Курсовая работа: Разработка системы электроснабжения предприятия железнодорожного транспорта

Введение

В настоящее время, в эпоху электрификации, когда электрооборудование применяется повсеместно, одной из главных задач при строительстве любого объекта, является правильное проектирование системы электроснабжения.

Одной из самых электропотребляемых производств, является железнодорожный транспорт. Данную отрасль, можно разделить на две группы, по признаку электропотребителя. Первая группа – контактная сеть. Вторая группа – предприятия железнодорожного транспорта.

Предприятия ж.д. транспорта включают в себя как объекты обслуживающие ж.д. (вокзалы, депо, станции и.т.д.) так и отдельный большие предприятия производящие продукцию для нужд ж.д. транспорта. Предприятия ж.д. используют обширный перечень производственных механизмов на электропитании. Вот наиболее часто используемые агрегаты:

· Электродвигатели производственных механизмов встречаются в предприятиях всех служб. Наибольшие установленные мощности электропривода станков и других механизмов относятся к локомотивному и вагонному хозяйствам.

· В цехах локомотивных и вагонных депо установлены токарные, сверлильные, фрезерные, строгальные, шлифовальные, токарно-карусельные, винторезные и другие станки. Кроме станков, к потребителям этой группы могут быть отнесены молоты, установленные в кузнечных цехах локомотивных и вагонных депо.

· Станочное оборудование с электроприводом, как правило, небольшой мощности установлено в механических мастерских предприятий служб пути, грузового хозяйства, сигнализации и связи, электрификации и энергетического хозяйства, гражданских сооружений, отдела водоснабжения и др.

· К силовым общепромышленным установкам относятся компрессоры, насосы, вентиляторы и подьемно-транспортные устройства.

· Компрессорные установки широко применяются н железнодорожном транспорте – в локомотивных и вагонных депо для снабжения сжатым воздухом пневматического инструмента, проверки тормозной системы подвижного состава и других нужд.

· Вентиляторы устанавливаются в производственных и служебно-бытовых зданиях для систем приточно-вытяжной вентиляции, калориферного отопления, в установках для сушки тяговых двигателей в локомотивных депо, местного отсоса в цехах и т.д.

· Потребители рассматриваемой группы работают как правило в продолжительном режиме.

· Подъемно-транспортные механизмы (мостовые краны, тали, кран-балки, электродомкраты и др.) применяются в локомотивных депо и других хозяйствах. Потребители этой группы работают в повторно-кратковременном режиме с частыми толчками нагрузки.

Электроосветительные нагрузки применяются на всех железнодорожных станциях, в хозяйствах всех служб. Наряду с нагрузками внутреннего освещения производственных, служебно-бытовых, административных, жилых и других зданий значительную долю нагрузок составляет наружное освещение станций, территорий предприятий и поселков.

В отношении обеспечения надежности электроснабжения потребители делятся на три категории.

· К первой категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, срыв графика поездов, принести значительный ущерб железнодорожному транспорту и народному хозяйству в целом. Электроснабжение должно обеспечиваться от двух независимых источников питания, и перерыв электроснабжения допускается на время автоматического восстановления питания.

· Ко второй категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых приводит к нарушению производственного цикла и массовым простоям рабочих энергоемких предприятий. Рекомендуется обеспечивать питание от двух независимых источников питания. Перерыв в электроснабжении допустим лишь на время включения второго источника питания дежурным персоналом или выездной бригадой.

· К третьей категории относятся все остальные электроприемники, не относящиеся к первой и второй категориям. Электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для восстановления электроснабжения, не превышают одних суток.

Реферат

В курсовом проекте рассчитаны электрические нагрузки цехов, определен центр электрических нагрузок. Выбрано место положения главной распределительной подстанции. Рассчитаны мощности цехов с учетом потерь в трансформаторах и с учетом компенсации реактивной мощности на низкой стороне. Для сети 10кВ выбраны кабельные линии. Рассмотрены два варианта схем электроснабжения – магистральная и радиальная схемы. Рассчитаны ток короткого замыкания для РУ-10 кВ, выбрано и проверено оборудование для схемы электроснабжения. Нарисована однолинейная схема электроснабжения.

