Выбор оборудования для системы электроснабжения предприятия
Выбор оборудования для
системы электроснабжения предприятия
Введение
Системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность
устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Системы
электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания
электроэнергией промышленных электроприемников, к которым относятся
электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи,
электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки,
осветительные установки и т.д.
Задача электроснабжения промышленных предприятий возникла
одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы
различных машин и механизмов и строительством электростанций. Первые
электростанции сооружались в городах для освещения и питания электрического
транспорта, а также при фабриках и заводах. Позднее появилась возможность
сооружения электрических станций в местах залежей топлива (торфа, угля, нефти)
или местах использования энергии воды независимо от мест нахождения
потребителей электроэнергии - городов и промышленных предприятий. Передача
электроэнергии на большие расстояния стала осуществляться линиями
электропередачи высокого напряжения.
В настоящее время большинство потребителей получают
электроэнергию от энергосистем. В то же время на ряде предприятий продолжается
сооружение собственных ТЭЦ. Это обусловлено потребностью в теплоте для
технологических целей и эффективностью попутного производства при этом
электроэнергии. КПД тепловых электростанций, производящих только
электроэнергию, не выше 35%. КПД ТЭЦ достигает 70% за счёт эффективного
использования тепла теплоносителя (пара) уже прошедшего турбину.
По мере развития электропотребления усложняются и системы
электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких
напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ.
Возникает необходимость внедрять автоматизацию систем электроснабжения
промышленных предприятий и производственных процессов, осуществлять в широких
масштабах диспетчеризацию процессов производства с применением телесигнализации
и телеуправления и вести активную работу по экономии электроэнергии.
Каждое производство существует постольку, поскольку его
машины обеспечивают работу технологических механизмов, производящих
промышленную продукцию. Все машины приводятся в настоящее время
электродвигателями. Для их нормальной работы применяют электроэнергию как самую
гибкую и удобную форму энергии, обеспечивающей работу производственных
механизмов.
Задание: по исходным данным варианта №75 произвести
выбор следующего оборудования для системы электроснабжения предприятий:
трансформатор T1,
Т3, выключатель нагрузки QF1, кабельную линию W2, силовые выключатели Q1, Q2, разъединитель QS1.
Исходные данные
|
№ вар.
|
№ схемы
|
U1
кВ
|
U2 кВ
|
U3
кВ
|
P1
кВт
|
P2 кВт
|
P3
кВт
|
P4
кВт
|
P5
кВт
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
|
75
|
2.12
|
110
|
10
|
0,38
|
184
|
119
|
781
|
680
|
-
|
|
11
|
12
|
13
|
14
|
15
|
16
|
17
|
18
|
19
|
|
P6 кВт
|
P7
кВт
|
P8
кВт
|
PМ1 кВт
|
PМ2 кВт
|
PСН кВт
|
TMAX
час
|
cosφ
|
каб.*
|
|
-
|
-
|
-
|
1600
|
-
|
270
|
3200
|
0,84
|
2-2
|
Материал жилы кабеля: алюминий.
Место прокладки кабеля: в воде.
Описание
схемы электроснабжения
Схема подстанции с потребителями Р1 - Р4, М1. Выключатели Q1 - Q6 конструктивно выполнены
на выкатных тележках и при массе каждого около полутонны могут свободно
транспортироваться одним человеком на расстояния в пределах распределительного
устройства (РУ).
Поэтому для вывода в ремонт выключатель отключается и
выкатывается. Так как видимый разрыв обеспечен (выключатель одновременно
выполняет роль разъединителей, в связи с чем специальная их установка не
требуется), можно производить необходимые работы.
Рис. 2.12
1.
Выбор электродвигателя М1
Для выбора силового трансформатора Т1 необходимо учесть всю
мощность, протекающую через него, поэтому необходимо произвести расчёт и выбор
двигателя М1.
. Выбор электродвигателя производится по номинальной мощности
и по номинальному напряжению: РМ и U2.
Данные для выбора двигателя М1: РМ1=1600 кВт; Uн=10 кВ.
