Курсовая работа: Проектування системи електропостачання

Зміст

1. Завдання на курсову роботу

2. Зміст

3. Введення

4. Розробка структурної схеми СЕП відповідно до вихідних даних

5. Побудова добових і річних по тривалості графіків навантажень для підстанцій об’єктів і СПП

6. Визначення числа і потужності силових трансформаторів і генераторів на підстанціях

7. Розрахунок електричної розподільної мережі. Визначення параметрів КЛЕП між ТПП об’єктів і СПП

8. Розрахунок струму трифазного короткого замикання для випадку КЗ на високовольтних шинах трансформаторної підстанції об’єкта.

9. Перевірка розрахованої шинної конструкції на електродинамічну і термічну стійкість для найбільш важного з розрахованих випадків КЗ

10. Вибір високовольтних комутаційних апаратів.

11. Висновок

12. Література

ВСТУП

Проектування систем електропостачання полягає в розробці комплексної документації, яка містить техніко-економічні обґрунтування, розрахунки, креслення, схеми та пояснювальна записка.

Основна остаточна мета процесу проектування – створення мисленого уявлення про конкретну систему електропостачання. Система електропостачання – це сукупність електроустановок пов’язаних єдиним процесом виробництва, передачі, перетворення і розподілу електричної енергії по споживачам. Для створення доскональної та надійної системи електропостачання розробляється проект.

Проект – це сукупність конструкторських документів, які дають потрібне уявлення про будову створюваного спорудження(об’єкт системи).

В ході проектування проводиться аналіз потужності електроспоживачів, їх котегорїйність на напруги на якій вони працюють, а також їх розташування.

В результаті аналізу визначаються групи приймачів електроенергії та намічається попередній варіант структурної схеми електропостачання. Далі проектувальник повинен вирішити задачу оптимального варіанту ел.мережи та порівняти їх технічні та економічні показники.

Наступним кроком є встановлення технічних параметрів при виборі конкретного електроустаткування. На цьому етапі проектування робиться загальна розробка взаємозв’язків конструктивної частини, кабельних трас, технології монтажу, процесу керування тощо. За даними, одержаними на цьому етапі проводяться розрахунки з визначенням параметрів системи електропостачання та робиться вибір обладнання релейного захисту та автоматики.

Завершенням проекту є вибір обладнання і техніко-економічні розрахунки з контролю правильності та якості прийнятих рішень.

Слід зазначити, що проектування систем електропостачання є складною задачею, яку вирішує у НДІ та НПІ. Значно простішим але не менш важливим, у плані підготовки спеціалістів є навчання проектуванню систем електропостачання , яке обмежується проектуванням її електротехнічної частини. Підставою для виконання проекту є завдання на проектування та вихідні данні.

Змістом навчального проектування є пояснювальна записка та креслення. До пояснювальної записки входять короткі обґрунтування ухвалених рішень, потрібні розрахунки, схема СЕП, графіки електричних навантажень, схеми захисту ліній та підходу, до електричної підстанції від напруги.

1.ПОБУДОВА ДОБОВИХ ТА РІЧНИХ ПО ТРИВАЛОСТІ, ГРАФИКИ НАВАНТАЖЕНЬ ДЛЯ ОБЄКТІВ ТА СПП.

Побудова графіків навантаження об’єктів починається з побудови графіків навантажень окремих споживачів приєднаних до об’єктів. Для окремих споживачів будують типові добові графіки навантажень для зими та літа. При цьому слід враховувати, що для території України прийнято важать що зимних діб 213, а літніх 152. З довідкової літератури задані типові графіки навантажень переносять на наш конкретні випадок, тобто довідкові дані які задані з відносних одиницях перераховуються у абсолютні одиниці відповідно до даних в навчальному проектуванні. Слід зазначити, що в чисельнику показані дані для літніх діб, а у знаменнику для зимових . Щоб отримати графіки у абсолютних одиницях необхідно помножити дані у таблиці на значення номінальної потужності типового споживача.

Побудова добових графіків навантаження для СПП, проводиться шляхом складання навантажень трьох об’єктів.

Побудова річних графіків навантаження для об’єктів здійснюється на основі підсумкових зимових та літніх навантажень. Побудова графіків проводиться з урахуванням того, що підстанція працюють протягом року 152 доби з літнім навантаженням, та 213 діб з зимовим навантаженням. Щоб визначити тривалість на протязі року даного рівня навантаження, необхідно з’ясувати скільки годин з цим навантаження підстанція працює літом та взимку і дані результати скласти. Для цього навантаження перемножують на 152, потім на 213 і результат складують. По аналогії проводять розрахунок річного графіка навантажень для СПП.