Характеристики цехов предприятия

Структура установленной мощности предприятия

Ведомость нагрузок

1. Расчет электрических нагрузок

1.1 Силовые электрические нагрузки

Расчет электрических нагрузок по цехам выполняется по методу упорядоченных диаграмм. Главным расчетным параметром этого метода является коэффициент расчетной мощности , определяемый в зависимости от эффективного числа приемников , и группового коэффициента использования для данного узла:

(1)

(2)

где n – число электроприемников в группе.

Расчетная активная нагрузка любой линии на 2УР находится по формуле

(3)

Расчетная реактивная мощность для электроприемников с индуктивным характером нагрузки определяется как

, (4)

где принимается в зависимости от :

(5)

Составим итоговую таблицу по расчёту электрических нагрузок цехов

Расчётные нагрузки цехов

1.2 Электрические нагрузки освещения

Расчет нагрузок производим с помощью коэффициента спроса:

Потребляемая мощность электроосвещением находиться по формуле:

Росв.=Кс*Ру (6)

где Кс – коэффициент спроса,

Ру – установленная мощность.

Ру = Руд*F (7)

где F – площадь цеха (м² )

Р уд – определяем из [1, табл. 6]

1.3 Суммарные электрические нагрузки цехов

Расчетные силовые и осветительные нагрузки

1.4 Картограмма нагрузок

Картограмма электрических нагрузок представляет собой нанесение на генеральный план окружности в выбранном масштабе.

Ррасi=МpRi²

M =10 – выбранный масштаб;

Ri=Ö Ppасi / pМ

Нагрузка активной мощности представляется на картограмме в виде сектора, с углом

a=Росв*360 / РрΣ

Ррi=360

Pосв=a

Картограмма нагрузок активной мощности

Таблица нагрузки реактивной мощности

Картограмма нагрузок реактивной мощности

1.5 Выбор компенсирующих устройств

Потребная мощность компенсирующих устройств (КУ)

, (3.23)

– экономическое значение коэффициента реактивной мощности,

=0,33

(3.24)

К установке принимается ближайшая по мощности стандартная комплектная конденсаторная установка (ККУ). При этом не должна превышать, т.е. .

Тогда итоговая реактивная нагрузка на шинах ТП

Параметры комплектных конденсаторных установок (ККУ) 0.4 кВ

1.6 Определение координат центра электрических нагрузок

Для определения центра электрических нагрузок используется механическая аналогия (находим центр тяжести плоской фигуры). На генеральном плане наносим прямоугольную декартовую систему координат, находим координаты цехов.

Определение центра электрических нагрузок

Определение ЦЭН

2. Выбор числа и мощности цеховых трансформаторных подстанций

Выбор числа и мощности цеховых трансформаторных подстанций.

Параметры трансформаторов 10/0.4 кВ

3. Разработка системы внутризаводского электроснабжения

3.1 Расчет потерь в трансформаторах

Расчетные формулы:

;

3.2 Потери в трансформаторах

3.3 Выбор места положения ГПП или ГРП

Исходя из технико-экономических соображений ГПП желательно располагать в центре электрических нагрузок (ЦЭН). Для определения ЦЭН может быть использован приближенный метод определения центра тяжести масс однородных плоских фигур.

Так как ЦЭН находится в близости от железнодорожных путей, а также то обстоятельство, что для размещения ГПП необходимо: достаточно большая площадь, свободная от застройки и подземных коммуникаций, прокладка кратчайших трасс питающих линий, заставляет нас располагать ГПП, несколько отступив от ЦЭН.

Вариант 1. Схема по радиальному принципу

3.4 Длины кабельных линий

Вариант 1

Вариант 2. Схема по смешанному принципу

Длины кабельных линий

Вариант 2

3.5 Количество ячеек отходящих линий ГРП

Вариант 1 …………………. 8

Вариант 2 …………………. 4

Кабельные трассы. Радиальная схема

Значения коэффициентов одновременности для определения расчетной нагрузки на шинах 6 (10) кВ РП, ГРП, ГПП

Кабельные трассы. Смешанная схема

3.6 Расчет электрических нагрузок на головных участках магистралей

3.7 Выбор сечений кабелей по нагреву

Выбор сечения проводов и кабелей по нагреву проводят по расчетному току, который должен быть меньше допустимого тока или равен ему:

Iдоп ³ Ip,

Если электроснабжение потребителей производилось по параллельным линиям, то в качестве расчетного принимается ток в одной из параллельных линий в предположении, что вторая линия вышла из строя.