Условия выбора:
Uн.м 1≥U2; P н.м 1≥Рм1,
где Uн.м - номинальное напряжение двигателя по паспорту; P н.м - номинальная мощность
на валу двигателя по паспорту. Из (1, табл. 4.6, с. 184) выбираем асинхронный
двигатель АТД-1600/10УХЛ4.
Таблица 1 - Параметры двигателя М1
|
Параметры
|
|
АДТ-1600/10УХЛ4
|
Установки
|
|
Uн=10 кВ
|
U2=10 кВ
|
|
Рн=1600
кВт
|
Рм=
1600 кВт
|
|
cosφ=0,83
|
|
|
КПД=95,3%
|
|
а) Рассчитаем активную мощность электродвигателя Pэл.м, потребляемую из
сети:
Pэл.м1= Рн.м1/ КПДдвиг1=1600/0,953=1678,91
кВт.
б) Рассчитаем полную мощность Sэл.м1 электродвигателя,
потребляемую из сети:
Sэл.м1=Рэл.м1/cosφм1=1678,91/0,83=2022,78 кВА.
в) Рассчитаем номинальный ток электродвигателя Iн.м1:
Iн.м1=Sэл.м1/(√3U2)=2022,78 /(√3·10)=116,78
А.
2. Выбор
силового трансформатора Т1
Необходимо найти полную мощность, протекающую через
трансформатор:
Sсум = Sм1+(Р1+Р2+Р3+P4+Рсн)/cosφ =2022,78+(184+119+781+680) /0,84=4148,08 кВА.
По суммарной мощности Sсум = 4148,08 кВА и по
напряжению установки выбираем трансформатор исходя из следующих условий
(таблица 3).
Таблица 2 - Условия выбора трансформатора Т1
|
Uвн≥Uуст.в
|
Uуст.в = 110 кВ
|
|
Uнн≥Uуст.н
|
Uуст.н = 10 кВ
|
|
Sн.тр≥Sрасч.тр
|
Sрасч.тр=4148,08 кВА
|
Таблица 3 - Параметры трансформатора Т1
|
Параметры
|
|
ТД-5000/110
|
Установки
|
|
Uвн = 110 кВ
|
Uуст.в = 110 кВ
|
|
Uнн = 10 кВ
|
Uуст.н = 10 кВ
|
|
Sн = 5000 кВА
|
Sрасч.тр= 4148,08 кВА
|
Выбираем из (1, табл. 3.6, с. 146) трансформатор типа
ТМ-5000/110. Данный трансформатор удовлетворяет предъявленным требованиям.
Максимальная мощность трансформатора с учётом перегрузки:
Sраб.мах=1,5·Sн.тр,
где Sн.тр - номинальная мощность, передаваемая по сети
через трансформатор
Sраб.мах=1,5·5000=7500 кВА,
Определим ток, протекающий по обмоткам трансформатора по
высокой и низкой обмоткам, используя следующую формулу:
I=Sтр/(√3·U).
Максимальный ток, протекающий по высоковольтной стороне
силового трансформатора:
Iраб.мах(вн)=7500/(√3·110)=39,36 А
Максимальный ток, протекающий по низковольтной стороне
силового трансформатора
Iраб.мах(нн)=7500/(√3·10)=433,01 А
3. Выбор
силового трансформатора Т3
Полная мощность, передаваемая через трансформатор потребителю
в нормальном режиме:
Sуст.тр=Рнагр/cosφнагр=184/0,84=219,04 кВА.
По подключенной мощности Sуст=219,04 кВА и напряжению
установки выбираем трансформатор исходя из следующих условий выбора (таблица
4).
Таблица 4 - Условия выбора силового трансформатора Т3
|
Uвн≥Uуст.в
|
Uуст.в = 10 кВ
|
|
Uнн≥Uуст.н
|
Uуст.н = 0,38 кВ
|
|
Sн.тр≥Sрасч.тр
|
Sрасч.тр=219,04 кВА
|
Из (1, табл. 3.4, с. 126) выбираем трансформатор типа
ТМ-250/10.