ДЛЯ ТП¹1

ДЛЯ ТП¹2

ДЛЯ ТП3 ТА СПП

2. ВИБІР СИЛОВИХ ТРАНСФОРМАТОРІВА ТА ГЕНЕРАТОРІВ.

Вибір трансформаторів робиться з урахуванням умов їх установки , виду охолодження, частоти та напруги мережі, що живить, напруги потужності та режиму роботи приймачів електричної енергії. Умови установки трансформатора визначаються атмосферними умовами навколишнього середовища, його хімічною агресивністю, ступенем пожежної небезпеки. При напрузі 35 кВ та вище трансформатори виготовляються лише з масляними охолодженнями і найчастіше встановлюються надворі.

Вибір потужності трансформаторів проводиться, виходячи з повного розрахункового навантаження об’єкта з урахуванням його характеру. Потужність трансформаторів, що живлять промислове навантаження, слід вибирати з середнього навантаження у найбільш навантажену зміну. Потужність трансформаторів, що живлять різко перемінне ударне навантаження, вибирається так, щоб відношення діючого значення струму навантаження до номінального струму трансформатора не перевищувало значень, наведених у стандартах на силові трансформатори. При виборі потужності трансформатора обов’язково враховується його перенавантажувальна здатність. Якщо кількість трансформаторів на підстанції більше двох або дорівнює двом, то потужність кожного з них вибирається за формулою:

P_{розр max} – максимальна розрахункова потужність підстанції, визначена з добового графіка;

n - кількість трансформаторів.

Для одно трансформаторних підстанцій, а також у разі застосування двох або більше трансформаторів, кожен з яких працює окремо і живить споживачів 1 та 2 категорій, вибір трансформаторів робиться за допомогою графіків навантажувальної здатності.

Із побудованих при розрахунку навантажень добових графіків навантаження за літню та зимову добу вибирається той графік, площа якого більша. Далі цей вибраний графік перетворюють у двоступінчастий. Робиться це так. Із графіка знаходять максимальне навантаженняP _max і визначають його тривалість t_n . Потім підраховують величину еквівалентного навантаження P_екв для десятигодинного періоду, який передує навантаженню P _max . Розрахунок величини P_екв проводиться за формулою і дорівнює:

,

де P₁ , P₂ ,…, P_n – навантаження підстанцій на різних ступенях графіка навантаження тривалістю відповідно t₁ , t₂ ,…, t_n для десятигодинного періоду, що передував P _max (t₁ +t₂ +…+ t_n =10г).

Крім величин S _max , S_екв із графіка навантаження :

_;

та знаходять попередні значення коефіцієнтів:

; .

З початку координат відповідного графіка навантажувальної здатності, проводять згідно рівняння:

,

В точці перетику прямої з кривою допустимого пере навантаження для часу t_п визначають допустимі значення коефіцієнтів К_{1 доп} та К_{2 доп} . Якщо виявиться, що

К_{2 доп} іК_{2 пр} , то шукану величину потужності трансформатора визначають за формулою:

,

У разі, коли К_{2 доп} £ К_{2 пр} , для значення перевантаження трансформатора його потужність вибирають за шкалою потужності більшого, ніж потрібно за результатами розрахунку. Використовуючи результати розрахунків: дані наведені у таблицях, вибирають тип трансформатора, які будуть встановлені на підстанції.

При реконструкції електростанції слід, крім того, врахувати габарити і масу трансформаторів.

Слід також зазначити, що трансформатор може бути перевантажений взимку за рахунок його недовантаження в літній час, бо при зниженні навантаження природній строк служби трансформатора збільшується за рахунок зниження температури металу обмотки. У відповідності с цим допускають 1% перевантаження трансформатора в зимовій час та кожен процент його недовантаження в літній період, але всього не більше ніж 15%. Загальне систематичне перевантаження трансформатора не повинно перевищувати 30%, тобто S_доп £ 1,3S_Тном .

Генератори вибирають з даних, які отримують з графіків навантажень, тобто із значень потужності які мають споживачі 1-й категорії . Вибір здійснюється з використанням довідкової літератури в якій вказують типи генераторів, дизельних двигунів та їх технічні характеристики.

2.1. Вибір силових трансформаторів для об’єкту №1

Р _max =32,5 кВА

t _п =6 год.

