Электроснабжение микрорайона города

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы были приобретены навыки по курсовому проектированию электрической части подстанций.
Выбор современного оборудования позволил повысить надёжность и актуальность объекта проектирования.
В процессе работы было использовано множество источников научно-технической литературы.
Таким образом был осуществлён проект понизительной подстанции для энергоснабжения микрорайона, удовлетворяющий нормам современного проектирования.

...

Содержание
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
ГЛАВА 1 5
1.1 Характеристика жилого района города и исходные данные 5
1.2. Обоснование главной электрической схемы подстанции. 5
ГЛАВА 2. РАСЧЁТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК 9
2.1 Расчёт электрических нагрузок микрорайона 9
2.2 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов 11
2.3 Компенсация реактивной мощности 13
3 РАСЧЕТ И ВЫБОР СЕЧЕНИЙ КАБЕЛЕЙ 15
5 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 17
6 ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ 25
6.1 Выбор выключателей 25
6.2 Выбор выключателей на НН 26
7. ИЗМЕРЕНИЯ, ЗАЩИТА И УПРАВЛЕНИЕ НА ПОДСТАНЦИИ 29
7.1. Выбор трансформаторов тока 29
7.2. Выбор трансформаторов напряжения 31
7.3. Выбор ограничителей перенапряжения 33
7.4. Выбор источников оперативного тока 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 37
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 38

ВВЕДЕНИЕ

Индустриализация и развитие народного хозяйства предопределили рост городов. Рост городов происходит за счет естественного увеличения населения, преобразование сельских поселений в городские за счет оттока населения в города из сельской местности, связанного со значительным ростом промышленного производства в городах. Всё это способствовало увеличению жилищного строительства. Города являются крупными потребителями электрической энергии, так как в них проживает более 60 % населения страны и располагается большое количество промышленных предприятий. Происходит увеличение расхода электроэнергии на бытовые нужды населения, что требует строительства жилья и, соответственно, проектирования и строительства распределительных электрических сетей.
Важное значение в развитии любой экономики занимает наличие энергии для производства. Не меньшее значение имеет энергия и для коммунально-бытовой сферы. Однако выработка энергии непосредственно в месте ее потребления затруднительна и сопряжена с рядом трудностей. Гораздо более эффективна централизованная выработка энергии в больших объемах, - при этом коэффициент полезного действия системы будет максимален.
Правильно выбранная схема доставки электроэнергии потребителям во многом определяет надежность снабжения, предопределяет возможные внештатные ситуации и аварии. При этом при проектировании трансформаторных подстанций, их комплектации, линий передачи и т.д. необходимо исходить также из экономической целесообразности. Как правило рассматриваются несколько вариантов и на основе их сравнения окончательный выбирается из условия оптимального соотношения между технической необходимостью и экономической целесообразностью. Это позволяет добиться существенной экономии материалов и средств, облегчает эксплуатацию аппаратуры.
В настоящее время целесообразным является использование новых видов электротехнической аппаратуры: вакуумные и элегазовые выключатели, взамен масляных, микропроцессорные устройства релейной защиты, взамен релейно-ламповых и т.д. Эти устройства при сравнимой стоимости, обеспечивают большую надежность, гибкость и в оказываются более предпочтительными.
Целью данного курсового проекта является разработка трансформаторной подстанции для электроснабжения микрорайона города.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ объекта энергоснабжения, выбрать схему электроснабжения;
2. Провести расчет электрических нагрузок микрорайона, выбрать понижающие трансформаторы, а также, при необходимости, устройства компенсации реактивной мощности;
3. Провести расчет токов короткого замыкания;
4. Выбрать питающую линию электроснабжения;
5. Произвести выбор силового оборудования ПС.
Качественная и экономичная работа электрических сетей во многом определяются на стадии их проектирования. В дипломном проекте рассматриваются вопросы проектирования понижающей подстанции для электроснабжения района микрорайона.
