Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Главная страница


Биография Кемеровского Азотно-тукового завода начинается с января 1932 г., когда было принято решение о строительстве завода. Его профиль был обусловлен необходимостью использования и переработки выбросов газа коксохимического завода




Скачать 449.18 Kb.
Дата07.07.2018
Размер449.18 Kb.
ТипБиография
ВВЕДЕНИЕ


Дипломный проект разработан на основании ГОСТ 2.105 – 95, ГОСТ 2.106 – 96, ГОСТ 2.104 – 68, ГОСТ 7.32 – 2002, ГОСТ 3.316 – 68, ГОСТ 14249 – 89.

Дипломное проектирование является завершающим этапом обучения по специальности «Техническая эксплуатация, обслуживание и ремонт электрического и электромеханического оборудования» (140613). Выполняя дипломный проект, мы подтверждаем уровень наших знаний по общетехническим и специальным предметам, умение практически оценивать принятый вариант электроснабжения, целесообразность типа установленного оборудования и правильность его эксплуатации.

В данном дипломном проекте рассмотрены вопросы электроснабжения участка цеха по производству хлора ООО ПО «Химпром». Выполнены расчеты нагрузок, токов короткого замыкания, молниезащиты участка цеха, произведен выбор компенсирующих устройств, силовых трансформаторов, низковольтной силовой сети, релейной защиты, а также рассмотрены вопросы организации и экономики производства, безопасности производства.

Биография Кемеровского Азотно-тукового завода начинается с января 1932 г., когда было принято решение о строительстве завода. Его профиль был обусловлен необходимостью использования и переработки выбросов газа коксохимического завода.

Энтузиазм, выносливость, умелые и сильные руки, непреодолимое желание азотчиков создавать завод – позволили в короткие сроки осуществить задуманное. И уже 21 июля 1938 года были выданы первые тонны аммиака и аммиачной селитры.

Первые годы стали для предприятия испытанием на техническую зрелость и экзаменом на умение преодолевать трудности. Завод набирал силу. Уже в апреле 1939 года продукции было выпущено в 2,5 раза больше, чем в декабре 1938 года при снижении себестоимости продукции на 20%.

В годы Великой Отечественной войны 1720 тружеников предприятия ушли на фронт. К станкам и агрегатам встали женщины, подростки. Расширяются мощности аммиака, азотных кислот, селитры. Созданы и набирают мощь производства каустической соды и хлора. 8 мая 1943 года указом Президиума верховного Совета СССР Кемеровский азотно-туковый завод за успешное выполнение заданий государственного Комитета Обороны награждён Орденом Ленина.

В послевоенный период была проведена реконструкция действующих и созданы новые, более современные производства. За период 1959 – 1986 гг. получено 23 новых вида продукции, имеющих большое народно-хозяйственное значение. В 1975 году Кемеровский азотно-туковый завод переименован в Кемеровское производственное объединение «Химпром».

В процессе приватизации производственного объединения основано Открытое акционерное общество «Химпром», с 2005 г. – ООО производственное объединение «Химпром».

ООО ПО «Химпром» является одним из крупных предприятий химической промышленности в России. На протяжении всего периода деятельности предприятие развивалось, обрастало новыми производствами.

Основными видами продукции, выпускаемой на ООО ПО «Химпром», является продукция органической и неорганической химии – сода каустическая, соляная кислота, жидкий хлор, тормозная и охлаждающие жидкости и другая продукция органической химии.

ООО ПО «Химпром» является основным поставщиком соды каустической, хлора, соляной кислоты для г. Кемерово, Кемеровской и Новосибирской областей. Продукция поставляется в Алтайский, Красноярский край, прочие регионы России и страны СНГ.

В настоящее время ООО ПО «Химпром» представляет собой большой промышленный и имущественный комплекс, состоящий из основных цехов производственного назначения, вспомогательных цехов. Численность предприятия – 1377 человек, в том числе 1326 человек промышленно -



производственного персонала.

В состав основных производственных цехов предприятия входят:

- цех 1: производство минеральных солей и изделий из полиэтилена;

- цех 4-13: производство хлора и его соединений;

- цех 9: производство окисей и их соединений;

- цех 16: производство хлора и его соединений (жидкий хлор и гипохлорит натрия).

Для обеспечения бесперебойной работы основных цехов в составе предприятия имеются службы и цеха общезаводского назначения:

- ремонтно-механический цех;

- цех водоснабжения и канализации;

- цех электроснабжения;

- цех КИПиА;

- железнодорожный цех;

- лаборатория производственного контроля;

- отдел охраны труда;

- центральный материальный склад и другие необходимые службы.

[12]


1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Ведомость потребителей электроэнергии




Таблица 1.1- Ведомость потребителей электроэнергии



Наименование

технологической установки



Тип двигателя

Pном,
кВт

Кол-во,
n

Кратность пускового тока,

λ


Коэффициент

КПД

Ном,%,


η

использования,

Ки


мощности,

Cos φ


тех.

мощности,

Cos φ


ном.