розрахункові данні:

Табличні данні

Із графіка К_{2 доп} =1,18. Умова К_{2 доп} > К_{2 пр} виконується, тоді

кВА

Коефіцієнт К_{2 пр} у нас більший ніж 1,5 , тому вибираємо трансформатор з урахуванням що S_доп £ 1,3 S_Т.ном . Одже, вибіраемо трансформатор типу

ТМ-40/6-10. Перевіряємо на виконання умови S_доп £ 1,3 S_Т.ном , 32,5 £ 1,3Ч40Ю32,5 £ 52.

Технічні данні ТМ-40/6-10: U_{ном ВН} =10 кВ, U_{ном НН} =0,4 кВ , U_кз = 4,5% ,I_хх =3 %.

2.2. Вибір силових трансформаторів для об’єкту №2

Р _max =83 кВА

t _п =1 год.

розрахункові данні:

Табличні данні

Із графіка К_{2 доп} =1,325. Умова К_{2 доп} > К_{2 пр} виконується, тоді

кВА

Коефіцієнт К_{2 пр} у нас більший ніж 1,5 , тому вибираємо трансформатор з урахуванням що S_доп £ 1,3 S_Т.ном . Одже, вибіраемо трансформатор типу

ТМ-100/6-10. Перевіряємо на виконання умови S_доп £ 1,3 S_Т.ном , 85 £ 1,3Ч87Ю85 £ 113.

Технічні данні ТМ-100/6-10: U_{ном ВН} =10 кВ, U_{ном НН} =0,4 кВ , U_кз = 4,5% ,I_хх =2,4 %.

2.3. Вибір силових трансформаторів для об’єкту №3

Р _max =27,5 кВА

t _п =21 год.

розрахункові данні:

Табличні данні

Із графіка К_{2 доп} =1,09. Умова К_{2 доп} > К_{2 пр} виконується, тоді

кВА

Коефіцієнт К_{2 пр} у нас більший ніж 1,5 , тому вибираємо трансформатор з урахуванням що S_доп £ 1,3 S_Т.ном . Одже, вибіраемо трансформатор типу

ТМ-40/6-10. Перевіряємо на виконання умови S_доп £ 1,3 S_Т.ном , 27,5 £ 1,3Ч34Ю27,5 £ 44,2.

Технічні данні ТМ-40/6-10: U_{ном ВН} =10 кВ, U_{ном НН} =0,4 кВ , U_кз = 4,5% ,I_хх =3 %.

2.4. Вибір силових трансформаторів для СПП

Р _max = 145 кВА

t _п =1 год.

розрахункові данні:

Табличні данні

Із графіка К_{2 доп} =1,251. Умова К_{2 доп} > К_{2 пр} виконується, тоді

кВА

Коефіцієнт К_{2 пр} у нас більший ніж 1,5 , тому вибираємо трансформатор з урахуванням що S_доп £ 1,3 S_Т.ном . Одже, вибіраемо трансформатор типу

ТМ-1000/6-10. Перевіряємо на виконання умови S_доп £ 1,3 S_Т.ном , 125,6 £ 1,3Ч157Ю125,6 £ 204.

Технічні данні ТМ-1000/6-10: U_{ном ВН} =35 кВ, U_{ном НН} =11 кВ , U_кз = 6,5% ,I_хх =1,5 %.4

2 .5. Вибір генераторів

1) Для ТП№1:

Згідно з довідковими даними по дизельелектростанціям обираю ДЕС типу ДГМА-48 з синхронним генератором типу ЕСС-92-4. Якій мають такі технічні характеристики :

S=60 кВА; P=48 кВт ;U=0,4 кВ; X_d =2,41; X^’’ _d =0,21.

2) Для ТП№2:

Згідно з довідковими даними по дизельелектростанціям обираю ДЕС типу ДГ-100 з синхронним генератором типу ГСФ-100. Якій мають такі технічні характеристики :

S=125 кВА; P=100 кВт ;U=0,4 кВ; X_d =2,26; X^’’ _d =0,131.

3) Для ТП№3

Згідно з довідковими даними по дизельелектростанціям обираю ДЕС типу ДГМА-48 з синхронним генератором типу ЕСС-92-4. Якій мають такі технічні характеристики :

S=60 кВА; P=48 кВт ;U=0,4 кВ; X_d =2,41; X^’’ _d =0,21.

Ці генератори необхідні для резервування об’єктів першої категорії по основному обладнанню.

3. ВИБІР ШИН.

Переріз шин вибирають за економічною густиною струму J_е , перевіряють на допустимий тривалий струм навантаження, на термічну та електродинамічну стійкість при КЗ.

Переріз шини F визначається за формулою:

;

де

S_max – максимальна потужність навантаження, приєднаного до шин;

U_ном – номінальна напруга .

