Мурманской области среднего профессионального образования

(методические указания к выполнению курсового

и дипломного проектирования

по дисциплине «Электроснабжение отрасли»

для студентов III курса дневной и заочной форм обучения по специальности 140613.51 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)»

Автор: Паюсова Ольга Евгеньевна,

преподаватель электротехнических дисциплин,

первая квалификационная категория.

Мончегорск

2012 г.
Содержание

Введение. 2

1 Выбор схемы питающей и распределительной сети. 6

2 Расчет электрических нагрузок. 9

3 Определение местоположения подстанции. 15

4 Выбор трансформаторов и расположение подстанций. 17

5 Компенсация реактивной мощности. 19

6 Выбор схемы и расчет цеховых сетей низкого напряжения. 24

7 Выбор защитной аппаратуры в сетях низкого напряжения. 34

8 Расход электроэнергии. 41

9 Расчет токов короткого замыкания. 44

10 Выбор аппаратуры и токоведущих частей электроустановок высокого напряжения. 51

11 Релейная защита трансформаторов и электродвигателей. 62

12 Заземляющее устройство. 73

Список использованных источников. 88

Введение

Проектирование системэлектроснабжениясвязано с решением таких вопросов, как выявление мест расположения потребителей энергии, определение величин нагрузок и категорийности потребителей, номинальных напряжений и схем электрических сетей высокого и низкого напряжения, определение мест расположения подстанций, выбор трансформаторов, коммутационной аппаратуры и оборудования, сечений и марок проводников, определение величин отклонений и колебаний напряжения у приемников, выбор средств регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности и их размещение в сети, выбор способа прокладки и конструкции электросети, выбор и размещение устройств релейной защиты и автоматики.

Техническое задание на проектирование систем электроснабжения (СЭС) ставит целью обеспечение передачи и отпуска электроэнергии, необходимой для функционирования определенного народнохозяйственного объекта. При этом должны соблюдаться существующие технические нормативы надежности электроснабжения, безопасности установки и качества электроэнергии. Критерием оптимальности принимаемых технических решений являются требования сокращения капитальных затрат на сооружение установок СЭС и снижение ежегодных издержек на ее эксплуатацию. При равноэкономичных решениях предпочтение должно отдаваться вариантам более надежным, удобным в эксплуатации и позволяющим развивать СЭС без коренного переустройства.

Электроснабжение предприятий принято разделять на внешнее и внутреннее. Под внешним понимают комплекс сооружений, обеспечивающих передачу электроэнергии от энергосистемы до приемных подстанций предприятия, под внутренним – комплекс сетей и подстанций, включающий распределительную сеть высокого напряжения и цеховые электросети низкого напряжения.

Проектирование внешнего электроснабжения отдельного предприятия проводится в тесной связи с перспективным планированием развития энергосистемы (ЭЭС) данного промышленного района. В проекте развития ЭЭС намечаются источники электроснабжения для предприятий района, их мощность и срок ввода.

Разработка проекта электроснабжения промышленного предприятия начинается с изучения технологии и оценки расчетных ожидаемых нагрузок его цехов и крупных технологических агрегатов. Затем определяется нагрузка предприятия в целом и ее рост по годам в перспективе на 5-10 лет вперед. Если у предприятия есть потребители тепловой энергии, или в его технологическом цикле имеются вторичные энергоресурсы, то при проектировании энергоснабжения предприятия рассматриваются вопросы, связанные с сооружением и эксплуатацией собственной ТЭЦ, и определяется ее электрическая мощность.

После определения расчетных нагрузок предприятия, требований к надежности электроснабжения и выявления графика нагрузки производится выбор точек присоединения к ЭЭС. В соответствии с Правилами пользования электрической энергией по согласованию с энергосистемой устанавливаются технические условия на присоединение.

В технических условиях на присоединение указываются:

- предполагаемые нагрузки предприятия на ближайшие пять лет,

- электрическая мощность собственной ТЭЦ, если она необходима,

- данные о других потребителях в районе проектируемого предприятия,

- точки присоединения к энергосистеме (подстанция, станция или линия электропередачи),

- напряжения, при которых возможно выполнение питающих воздушных или кабельных линий электропередачи,

- ожидаемый уровень напряжения в точке присоединения,

- требования к числу цепей и трассам линий, учитывающие перспективы энергетического строительства района,

- необходимость развития станций и подстанций ЭЭС,

- расчетные величины токов короткого замыкания в точке присоединения,

- требования к релейной защите, автоматике, изоляции и защите от перенапряжений на участках от ЭЭС до приемных подстанций предприятия включительно,

- рекомендуемые мероприятия по повышению коэффициента мощности и регулированию напряжения.