Сан. башня

АИР200S4

45

6

7,5

0,6

0,8

0,89

92,5

Вентилятор

АИР160S4

15

6

7

0,57

0,75

0,89

89,5

Вентилятор

АИР132S4

7,5

6

7,5

0,57

0,75

0,86

87,5

Вакуум-насос

АИР160M4

18,5

6

7

0,48

0,75

0,89

90

Насос кислоты

АИРХ160M4

18,5

4

7

0,8

0,8

0,89

90

Насос

АИР180S4

22

8

6,5

0,7

0,8

0,87

90

Дробилка

АИР200S4

45

8

7,5

0,54

0,8

0,89

92,5

Насос эл. щелоков

АИР132М4

11

4

7,5

0,7

0,8

0,87

87,5

Насос

АИР280S4

110

2

6,5

0,7

0,8

0,91

93,5

[2,3]
1.2 Характеристика потребителей электроэнергии
В машинном зале участка цеха по производству хлора ООО ПО «Химпром» установлены следующие потребители электроэнергии: сан. башни, вентиляторы, вакуум-насосы, насосы кислоты, насосы, дробилки и насосы эл. щелоков. Все потребители электроэнергии питаются от сети трехфазного переменного тока напряжением 380 В промышленной частоты 50Гц.

Данные электроприемники, работающие в продолжительном режиме, относятся, в основном, к I категории надежности, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса.

Вследствие этого электроприемники данной категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимнорезервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления
питания.
1.3 Выбор схемы электроснабжения
Так как в машинном зале участка цеха по производству хлора ООО ПО «Химпром» присутствуют, в основном, потребители первой категории, питание нагрузок цеха осуществляется от двухтрансформаторной подстанции с АВР на стороне низшего напряжения. Схема электроснабжения выбирается радиальная.

Радиальная схема электроснабжения нашла широкое применение в химической промышленности; ее применяют при наличии групп сосредоточенных нагрузок с неравномерным распределением их по площади цеха, во взрывоопасных и пожароопасных цехах, в цехах с химически активной средой.

Радиальная схема внутрицеховых сетей выполняется кабелями и изолированными проводами.

Достоинством радиальных схем является их высокая надежность, так как авария на одной линии не влияет на работу приемников, подключенных к другим линиям.

Недостатком радиальных схем является: малая экономичность, связанная с большим перерасходом цветных металлов, труб, распределительных шкафов, большого числа защитной и коммутационной аппаратуры, ограниченная гибкость сети при перемещении электроприемников, вызванных изменением технологического процесса.

Принципиальная схема электроснабжения нагрузок цеха приведена на рисунке 1.1




Рисунок 1.1


1.4 Расчет электрических нагрузок
Расчет электрических нагрузок ведется для последующего выбора и проверки токоведущих элементов по нагреву и экономическим соображениям. Правильное определение ожидаемых электрических нагрузок и обеспечение необходимой степени бесперебойности их питания имеют большое
значение. От этого расчета зависят исходные данные для выбора всех элементов СЭС промышленного предприятия и денежные затраты при установке, монтаже и эксплуатации выбранного электрооборудования. При расчете используется метод коэффициента максимума.

Расчет производят на примере группы вакуум-насосов, относящихся к ШРС 1.

Общую суммарную мощность группы вакуум-насосов P, кВт, вычисляют по формуле
, (1.1)

где Pi – мощность электроприемника, кВт ;


Pi = 18,5 кВт
n – количество электроприемников
n = 2
P = 18,5 × 2 = 37 кВт
Среднюю активную мощность группы электроприемников однородных по режиму работы за наиболее загруженную смену Рсм, кВт, определяют по формуле
Рсм = Ки × Р, (1.2)
где Ки – коэффициент использования
Ки = 0,48
Рсм = 0,48 × 18,5 = 8,9 кВт
Среднюю реактивную мощность группы электроприемников однородных по режиму работы за наиболее загруженную смену Qсм, квар, вычисляют по формуле
Qсм = Рсм × tgφ , (1.3)
где tgφ - тангенс угла, соответствующий коэффициенту мощности Cosφ
tgφ = 0,88
Qсм = 8,9 × 0,88 = 7,8 квар

Расчет мощности остальных групп электроприемников производятаналогично. Результаты всех расчетов заносят в таблицу 1.2

Производят расчет электрических нагрузок, относящихся к ШРС 1.

Сумму всех приемников, подключенных к данному ШРС 1, n, определяют по формуле






(1.4)

n = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 = 8


Общую номинальную мощность электроприемников, подключенных к ШРС 1, Рном, кВт, определяют по формуле (1.1)
Pном = 45+15+15+7,5+18,5+18,5+18,5+22 = 160 кВт
Показатель силовой сборки m определяют по формуле
m = Pн.mаx / Рн.min, (1.5)
где Рн.mах – номинальная максимальная мощность электроприемника, кВт
Рн.mах = 45 кВт
Рн.min − номинальная минимальная мощность электроприемников, кВт
Рн.min = 7,5 кВт
m = 45/7,5 = 6
Суммарную активную мощность групп электроприемников за наиболее загруженную смену Рсм, кВт, определяют по формуле
Рсм = Pсмn (1.6)
Рсм = 27+8,55+8,55+4,28+8,88+8,88+14,8+15,4 = 96,34 кВт
Суммарную реактивную мощность групп электроприемников за наиболее загруженную смену Qсм, квар, определяют по формуле
Qсм = Qсмn (1.7)
Qсм = 20,25+7,52+7,52+3,77+7,81+7,81+11,1+11,55 = 77,33 квар
Средневзвешенный коэффициент Ки.ср.вз, определяют по формуле

Ки.ср.вз = (1.8)


