kush-01 / УМП сети 1
.pdfФедеральное агентство по образованию РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурностроительный университет»
Институт экологии Кафедра энергоснабжения и теплотехники
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Учебно-методические указания для курсового и дипломного проектирования
Волгоград 2006
УДК 621.315(075.8)
Проектирование электрических сетей промышленного предприятия : учебно-методические указания для курсового и дипломного проектирования / Сост. В.В. Лукин, В.Н. Злобин, А.В. Сомов; ВолгГАСУ. — Волгоград, 2006. — 97 с.: ил.
Содержатся краткие сведения о схемах электрических сетей промышленных предприятий и основах их проектирования, конкретные рекомендации по выбору схем внешнего электроснабжения, первичных соединений ГПП и распределительных сетей, рациональных напряжений, силовых трансформаторов цеховых ТП и ГПП. Даны подробные методики аналитического определения расчётной мощности предприятия, электрического расчёта питающей ЛЭП-110 кВ с учётом трансформаторов ГПП, расчёта радиальных, магистральных и кольцевых сетей напряжением 10 кВ. Приводятся варианты исходных данных для выполнения курсовой работы, задание (бланк), краткие сведения о структуре работы и её оформлении, а также контрольные вопросы для подготовки и защиты курсовой работы.
Для студентов, изучающих дисциплину СД.01 «Электрические сети» по специальности 101600 «Энергообеспечение предприятий» (направление подготовки дипломированного специалиста 650800 «Теплоэнергетика», квалификация — инженер) и выполняющих курсовую работу по расчету электрических сетей промышленного предприятия в соответствии с программой учебной дисциплины.
Табл. 10. Ил. 18. Библиогр. 14 назв. Прил. 6.
2
ВВЕДЕНИЕ
Около 70 % всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии потребляется промышленными предприятиями. Электроснабжение промпредприятий осуществляется системами электроснабжения (СЭС). В СЭС можно выделить два вида электроустановок: по производству электроэнергии — электрические станции; по передаче, преобразованию и распределению электроэнергии — электрические сети. Основным источником электроснабжения предприятий являются электростанции и сети районных энергосистем. В энергосистеме электростанции с помощью сетей высокого напряжения объединены для совместной параллельной работы на общую нагрузку. Это даёт ряд технических и экономических преимуществ по сравнению с отдельно работающими электростанциями. Собственные электростанции на промышленных предприятиях сооружаются в исключительных случаях.
Электрическая сеть — совокупность электроустановок для передачи, преобразования и распределения электроэнергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории. Электрические сети должны обеспечивать: надёжность (бесперебойность) электроснабжения; высокое качество электроэнергии, характеризуемое нормированным уровнем напряжения у потребителей; удобство и безопасность обслуживания; экономичность; возможность дальнейшего развития без коренного переустройства сети. В связи с этим электрические сети должны тщательно проектироваться, качественно монтироваться и технически правильно эксплуатироваться.
Задачами проектирования промышленных сетей являются: определение расчетных нагрузок и выбор источников питания; выбор схемы и рационального напряжения сети внешнего электроснабжения; выбор числа, мощности
итипов трансформаторов понижающих подстанций; определение местоположения подстанций; предварительный выбор схемы электрических соединений подстанций, являющихся пунктами приёма электроэнергии, поступающей от энергосистемы; электрический расчет питающей ЛЭП внешнего электроснабжения; выбор способов регулирования напряжения; выбор схемы
ирационального напряжения распределительной сети предприятия; расчет распределительной сети. Главной целью данных методических указаний является привитие практических навыков электрических расчётов сетей напряжением выше 1 кВ. Навыки расчётов электрических сетей необходимы как при проектировании промышленных сетей, так и при их эксплуатации.
3
Глава 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТИ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ МОЩНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ
Из исходных данных (прил.1) выписываются в табл. 1.1: расчетные нагрузки предприятия, заданные на шинах низшего напряжения (НН) цеховых трансформаторных подстанций (ТП) с учетом компенсации реактивной мощности и потерь мощности в цеховых сетях; категорийность нагрузок по надежности электроснабжения; коэффициент мощности; число часов использования максимума нагрузок.