 

Значения нагрузок являются приведёнными, т. е. определёнными с учётом коэффициента одновремённости в зависимости от числа квартир. Поэтому расчётная электрическая нагрузка любого элемента системы электроснабжения жилых домов в зависимости от числа квартир, питаемых от этих элементов, равна:Ркв=ркв.уд.∙n,(кВт), (2.4)где: Ркв - расчётная нагрузка рассматриваемого элемента сети (квартиры), кВт;ркв.уд. - удельная нагрузка, соответствующая числу квартир , кВт/ квартира;- число квартир, присоединённых к элементу сети.Проектная мощность нагрузки ПС составляет по ТЗ 1280 кВА при 2.2 Выбор числа и мощности силовых трансформаторовЧисло трансформаторов на подстанциях определяется категориями потребителей по требуемой степени надежности. В нормальных условиях силовые трансформаторы должны обеспечивать питание всех потребителей. Как правило, на подстанциях должно быть не более двух трансформаторов. Наиболее экономичны однотрансформаторные подстанции, которые при наличии централизованного (складского резерва) или по вторичному напряжению могут обеспечить надежное питание потребителей второй и третьей категорий надежности электроснабжения.Двухтрансформаторные подстанции целесообразны при неравномерном суточном и годовом графиках нагрузки предприятия, при сезонном режиме работы одно- или двухсменных предприятиях со значительной разницей загрузки смен. В этих случаях в режиме минимальных нагрузок целесообразно отключить один из двух трансформаторов подстанции, что определяется условиями оплаты за электроэнергию по двухставочному тарифу. Кроме того, двухтрансформаторные подстанции применяются при сосредоточенных нагрузках на данном участке с высокой удельной плотностью (0,5 – 0,7 кВ∙А/м2), а также, если имеются электроприемники особой группы. При наличии электроприемников первой и второй категории, также рекомендуется установка двухтрансформаторных подстанций. Исходя из требований обеспечения надёжности электроснабжения потребителей, нормами технологического проектирования подстанций, имеющих потребителей первой и второй категорий, на проектируемой подстанции должно быть установлено два трансформатора. Выбираемая мощность трансформатора должна удовлетворять условию:, кВ·Aгде Smax - максимальная нагрузка подстанции, кВА;КI-II - коэффициент участия потребителей I и II категорий;Кав - принятый коэффициент допустимой аварийной перегрузки, принимаем Кав = 1,4 (время наибольшей нагрузки не превышает 6 часов, а загрузка доаврийного режима менее 93% от наибольшей)На двухтрансформаторных подстанциях следует применять однотипные трансформаторы одинаковой мощности для упрощения замены в случае выхода из строя, а также для сокращения номенклатуры складского резерва.Выберем для подстанции трансформаторы ТМ-1000/10. Трехобмоточный трехфазный трансформатор с принудительной циркуляцией воздуха и естественной масла. Номинальные параметры трансформаторов приведены в таблице 2.2Таблица 2.2 – Технические данные трансформатораТипSном,кВАUном обмоток, кВПотери, ВтНапряжение КЗ, %ТокXX, %ВНННXXКЗВНННТМ-1000/101000100,474037004,54,72,3В аварийном режиме любой из выбранных трансформаторов, при отказе второго, должен обеспечить электроснабжение потребителей с учетом перегрузки в 40%:Коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме:Коэффициент перегрузки трансформаторов в аварийном режиме:Рассчитанные коэффициенты лежат в допустимых пределах(0,5Кнорм0,75, Кпослеав≤1,3).Данный трансформатор удовлетворяет требованиям надежности в аварийном режиме при перегрузке.2.3 Компенсация реактивной мощностиОпределяим значение коэффициента мощности до компенсации: ,Компенсацию реактивной мощности, по опыту эксплуатации, производят до значения [6.11]. Задавшись определяем . Значение и берутся из таблицы 2.3. Задавшись типом КУ (конденсаторная, синхронный компенсатор) по справочной литературе, зная , выбираем стандартную КУ близкую по мощностиРасчётные данные представлены в таблице 2.3Таблица 2.3 – Расчетные данные , кВт, кВАр, кВА1152557,41280Определяется мощность, которую необходимо скомпенсировать:где, Рср год – средняя активная мощность в год, кВт;φ1 – значение угла до компенсации;φ2 – значение угла после компенсации.Определяется средняя активная мощность в год:Определяем мощность компенсирующего устройства:Выбираем установку конденсаторную комплектную регулируемую низкого напряжения УКМ 58-0.4-40-15 У3 мощностью Номинальное напряжение главной цепи 380 В. Частота питающей сети 50 Гц. Отклонение напряжения от номинального не более +10...-15%. Время разряда конденсаторов секции не более 45 с.Определяется реактивная мощность компенсирующего устройства.,кВАргде – номинальная реактивная мощность одного компенсирующего устройства, кВАр – количество компенсирующих устройствкВАрОпределяется реактивная мощность после компенсации:где, Q – реактивная мощность, кВАр;Qк. у. – мощность компенсирующих устройств, кВАр.