Дані про величину економічної густини струму для мідних та алюмінієвих шин дані в довідковій літературі.

Розрахованій за формулою переріз шин округляється до найближчого стандарту, тобто q_ш ≥ q_ст .

Розрахунок шин об’єкту :

j_e =3 – взято з довідкової літератури (для шин з міді при Т_max =1000)

З довідкової літератури вибираємо стандартні значення шин:

- переріз однієї шини q_ш =75 мм²

- розміри шини bxh=25x3

- I_доп = 340 А.

4. РОЗРАХУНОК СТРУМІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАНІЯ В СЕП.

Розрахунок струмів КЗ проводиться з метою забезпечення динамічної та термічної стійкості струмоведучих та інших елементів СЕП в аварійних режимах роботи. Забезпечення динамічної та термічної стійкості являє собою не лише конструкторське але й проектне завдання. Надто висока стійкість електрообладнання до дії струмів КЗ веде до значних витрат матеріалів, а це при дорощує конструкцію, тому при проектуванні не слід перевищувати деякі гра нічні значення динамічного та термічного навантаження.

Розрахунок струмів КЗ ведеться при різних видах КЗ, на електродинамічну стійкість – для трифазного КЗ, а на термічну – для одно- або двофазного КЗ. Також одним із методів розрахунку на електродинамічну та термічну стійкість є розрахунок на вид КЗ. За даними цих розрахунків здійснюється вибір основного устаткування, проектування обладнання релейного захисту та автоматики, аналіз стійкості СЕП.

4.1 Розрахунок трифазного короткого замикання в СЕП

Розрахунок починають із складання розрахункової схеми, на яку наносять всі елементи СЕП з їх параметрами. В розрахункову схему своїми над перехідними опорами були введені усі генератори, синхронні та асинхронні двигуни, розташовані поряд з точкою КЗ.

Трансформатори, реактори, ЛЕП, які з'єднують джерела живлення з місцем КЗ, вводяться в схему своїми опорами.

Потім потрібно вибрати базисні умови і провести перерахунок усіх елементів розрахункової схеми до базисних умов. При виборі базисних умов, а саме Sб та Uб дотримуються таких правил: Sб беремо кратне 10, а Uб беремо таким чином, щоб вона відповідала номінальній напрузі тієї ступені, на якому обчислюється струм КЗ.

Базисний струм та базисний опір можна визначити за формулами:

,

Складемо схему заміщення та виберемо базисні умови:

S _б =1000 кВА;

U _б =10 кВ;

кА;

Базисний опір для КЛЕП визначається за формулою:

Базисний опір трансформатора визначається за формулою:

В наступному кроці розрахунку є спрощення розрахункової схеми і приведення її до такого радіально променевого вигляду, коли розрахункової точки КЗ відходять кілько променів, кожен з яких закінчується еквівалентним генератором:

;

Слідуючи етапом у розрахунку є визначення основних параметрів трифазного КЗ.

Знайдемо над перехідний струм:

кА,

Знайдемо потужність:

кВА,

Знайдемо ударний струм:

кА,

де К_у – ударний коефіцієнт якій при U_ном =10 кВ відповідає значенню 1,28.

Знайдемо установи вшийся струм :

кА

- оскільки мережа має необмежену потужність.

Сумарне значення відповідних параметрів для КЗ в точці К визначимо шляхом складання відповідних складових:

кА,

кВА,

кА,

кА.

4.2. Розрахунок несиметричного двофазного короткого замикання на землю.

Спочатку складемо схему заміщення прямої послідовності. Вона буде аналогічною до схеми заміщення за розрахунку трифазного КЗ.

;

;

;

S _б =1000 кВА ;

U _б =10 кВ;

кА

Наступним кроком є складання схеми заміщення оберненої послідовності. Вона будується з урахування елементів мережі з яких взаємоіндукція не залежить від порядку чергування фаз і дорівнює опору прямої послідовності Х₁ ^(п) = Х₂ ^(п) , до таких елементів СЕП належать : КЛЕП, трансформатори.

Схема заміщення оберненої послідовності:

;

.

Визначення додаткових опорів:

;

.

Визначення струмів прямої послідовності для променя з джерелом необмеженої потужності.

кА;

Визначення струмів прямої послідовності для променя з джерелом необмеженої потужності .

кА.

Визначення кінцевих параметрів несиметричного короткого замикання для точці К.

;

;

к (для n=1,1) = 2

к – кількість пошкоджених фаз.

кВА.