Чтобы определить расчетные токи линий, подходящих к каждому цеху, необходимо учесть потери мощности в трансформаторах и определить полную мощность линии.

Потери мощности в трансформаторе можно определить:

– активные потери: DРт=DРхх+DРкз*(Sp_S / Snom)²

-реактивные потери: DQт=DQхх+DQкз*(Sp_S / Snom)²

где DQкз=Uкз*Snom/100,

Активные потери цеха с учетом потерь в трансформаторе:

P= Pp + DРт

Реактивные потери цеха с учетом потерь в трансформаторе:

Q= Qp + QРт

Полная мощность равна:

S=Ö P² +Q²

Расчетный ток:

Iр=S / Ö3 *Unom

Если у нас двух трансформаторная цеховая подстанция, то суммарную полную мощность берем в два раза меньше.

Определение суммарной расчетной нагрузки узла системы эдектроснабжения по значениям n расчетных нагрузок осуществляется суммированием расчетных нагрузок отдельных групп электроприемников, входящих в узле с учетом разновременности (несовпадения) максимумов нагрузок.

S=Kнм*SSpi,

где Кнм – коэффициент несовпадения максимумов нагрузки,

Spi – расчетная нагрузка I-го электроприемника или группы электроприемников.

Кнм – равен отношению максимальной получасовой нагрузки к сумме максимальных получасовых нагрузок отдельных электроприемников или цехов. Коррозионная способность земли низкая. Выбирается кабель марки ААБ.

Вариант 1

Вариант 2

3.8 Выбор сечений по экономической плотности тока

Т_М =4500 ч

Прокладка кабельных линий в траншеях

Вариант 1

Вариант 2

Стоимость ячеек отходящих линий ГРП

Суммарные капитальные затраты

Отчисления на амортизацию и обслуживание

Вариант 1

Вариант 2

Стоимость потерь электроэнергии

Параметры кабельных линий

Вариант 1

Вариант 2

Потери мощности

Вариант 1

Вариант 2

Время максимальных потерь Тм=4500

=2886.21 ч

Годовые потери электроэнергии

Суммарные издержки

Расчетные затраты

К исполнению принимается вариант со схемой по смешанному принципу.

4. Уточненный расчет выбранного варианта

4.1 Проверка выбранных сечений по потере напряжений

Сопротивления кабельных линий

Определение потери напряжения

Выбранные сечения проходят по потере напряжения, так какDU<5%

4.2 Разработка системы внешнего электроснабжения

Определение расчетных электрических нагрузок предприятия

Расчетный ток в нормальном режиме равен 42,4А, в аварийном режиме 84,849А. Выбираем кабель АВВГ-3х35, допустимый ток 115 А. По экономической плотности тока сечение 30,30мм² , принимается АВВГ-3х35.

Проверка по потере напряжения

4.3 Расчет токов короткого замыкания

Расчет сопротивлений трансформаторов

;

;

.

Сопротивления трансформаторов

5. Выбор оборудования

Для обеспечения надежной работы аппаратуры и токоведущих частей электроустановки, необходимо правильно выбрать их по условиям длительной работы в нормальном режиме и кратковременной работы в режиме КЗ.

Выбор аппаратуры и токоведущих частей выполняется по номинальному току и напряжению:

Uуст£Uном

Iраб£Iном

Где Uуст – номинальное напряжение установки;

Uном – номинальное напряжение аппарата;

Iраб – рабочий ток присоединения, где установлен аппарат;

Iном – номинальный ток аппарата;

Выбранные по условиям нормального режима работы аппараты необходимо проверить по условиям КЗ, т.е. на электродинамическую и термическую устойчивость.

