Внутреннее электроснабжение объектов

Лекция 5 1. Внутреннее электроснабжение объектов 1. Внутризаводское и внутригородское распределение электроэнергии. 1. Назначение и выполнение электрических сетей выше 1000 В. Системы электроснабжения промышленного предприятия делится на систему: ◦ внешнего электроснабжения до ГПП 6-220 кВ ◦ внутреннего от ГПП до ТП 6(10) кВ – 0,4 кВ Система электроснабжения может быть: • магистральная – для II, III категории, • радиальная – для II, I категории. Систему электроснабжения внутреннего и внешнего выбирают с учётом особенностей и режима работы потребителей, защиты от аварий, удобства обслуживания, возможности дальнейшего расширения производства. Выбор радиальной системы определяется: • номинальным напряжением; • мощностью электрических приёмников; • дальностью передачи электрической энергии. Канализация электрической энергии – это распределение её с помощью воздушных, кабельных линий и шинопроводов до места потребления. ВЛ (воздушные линии) – это устройство для передачи электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикреплённым при помощи изоляторов и арматуры к опорам. КЛ (кабельной линией) – называется устройство для передачи электрической энергии, состоящее из одного или нескольких кабелей с соединительными и концевыми муфтами. ВЛ КЛ Провода: однопроволочные, многопроволочне. Cu, Fe, Aℓ. Опоры: деревянные, железо-бетонные, металлические. Промежуточные, концевые, угловые, Изоляторы: стекло, фарфор. Штыревые (до 35 кВ), подвесные (свыше 35кВ). Заземляют арматуру, опоры: Ме, ж/б. Кабели: однопроволочные, мнопроволочные Сu, Aℓ. Прокладка: в земле, в эстакаде, в туннеле, в канале, в блоке. Изоляция: бумага, резина,пластмасса Заземляют: муфты, оболочку, конструкции. Токопроводы бывают: открытые подвесные до и свыше 1000 В. Шинопроводы применяются до 1000 В. Рис.19. Схемы электроснабжения а ) От собственной электростанции б) Схема электроснабжения от энергосистемы применяется для потребителей 3 категории в) Схема питания от двух различных источников применяется для потребителей 2,1 категории. При обрыве одной линии (1 или2) питание потребителей восстановим, включив межсекционный переключатель. После определения электрической нагрузки и категории надёжности потребителей намечают возможные варианты электроснабжения с питанием кабельными или воздушными линиями различных напряжений. Окончательно выбор одного из вариантов определяют сравнением технико-экономических показателей. Обычно рассматривают 2-3 варианта с выявлением капитальных затрат, эксплуатационных расходов, суммарных затрат. Все элементы схемы электроснабжения должны иметь такие параметры, чтобы при аварийном выходе из строя какого-либо элемента, оставшиеся в работе могли принять на себя нагрузку отключившегося элемента. В электроснабжении предприятий осуществляется ступенчатый принцип построения схем. Под ступенью электроснабжения понимаются узлы схемы электроснабжения между которыми энергия получаемая от источника питания передаётся определенному числу потребителей. Схемы бывают: одноступенчатые, многоступенчатые. Выбор напряжения. Выбор напряжения производится с учётом: • требований безопасности • экономичности Для внутризаводского питания применяют напряжение: 6; 10; 20; 35 кВ Для внутрицехового питания применяют: 0,4; 0,66; 1; 6 кВ Выбор сечения высоковольтного кабеля. В высоковольтных линиях, имеющих большую протяжённость, возникают: • большие потери напряжения • большие потери энергии Для того чтобы уменьшить потери нужно увеличить сечение кабеля. Это наглядно видно из графика рис.18, но тогда возрастает стоимость линии. Нужно выбрать экономически выгодное сечение кабеля. Рис. 20 Стоимость ЛЭП и потерь электроэнергии. где Sэк – экономически выгодное сечение при котором стоимость ЛЭП и стоимость потерь электроэнергии оптимальны. Согласно требованиям ПУЭ сечение поводов, шин, кабелей напряжением выше 1 кВ выбирают по экономической плотности тока [j] = А/мм² В таблице 1.3.36 ПУЭ, [1, стр. 85] даётся экономическая плотность