Таблица 5 - Параметры силового трансформатора Т3
|
Параметры
|
|
ТМ-250/10
|
Установки
|
Uуст.в = 10 кВ
|
|
Uуст.н = 0,4 кВ
|
Uуст.н = 0,38 кВ
|
|
Sн = 250 кВА
|
Sуст=219,04 кВА
|
Максимальная мощность трансформатора с учётом перегрузки: Sраб.мах=1,5·Sн.тр, где Sн.тр - номинальная мощность,
передаваемая по сети через трансформатор.
Sраб.мах=1,5·250=375 кВА.
Таким образом, выбранный трансформатор удовлетворяет заданным
условиям.
Определим ток, протекающий по обмоткам трансформатора по
высокой и низкой обмоткам, используя следующую формулу:
I= Sн.тр/(√3·U).
Номинальный рабочий ток, протекающий по высоковольтной
обмотке трансформатора:
Iн.тр=250/(√3·10)=14,43 А.
Максимальный ток, протекающий по высоковольтной стороне
силового трансформатора:
Iраб.мах(вн)=375/(√3·10)=21,65 А.
Максимальный ток, протекающий по низковольтной стороне
силового трансформатора:
Iраб.мах(нн)=375/(√3·0,38)=569,75 А.
4. Выбор
выключателя нагрузки: QF1
Выбор производится по максимальному току на низкой стороне
трансформатора нагрузки:
Iраб.мах=1,5·Sтр/(√3·U3)=1,5·250/(√3·0,38)=569,75
А.
Выбор производится, исходя из следующих положений:
Uн≥Uуст,
где Uуст - линейное напряжение участка сети, где предусмотрена
установка аппарата.
Iрас≤Iн, где Iрас - расчётный максимальный ток продолжительного
рабочего режима участка цепи, для которого предусмотрен электрический аппарат.
Таблица 6 - Параметры выключателя нагрузки QF1
|
Параметры
|
|
ЭО-630C
|
Установки
|
|
Uн = 0,38 кВ
|
Uуст = 0,38 кВ
|
|
Iн = 630 А
|
Iраб.мах=569,75 А
|
Заданным параметрам соответствует выключатель типа ЭО-630C (1, табл. 6.12, с. 379).
5.
Выбор кабеля W2
Выбор кабеля производится по экономической плотности тока.
Ток рабочего нормального режима Iн= 14,43 А.
Ток рабочего максимального режима с учётом возможной
перегрузки трансформатора (из предыдущих расчётов): Iраб.мах=21,65 А.
Выбор производим, учитывая условия прокладки кабеля (см.
исходные данные).
Тип изоляции - резиновая и пластмассовая.
Из (10, табл. 1.3.36, с. 40) для кабеля с алюминиевыми
жилами, резиновой и пластмассовой изоляцией и ТMAX=3200 часов находим
экономическую плотность тока:
Jэк=1,7 А/мм2.
По экономической плотности тока Jэк находим площадь
сечения:
Sэ= Iраб.мах/Jэк=21,65/1,7=12,73 мм2.
Выбрано стандартное сечение кабеля S=16 мм2.
Таблица 7 - Параметры кабеля W2
|
Параметры
|
|
Кабеля
|
Установки
|
|
Uн = 10 кВ
|
Uуст = 10 кВ
|
|
S = 16 мм2
|
Sэ=12,73 мм2
|
|
Iдоп =60 А
|
Iраб.мах=21,65 А
|
Произведём проверку выбранного кабеля на выполнение условия:
Iраб.мах < Iдоп,
где Iраб.мах - максимальное значение тока при эксплуатации
кабеля;
Iдоп =60 А ≥ Iраб.мах=21,65 А
Iраб.мах ≤ Iдоп - условие выполняется.
Для прокладки применяем кабель марки СПУ, где С - свинцовая
оболочка; П - оболочка из полиэтилена; У - усовершенствованный.
6. Выбор
выключателя Q2.
Выбор выключателя Q2 производится по ранее найденному току рабочего
максимального режима Iраб.мах и напряжению установки.
Условие выбора: Uн≥Uуст; Iн≥ Iраб.мах.