Ки.ср.вз. = 96,34 / 160 = 0,6
Средневзвешенный тангенс tg ср.вз, определяют по формуле
tg ср.вз = (1.9)
tg ср.вз = 77,33 / 96,34 = 0,8
по tg ср.вз. определяем соs ср.вз
соs ср.вз.= 0,78
Эффективное число электроприемников nэ, при n>5; Ки >0,2; m > 3; Pном ≠ const, определяется по формуле
nэ=2Pном / Рн.max (1.10)
nэ=7


Расчетную активную мощность Ррасч, кВт, определяют по формуле


Ррасч = Км × Рcм, (1.11)
где Км – коэффициент максимума
Км =f(Ки;nэ) (1.12)
Км = 1,3

Ррасч = 96,34 × 1,3= 125,24 кВт

Расчетную реактивную мощность Qpacч, квар, определяют по формуле


Qрасч =К΄м × Qсм, (1.13)
где К΄м – коэффициент максимума для реактивной мощности; при Ки ≥ 0,2; nэ ≤10
К'м = 1,1
Qрасч = 77,33 × 1,1 = 85,06 квар
Полную расчетную мощность Sрасч, кВА, определяют по формуле
Spacч = (1.14)
Sрасч =
Расчетный ток Iрасч., А, определяют по формуле
Iрасч = Sрасч / (× Uном), (1.15 )

где Uном – номинальное напряжение, кВ


Uном = 0,38 кВ
Iрасч = 151,39 / ( × 0,38) = 229,38 А
Расчет электрических нагрузок остальных ШРС, секций шин и цеха производится аналогично. Результаты всех расчетов заносят в таблицу 1.2.

1.5 Компенсация реактивной мощности


Компенсация реактивной мощности или повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий используется для снижения потерь, связанных с прохождением в электрических сетях реактивных токов, которые обуславливают добавочные потери активной мощности в линиях, трансформаторах, генераторах электростанций, дополнительные потери напряжения, требуют увеличения номинальной мощности или числа трансформаторов, снижают пропускную способность всей системы электроснабжения.

В цехе промышленных предприятий в качестве компенсирующих устройств применяют конденсаторные установки типа УКБ-0,38 различных мощностей.

Мощность компенсирующего устройства определяют как разницу между фактической реактивной мощностью нагрузок цеха Qрасч и предельной реактивной мощностью, предоставляемой предприятию энергосистемой.

Мощность компенсирующего устройства Qрасч, квар, определяют по формуле




Qку = Pрасч × (tgφрасч – tgφэ), (1.16)


где tgφрасч – фактический тангенс угла, соответствующий максимальной нагрузке цеха;
tgφрасч = Qрасч / Pрасч (1.17)
tgφрасч = 660,64 / 978,42 = 0,68
tgφэ – экономический тангенс угла, задаваемый энергосистемой, исходя из условия оптимального перетока реактивной мощности
tgφэ = 0,36
Qку = 978,42 × (0,68 – 0,36) = 313,09 квар
Принимаем к установке две конденсаторные батареи типа УКБ-0,38-150 общей мощностью 300 квар, по 150 квар на каждую секцию шин.

Пересчитывают величины реактивной мощности Q ́расч (см), квар и полной мощности S ́расч (см), кВА, с учетом компенсации для каждой секции шин


Q ́см = Qсм - Qку (1.18)
Q ́расч = Q расч - Q ку (1.19)
S ́см = (1.20)
S ́расч = (1.21)
Iр́асч = Sр́асч /( × Uном) (1.22)
Для цеха

Q ́см = Qсм – 2Qку (1.23)


Q ́расч = Q расч - 2Qку (1.24)
S ́см = (1.25)
S ́расч = (1.26)
Iр́асч = Sр́асч / ( × Uном) (1.27)
Результаты всех расчетов заносят в таблицу 1.3
Таблица 1.3


До компенсации

После компенсации




Qсм

Qрасч

Sсм

Sрасч

Iрасч

Qс́м

Qр́асч

Sс́м

Sр́асч

Iр́асч




квар

квар

кВА

кВА

А

квар

квар

кВА

кВА

А

Iсш

330,32

330,32

541,54

611,8

926,97

180,32

180,32

465,5

545,62

829,97

IIсш


330,32

330,32

541,54

611,8

926,97

180,32

180,32

465,5

545,62

829,97

по цеху

660,64

660,64

1083,1

1180,6

1788,7

360,64

360,64

930,95

1042,8

1586,2


1.6 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов


Выбор типа, числа и мощности трансформаторов на цеховой подстанции определяется величиной и характером электрических нагрузок.

Так как нагрузки, в основном, относятся к I категории надежности, то для электроснабжения принята двухтрансформаторная подстанция.

Выбор мощности трансформаторов производится, исходя из расчетной нагрузки с учетом компенсации реактивной мощности, продолжительности максимальной нагрузки в течение суток, допустимой перегрузки
трансформаторов и их экономичной загрузки.

Мощность каждого трансформатора должна выбираться с таким расчетом, чтобы при выходе из строя одного из трансформаторов, второй на время ликвидации аварии, с учетом загрузки на 140 % должен покрывать нагрузку I-II категории в течение 5 суток, продолжительностью не более 6 часов в сутки.