тока для различных марок проводов, кабелей, шин в зависимости от числа часов максимально нагрузки в год. Более 5000ч – III смены – 24ч. Более 3000ч – II смены – 16ч. До 3000ч – I смена – 8ч. ; Пример: Выбрать сечение кабеля к трансформатору ТМ 6/0,4, если . Цех работает в III смены, кабель прокладывается в траншее один. 1. Определяем номинальный ток трансформатора 2. Выбираем марку кабеля ААШв алюминиевые жилы с бумажной изоляцией алюминиевая оболочка шланг виниловый 3. Определяем по таблице 1.3.36 ПУЭ j – экономическая плотность тока. j = 1.2 А/мм² 4. Определяем сечение экономически выгодное 5. Выбираем сечение кабеля по таблице 1.3.16 ААШв (3*70) 6. Проверяем выбранный кабель по нагреву kт – 1.3.3 kп – 3.2.6 kпв – 1 ААШв (3*25) Алюминиевые жилы Алюминиевая оболочка Шланг Виниловый 2. Классификация, основное электрооборудование электрических станций и подстанций 1. Классификация подстанций, назначение, типы. Электроустановка, состоящая из трансформаторов, РУ, служащая для преобразования и распределения электроэнергии, называется подстанцией. По назначению подстанции бывают трансформаторные: предприятий (110/6-10), тяговые (35/3), городские (6/0,4), районные (750/220, 110/10-6, 500/150, 330/110, 220/35, 150/20) и преобразовательные. По расположению (пристроенные, встроенные, отдельностоящие, мачтовые. Распределительные устройства – служат для распределения электроэнергии на одном напряжении, содержит аппараты управления и защиты, измерительные приборы, щиты и др. вспомогательное оборудование. РУ бывают – открытые, закрытые, комплектные. 2. Электрооборудование подстанций и РУ. Трансформатор – аппарат для преобразования одной величины напряжения в другую. Марки: ТМ – трансформатор масляный, ТМ3 – трансформатор масляный с азотной защитой, ТС – трансформатор сухой, ТРДН – расщеплённая обмотка, дутьевое охлаждение, регулирование напряжения. Стандартные мощности: 10, 16, 25, 32, 40, 63, 80, 100. Устройство: бак, выводы, расширитель, магнитопровод, обмотка, выхлопная труба. Выбор: по Uн1, Uн2, Sн. Шины – это металлические проводник предназначенные для передачи электроэнергии внутри п/ст и РУ. Выполняются: медные, стальные, биметаллические. Медные - .Достоинства: прочные, химическая стойкость, хороший монтаж. Недостатки: высокая стоимость. Алюминий - . Достоинства: малый вес, низкая стоимость. Недостатки: большое сопротивление, плохой монтаж. Сталь -. Достоинства: прочные, дешёвые. Недостатки: магнитный материал, большое сопротивление, ток вытесняется на поверхность, применяется в РУ постоянного тока. Формы шин : прямоугольные, коробчатые. Выбирают по: . Проверяют на термическое и динамическое действие токов к.з. Изоляторы– служат для крепления шин и изоляции их от земли. Изоляторы делятся: опорные (стационарные, аппаратные), проходные, Устройство: тело,фланец,крепление. Изготовляются из фарфора покрывают глазурью. Типы: ИО – 100/6 - 750 Изолятор Опорный Ток, А Напряжение Размагничивающее усилие Выбор: 1. по типу, роду установки 2. по напряжению 3. по току 4. по разрушающему усилию Разъединитель – служит для создания видимого разрыва цепи. Типы: РВ – 6/400 Разъединитель Внутренней установки Номинальное напряжение Номинальный ток РВО (однополюсный); РВТ (трёхполюсный); РВЗ (с заземляющими ножами); РЛНД – для наружной установки на ВЛ Устройство: неподвижные и подвижные контакт, рама, опорные изоляторы. Выбор: 1. по типу, по способу установки 2. 3. Выключатель нагрузки – служат для отключения цепи под нагрузкой и защиты цепи от к.з. Устройство: рама, опорные изоляторы, контакты подвижные и неподвижные, дугогасительная камера, предохранители. Типы: ВН -6/400 Выключатель Нагрузки Напряжение Ток ВНП – с предохранителями ВНР – с ручным приводом ВНП – 16;17 – серия Выбор: 1. по типу 2. 3. Достоинства: простота, дешевизна. Недостатки: низкая надёжность, после 200 отключений вкладыш нужно заменять. Предохранитель плавкие Устройство: патрон (стекло, фарфор), плавкая вставка, колпачок, указатель срабатывания. Назначение: защита цепи от к.