5 Выбор величины напряжения и схемы внутреннего электроснабжения предприятия, расчет питающих линий

5.1 Выбор величины напряжения

Выбор величины напряжения распределительных сетей предприятия зависит от величины нагрузок 6 и 10 кВ. Критерием выбора являются технико-экономические показатели, в первую очередь приведенные затраты, которые рассчитываются как для сети, так и для понижающих подстанций.

В данном курсовом проекте согласно: "Инструкции по проектированию электроснабжения промышленных предприятий. СН 174-75", так как отсутствует нагрузка 6 кВ, принимаем напряжение внутреннего электроснабжения предприятия на напряжение 10 кВ.

5.2 Построение схемы внутреннего электроснабжения предприятия

Схемы распределения электроэнергии на первой ступени от главной понизительной подстанции до распределительных пунктов на напряжение 10 кВ применяем магистральные при последовательном линейном расположении подстанций, для группы технологически связанных цехов, число присоединенных подстанций две, три и радиальные при нагрузках, располагаемых в разных направлениях от источника питания. При этом одноступенчатыми радиальными схемами в основном нужно выполнять при питании больших сосредоточенных нагрузок..

5.3 Конструктивное выполнение электрической сети

Выбор способа распределения электроэнергии зависит от величины электрических нагрузок, их размещения, плотности застройки предприятия, конфигурации, технологических, транспортных и других коммуникаций, типа грунта на территории предприятия.

По территории предприятия прокладку кабелей производим в проходном тоннеле типа ТЛ150х210, что обусловлено удобством эксплуатации и контроля питающих кабелей. Также выбираем прокладку кабелей в траншее, как очень простой и экономически выгодный способ, применяемый при прокладке до шести кабелей. С учетом отсутствия растягивающих усилий в грунте и средней коррозионной активности для прокладки используем кабель марки ААШв.

5.4 Расчет питающих линий

Сечение кабелей напряжением 10 кВ. определяем по экономической плотности тока и проверяются по допустимому току кабеля в нормальном режиме работы с учетом условий по его прокладке, по току перегрузки, потери напряжения в послеаварийном режиме и термической стойкости к токам короткого замыкания. Все результаты расчетов приведены в таблице 5.4.1.

Расчетный ток в кабельной линии в нормальном режиме:

I_р.к = , (50)

где S_р.к − мощность, которая должна передаваться по кабельной линии в нормальном режиме, кВА.

Например, при питании двухтрансформаторной подстанции − расчетная нагрузка, приходящаяся на один трансформатор. Для магистральной линии мощность S_р.к должна определяться для каждого участка путем суммирования расчетных нагрузок соответствующих трансформа­торов, питающихся по данному участку магистральной линии.

Сечение кабельной линии, определяется по экономической плотности тока: F_э = (51)

где j_э – экономическая плотность тока, зависящая от типа кабеля и продолжительности максимальной нагрузки [Л6]. j_э = 1,4 А/мм2

По результатам расчета выбирается кабель, имеющий ближайшее меньшее стандартное сечение по отношению к экономически целесообразному.

Допустимый ток кабеля с учетом условий его прокладки:

> (52)

где К_п – поправочный коэффициент на число параллельно прокладываемых кабелей [Л2];

K_t – поправочный коэффициент на температуру среды, в которой прокладывается кабель [Л2];

N_к- число параллельно прокладываемых кабелей.

Допустимая перегрузка кабеля в послеаварийном режиме:

> (53)

где К_АВ – коэффициент перегрузки [Л2].

Потеря напряжения в кабельной линии определяется по формуле:

(54)

где Р_р, Q_p - расчетная активная и реактивная нагрузки.

x_о, r_о- удельное индуктивное и активное сопротивление кабеля, Ом/км [Л5].