Таблица 8 - Параметры выключателя Q2
|
Параметры
|
|
ВЭ-10-40/630УЗ
|
Установки
|
|
Uн=10 кВ
|
Uуст= 10 кВ
|
|
Iн=630 А
|
Iуст=21,65А
|
Заданным параметрам удовлетворяет включатель типа
ВЭ-10-40/630УЗ (1, табл. 5.1, с. 231).
7. Выбор
выключателя Q1
Выбор
выключателя Q1
производится по ранее найденному току рабочего максимального режима Iраб.мах и напряжению установки.
Условие выбора: Uн≥Uуст; Iн≥ Iраб.мах.
Таблица 9 - Параметры выключателя Q1
|
ВВУ-10Б-40/2000У1
|
Установки
|
|
Uн=10 кВ
|
Uуст=10 кВ
|
|
Iн=2000 А
|
Iраб.мах(вн)=360,84 А
|
Заданным параметрам удовлетворяет включатель типа
ВВУ-10Б-40/2000У1 (1, табл. 5.1, с. 231).
8.
Выбор разъединителя QS1
электроснабжение трансформатор напряжение нагрузка
Выбор производится, исходя из следующих положений:
Uн≥Uуст,
где Uуст - линейное напряжение участка сети, где предусмотрена
установка аппарата.
Iрас≤Iн, где Iрас - расчётный максимальный ток продолжительного
рабочего режима участка цепи, для которого предусмотрен электрический аппарат.
Таблица 10 - Параметры выключателя нагрузки QF1
|
Параметры
|
|
РНД-110/630 Т1
|
Установки
|
|
Uн = 110 кВ
|
Uуст = 110 кВ
|
|
Iн = 630 А
|
Iраб.мах=39,36 А
|
Заданным параметрам соответствует разъединитель типа
РНД-110/630 Т1.
В результате курсовой работы было выбрано следующее
оборудование:
· Трансформаторы: ТД-5000/110 и ТМ-250/10,
· Выключатель нагрузки: ЭО-630C,
· Кабельную линию: СПУ,
· Силовые выключатели: ВЭ-10-40/630УЗ и
ВВУ-10Б-40/2000У1,
· Разъединитель: РНД-110/630 Т1.
Библиографический
список
1. Неклепаев
Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные
материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов.
4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1989. 608 с.
2. Пособие
к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических
специальностей / Под ред. В.М. Блок - М.: Высш. школа, 1981. 304 c.
. Справочник
по проектированию электроэнергетических систем/ Под ред. С.С. Рокотина и И.М.
Шапиро, 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1985. 352 с.
. Токарев
Б.Ф. Электрические машины: Учебник для техникум. - М. Энергоатомиздат, 1989 -
672 с.
. Применение
государственных стандартов в курсовом и дипломном проектировании: Метод.
указания / Сост.: В.В. Карпов, С.П. Шамец; ОмПИ. Омск, 1989. 32 с.
. Усатенко
С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Справочник. Выполнение электрических схем по
ЕСКД: М.: Изд-во стандартов, 1989. 325 с.
. Нейман
Л.Р., Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники: Учебник для вузов. 3-е
изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат, 1981. Т1. 536 с.
. Справочник
по электрическим машинам / Под общ. ред. И.П. Копылова. М.: Энергоиздат, 1988.
. Чунихин
А.А. Электрические аппараты / Общий курс. Учебник для вузов. 3-е изд., перераб.
и доп. М.: Энергоатомиздат, 1988. 720 с.
. Правила
устройства энергоустановок / Минэнерго СССР. 6-е изд., перераб. и доп. М.
Энергоатомиздат, 1986. Т. 1,2. 648 с.
. ГОСТ
14209-85. Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допускаемые
нагрузки. М.: Изд-во стандартов, 1985.
. Рожкова
Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. М.:
Энергоатомиздат, 1987. 648 с.
. Ястребов
П.П., Смирнов И.П. Электрооборудование. Электротехнология. М.: Высш. шк., 1987.
199 с.
. Околович
М.Н. Проектирование электрических станций. М.: Энергоатомиздат, 1982. 400 с.
. Смирнов
А.Д., Антипов К.М. Справочная книжка энергетика. М.: Энергоатомиздат, 1987. 568
с.