з. Типы: ПК – 6/100 Предохранитель Кварцевый Номинальное напряжение Номинальный ток ПКТ – для трансформаторов Выбор: 1. по типу 2. 3. 4. Выключатель масляный– предназначен для коммутации цепей под нагрузкой и защиты от токов к.з. Выпускается только трёхполюстные. Устройство: бак (полюс, горшок); контакты подвижные и неподвижные, дугогасительная камера, изоляторы опорные, рама, изоляция внутрибаковая - бумажно-бакелитовая, маслоуказатель, фарфоровые тяги. Заполняется трансформаторным маслом, соединяется с приводом. Время срабатывания t = 0,12 сек. Достоинства: малые габариты, надежность Недостатки: пожароопасность, слабая изоляция, их применяют до 10 кВ. Устанавливают в ячейках КРУ, строго вертикально. Типы ВМГ -133-6-630, ВМП-6-630 Выбор: 1. по типу 2. 3. 4. 5. Реактор – служит для ограничения токов к.з. путём увеличения индуктивного сопротивления цепи. Устройство: катушки 3 , по 1 на фазу без сердечника. Типы: РБА – 6/630 Реактор Бетонный Алюминиевая обмотка Номинальное напряжение Номинальный ток Короткозамыкатель – предназначен для искусственного создания к.з. в тех случаях когда ток при повреждении в трансформаторах может быть недостаточным для срабатывания релейной защиты. Применяют в ОРУ без выключателей. КРН -35, КЗ – 35 – двухфазные; КЗ – 110, КЗ - 220 – однофазное к.з. на землю; КЭ – элегазовые. Короткозамыкатели срабатывает автоматически под действием пружинного механизма при срабатывании релейной защиты. Отключается вручную. Привод ПРК – 1У Отделители –это двухколонковые разъединители с ножами заземления. Типы: ОД – отделитель двухколонковый ОЭ–отделитель элегазовый - повышенной надёжности, т.к контакты закрыты. На 220 кВ трёхполюстные, выключаются вручную, отключаются автоматически. Разрядник вентильный – служит для защиты электрооборудования подстанции от атмосферных перенапряжений. Типы: • вилитовый РВП, РВО • трубчатые РТФ (фибровый 3-10 кВ), РТВ (виниловый 6-35 кВ) Устройство: вилитовые диски из карборунда образует «запорный слой» искровые промежутки – латунь, картон, фарфоровый корпус. Комплектные распределительные устройства Типы: КРУ 2 10П – с ВМП – 10; КСО -366 с ВНП; КСО – 272 с ВНП (ВМГ– 133) КТП – комплектная трансформаторная подстанция – трансформатор, ячейка ВН и НН. Лекция 5 1. Цеховые трансформаторные подстанции. Цеховые ТП должны размещаться, как можно ближе к центру размещения потребителей. Для этого должны применяться внутрицеховые подстанции, а также встроенные в здание цеха или пристроенные к нему ТП, питающие отделительные цеха или части них. ТП должны размещаться вне цеха только при невозможности размещения внутри его или при расположении части нагрузок вне цеха. Выбранная подстанция должна занимать минимум полезной площади цеха, удовлетворять требованиям электрической и пожарной безопасности и не должна создавать помех производственному процессу. Ограждения КТП следует применять в цехах насыщенных оборудованием, или в цехах с интенсивным движением транспорта. Применение внешних отдельно стоящих цеховых подстанций целесообразно при: • питание от одной п/ст нескольких цехов, когда пристроенная п/ст экономически неоправдана: • наличие в цехе взрывоопасных производств; • невозможность размещения п/ст в цехе по соображениям производственного характера. Однотрансформаторные цеховые п/ст применяются при питании нагрузок, допускающих перерыв в электроснабжении (3 категория). Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяются при преобладании потребителей 2й,1й категории. Цеховые п/ст с числом трансформаторов более двух используется лишь при достаточном обосновании, необходимости применения и установки раздельных трансфоматоров для силовой и осветительной нагрузки. Радиальное питание небольших однотрансформаторных п/ст до 630 кВА производится по одиночной линии без резервирования на стороне высшего напряжения. Мощность трансформатора должна составлять 80-90% от суммарной мощности. Магистральные схемы питания должны применятся при линейном расположении п/ст. Число трансформаторов присоединённых к одной