По типовому суточному графику для предприятий химической промышленности определяют продолжительность максимума нагрузки tmax, в часах
tmax = 4 часа
Коэффициент заполнения графика Кз.г. определяется по формуле
Кз.г. = S 'см / S 'расч (1.28)
Кз.г =930,95 / 1042,77 = 0,89
По кривым кратности допустимых нагрузок трансформаторов определяют Кн, коэффициент допустимой нагрузки трансформаторов
Кн = ( tmax; Кз.г. ) (1.29)
Кн = 1,04 [7]
Ориентировочную мощность трансформаторов Sт, кВА, находят по формуле
Sт = S΄расч / Кн (1.30)
Sт = 1042,77 / 1,04 = 1002,66 кВА


С учётом перспективы роста нагрузок выбираем 2 трансформатора мощностью 1000 кВА каждый
Sн.т. = 1000 кВА

Технические данные выбранных трансформаторов заносят в таблицу 1.4

Таблица 1.4


Тип трансфор- матора

Напряжение обмоток, кВ

Потери мощности, кВт

Напряжение короткого замыкания, %

Ток холостого хода, %

ВН





НН

Рxx





Ркз

Uкз

ixx

ТМ – 1000/10


10

0,4

2

12,2

6,5

1,4


Проверяют загрузку выбранных трансформаторов:

а) в нормальном режиме

Коэффициент загрузки трансформаторов Кз, вычисляют по формуле


Kз = S΄расч / (2 × Sн.т) (1.31)
Kз = 1042,77 / (2 × 1000) = 0,52
б) в аварийном режиме

Мощность потребителей I категории от общей нагрузки цеха SI, кВА, определяют по формуле


SI = 0,85× S΄расч, (1.32)
где 0,85 доля нагрузки I категории
SI = 0,85 × 1042,77 = 886,36 кВА

Проверяют установленную мощность трансформа­тора в аварийном режиме при отключении одного из трансформаторов и необходимости обеспечить электроснабжение I категории в период максимальных нагрузок с допустимой загрузкой оставшегося в работе трансформатора равной 140 %.

1,4 × Sн ≥ SI (1.33)

1,4 × 1000 ≥ 886,36

1400 ≥ 886,36 кВА

Следовательно, выбранные два трансформатора мощностью 1000 кВА каждый обеспечивают электроснабжение цеха как в нормальном, так и в аварийном режиме.




1.7 Расчет низковольтной (до1000В) силовой сети


При расчете цеховых сетей напряжением до 1000 В производят выбор марки и сечения кабелей, защитной аппаратуры – предохранителей, автоматических выключателей.

Расчет производится на примере вакуум-насоса, относящегося к ШРС 1.

Номинальный ток двигателя Iном, А, определяют по формуле
Iном = Pном / ( × Uном × Cosφном × ηном), (1.34)
где Р ном – номинальная мощность двигателя, кВт;

Рном = 18,5 кВт

U ном – номинальное напряжение, кВ;


U ном = 0,38 кВ
Cosφном - номинальный коэффициент мощности;
Cosφном = 0,89
ηном - номинальный коэффициент полезного действия;
ηном = 90%
Iном = 18,5 / ( × 0,38 × 0,89 × 0,9) = 35,13 А
Марку питающего кабеля выбирают, исходя из условия
I΄доп ≥ Iном, (1.35)
где I΄доп — допустимый ток с учетом поправочных коэффициентов, А, определяют по формуле
I΄доп = Iдоп × Кn (1.36)
где Кn - коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды;

Принимают температуру цеха равную 25 °С

Кn = 1 [1]
Выбираем кабель марки ВРГ(4х50) с допустимым током Iдоп = 130 А

Для защиты данного электроприемника выбирают предохранитель.

Пусковой ток двигателя Iпуск, А, определяют по формуле
Iпуск = λ × Iном, (1.37)
где λ – кратность пускового тока;
λ = 7
Iном – номинальный ток двигателя, А
Iном = 35,13 А
Iпуск = 7 × 35,13 = 245,91 А
Номинальный ток плавкой вставки предохранителя Iн.п.в., А, определяют по формуле
Iн.п.в. ≥ Iпуск / α , (1.38)
где α - коэффициент снижения пускового тока. Для двигателей с легким пуском
α = 2,5
Iн.п.в ≥ 245,91 / 2,5 = 98,36 А
Исходя из этого условия, выбираем предохранитель марки ПН2 - 100 100/100 с номинальным током патрона предохранителя Iн = 100 А, с номинальным током плавкой вставки Iн.п.в. = 100 А.
Проверяют соответствие сечения проводника требуемому коэффициенту защиты
Iдоп ≥ Iн.п.в. × Кз, (1.39)
где Кз - коэффициент защиты
Для сетей, требующих защиты от токов короткого замыкания и перегрузок
Кз = 1,25

130 ≥ 100 × 1,25 = 125 А


Выбор остальных аппаратов защиты для других электроприемников производится аналогично. Результаты всех расчетов заносят в таблицу 1.5

Выбор автоматических выключателей рассмотрен на примере ШРС 1

Автоматический выключатель выбирают, исходя из условия
Iн.авт > Iрасч, (1.40)
где Iн.авт – номинальный ток автоматического выключателя, А;
Iрасч - расчетный ток данного ШРС-1, А;
Iрасч = 229,38 А
Iн.расц > 1,1× Iрасч, (1.41)
где Iрасц – номинальный ток расцепителя, А;
Iу.э.о ≥ 1,25× Iпик, (1.42)
где Iу.э.о – ток уставки электромагнитной отсечки, А;