Определяется величина добавочной активной мощности:где, tgδ – тангенс угла потерьОпределяется величина активной мощности после компенсации:Определяется величина полной мощности после компенсации:Определяется коэффициент мощности после компенсации: Так как cosφ равен требуемому, следовательно, расчет произведен верно.3 Расчет и выбор сечений кабелейПотери энергии при передаче по линии возрастают с увеличением сопротивления линии, которая в свою очередь определяется сечением провода: чем больше сечение провода, тем меньше потери. Однако при этом возрастают расходы цветного металла и капитальные затраты на сооружение линии.Снижение затрат на сооружение электрических сетей промышленных предприятий в значительной степени зависит от выбора экономически целесообразного сечения, определяемого по экономической плотности тока Iэк (А/мм²).Правилами устройства электроустановок регламентируется значение Iэк., принятое на основе технико-экономических расчетов с учетом стоимости потерь электроэнергии в строительной части линии, экономии цветных металлов и других факторов.Для прокладки принимаем кабель ААШВУ: А – алюминиевая жила с бумажной маслоканифольной и не стекающей массой изоляции;А – алюминиевая оболочка;ШВ – шланг виниловый, наружный покров – хлоридный.Способ прокладки принимаем в земле, т.к. этот способ является наиболее экономичным.Достоинство прокладки в земле: низкие капитальные затраты по сравнению с другими способами прокладки; высокое использование по нагреву; простота прокладки.Недостатки при прокладке в земле: кабель находится постоянно во влажной среде; затруднение отыскания места повреждения.Определяем максимальный ток, протекающий по кабелю где Smax – максимальная полная мощность, потребляемая объектом Определяем экономическое сечение кабеля:где Imax – максимальный ток, протекаемый по выбираемому кабелю;Iэк- экономическая плотность тока; принимаем Iэк= 1,2, т.к. Tmax>5000 часов Выбираем кабель ААШВУ 10кВ (3х25) Iдоп=91 А.Дополнительные коэффициенты, учитывающие прокладку в земле по вводам, т.к. данные таблицы учитывают коэффициенты при прокладке в земле.Условия нагрева в после аварийном режиме – выполняется Условие выбора по нагреву выполняется.Принимаем кабель для установки 3ААШВ (325) Результаты расчета занесем в таблицу 3,1.Таблица 3,1 – Выбор высоковольтных кабелей.Место прокладкиSрасч,кВАIн,АМарка кабеляIдоп.,АВвод трансформатора ТМ128075,3ААШВУ -10 кВ (3х25)915 Расчет токов короткого замыканияРасчет токов КЗ используется для выбора и проверки электрооборудования по условиям КЗ, выбора установок и возможного действия релейной защиты и автоматики, определения влияния токов нулевой последовательности воздушных линий (ВЛ) на линии связи, для выбора заземляющих устройств.Расчет периодической составляющей тока КЗ проводится без учета активного сопротивления элементов схемы, если активное сопротивление не превышает 30% индуктивного сопротивления до точки КЗ.При расчетах токов КЗ допускается не учитывать: сдвиг по фазе ЭДС и изменение частоты вращения роторов синхронных двигателей; ток намагничивания трансформаторов; насыщение магнитных систем электрических машин; поперечную емкость ВЛ.Расчет тока КЗ на стороне НН производится в условиях послеаварийного режима на подстанции (один трансформатор отключен), в этом случае секционный выключатель включен, при этом в место КЗ протекают наибольшие токи подпитки от электродвигателей.Коротким замыканием называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой и землей, при котором токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.Существует несколько видов КЗ:трехфазное короткое замыкание (замыкание между тремя фазами) 1-7%;двухфазное короткое замыкание (замыкание между двумя фазами);однофазное короткое замыкание (замыкание фазы на землю) составляет 60-92% от общего числа КЗ.Как правило, трехфазные КЗ вызывают в поврежденной цепи наибольшие токи, поэтому при выборе аппаратуры обычно за расчетный ток КЗ принимают ток трехфазного КЗ.Причиной КЗ могут быть:механические повреждения изоляции и разрушение кабелей при земляных работах;поломка фарфоровых изоляторов;падение опор воздушных линий;старение, т.е. износ, изоляции, приводящее к ухудшению электрических свойств изоляции;увлажнение изоляции;замыкание птицами и животными проводов воздушных линий;перекрытие между фазами вследствие атмосферных перенапряжений.Короткое замыкание может возникнуть при неправильных оперативных переключениях, например при отключении нагруженной линии разъединителем, когда возникшая дуга перекрывает изоляцию между фазами.Некоторые КЗ являются устойчивыми, условия возникновения их сохраняются во время безтоковой паузы коммутационной аппаратуры, т.