5. ПЕРЕВІРКА РОЗРАХУНКУ ШИННОЇ КОНСТРУКЦІЇ НА ЕЛЕКТРОДИНАМІЧНУ І ТЕРМІЧНУ СТІЙКІСТЬ ДЛЯ НАЙДІЛЬШ ВАЖНОГО З РОЗРАХОВАНИХ ВИПАДКІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ.

5.1. Перевірка не електродинамічну стійкість.

При перевірці шинної конструкції на електродинамічну стійкість звертають увагу на зусилля які виникають між фазами при проходженні через них струмів короткого замикання. В даній роботі найбільш важним випадком КЗ буде двофазне коротке замикання на землю. Цей випадок можна зробити проаналізувавши значення струмів які протікають при різних випадках КЗ.

Зусилля які виникають між шинами при двофазному КЗ на землю визначають за формулою:

,

де i _у – ударний струм двофазного КЗ.

l – довжина шини між ізоляторами

a – відстань між шинами

K _ф – коефіцієнт форми , тоді K _ф = 0,72.

Напругу матеріалу при вишні σ_розр від взаємодії шин при КЗ знаходять за формулою:

,

(мм² )=0,312 (м² )

Основним правилом яке визначає стійкість шинної конструкції при КЗ є виконання умови: σ_розр ≤σ_доп отже вимога виконується так як 53 Па ≤70 МПа.

І це свідчіть що конструкція електродинамічна стійка.

5.2. Перевірка на термічну стійкість.

При перевірці шин на термічну стійкість звертають увагу на температуру шин при найтяжчому випадку КЗ. Якщо умова Т_{к макс} ≤ Т_{к доп} не виконується, то шинна конструкція термічно не стійка, якщо виконується , то дану шинну конструкцію можна експлуатувати.

Вихідні данні:

S =25 X 3;

I ^’’ =6,57 (кА )

I _∞ =3,63 ( кА )

t _рз =2 – час спрацювання релейного захисту,

t _вимк =0,2 – час вимкнення,

Т₀ =60⁰ С – температура шин при нормальній експлуатації

Т_{к доп} (Al)=200 ⁰ C – взято з довідкової літератури.

Рішення:

- розрахуємо час КЗ t _к = t _рз + t _вимк =2+0,2=2,2 сек,

- розрахуємо фіктивний час періодичної складової по розрахунковим кривим t _фп =2,25,

- розрахуємо фіктивний час аперіодичної складової, для чого знайдемо:

,

t _фа =0,

- знайдемо сумарний ефективний час t _ф =2,25.

А² с

[ А² с/мм² ] ,

де S = q _ш – поперечний переріз шини.

Т_{к max} = 20⁰ C

Перевірив умови Т_{к макс} ≤ Т_{к доп} 10⁰ С ≤ 20⁰ С – зробимо висновок що конструкція термічно стійка.

6. ВИБІР ВИСОКОВОЛЬТНИХ КОМУТАЦІЙНИХ АПАРАТІВ НА ОСНОВІ ДАНИХ І ПРОВЕДЕНИХ РОЗРАХУНКІВ.

Вибір автоматичних вимикачів.

Автоматичний вимикач вибирають за конструктивним виконанням, номінальною напругою та струмом, а також ударним струмом.. В нашому випадку обираємо вимикач типу:ВВМ-10-400-10У2

ЗАКЛЮЧЕННЯ

Виконання навчального проекту системи електропостачання є важливим кроком, який дозволяє узагальнити всі набуті знання та навички і сформування у виконавця чітке уявлення про роботу, експлуатацію, ремонт та комплектування системи електропостачання.

Розрахунок проекту системи електропостачання є ще одним великим кроком до становлення виконавця як інженера-електрика.

Незважаючи на деякі спрощення у навчальному проектуванні по відношенню до справжнього проекту, він містить всі необхідні розділи, пункти та розрахунки, які дозволяють виконавцю отримати повне уявлення про СЕП.

Отже, дана робота є важливим і одним із завершальних етапів по отриманню курсантом знань та умінь спеціаліста в області електротехніки.

ЛІТЕРАТУРА

1. В.Б.Толубко, Б.Т.Кононов та ін. "Електропостачання і електрообладнання військових об'єктів": в 2-х ч./За ред. В.Б.Толубко – Харків:ХВУ, 1998 – ч.2.

2. Крючков И.П. и др. "Электрическая часть станций и подстанций" / справочные материалы для курсового и дипломного проектирования – М.: Энергия, 1978.

3. Колодеев И.Д. "Системы автономного электроснабжения" / методическое руководство по курсовому и дипломному проектированию.