Iпик – пиковый ток группы электроприемников, при работе всех двигателей и пуске самого мощного двигателя, А


Iн.авт ≥ 229,38 А
Iн.расц ≥ 1,1× 229,38 = 252,32 А
Пиковый ток Iпик группы электроприемников определяется по формуле
Iпик = I΄пуск + (Iрасч – Ки × Imax), (1.43)
где I΄пуск – пусковой ток наибольшего по мощности двигателя, входящего в данную группу, А;
I΄пуск = 620,25 А
Iрасч – расчетный ток нагрузки группы электроприемников, принадлежащих к ШРС- 1, А;

Iрасч = 229,38 А


Ки – коэффициент использования двигателя с наибольшим пусковым током;

Ки = 0,6
Iн.max – номинальный ток двигателя наибольшей мощности, А


Iн.max = 82,7 А
Iпик = 620,25 + (229,38 – 0,6 × 82,7) = 800,01 А
Iу.э.о ≥ 1,25 × 800,01 = 1000 А
Исходя из этих условий, выбираем автоматический выключатель типа ВА51 - 37 с номинальным током Iн = 400 А, с номинальным током расцепителя Iн.расц = 320 А.
400 ≥ 229,38
320 ≥ 252,32
С током уставки электромагнитной отсечки Iу.э.о = 3200 А
3200 ≥ 1000
Выбор автоматических выключателей для защиты других ШРС производят аналогично.

Результаты всех расчетов заносят в таблицу 1.5



1.8 Расчет токов короткого замыкания
Коротким замыканием называется всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или землей, при котором токи в ветвях электроустановок резко возрастают, превышая все допустимые значения тока продолжительного режима.

Поэтому электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения, должно быть устойчиво к токам короткого замыкания.

Расчет токов короткого замыкания производят для последующей проверки и выбора электрооборудования, устойчивого к токам короткого замыкания, и способного отключить поврежденные ветви схемы электроснабжения.

Расчет токов короткого замыкания производят при нормальной схеме работы электрооборудования (без учетов ремонтных режимов).

При расчете токов короткого замыкания, в базисных единицах, все величины приводят к базисной мощности и базисному напряжению.

Составляют расчетную схему, в которой указывают сопротивление всех элементов и точки для расчета короткого замыкания.

По расчетной схеме составляют схему замещения, в которой расчет ведется в относительных единицах.

Рисунок 1.2 Рисунок 1.3

Расчетная схема Схема замещения


Сопротивление системы Хс* определяют по формуле
Xc* = Sб / Sc (1.44)


где Sб – базисная мощность, МВА;
Sб = 100 МВА
Sc – мощность системы
Sc = 45 МВА
Xc* = 100 / 45 = 2,2
Индуктивное сопротивление кабельной линии X1* определяют по формуле
X1* = Xo l (Sб / Ucр²), (1.45)
где Ucp – напряжение на той ступени трансформации, на которой рассчитывают ток короткого замыкания, кВ
Ucp = 10,5 кВ
Х0 – реактивное сопротивление линии на единицу длины, Ом / км
Х0 = 0,08 Ом / км [1]
l – длина линии
l = 1 км
X1* = 0,08 1 (100 / 10,5²) = 0,073
Активное сопротивление кабельной линии на 1 км; Ом/км, определяют по формуле
r0 = Sном /(Sкаб×Y) (1.46)
где Sном – номинальная мощность трансформатора, кВА
Sном = 1000 кВА
Sкаб – сечение питающего кабеля, мм²
Sкаб = 70 мм²
Y – удельная проводимость, МОм/мм²

Y = 32 МОм/мм²
r0 = 1000/(70×32) = 0,45 Ом/км
Активное сопротивление кабельной линии r1*, определяют по формуле
r1* = r0 l (Sб/Uср²) (1.47)
где r0 – активное сопротивление кабельной линии на один километр, Ом/км
r0 = 0,45 Ом/км
r1* = 0,451(100/10,5²)=0,4
Реактивное сопротивление трансформатора Х2* определяют по формуле
X2*= (1.48)
где Uкз – напряжение короткого замыкания трансформатора;
Uкз = 6,5
Ркз – активная мощность короткого замыкания трансформатора, кВт;
Ркз = 12,2 кВт
Sн.т – номинальная мощность трансформатора, МВА
Sн.т = 1 МВА
X2*==6,2
Активное сопротивление трансформатора определяют по формуле

r2* = Pкз10-3 (Sб/Sн.т2) (1.49)



r2* = 12,210-3 (100/12)=1,2
Базисный ток Iб1(2), кА, определяют по формуле
Iб1(2) = Sб/( √3хUср) (1.50)

Ucp1 = 10,5кВ
Ucp2 = 0,4кВ
Iб1 = 100/( √3×10,5)=5,5 кА
Iб2 = 100/( √3×0,4)=144,5 кА
Сворачиваем схему замещения от источника до точки короткого замыкания. Короткое замыкание в точке К1.
Суммарное реактивное сопротивление X1от источника до точки короткого замыкания определяют по формуле
X1= Xс* + X1* (1.51)
X1=2,2+0,073=2,3
Суммарное активное сопротивление r1 определяют по формуле
r1= r1*
r1 = 0,4
Полное сопротивление Z1 от источника до точки короткого замыкания рассчитывают по формуле
(1.52)

