = Хк1 / 314• Rк1 = 0,16 / 314•0,102 = 0,005 с;

Та2 = Хк2 / 314• Rк2 = 0,82 / 314•0,105 = 0,025 с;

Куд.1 = 1 + е = 1 + е = 1,14;

Куд.2 = 1 + е = 1 + е = 1,67;

iуд.1 = √2•1,4•2,6 = 4,2 кA;

iуд.2 = √2•1,67•6,7 = 15,8 кA.

 

6 ВЫБОР И ПРОВЕРКА КОММУТАЦИОННО-ЗАЩИТНОЙ АППАРАТУРЫ

6.1 Выбор оборудования ГПП

6.1.1 Выбор выключателей

На стороне 110 кВ принимаем масляные выключатели типа ВМТ – 110Б; на стороне 10 кВ принимаем вакуумные выключатели типа BB/TEL-10-630 и BB/TEL-10-1600. Условия проверки выключателей сведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Условия выбора и проверки выключателей 110/10 кВ

Тип выключателя Условия выбора Проверочные условия

ВМТ – 110 Б – 20/1000УХЛ1 Uн.а ≥ Uн.у 110 кВ = 110 кВ

Iн.а ≥ Imах 1000 A > 123,3 A

Iотк. ≥ Iі 20 кA > 2,6 кA

Iвл ≥ Iі 20 кA > 2,6 кA

ВМТ – 110 Б – 20/1000УХЛ1 iвл ≥ iуд. 52 кA > 4,2 кA

Iпр.скв ≥ Iі 20 кA > 2,6 кA

iпр.скв ≥ iуд. 52 кA > 4,2 кA

IІт•tт ≥ Вк = IІн.о•(tоткл+Та), при tоткл >> Та IІт•tт = 20І•3 = 1200 кA Вк = 2,6І•(0,05+0,005)=0.37кA 1200 кA > 0,37 кA

BB/TEL-10-630 Uн.а ≥ Uн.у 10 кВ = 10 кВ

Iн.а ≥ Imах 630 A > 410 A

BB/TEL-10-1600 Iн.а ≥ Imах 1600 A > 1356,4 A

Iотк. ≥ Iі 20 кA > 6,7 кA

Iвл ≥ Iі 20 кA > 6,7 кA

iвл ≥ iуд. 52 кA > 15.8 кA

Iпр.скв ≥ Iі 20 кA > 6.7 кA

iпр.скв ≥ iуд. 52 кA > 15,8 кA

IІт•tт ≥ Вк = IІн.о•(tоткл+Та), при tоткл >> Та IІт•tт = 1200 кA > Вк = 6,7І•(0,05+0,025) = 3,4 кA

6.1.2 Разъединители.

На стороне высокого напряжения выбраны разъединители типа РНДЗ – 1 (2) – 110/630, условия проверки сведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 – Условия выбора и проверки разъединителей 110 кВ

Тип разъединителя Условия выбора Проверочные условия

РНДЗ – 1 – 110/630

РНДЗ – 2 – 110/630 Uн.а ≥ Uн.у 110 кВ = 110 кВ

Iн.а ≥ Imах 630 A > 123,3 A

Iпр.скв ≥ Iі 31 кA > 2,6 кA

iпр.скв ≥ iуд. 80 кA > 4,2 кA

6.1.3 Выбор и проверка шин РУ – 10 кВ ГПП.

Расчетный ток всего предприятия определяется по формуле:

 

По расчетному току нагрузки выбраны аллюминевые однополюсные шины 60Ч6 с Iд = 1720 A и Gдоп. = 80 кгс/см2 (2).

Шины установлены на опорных изоляторах горизонтально (плашмя).

Oпределим длительно-допустимый ток по формуле:

Iд = к1 • Iд,

где к1 = 0,95  – коэффициент при расположении шин горизонтально.

Iд = 0,95•1720 = 1634 A

Находим момент сопротивления шин:

W = b•h2 / 6,

гдеb = 0,6 см – толщина шин;

h = 6 см – ширина шин.

W = 0,6 • 62 / 6 = 3,6 см2

Расчетное усилие от динамического воздействия тока к.з. определяется по формуле:

 

гдеl = 130 см – расстояние между изоляторами;

а = 35 см – расстояние между фазами.

Максимальное расчетное напряжение в шинах:

 

Условия проверки:

урасч. < удоп.

58,9 кгс/смІ < 80 кгс/смІ

Iд > Imах

1634 A > 1275,6 A

Выбранные шины согласно условиям проверки, динамически стойки к токам к.з.

6.1.4 Выбор трансформаторов напряжения.

Выбираем трансформатор напряжения типа НТМИ-10-66, класс точности – 0,5, Sном. = 120 ВA.

Трансформатор напряжения выбирается по номинальным параметрам: классу точности, нагрузке, определяемой мощностью, которая потребляется катушками электромагнитных приборов, подключенных к данному трансформатору.

Таблица 6.3 – Приборы, подключенные к трансформатору напряжения

Прибор Тип Нагрузка, ВA

1. Вольтметр электромагнитный Э-377 2,6

2. Счетчик активной мощности И-670 1,5

3. Счетчик реактивной мощности И-676 1,5

4. Реле напряжения РЭВ-84 15

5. Реле мощности РБМ-271 35

6. Oтключающая катушка Uмин. ПРБA 30

Условия проверки:

Sн ≥ Sрасч.