5.1 Выключатели

Выключатели выбираются по следующим условиям:

1. по напряжению установки: Uном³Uуст;

2. по номинальному току: Iном³Iраб;

3. по конструктивному исполнению;

Выбранные выключатели проверяются:

1. на электродинамическую стойкость:

iу £ iпр;

где iу – ударный ток КЗ в цепи выключателя;

iпр – амплитудное значение предельного сквозного тока КЗ;

2. на термическую стойкость:

Вк £ I² т*tт;

где Вк – тепловой импульс в цепи выключателя;

Iт – ток термической стойкости;

tт – время протекания тока термической стойкости;

выбираем:

– выключатель на вводах и фидрах ГРП – 10 кВ:

ВМПЭ – 10 – 630 – 20 У3

Время отключения – tв = 0,12 с.

Время протекания тока термической стойкости tт = 8 с.

Ток термической стойкости Iт = 20 кА.

Условия проверки:

Iоткл ³ Iк, или 20 кА > 12,404кА

iдоп ³ iу, или 52 кА > 22,25 кА

Вк = 0,72 кА² с

Iт² *tт ³ Вк, или 20² * 8 = 3200 > 21,17 кА² с

5.2 Предохранители

Предохранители на напряжение свыше 1000 В используют для защиты трансформаторов напряжения в РУ-10 кВ. При этом применяют предохранители типа ПКН, ПК и ПКТ (трубчатые с кварцевым заполнителем).

Выбираем предохранитель для защиты ТН: ПКН 001–10У3.

Для защиты понижающих трансформаторов: ПКТ 101–10–31,5 У3.

Условия проверки:

Iоткл ³ Iк, или 31,5 кА > 12,404 кА

iдоп ³ iу, или 31,5 кА > 22,25 кА

5.3 Разъединитель

Разъединители выбираются по условиям:

1. по напряжению установки: Uном³Uуст;

2. по номинальному току: Iном³Iраб;

3. по виду установки;

4. по конструктивному исполнению: однополюсные или трехполюсные, с заземляющими ножами или без них, с вертикальным расположением главных ножей или с горизонтальным;

Выбранные разъединители проверяются:

1.на электродинамическую стойкость: iу £ iпр;

2.на термическую стойкость: Вк £ I² т*tт;

Выбираем:

РВ – 10/400 У3

Номинальный ток I_ном =400А

Время протекания тока термической стойкости tт = 4 с.

Ток термической стойкости Iт = 16 кА.

Условия проверки:

iдоп ³ iу, или 41кА > 22,25 кА

Вк = 21,17 кА² с

Iт² *tт ³ Вк, или 16² * 4 = 1024 кА² с >21,17 кА² с

5.4 Выключатели нагрузки

Выбор осуществляется по номинальному рабочему току и напряжению

ВНПу – 10 / 400 – 10з У3.

Номинальный ток I_ном =400А

5.5 Выбор измерительных трансформаторов

Контрольно-измерительные приборы устанавливаются для контроля за электрическими параметрами в схеме электроустановки и расчетов за электроэнергию, потребляемую и отпускаемую подстанцией.

1. измерение тока выполняется на вводах силовых трансформаторов со стороны всех ступеней напряжения: на всех питающих и отходящих линиях;

2. измерение напряжения осуществляется на шинах всех РУ;

3. учет активной и реактивной энергии с помощью счетчиков выполняется на вводах низкого напряжения понизительных трансформаторов, фидерах потребителей, ТСН.

Трансформаторы тока.

Трансформаторы тока выбираются по условиям:

1. по напряжению установки: Uном³Uуст;

2. по номинальному току: Iном³Iраб;

3. по роду установки (внутренняя, наружная);

4. по классу точности (при питании расчетных счетчиков – 0,5; щитовых приборов и контрольных счетчиков – 1; релейной защиты – 3 и 10);

Выбранные трансформаторы тока проверяются:

1. на электродинамическую стойкость: iу £ iпр;

2. на термическую стойкость: Вк £ I² т*tт;

Выбираем:

– на обмотке ВН ГРП и шинах РУ-10 кВ:

ТПЛ – 10 У3

U _ном =10кВ; I_ном1 =200А; I_ном2 =5А

Время протекания тока термической стойкости tт = 3 с.

Ток термической стойкости Iт = 13,5 кА.