Ток короткого замыкания Iкз1, кА, определяют по формуле
Iкз1 = Iб1/Z1 (1.53)
Iкз1 = 5,5/2,3=2,4 кА
Ударный ток iy1 определяют по формуле
iу1 = КуIкз1 (1.54)
где Ку – ударный коэффициент

Ку = (X1/r1) (1.55)
Ку = 1,61
у1 = 1,61 2,4 = 5,4 кА
Мощность короткого замыкания Sкз1, MBA, в точке короткого замыкания К1 определяют по формуле
Sкз1 = Sб/Z1 (1.56)
Sкз1 = 100/2,3= 43,5 МВА
Суммарное индуктивное сопротивление до точки короткого замыкания К2 определяют по формуле
X2= X1+ X2* (1.57)
X2=2,3+6,2=8,5
Суммарное активное сопротивление r1 до точки короткого замыкания К2 определяют по формуле
r2= r1+ r2 * (1.58)
r2= 0,4 + 1,2 = 1,6
Полное сопротивление Z2определяют по формуле
(1.59)

Ток короткого замыкания Iкз2, кА, определяют по формуле
Iкз2 = Iб2 / Z2 (1.60)
Iкз2 = 144,5/8,7 = 16,6 кА
Ку2 = (X2/r2) (1.61)


Ку2 = 1,58
Ударный ток короткого замыкания Iу2 , кА, определяют по формуле
iу2 = Ку2 Iкз2 (1.62)
iу2 = 1,5816,6=36,7 кА
Ударный ток от электродвигателей, подключенных непосредственно к месту короткого замыкания, определяется по формуле
Iуд дв = λIном (1.63)
iуд дв = 6,5195,61=1,8
Суммарный ударный ток определяют по формуле
iуд2= iуд2 +iуд дв (1.64)
iуд2=36,7+ 1,8= 38,5 кА
Мощность короткого замыкания Sкз2, МВА, определяют по формуле (1.56)
Sкз2 = 100 / 8,7 = 11,5 МВА
Результаты всех расчетов заносят в таблицу 1.6
Таблица 1.6

Место короткого замыкания

Ток короткого замыкания
Iкз,
кА

Ударный ток
iу , кА

Мощность к.з.
Sкз, MBA

К1

2,4

5,4

43,5

К2

16,6

38,5

11,5


1.9 Выбор электрооборудования подстанции
При коротком замыкании по токоведущим частям электрооборудования проходят большие токи, вызывая сложные усилия в конструкции оборудования и аппаратов.

Все аппараты и токоведущие части на подстанциях должны быть выбраны по условиям длительной работы при нормальном режиме и проверены по условиям работы в режиме короткого замыкания. Выбранные по нормальным условиям работы токоведущие части должны быть проверены по термической и динамической стойкости к точкам короткого замыкания.

Выбор выключателя напряжением выше 1000 В. Выключатели выбирают по следующим условиям
а) по напряжению установки, кВ
Uуст ≤ Uном (1.65)
б) по длительному току, А
Imax ≤ Iном (1.66)
в) по электродинамической устойчивости, кА
iдин ≥ iу (1.67)
г) по отключающей способности, кА
Iкз ≤ Iоткл (1.68)
д) по термической стойкости, кА
Вк ≤ I²терм × tтерм, (1.69)
где Iоткл – номинальный ток отключения, кА;

iдин - ток электродинамической стойкости, кА;

Iтерм – ток термической стойкости, кА;

tтерм – время протекания тока термической стойкости, с;

Вк – расчетное значение термической стойкости
Bк = I² кз × tпр, (1.70)
где tпр – приведенное время короткого замыкания, с
tпр = tз + tоткл + Tа, (1.71)
где tз – время срабатывания релейной защиты, с;
tз = 1,1 с
tоткл – время срабатывания привода выключателя при коротком замыкании, с

tоткл = 0,1 с


Та – время действия периодической составляющей тока короткого замыкания, с.

Для распределительной сети напряжением 10 кВ


Та = 0,01 с
tпр = 1,1 + 0,1 + 0,01 = 1,21c
Максимальный ток трансформатора Imax, А, определяют по формуле
Imax = 1,4 × Sном /(× Uном ), (1.72)
где Sном – номинальная мощность трансформатора, кВА;
Sном = 1000 кВА
Uном – номинальное напряжение трансформатора (на стороне высшего напряжения), кВ
Uном = 10 кВ
Imax = 1,4 × 1000 / (× 10 ) = 81 А
С учетом основных параметров выбираем вакуумный выключатель типа ВВТЭ – М  10 – 12,5/630 и составляем сравнительную таблицу расчетных и каталожных данных 1.6
Таблица 1.6

Данные вакуумного выключателя ВВТЭ – М  10 – 12,5/630

Расчетные

Каталожные

Uном = 10 кВ

Imax = 81 А

Iкз = 2,4 кА

iу = 5,4 кА

Вк = I²кз × tпр = 2,4² × 1,21 = 7 кА² × с


Uном = 10 кВ

Iном = 630 А

Iоткл = 12,5 кА

iдин = 32 кА

I²терм × tтерм = 12,5² × 3 =468,8 кА² × с



Разъединитель выбирают по тем же параметрам, что и выключатель, кроме проверки на отключающую способность (условия (1.46)).