На основании технических условий на присоединение к ЭЭС проектируемого предприятия разрабатываются технический проект электроснабжения и рабочие чертежи. Путем сопоставления вариантов по технико-экономическим показателям в техническом проекте определяют число и расположение на генеральном плане главных понизительных подстанций (ГПП) и подстанций глубоких вводов (ПГВ), а также их схемы. Определяются схема сетей и конструктивное исполнение, размещение цеховых подстанций на территории предприятия, число и мощность трансформаторов. Выбираются номинальные напряжения сетей и средства регулирования напряжения, компенсации реактивной мощности, защиты и автоматики. В проекте должны учитываться условия загрязнения изоляции открытых распределительных устройств 35 – 220 кВ. Таким образом, при техническом проектировании решаются все вопросы получения и распределения электроэнергии по территории предприятия.

По спецификациям утвержденного технического проекта осуществляется заказ основного электрооборудования: главных понизительных трансформаторов подстанции 35 – 220 кВ, высоковольтных выключателей, отделителей и короткозамыкателей, измерительных трансформаторов тока и напряжения, синхронных компенсаторов, разрядников, кабелей напряжением 6 – 10 кВ и комплектных трансформаторных подстанций для цехов.

Важный элемент технического проекта – строительные задания на проектирование строительной части подстанций, кабельных туннелей, эстакад и др.

Основными чертежами в проектах ЭЭС промышленного предприятия являются:

- ситуационный план района с указанием расположения электрических сетей ЭЭС, ТЭЦ и ГПП,

- генеральный план предприятия с размещением основных подстанций и межцеховых сетей,

- планы отдельных цехов предприятия с размещением всех цеховых подстанций и сетей низкого напряжения,

- схемы электроснабжения для различных напряжений и различного назначения,

- схемы размещения защиты в сетях 6 – 10 кВ и выше,

- принципиальные однолинейные схемы подстанций,

- принципиальные схемы управления и защиты питающих линий и трансформаторов.

Проектирование по курсу дисциплины "Электроснабжение отрасли" для специальности 140613 – Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям) – осуществляется в форме курсового проекта. Курсовой проект является эскизной проработкой основных вопросов технического проекта электроснабжения предприятия или цеха, согласно выданному студентам заданию. Количество учебных часов на выполнение курсового проекта – 30.

Материал в настоящих указаниях расположен в соответствии с порядком выполнения курсового проекта.

При выполнении курсового проекта необходимо пользоваться справочной литературой и каталогами электропромышленности.

1 Выбор схемы питающей и распределительной сети

Внешнее электроснабжение предприятия по условиям бесперебойности осуществляют, как правило, по двум и более питающим линиям, присоединенным к подстанциям ЭЭС. Эти линии должны по возможности получить питание от независимых источников. К независимым источникам питания относятся такие, на которых сохраняется напряжение при исчезновении его на других источниках. Независимыми источниками являются шины распределительных устройств двух электростанций или подстанций. Если две секции сборных шин получают питание от независимых источников и секции не связаны между собой или имеют автоматический выключатель, действующий при повреждении одной из секций, то эти секции также считаются независимыми источниками.

При небольшой потребляемой мощности (800-3000 кВт), компактном расположении потребителей и отсутствии особых требований к бесперебойности электроснабжения (2 и 3 категории) вся электроэнергия может быть подведена к одному ТП или РП. При большой мощности и значительной разбросанности приемников, а также повышенных требованиях надежности питание следует подводить к двум и более приемным пунктам (ГПП, РП, ТП).

В случае близости источника питания и потребляемой мощности в пределах пропускной способности линий 6-10 кВ электроэнергия подводится к РП. От РП электроэнергия распределяется по цеховым ТП и подводится к электроприемникам высокого напряжения. Номинальные напряжения питающей сети в этих случаях одинаковы.