Таблица 5.4.1- Расчет питающих линий

Кон. пункты КЛ	Рр , кВт	Qр , кВар	Sрк , кВА	Iр ,кА	Fэ , мм	Fтс , мм	Кабель		Способ прокладки	Нагрузка на кабель		Iдоп, А	Кп ,о.е	Кt , о.е	I`доп ,А	Кав , о.е	I`ав ,А	L ,км	r0 , ом/км	x0 , ом/км	ΔU , %
Кабель 10 кВ							Кол-во	тип		норм.	п/ав
ГПП-ТП1	442,5	202,27	486,55	28,09	20,06	53,0	2,0	ААШв(3*50)	в траншее	28,1	56,18	165	0,87	0,90	129,20	1,15	148,57	0,15	0,62	0,09	0,04
ТП1-ТП2	204,5	221	301,12	17,38	12,42	53,0	2,0	ААШв(3*50)	в траншее	17,4	34,77	165	0,87	0,90	129,20	1,15	148,57	0,21	0,62	0,09	0,03
ГПП-ТП3	454,9	746,37	874,06	50,46	36,05	53,0	2,0	ААШв(3*70)	в тоннеле	50,5	100,93	130	0,87	1,00	113,10	1,15	130,07	0,35	0,44	0,09	0,09
ГПП-ТП4	454,9	746,37	874,06	50,46	36,05	53,0	2,0	ААШв(3*70)	в тоннеле	50,5	100,93	130	0,87	1,00	113,10	1,15	130,07	0,35	0,44	0,09	0,09
ГПП-ТП5	416,4	700,01	814,51	47,03	33,59	53,0	2,0	ААШв(3*70)	в тоннеле	47	94,05	130	0,87	1,00	113,10	1,15	130,07	0,30	0,44	0,09	0,07
ГПП-ТП6	288	398,21	491,47	28,37	20,27	53,0	2,0	ААШв(3*50)	в тоннеле	28,4	56,75	105	0,87	1,00	91,35	1,15	105,05	0,27	0,62	0,09	0,06
ГПП-ТП7	204,7	299,05	362,40	20,92	14,95	53,0	2,0	ААШв(3*50)	в тоннеле	20,9	41,85	105	0,87	1,00	91,35	1,15	105,05	0,25	0,62	0,09	0,04
ГПП-ТП8	676	769,02	1023,93	59,12	42,23	53,0	2,0	ААШв(3*95)	в тоннеле	59,1	118,23	155	0,87	1,00	134,85	1,15	155,08	0,32	0,33	0,08	0,09
									в траншее	59,1	118,20	205	0,87	0,90	160,52	1,15	184,59	0,30	0,33	0,08	0,09
ГПП-СTД1	504	-378	630,00	36,37	25,98	24,5	1,0	ААШв(3*25)	в тоннеле	36,4	----	125	0,82	1,00	102,50	----	----	0,36	0,12	0,10	0,01
									в траншее	36,4	----	180	0,82	1,00	147,60	----	----	0,14	0,12	0,10	0,01
ГПП-СTД2	504	-378	630,00	36,37	25,98	24,5	1,0	ААШв(3*25)	в тоннеле	36,4	----	125	0,82	1,00	102,50	----	----	0,36	0,12	0,10	0,01
									в траншее	36,4	----	180	0,82	1,00	147,60	----	----	0,16	0,12	0,10	0,00
ГПП-СTД3	504	-378	630,00	36,37	25,98	24,5	1,0	ААШв(3*25)	в тоннеле	36,4	----	125	0,82	1,00	102,50	----	----	0,36	0,12	0,10	0,01
									в траншее	36,4	----	180	0,82	1,00	147,60	----	----	0,18	0,12	0,10	0,00
ГПП-СTД4	504	-378	630,00	36,37	25,98	24,5	1,0	ААШв(3*25)	в тоннеле	36,4	----	125	0,82	1,00	102,50	----	----	0,36	0,12	0,10	0,01
									в траншее	36,4	----	180	0,82	1,00	147,60	----	----	0,20	0,12	0,10	0,01
ГПП-TП9	275,1	396,77	482,80	27,87	19,91	53,0	2,0	ААШв(3*50)	в тоннеле	27,9	55,75	105	0,87	1,00	91,35	1,15	105,05	0,26	0,62	0,09	0,05