Выбираем разъединитель типа РВЗ – 10 / 400 и составляем сравнительную таблицу расчетных и каталожных данных 1.7
Таблица 1.7


Данные разъединителя РВЗ – 10 / 400

Расчетные

Каталожные


Uном = 10 кВ

Imax = 81 А

iу = 5,4 кА

Вк = I²кз × tпр = 2,4² × 1,21 = 7 кА² × с



Uном = 10 кВ

Iном = 400 А

iдин = 50 кА

I²терм × tтерм = 12,5² × 3 = 468,8 кА² × с


Трансформатор тока выбирают по тем же параметрам, что и разъединитель.

Выбираем трансформатор тока типа ТПЛ – 10 и составляем сравнительную таблицу расчетных и каталожных данных 1.8
Таблица 1.8


Данные трансформатора тока ТПЛ – 10

Расчетные

Каталожные


Uном = 10 кВ

Imax = 81 А

iу = 5,4 кА

Вк = I²кз × tпр = 2,4² × 1,21 = 7 кА² × с



Uном = 10 кВ

Iном = 100 А

iдин = Кд × × Iн = 250×1,4×0,1 = 35 кА

(Кт × Iн)² × tтерм =(90×0,1)² ×1 =81 кА² × с


Шины распределительных устройств выбирают по номинальным параметрам, соответствующим номинальному режиму и условиям окружающей среды, и проверяют на режим короткого замыкания.

Шины выбирают по расчетному току нагрузки, исходя из условия
Iрасч ≤ Iдоп (1.73)
Iрасч = 1788,74 А
Выбираем к установке алюминиевые шины (120×8) мм с допустимым током 1900 А.

1788,74 ≤ 1900


Проверяют выбранные шины на динамическую стойкость к токам короткого замыкания.



Намечаем установку шин на изоляторы плашмя.

Расстояние между фазами а = 100 мм, а расстояние между изоляторами в пролете l = 1200 мм.

Момент сопротивления сечения, зависящий от формы и положения шин W, см3 , определяют по формуле
W = (b × h²) / 6, (1.74)
где b и h – размеры поперечного сечения шины, см
b = 0,8 см,
h = 12 см,
W = (0,8 × 12²) / 6 = 19,2 cм3
Наибольшее механическое напряжение р, МПа, в металле при изгибе определяют по формуле
р = (1,76 × 10-4 × ίy² × l²) / (a × W), (1.75)
где ίy – полное значение ударного тока на низшем напряжении, кА
ίу = 38,5 кА
р = (1,76 × 10-4 × 38,5² × 120²) / (10 × 19,2) = 19,6 мПа
Выбранные алюминиевые шины размером (120×8) мм, динамически устойчивы, если выполняется условие
рдоп , (1.76)
где доп – допустимые механические нагрузки в металле.

Для алюминия доп = 75 мПа,


19,6 ≤ 75
Условия выполняются, следовательно, шины динамически устойчивы.

Проверяют шины на термическую устойчивость.

Минимальное сечение шин по термической стойкости Smin, мм2, определяют по формуле
Smin = (Iкз × ) / Cm, (1.77)

где Сm – коэффициент, зависящий от допустимой температуры при коротком замыкании и от материала проводника.

Для аллюмиевых шин
Cm = 88
Smin = (16600 × ) / 88 = 207,5 мм2
Фактическое сечение шин Sф, мм2, определяют по формуле
Sф = b × h (1.78)
Sф = 120 × 8 = 960 мм2
Выбранные типы шин термически устойчивы, если выполняется условие
Smin ≤ Sф (1.79)
207,5 ≤ 960

Расчётную нагрузку на опорные изоляторы Fрасч, Н, определяют по формуле


Fрасч = 1,76 × 0,001 × (1/а) × iу²
Fрасч = 1,76 × 0,001 × (120 / 10) × 38,5² = 31,3 Н
Изолятор выбирают, исходя из условия
Fрасч ≤ 0,6 × Fдоп
Выбираем опорные изоляторы типа ИО - 6 - 375УЗ с Fдоп = 3,75 кН
31,3 ≤ 3750 × 0,6
31,3 ≤ 2250
Следовательно, выбранные изоляторы проходят по устойчивости.


1.10 Выбор питающих кабелей


Снижение затрат на сооружение электрических сетей напряжением свыше 1000 В промышленных предприятий в большой степени зависит от выбора экономически целесообразного сечения.

Для питания двухтрансформаторной подстанции выбирают кабель и проверяют по минимальному допустимому сечению и по протекающему длительному допустимому току.

Принимаем к прокладке два кабеля (по одному кабелю на каждый трансформатор), проложенные в земле.

Номинальный ток продолжительного режима Iном, А, определяют по формуле
Iном = Sном / ( × Uном), (1.80)
где Sном - номинальная мощность трансформатора, кВА;
Sном = 1000 кВА
Uном – номинальное напряжение, кВ;
Uном = 10 кB,
Iном = 1000 / (× 10) = 57,8 А
Максимальный расчетный ток Iрасч, А, определяют по формуле
Iрасч = 1,4 × Iном (1.81)
Iрасч = 1,4 × 57,8 = 81 А
Экономическое сечение кабеля Sэк, мм², определяют по формуле
Sэк = Iрасч / jэк, (1.82)
где jэк – нормированное значение экономической плотности тока, А/мм²

Для кабелей с бумажной изоляцией с алюминиевыми жилами при Тmax более 5000 часов экономическая плотность тока равна 1,2 А/мм² [1]


Sэк = 81 / 1,2 = 67,5 мм²
Выбирают кабель стандартного ближайшего сечения.