Если предприятие потребляет значительную мощность (более
40 МВ•А), а источник питания удален, то питающие линии и приемные подстанции (ГПП и ПГВ) выполняются на напряжение 35, 110 и 220 кВ. Главной понизительной подстанцией (ГПП) называется подстанция, получающая питание непосредственно от ЭЭС и распределяющая энергию на более низком напряжении по всему предприятию или району. Подстанция глубокого ввода (ПГВ) – это подстанция 35-110 кВ, выполненная по упрощенным схемам соединений на высшем напряжении и предназначенная для питания отдельного объекта или района предприятия.

Пункты приема электроэнергии обычно связываются между собой в сеть. При построении схем питающих сетей проводится глубокое секционирование шин во всех звеньях передачи и распределения. Схемы питающих и распределительных сетей должны предусматривать постоянную нагрузку всех линий с условием, чтобы при аварии на одном из участков сети оставшиеся в районе элементы обеспечивали питание всех потребителей 1 и 2 категорий. Специальные резервные линии и трансформаторы нецелесообразны. Подстанции (ГПП и ПГВ) 35 – 220 кВ проектируются, как правило, без сборных шин и выключателей на стороне высшего напряжения, с короткозамыкателями и отделителями или с предохранителями.

Сети, связывающие между собой районные подстанции и ПГВ, выполняются по магистральным схемам (три-четыре ПГВ на одной линии 35 – 220 кВ). Для питания ГПП возможно применение как радиальных, так и магистральных схем. Питающие линии могут выполняться двухцепными и одноцепными.

Сети, связывающие между собой ГПП (ПГВ) и ТП, выполняются по радиальным, магистральным и смешанным схемам. Выбор схемы зависит от требуемой степени надежности, мощности подстанций и территориального их размещения. Радиальные схемы надежны, поэтому они применяются при питании подстанций с крупными сосредоточенными нагрузками 1 и 2 категорий. Они дороже магистральных. Магистральные схемы рекомендуются при небольших мощностях подстанций и приемниках 2 и 3 категорий. Число трансформаторов 250 – 630 кВ•А, присоединяемых к одной магистрали, не должно превышать трех-четырех.

Глухое присоединение цехового трансформатора (без коммутационной аппаратуры 6 – 10 кВ) производят при радиальном питании кабельными линиями (блок линия – цеховой трансформатор). Исключение составляют случаи питания от источника, находящегося в ведении другой организации, питания от весьма удаленного источника (например ТП береговой насосной) и необходимости установки аппаратуры по условиям защиты и безопасности. Сборные шины на ТП не делают.

В техническом проекте СЭС обычно разрабатывается несколько вариантов схем сетей предприятия. Окончательный выбор осуществляется после расчета и выбора оборудования во всех рассматриваемых вариантах на основе сравнения величин приведенных затрат и показателей надежности вариантов. В случае, когда приведенные затраты вариантов отличаются не более чем на 15%, предпочтение отдается наиболее надежному. При одинаковой надежности вариантов (отличие в пределах погрешности определения показателей надежности) выбирается наиболее экономичный вариант. В случае значительного отличия вариантов по затратам и надежности необходима оценка величины вероятного ущерба от перерывов электроснабжения. Для ориентировочного выбора числа и напряжения цепей передачи в схемах внешнего электроснабжения и распределительных сетях в таблице 1.1 приведены предельные значения передаваемой мощности Р _нб и длины L _нб линий переменного тока высокого напряжения.

Таблица 1.1 - Области применения линий электропередачи переменного тока высокого
напряжения

2 Расчет электрических нагрузок

Одним из основных методов является метод упорядоченных диаграмм. Расчёт ведётся от низших ступеней системы электроснабжения к высшим. Перед началом расчёта необходимо в зависимости от мощности электроприёмников выбрать напряжение и составить примерную схему электроснабжения.

Для выбора трансформаторов необходимо определить мощность электроприёмников, получающих питание от данных трансформаторов, для расчёта РП необходимо знать мощность приёмников, получающих питание от данного РП.

При составлении схемы снабжения и определении минимального числа трансформаторов необходимо учесть категорийность электроприёмников. Электроприёмники металлургических заводов в большинстве случаев относятся к потребителям 1 и 2 категории, для которых нужно не менее 2 источников питания, хотя по ПЭУ и допускается для приёмников 2 категории применение одного источника (трансформатора, линии) при возможности быстрой замены повреждённого элемента.