									в траншее	27,9	55,80	140	0,87	0,90	109,62	1,15	126,06	0,04	0,62	0,09	0,01
ГПП-TП10	432,6	752,57	868,04	50,12	35,80	53,0	2,0	ААШв(3*70)	в тоннеле	50,1	100,23	130	0,87	1,00	113,10	1,15	130,07	0,28	0,44	0,09	0,07
									в траншее	50,1	100,20	165	0,87	0,90	129,20	1,15	148,57	0,04	0,44	0,09	0,01
ГПП-TП11	354,7	439,86	565,04	32,62	23,30	53,0	2,0	ААШв(3*50)	в тоннеле	32,6	65,25	105	0,87	1,00	91,35	1,15	105,05	0,38	0,62	0,09	0,10
									в траншее	32,6	65,20	165	0,87	0,90	129,20	1,15	148,57	0,04	0,62	0,09	0,01
ГПП-TП12	354,7	439,86	565,04	32,62	23,30	53,0	2,0	ААШв(3*50)	в тоннеле	32,6	65,25	105	0,87	1,00	91,35	1,15	105,05	0,38	0,62	0,09	0,10
									в траншее	32,6	65,20	165	0,87	0,90	129,20	1,15	148,57	0,04	0,62	0,09	0,01
ГПП-TП13	325	458,76	562,24	32,46	23,19	53,0	2,0	ААШв(3*50)	в тоннеле	32,5	64,92	105	0,87	1,00	91,35	1,15	105,05	0,41	0,62	0,09	0,10
									в траншее	32,5	65,00	165	0,87	0,90	129,20	1,15	148,57	0,04	0,62	0,09	0,01
ГПП-TП14	178,8	318,83	365,53	21,10	15,07	53,0	1,0	ААШв(3*50)	в тоннеле	21,1	21,10	105	0,87	1,00	91,35	1,15	105,05	0,32	0,62	0,09	0,04
									в траншее	21,1	21,10	165	0,87	0,90	129,20	1,15	148,57	0,17	0,62	0,09	0,02
ГПП-TП15	1256,33	1721,83	2131,44	123,06	87,90	53,0	2,0	2хААШв(3*95)	в тоннеле	123	246,12	155	0,87	1,00	269,70	1,15	310,16	0,14	0,33	0,08	0,08
									в траншее	123	246,20	205	0,87	0,90	321,03	1,15	369,18	0,05	0,33	0,08	0,03
Кабель 0,4 кВ
ТП2-РПН1	41,30	38,36	56,36	81,35	58,11	48,30	2,00	ААШв(4*70)	в траншее	81,4	162,71	200	0,92	0,90	165,60	1,25	207,00	0,04	0,44	0,61	0,00
ТП2-РПН2	30,98	27,93	41,71	60,20	43,00	48,30	2,00	ААШв(4*50)	в траншее	60,2	120,41	165	0,92	0,90	136,62	1,25	170,78	0,16	0,63	0,06	0,00
ТП8-РПН3	138,2	161,2	212,32	306,46	218,90	48,30	2,00	2хААШв(4*185)	в траншее	306	612,93	345	0,92	0,90	571,32	1,25	714,15	0,02	0,17	0,06	0,00
ТП8-РПН4	137	104,56	172,33	248,73	177,67	48,30	2,00	2хААШв(4*120)	в траншее	249	497,46	270	0,92	0,90	447,12	1,25	558,90	0,05	0,26	0,06	0,00
ТП3-РПН5	108,4	83,173	136,61	197,18	140,84	48,30	2,00	2хААШв(4*150)	в траншее	197	394,35	305	0,92	0,90	505,08	1,25	631,35	0,02	0,21	0,08	0,00
									кабель-канал	197	394,40	230	0,92	1,00	423,20	1,25	529,00	0,03	0,21	0,08	0,00
ТП15-РПН6	70,70	85,35	110,83	159,96	114,26	48,30	2,00	2хААШв(4*70)	в траншее	160	319,93	200	0,92	0,90	331,20	1,25	414,00	0,03	0,44	0,61	0,00