е. после снятия напряжения с электроустановки. К ним относятся КЗ вследствие механических повреждений и т.д.Последствиями КЗ является резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы.Вследствие увеличения токов, прохождение их по сети вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару в РУ, в кабельных сетях и других элементах электроснабжения, и будет причиной дальнейшего развития аварии.Все электрические аппараты и токоведущие части электрических установок должны быть выбраны таким образом, чтобы исключить их разрушение при прохождении по ним наибольших возможных токов короткого замыкания, в связи, с чем возникает необходимость расчета этих величин.Параметры элементов схемы:1) Система:Uб =10,5кВ2) Кабельная линия 1: ААшВ-10 кВ (325); =1,98 Ом/км;= 0,11 Ом/км; L=200м3) Т1, Т2 –ТМ-1000/10, Uк=4,5%, Рк=5,5 кВт=10 кВ ;=0,4 кВ4) КЛ до КП: СИП-2 (416); =1,25 Ом/км;= 0,07 Ом/км; L=80мРасчет сопротивления элементов системы:1) Система=02) КЛ 13) КЛ 24) Трансформатор:5) КЛ до РП1Схемы замещения:Рисунок 5.1 – Общая схема замещенияРасчет тока КЗ для точки К-1Рисунок 5.2 – Схема замещения для точки К-1 для 10 кВ ; ; Расчет тока КЗ для точки К-2Рисунок 5.3 – Схема замещения для точки К-2Рисунок 5.4 – Упрощенная схема замещения для точки К-2 для 10 кВ ; ; Расчет тока КЗ для точки К-3Рисунок 5.5 – Схема замещения для точки К-3Рисунок 5.6 – Упрощенная схема замещения для точки К-3 для 0,4 кВ ; ; Расчет тока КЗ для точки К-4Рисунок 5.7 –Схема замещения для точки К-4 для 0,4 кВ ; ; Определяем ток однофазного КЗ:где: UКФ – фазное напряжение в точке КЗ, кВZП – полное сопротивление петли « фаза – нуль » до точки КЗ, ОмZТ(1) – полное сопротивление трансформатора однофазному КЗ, ОмZТ(1) = 54 мОм [ «Сопротивление трансформаторов 10/0,4кВ]ZП = 15 мОмДанные расчета сводим в таблицу 5.1 Таблица 5,1 –Расчет токов К3.Точки К3кА,кА,кА,кАК-129,7757,461,329,77К-229,4656,861,24629,46К-318,234,10,779.1К-418,234,10,779.16 Выбор электрических аппаратовЭлектрические аппараты и токоведущие части распределительных устройств должны обеспечивать:достаточную прочность изоляции в длительном рабочем режиме и при кратковременных перенапряжениях;допустимый нагрев токами длительных режимов;стойкость в режиме КЗ;достаточную механическую прочность;соответствие окружающей среде и роду установки;допустимые потери напряжения в нормальном и аварийном режимах;технико-экономическую целесообразность.6.1 Выбор выключателейВводные выключателиДля цепей трансформаторов с расщеплённой обмоткой при выборе вводных выключателей с учётом аварийной допустимой перегрузки:,(6.1)где ― номинальное напряжение на стороне трансформатора;.Вводные выключатели на ВН исходя из. Выбираем электрооборудование ВБСК-10-12,5/630.Таблица 6.1 - Характеристика вакуумного выключателя применяемого в ячейках КСО-285ТипUном, кВIном, АIном.откл.,кАПредельный сквозной ток КЗ, кАНоминальный ток включения, кАТок термической стойкости, кА/допустимое время его действия, с(Iтер.норм) Полное время отключения сНаибольший токНачальное действующее значение периодической составляющейНаибольший пикНачальное действующее значение периодической составляющейВБСК-10-12,5/630 1063012,53212,53212,512,5/30,056.2 Выбор выключателей на ННВыбор автоматического выключателя в РУ-0,4 кВ:Выбираем выключатель ВА 88-40 с параметрами:Iном.=630 А, Iн.расц.=630 А, 1,25Проверка:Iном=630 АIнорм=340,02 А,Iном.отк=35 кА=9,1 кА,Iн.расц.= 630 А> Imax=561,1 А,, кВА ,АМарка выкл.Iном,АIн.расц ,АIном.отк ,кАМарка рубилиника235,3340,02ВА 88-4063063035РЕ 19-41Выбор автоматических выключателей на отходящие линииВыбор автоматического выключателя на линию КП телемеханика(1,2,3,4)Выбираем выключатель ВА 88-32 с параметрами: Iном.=125 А, Iн.расц.=125 А, 1,25Проверка:Iном=125 АIнорм=31 А,Iн.расц.= 125 А> Imax=51,3А,Выбор остальных автоматических выключателей аналогичен. Описание выбранного оборудования.Ячейка КСО-285 представляет собой КРУ в металлическом корпусе, предназначенное для внутренней установки. Данное устройство устанавливается в отсеках высокого напряжения понижающих подстанций и на подстанциях высокого напряжения большой мощности.Устройство КСО-285 объединяет в себе множество технических решений, реализованных на основе испытанных технологий: КРУ с высокими эксплуатационными характеристиками, цифровую защиту, системы контроля и управления, корпуса, устойчивые к воздействию внутренней дуги. На всех этапах разработки серии КСО-285 принимались в учет три основных требования заказчиков:Надежность:по каждой характеристике каждого типа ячеек КСО-285 проводились типовые испытания;для изучения электрических полей использовались методы трехмерного компьютерного моделирования;разработка, изготовление и испытание серии КСО-285 проводились в соответствии со стандартом качества ISO 9000.