Принимают к прокладке кабель марки ААШв (3×70) с допустимым током 165 А.

Выбранный кабель проверяют по допустимому току
I΄доп ≥ Iрасч,
где I΄доп – допустимый ток с учетом поправочных коэффициентов
определяют по формуле
I΄доп = Iдоп × Knl × Kn2, (1.83)
где Kn1 – поправочный коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды.

Так как кабели проложены в земле ,то температуру окружающей среды принимают равной 15 °С


Kn1 = 1 [1]
Кn2 – коэффициент, учитывающий число параллельно проложенных кабелей в земле.

При числе кабелей равным двум и расстоянии между ними 100 мм


Кn2 = 0,9 [1]
I΄доп = 165 × 1 × 0,9 = 148,5 А
148,5 ≥ 81


Условие выполняется, следовательно, кабель выбран правильно.

Кабель проверяют на термическую стойкость при токах короткого замыкания.

Минимальное сечение кабеля Smin, мм² определяют по формуле (1.77)


где Iкз – ток короткого замыкания, А;
Iкз = 2400 А
tnp – приведенное время, с;
tnp = 1,21 с
Сm – для кабелей с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами
Сm = 85
Smin = (2400 × ) / 85 = 31,1 мм²
Так как Sф≥Smin, то выбранный кабель проходит по минимальному допустимому сечению, следовательно, он термически устойчив.

Выбранный кабель проверяют по потере напряжения исходя из условия

ΔU ≤ 5%
Потери напряжения ΔU, %, определяют по формуле
, (1.84)
где Р – общая активная расчетная мощность, кВт;
Р = 978,42 кВт
Q' – общая реактивная расчетная мощность, квар;
Q' = 360,64 квар
х – индуктивное сопротивление кабельной линии, Ом;
х = 0,08 Ом
r – активное сопротивление кабельной линии, Ом;
r = 0,45 Ом
Uном – номинальное напряжение, кВ
Uном = 10кВ

Выбранный кабель проходит по всем параметрам.


1.11 Расчет релейной защиты


Для защиты цеховых трансформаторов выбираем максимальную токовую защиту и токовую отсечку.

Максимальную токовую защиту выполняют при помощи реле типа РТ- 40 и реле времени РВ – 122.

Намечаем установку на стороне высшего напряжения двух трансформаторов тока, соединенных по схеме неполной звезды.

Номинальный ток защищаемого трансформатора А, определяют по формуле (1.80)


Iном = 57,8 А

Ток срабатывания реле Iсp. р, А, определяют по формуле


Icp.pн×Ксх×Ксз(1,4×Iномв×Кт.т), (1.85)


где Кн – коэффициент надежности;



Кн = 1,2

Ксх – коэффициент включения трансформаторов тока и реле;


Ксх = 1
Ксз – коэффициент учитывающий самозапуск двигате­ля;

Ксз = 2,5


Кв – коэффициент возврата;

Кв = 0,85

Кт.т – коэффициент трансформации трансформатора тока;


Кт.т=100/5=15,
Iср.р=1,2×1×2,5×(1,4×57,8/0,85×20)=14,3 А
Выбираем к установке токовое реле РТ40 / 20 с уставкой тока срабатывания 14 А.

Пересчитываем ток короткого замыкания I΄(3)кз(вн), в точке К2 к стороне высшего напряжения трансформатора по формуле


(3)кз(вн) = I(3)кз(нн) / Кт, (1.86)
где Kт – коэффициент трансформации силового трансформатора
Kт = Uвн / Uнн (1.87)
Kт = 10 / 0,4= 25
(3)кз = 16600 / 25 = 664 А

Коэффициент чувствительности защиты Кч при двухфазном коротком замыкании на стороне низшего напряжения силового трансформатора определяют по формуле


Кч = I (2)кз / ( Iср.р × Кт.т ), (1.88)


где I(2)кз – ток двухфазного короткого замыкания в минимальном режиме, А

I (2)кз = (/ 2) × Iкз'(3) (1.89)
I (2)кз = (/ 2 ) × 664 = 575 А
Кч = 575 / ( 14 × 20 ) = 2,1 >1,5
Следовательно, согласно ПУЭ максимальная токовая защита чувствительна к минимальному току короткого замыкания за трансформатором.

Ток срабатывания отсечки Icp.о, А, определяют по формуле


Icp.о = Кн × Ксх × (I΄(3)кз(вн) / Кт.т) (1.90)
Icp.о = 1,4 × 1 × (664 / 20) = 46,5 А
Выбираем к установке токовое реле РТ 40/50 с током срабатывания отсечки 47 А.

Коэффициент чувствительности токовой отсечки Кчо определяют по формуле


Кчо = I(2)кз(вн) / ( Icp.о × Кт.т ), (1.91)
где I(2)кз(вн) – ток двухфазного короткого замыкания на стороне высшего напряжения силового трансформатора, А
I(2)minкз(вн) = ( / 2 ) × I(3)кз(вн) (1.92)
I(2)minкз(вн) = ( / 2) × 2400 = 2078,5 A
Кчо = 2078,5 / ( 47 × 20 ) = 2,21 > 2
Следовательно, токовая отсечка чувствительна к минимальному току короткого замыкания.

  • Ррасч = 96,34 × 1,3= 125,24 кВт
  • ВН НН Рxx
  • Место короткого замыкания