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.1 |
Характеристика электрических нагрузок предприятия |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
№ рисунка |
Pp i (нн), |
Qp i (нн), |
Sp i (нн), |
|
Состав потре- |
Длительность |
генплана |
сos i |
бителей по |
использования |
|||
предприятия |
МВт |
Мвар |
МВ А |
категориям |
максимума |
|
(прил. 1) |
|
|
|
|
надежности |
нагрузки, ч |
|
|
|
|
|
|
|
Определяются суммарные расчетные активная и реактивная мощности на шинах НН (0,4 кВ) всех цеховых ТП, а затем — расчетная полная мощность:
|
n |
|
|
|
P(НН) = Ppi (НН), |
(1.1) |
|||
|
i 1 |
|
|
|
|
n |
|
|
|
Q(НН) = Qpi (НН), |
(1.2) |
|||
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Sp (НН) = ( P |
)2 ( Q )2 |
. |
(1.3) |
|
|
нн |
нн |
|
Согласно [4, с. 67] в большинстве случаев расчетную нагрузку предприятия, отнесенную к шинам вторичного напряжения приемной подстанции (ГПП, ГРП), определяют по формулам расчетом, а не построением суммарного совмещенного графика нагрузки с учетом высоковольтных электроприёмников и потерь мощности в цеховых трансформаторах и высоковольтных заводских сетях. Суммарные расчетные активная и реактивная мощности нагрузки на шинах вторичного напряжения приемной подстанции предприятия (ГПП, ГРП) предварительно определяются по формулам [4, с. 67—68]:
4
Pp = ( Pнн + Pвв + Pцт + Pл )Kрм ,
(1.4)
Qр = ( Qнн + Qвв + Qцт + Qл )Kрм ,
где Pвв , Qвв — суммарные активная и реактивная мощности высоковольтных электроприёмников. В курсовой работе они не учитываются, так как не заданы в исходных данных;
Pцт , Qцт — соответственно потери активной и реактивной мощностей в трансформаторах цеховых ТП
Pцт =0,02Sр (нн),
(1.5)
Qцт = 0,1Sр (нн),
где Sр (нн) — расчетная полная мощность предприятия на шинах НН (0,4 кВ) за максимально нагруженную смену с учетом потерь в сети НН;
Pл , Qл — соответственно потери активной и реактивной мощностей в линиях внутренней сети напряжением выше 1 кВ:
где Pл = 0,03·Sр (нн); Qл « Pл , а поэтому можно принять Qл = 0;
Kр.м — коэффициент разновремённости максимумов нагрузок предприятия, равный 0,9—0,95.
Расчетная полная мощность предприятия на шинах приемной подстанции (ГПП, ГРП), МВ А, равна
S |
p |
|
( P |
)2 ( Q )2. |
(1.6) |
|
|
p |
p |
|
По величине Sр делается вывод, каким по мощности является данное промышленное предприятие (малой, средней или большой мощности). С учетом расчетной мощности производится выбор схемы электроснабжения предприятия и напряжения сети внешнего электроснабжения.
Определяется коэффициент мощности нагрузки предприятия на шинах вторичного напряжения приемной подстанции при максимальном режиме
cos |
max |
P / S |
p |
P / |
( P |
)2 ( Q )2 . |
(1.7) |
|
р |
p |
p |
p |
|
Для дальнейшего расчета следует воспользоваться генпланом заданного предприятия. На половине листа формата А1 начертить в масштабе генплан предприятия, используя план с нагрузками, выданный с заданием к курсовой работе. Точками на плане указать центры цеховых электрических нагрузок. По расположению нагрузок на плане делается анализ их размещения, а при разработке плана электрических сетей предприятия определяются длины всех кабельных линий.
Примечание. В курсовой работе расчётные нагрузки заданы с учетом компенсации реактивной мощности в электрической сети 380/220 В. Определение расчетных нагрузок и компенсация реактивной мощности изучаются в курсе «Электроснабжение промпредприятий и электропривод» и практически решаются при выполнении курсового проекта по этой дисциплине.
5
1.2. ВЫБОР СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ
Система внешнего электроснабжения включает в себя схему электроснабжения и источники питания предприятия. В курсовой работе рассматривается электроснабжение предприятия от энергосистемы — районной трансформаторной подстанции (РТП). При выборе схемы электроснабжения предприятия наряду с надежностью и экономичностью необходимо учитывать такие требования, как характер размещения нагрузок на территории предприятия, потребляемую мощность, перспективы развития и др.