6

Таблица №12 – Расчет питающих кабелей

РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Мощность короткого замыкания в месте присоединения линии, питающей главную понизительную подстанцию значительно больше мощности потребляемой предприятием, поэтому допускается принимать периодическую составляющую тока к.з. от энергосистемы неизменной во времени: I_к = I_n.o = I_n.t.

Для расчетов токов короткого замыкания составляется исходная электрическая схема, на которой показываются источники питания точек короткого замыкания, расчетные точки и токи между ними. Схема приведена на рисунке 6.1.

Расчет ведется для наиболее тяжелого воздействия токов к.з., в режиме, когда один из трансформаторов главной понизительной подстанции отключен для проведения профилактических работ (аварии) и включен секционный выключатель в распределительном устройстве 10 кВ, то есть все электроприемники питаются от одного трансформатора.

Рисунок 6.1- Электрическая схема для расчета токов к.з.

Для выбора электрооборудования СЭС предприятия производим расчет токов к.з. в следующих точках:

К-1 и К-2 – в схеме внешнего электроснабжения;

К-3 – в распределительном устройстве напряжением 10 кВ ГПП;

К-4 – в электрической сети напряжением 0,4 кВ.

Расчет токов к.з. в точках К-1 и К-2 проводился в разделе «Технико-экономическое обоснование схемы внешнего электроснабжения предприятия».

Расчет токов к.з. в точке К-3. Сопротивление трансформатора главной понизительной подстанции:

Х_т = Х₃ = о.е. (55)

Сопротивление кабельных линий находим по формуле:

Х_л = (56)

Х_л4 = о.е.

Х_л5 = о.е.

Х_л6= о.е.

Х_л7 = о.е.

Сопротивление СД определяется по формуле:

Х_сд = (57)

Х_СД1-СД4= о.е.

Х₄= Х_л4+ Х_СД4=0,449 +226,98=227,429 о.е.

Х₅= Х_л5+ Х_СД2=0,467 +226,98=227,447 о.е.

Х₆= Х_л6+ Х_СД3=0,485 +226,98=227,465 о.е.

Х₇= Х_л7+ Х_СД4=0,503 +226,98=227,483 о.е.

Преобразуем схему:

Рисунок 6.2- Схема для расчета токов к.з.

Х₈=

Х₉=

После преобразования получили эквивалентную схему замещения:

Х₁₀=0,264+0,287 +10,5=11,051

Рисунок 6.3- Эквивалентная схема замещения

Базисный ток в точке К-3:

. (58)

кА.

Ток короткого замыкания в точке К-3 (периодическая составляющая принимается посто­янной в течение всего процесса замыкания) определим как:

. (59)

кА.

. (60)

кА.

. (61)

кА.

Определим ударный ток и наибольшее действующее значение тока к.з. в точке К-3:

. (62)

где К_у3 = 1,92 – ударный коэффициент (Барыбин, таблица 2.45).

кА.

Вычислим сечение кабелей по условию термической стойкости:

• тепловой импульс для ТП (t_рз = 0,5 сек, Т_а = 0,12 сек):

кА²∙с.

• сечение кабеля для ТП:

, (63)

где С – тепловая функция при номинальных условиях (Л2, таблица 2.72)

.

В результате, для кабельных линий, питающих ТП: F_min = 53 мм.

Определим сечение кабеля для СД по условию термической стойкости к токам КЗ

кА^2.с

мм²

Расчет тока короткого замыкания в точке К-4 (на СШ РПН).

В сети с напряжением до 1000 В необходимо учитывать и активные сопротивления.

Полное сопротивление трансформаторов цеховой ТП1 ТМЗ-400

Zт₁= (64)

Активное сопротивление тр-ра

r_т1= (65)

Индуктивное сопротивление тр-ра

Х_т1= (66)

В распред. устройствах цеховых ТП переходное сопротивление контактов принимаем равным 0,015 Ом. Это сопротивление в относительных единицах.

r₂=r_kr*= (67)

Суммарное активное сопротивление

r_ع=r₁+r₂= 34,375+93,75=128,125 (68)

Суммарное индуктивное сопротивление

х_ع=х^*_л+х_Т1+х₁₀= 74,06+107,12+11,051=192,231 (69)

х^*_л=

Полное сопротивление

Z₄= (70)

Мощность КЗ в точке К-4

S_кз4= (71)

Ток КЗ при базисном напряжении 0,4кВ находим по формуле:

I_к4=I_п,о=I_пt= кА (72)

Ударный ток КЗ

i_уд4= кА (73)

К_у=1.6 (таб.2.45 Барыбин)

Все результаты расчетов приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Мощность и токи коротких замыканий

Расчетная точка	Напряжение Uср расчетной точки, кВ	Токи, кА			Мощность к.з. ступени Sк.ст=∙Ucp∙Ino, MBA
		Iпо	Iпt	iу
К-1	115	19	19	46,22	3784,53
К-2	115	17,5	17,5	44,55	3485,752210,96
К-3	10,5	5,944	5,944	16,14	108,101
К-4	0,4	6,248	6,248	14,138	4,329

Для оценки теплового импульса воздействия тока КЗ на отдельные элементы схемы эл.снабжения необходимо найти время отключения КЗ. С этой целью построим диаграмму селективности действия максимальной токовой защиты, ступень селективности примем равной 0,5с.

Рисунок 6.4-Диаграмма селективности