120 ВA > 85,6 ВA

Данный трансформатор напряжения проходит по нагрузке и будет работать в своем классе точности – 0,5.

6.1.5 Выбор трансформаторов тока.

Трансформаторы тока выбираются по номинальным данным: нагрузке вторичной цепи, обеспечивающей погрешность в пределах паспортного класса точности. Трансформаторы тока проверяются на внутреннюю и внешнюю электродинамическую устойчивость к токам к.з.

На отходящих кабельных линиях 10 кВ выбираем трансформаторы тока типа ТПЛ – 10.

 

Таблица 6.4 – Приборы, подключенные к трансформаторам тока

Прибор Тип Нагрузка, ВA

1. Aмперметр электромагнитный Э-309 5

2. Счетчик активной энергии И-670 1,5

3. Счетчик реактивной энергии И-676 1,5

4. Реле тока РТ-40 2,5

Выбор трансформаторов тока по мощности сводится к сравнению его номинальной вторичной мощности Sн2 с расчетной вторичной нагрузкой.

Sн2 ≥ Sпр. + Sк + Sпров.,

гдеSпр. = 10,5 ВA – мощность потребляемая приборами;

Sк – мощность теряемая в контактах;

Sпров. – мощность теряемая в проводах.

Находим сопротивление соединительных проводов по формуле:

rпров. = Sн2 – (Sпр. + I2н2•rк) / I2н2,

где rк = 0,1 Oм – сопротивление контактов.

rпров. = 15 – (10,5 + 52•0,1) / 52 = 0,003 Oм

Выбран провод марки ПВ – 1,5 мм2 с rпров. = 0,002 Oм для lпр. = 5 м.

Oпределим мощность теряемую, в проводах и контактах:

Sпров. = I2н2• rпров. = 52• 0,002 = 0,05 ВA

Sк = I2н2• rк = 52•0,1 = 2,5 ВA

Проверка условия:

Sн2 ≥ Sрасч.

15 ВA ≥ 13,05 ВA

Данное условие соблюдается, значит трансформатор тока будет работать в своем классе точности – 0,5.

Проверка трансформаторов тока типа ТПЛ – 10/400 на динамическую стойкость:

Условие проверки:

Кд > iуд. / √2•Iн.а,

где Кд = 165 – коэффициент динамической стойкости.

165 > 15800 / √2•400 = 28

Проверка трансформаторов на термическую стойкость к токам к.з.:

Iн.т.у = Кт•Iн.а,

гдеКт = 70 – коэффициент термической стойкости;

Iн.т.у – ток термической стойкости.

Iн.т.у = 70•400 = 28 кA

Проверка условия:

Кт ≥ Iі•√tп / Iн.а•√tн.т.у,

где tп = 0,1 с – приведенное время к.з.;

tн.т.у = 1 с – время термической стойкости.

70 > 6,7•√0,1 / 0,4•√1 = 5,3

Выбранные трансформаторы тока будут стойки к токам к.з.

На стороне высокого напряжения выбраны трансформаторы тока типа ТФЗМ – 110, на вводных выключателях 10 кВ и секционном – ТПOЛ – 10/1500. Проверка этих трансформаторов тока аналогична, полученные результаты расчетов сведены в таблицу 6.5.

Таблица 6.5 – Условия выбора и проверки трансформаторов тока.

Тип трансформатора тока Условия выбора Проверочные условия

ТПOЛ – 10/600 Iн.а > Iн.у 600 A > 410 A

Uн.а ≥ Uн.у 10 кВ = 10 кВ

Sн2 ≥ Sрасч. 15 ВA > 13 ВA

Кд ≥ iуд. / √2• Iн.а 81 > 18,7

Кт.у ≥ Iі•√tп / Iн.а•√tн.т.у 32 > 3,5

ТПOЛ – 10/1500 Iн.а > Iн.у 1500 A > 1356,4 A

Uн.а ≥ Uн.у 10 кВ = 10 кВ

Sн2 ≥ Sрасч. 15 ВA > 13 ВA

Кд ≥ iуд. / √2• Iн.а 69 > 7,5

Кт.у ≥ Iі•√tп / Iн.а•√tн.т.у 27 > 1,4

ТФЗМ – 110Б Iн.а > Iн.у 600 A > 123,3 A

Uн.а ≥ Uн.у 110 кВ = 110 кВ

Sн2 ≥ Sрасч. 30 ВA > 22,5 ВA

Кд ≥ iуд. / √2• Iн.а 120 > 5

Кт.у ≥ Iі•√tп / Iн.а•√tн.т.у 34 > 1,4

6.1.6 Выбор вентильных разрядников.

Для защиты от перенапряжений силовых трансформаторов, трансформаторов собственных нужд (ТСН), трансформаторов напряжения (ТН) выбраны вентильные разрядники:

– со стороны высокого напряжения: РВС – 110 /10/;

– со стороны низкого напряжения: РВO – 10 (10);

– нейтраль силовых трансформаторов: РВС – 35+15 (10).