Ток динамической стойкости Iдин = 52,5 кА

Условия проверки:

Iдин ³ iу, или 52,5 кА > 22,25 кА

Вк = 21,17 кА² с

Iт² *tт ³ Вк, или 13,5² * 3 = 546,75 кА² с > 21,17 кА² с

по величине нагрузки вторичной цепи r2_ном ³r2

Присоединяем амперметр Э-378, счетчики активной САЧ-И672 и реактивной СРЧ-И673 энергии на обмотку класса точности 0,5

r2=r_пр +r_к +r_приб

r_к =0,05Ом

r_пр =r*l_расч /q; r=2,83*10^-8 Ом м, q=4*10^-6 м² , l_расч =30 м

r_пр =2,83*10^-8 *30/4*10^-6 =0.12Ом

r_приб =S_приб / I² _ном =(0,5+2,5+2,5)/5² =0,22 Ом

r2=0,22+0,12+0,05=0,39 Ом £ 0,4 Ом

На обмотку класса точности 10Р присоединяем реле тока РТ-40/2 и реле времени РВМ-12

r_приб =(0,2+10)/ 5² =0,408 Ом

r2=0,408+0,12+0,05=0,578 Ом £ 0,6 Ом

Трансформатор тока на цеховых подстанциях ТЛК-10–3-У3

U _ном =10кВ; I_ном1 =200А; I_ном2 =5А

1. на электродинамическую стойкость: iу £ iпр;

22,25 кА £ 52кА

2. на термическую стойкость: Вк £ I² т*tт;

Вк=21,17 кА² с£ I² т*tт=10² *3=300 кА² с

3. по величине нагрузки вторичной цепи r2_ном ³ r2

Присоединяем амперметр Э-378, счетчики активной САЧ-И672 и реактивной СРЧ-И673 энергии на обмотку класса точности 0,5

r2=r_пр +r_к +r_приб

r_к =0,05Ом

r_пр =r*l_расч /q; r=2,83*10^-8 Ом м, q=4*10^-6 м² , l_расч = 30 м

r_пр =2,83*10^-8 *30/4*10^-6 =0.12Ом

r_приб =S_приб / I² _ном =(0,5+2,5+2,5)/5² =0,22 Ом

r2=0,22+0,12+0,05=0,39 Ом £ 0,4 Ом

На обмотку класса точности 10Р присоединяем реле тока РТ-40/2 и реле времени РВМ-12

r_приб =(0,2+10)/ 5² =0,408Ом

r2=0,408+0,12+0,05=0,578 Ом £ 0,6 Ом

Трансформаторы напряжения.

Трансформаторы напряжения выбираются по условиям:

1.по напряжению установки: Uном³Uуст;

2.по конструкции и схеме соединения обмоток;

3.по классу точности (при питании расчетных счетчиков – 0,5; щитовых приборов и контрольных счетчиков и реле 1 и3); на соответствие классу точности во вторичной нагрузке: S₂ £S₂ ном; Выберем НТМИ 10–66У3.

Проверка соответствия класса точности во вторичной нагрузке

S₂ =ÖР² _{приб å} +Q² _{приб å} =100,2 ВА£ S₂ ном =120 ВА

Вывод

В курсовом проекте рассчитаны электрические нагрузки цехов, определен центр электрических нагрузок. Выбрано место положения главной распределительной подстанции. Рассчитаны мощности цехов с учетом потерь в трансформаторах и с учетом компенсации реактивной мощности на низкой стороне. Выбраны кабели. Рассмотрены два варианта схем электроснабжения по радиальному и смешанному принципу, по стоимости схем выбрана схема смешанному принципу. Рассчитаны ток короткого замыкания для РУ-10 кВ, выбрано и проверено оборудование для магистральной схемы. Представлена однолинейная схема.

Литература

1. Крюков А.В. Определение потерь электроэнергии в системах электроснабжения предприятий железнодорожного транспорта. – Иркутск: ИрГУПС, 2002. – 36 с.

2. Крюков А.В. Системы электроснабжения: справочные материалы у курсовому проектированию. – Иркутск: ИрИИТ, 2002. – 46 с.

3. Крюков А.В. Статистический анализ графиков электрических нагрузок предприятий железнодорожного транспорта. – Иркутск: ИрГУПС, 2002. – 50 с.

4. Алиев И.И. Электротехнический справочник. – М.: Радиософт, 2002, – 384 с.