магистрали должно быть 2-3 при S =1600 – 2500 кВА и 4-5 при S = 250 – 630 кВА. 2. Расчет электрических нагрузок высокого напряжения. Расчетные полная, активная и реактивная мощности промышленного предприятия (П П) SрасчПП , Pрасч ПП ,Qрасч ПП ,отнесенные к шинам вторичного напряжения главной понижающей подстанции, определяются по расчетным активным и реактивным нагрузкам цехов ( как силовые- до и выше 1кВ- Ррасч НН ,Ррасч ВН ,Q расчНН ,Q расч ВН, так и осветительным – Р расч ОН ,Qрасч ОН с учетом потерь мощности в трансформаторах цеховых подстанций и цеховых сетях напряжением до1 кВ- ∆Рц ,∆Qц и коэффициента одновременности максимумов силовой нагрузки Ко max ; Р расч ПП = ( ∑Р расч НН +∑ Р расч ВН ) К о max +∑Ррасч ОН + ∆Р ц ; Q расч ПП = ( ∑Qрасч НН +∑Q расч ВН - ∑Q СД ) К о vax +∑Q расч ОН + ∆Qц ; Sрасч ПП = √ (Pрасч ПП )2 + (Qрасч ПП)2 . Суммарные потери активной и реактивной мощности в трансформаторах цеховых подстанций и цеховых сетях напряжением до1 кВ приближенно принимаются равными соответственно 3 и 10 % от полной трансформируемой мощности S расч∑; , ∆Р Ц = 0,03S расч ∑Н ; ∆Q Ц = 0,1S расч∑Н Где Sрасч∑Н = √( Ррасч∑Н )2 +( Q расч∑Н )2 ; Р расч∑Н = ∑Р расчНН + ∑Р расч ОН ; Q расч∑Н = ∑Q расчНН + ∑QрасчОН. Потери активной и реактивной мощности в кабелях высшего напряжения в предварительных расчетах не учитываются вследствие их малой значимости. Значения коэффициентов одновременности максимумов для шин ГПП Коmax принимаются по справочным данным таблицы в зависимости от величины средневзвешенного коэффициента использования КиПП всей группы ЭП, подключенных к шинам ГПП. Значения коэффициентов одновременности на шинах (6-10кВ) трансформаторов ГПП Коэффициенты одновременности Коmax При Ки ≤0,3 0,3 < Ки < 0,5 При Ки ≥0,5 0,75 0,8 0,85 3. Выбор числа и мощности трансформаторов на подстанции При выборе числа и мощности трансформаторов на подстанции рекомендуется: • трансформаторы мощностью более 1000 кВА, применять при наличии электроприёмников большой мощности и с частыми пиками нагрузки (печи, сварка) • стремиться к однотипности трансформаторов, т.е. ; ; Чтобы выбрать наиболее рациональный вариант электроснабжения, обычно рассматривают не менее двух вариантов числа и мощности трансформаторов, сравнивая их по технико-экономическим показателям, с учётом категории надёжности потребителей. В цехах первой категории потребителей обязательно нужно устанавливать не менее 2х трансформаторов. Рис.21 Двухтрансформаторная подстанция В нормальном режиме каждый трансформатор питает свою секцию, они работают раздельно А3 – отключен. При потере питания одной секции например 1 А3 автоматически включается и секция 1 получает питание от трансформатора 2. Параллельная работа трансформаторов допускает только на короткое время т.к. при параллельной работе снижается надёжность питания потребителей. 1. При к.з. на низкой стороне отключатся оба трансформатора и цех теряет питание 2. При параллельной работе увеличиваются токи к.з. за трансформатором. Для потребителей 1 категории: Для потребителей 2 категории: Для потребителей 3 категории: Для цеха 2 категории надёжности, если , то допускается установка одного трансформатора, но на низкой стороне нужно сделать резервную перемычку и соединить п/ст. Рис.22 Однотрансформаторная подстанция Мощность трансформатора выбирают таким образом, чтобы его загрузка была не более 60 – 80 %,т.к. при такой загрузке трансформатор имеет более высокий КПД и может взять часть мощности вышедшего из строя. Пример: Рассчитать мощность батареи статических конденсаторов и выбрать трансформатор для цеха 1 категории. В цехе установлены 4 РП. РП1 РП 2 РП 3 РП 4 1. Расчёт мощности батареи 1) Определяем мощность батареи 2) Определяем cosφ цеха: 3) Выбираем 2 трансформатора, к 1му – РП 1,РП2, ко 2 му РП3,РП4. 4) Определяем мощность к.у. 5) Выбираем банки КМ – 0,4-36-3 6) Определяем сos φ после компенсации 7) Определяем cos φ по секциям 8) Выбираем два трансформатора ТМ – 160 – 6/0,4 9) Определяем На каждой секции загрузка не более 60 %