Надёжность зависит от категории потребителей электроэнергии и особенностей технологического процесса предприятия. Экономичность определяется минимумом приведённых затрат на систему электроснабжения предприятия. При проектировании, как правило, разрабатывается несколько вариантов схемы электроснабжения, наиболее целесообразный из которых определяют в результате технико-экономического сопоставления. Техникоэкономические расчёты в электроснабжении приведены в [1, с. 55—66], в курсовой работе по электрическим сетям они не рассматриваются.
Для предприятий малой (до 5 МВт) и средней (5—75 МВт) мощности, как правило, применяют схемы электроснабжения с одним приемным пунктом электроэнергии (ГПП, ГРП, РП). Если имеются потребители первой категории, то предусматривают секционирование шин приемного пункта и питание каждой секции по отдельной линии.
Схемы с двумя и более приемными пунктами применяют на предприятиях большой мощности с преобладанием потребителей I категории, при наличии мощных и обособленных групп приемников электроэнергии, при развитии предприятия этапами, когда питание второй очереди экономически целесообразно выполнять от отдельного приемного пункта электроэнергии, а также в тех случаях, когда приемные пункты выполняют одновременно функции РП и их установка экономически целесообразна.
Для предприятий средней и большой мощности, получающих питание от районных сетей 35, 110, 220 кВ, широко применяют схему глубокого ввода. Такая схема характеризуется максимально возможным приближением высшего напряжения к электроустановкам потребителей с минимальным количеством ступеней промежуточной трансформации и аппаратов.
Линии глубоких вводов проходят по территории предприятия и имеют ответвления к нескольким подстанциям глубоких вводов (ПГВ), расположенным близко от питаемых ими нагрузок. Обычно ПГВ выполняют по простой схеме: без выключателей и сборных шин на стороне высшего напряжения. Наиболее дешевыми являются схемы ПГВ с отделителями и короткозамыкателями. Распределение электроэнергии при таких схемах осуществляется на РУ вторичного напряжения 10(6) кВ ПГВ. Глубокие вводы выполняют в виде магистральных воздушных линий (рис. 1.1) и в виде радиальных воздушных и кабельных линий (рис. 1.2).
6
7
8
Магистральные глубокие вводы применяют при нормальной и малозагрязненной окружающей среде, когда по территории предприятия можно провести воздушные линии напряжением 110—220 кВ и разместить ПГВ около основных групп потребителей электроэнергии.
Радиальные глубокие вводы применяют, как правило, при загрязненной окружающей среде. Кабельные радиальные вводы используют при невозможности прокладки воздушных линий и размещении более громоздких ответвительных подстанций 110—220 кВ. Радиальные схемы глубоких вводов обладают большей гибкостью и удобствами в эксплуатации по сравнению с магистральными, так как повреждение или ремонт одной линии или трансформатора не отражается на работе других подстанций. Схемы глубоких вводов при максимальной простоте и дешевизне не уступают по надежности схемам централизованного электроснабжения. Они применимы для потребителей любой категории.
Передачу электроэнергии от источника питания (ИП) до приёмного пункта предприятия осуществляют воздушными или кабельными линиями в зависимости от передаваемой мощности, напряжения, расстояния и ряда других факторов.
При заданном напряжении источника питания 110 кВ и его значительном удалении от предприятия целесообразно внешнее электроснабжение осуществить по воздушной линии электропередачи (ВЛ) напряжением 110 кВ, а в качестве приёмного пункта электроэнергии на предприятии предусмотреть ГПП-110/10(6) кВ. Так как в составе предприятия имеется значительная часть потребителей первой и второй категории надёжности, то питающая ВЛ-110 кВ должна быть резервированной, т.е. двухцепной.
По условию надёжности электроснабжения на ГПП необходимо предусмотреть два силовых трансформатора напряжением 110/10(6) кВ.
Напряжение внутренней распределительной сети предприятия следует предварительно выбрать 10 кВ, так как отсутствуют данные о наличии электроприёмников напряжением 6 кВ.
Один из вариантов упрощенной схемы электроснабжения предприятия средней мощности показан на рис. 1.3.
1.3. ВЫБОР НАПРЯЖЕНИЯ СЕТИ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Напряжения электрических сетей внешнего и внутреннего электроснабжения определяют структуру всей системы электроснабжения предприятия, а поэтому выбор напряжений производится одновременно с выбором схемы электроснабжения. Выбор напряжений зависит от мощности, потребляемой предприятием, его удалённости от источника питания, напряжения источника питания (особенно для малых и средних предприятий), количества и единичной мощности высоковольтных электроприёмников (электродвигателей, электропечей и др.).
9
10