Проектирование системы электроснабжения промышленного предприятия

Реально координаты ЦЭНа, т.е. положение распределительной подстанции (РП) или ГПП, принимается с учетом застройки генплана предприятия производственными цехами и расположением заводских коммуникаций (трубопроводы, эстакады, рельсовые пути и т.д.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рис. 3 Картограмма нагрузок

 

 

6.2 Размещение ГПП, РП на территории предприятия

В данном разделе рассматривают и решают вопросы передачи электроэнергии от ГПП к цехам и административно-производственным зданиям предприятий. [2]

В первом приближении местоположение ГПП может быть выбрано в ЦЭН. Однако выбранное таким образом расположение подстанции должно корректироваться с учетом конкретных условий производства, его территория и т.д. Для расположения подстанции с ее реальными геометрическими размерами необходима определенная свободная площадь на территории предприятия. Также необходимо предусмотреть наличие определенной площади для конструктивного осуществления кабельных трасс, эстакад и линии.

В условиях Севера предпочтение нужно отдавать прокладке кабелей по эстакадам. Контрольные кабели для цепей управления и защиты по территории ОРУ также необходимо вести по надземным конструкциям. Эта рекомендация вызвана тем, что прокладка кабелей в траншеях и каналах затрудняет условия эксплуатации. В короткий летний период каналы и траншеи обводняются, и при замерзаниях в зимних условиях происходит разрыв кабелей. Расположение ГПП, воздушных и кабельных линий не должно создавать затруднения для внутризаводского транспорта.

 
 Следует также принимать во внимание требования технической эстетики и

промышленной архитектуры. Приведенные выше соображения часто вынуждают располагать ГПП на границе или вблизи территории предприятия.

ОРУ-110 кВ в условиях Севера подвергаются сильным снежным заносам. В связи с этим оборудование открытых распределительных устройств (ОРУ) (ЛР, ШР, ошиновки) размещают на высоте 5-6 м, соответственно подняв их приводы. Для удобства обслуживания и ремонтов оборудования сооружают стационарные площадки. При компоновке подстанцию ОРУ следует располагать с наветренной стороны, что обеспечивает минимальные снежные заносы.

 

 

7 Характеристика схем электроснабжения

Внутризаводское распределение электроэнергии выполняется по магистральной, радиальной или смешанной» схеме в зависимости от территориального размещения нагрузок, их величины, требуемой степени надежности питания. При прочих равных условиях применяются магистральные схемы как наиболее экономичные. [2]

Важным является обеспечение питания осветительных и силовых нагрузок в ночной период,  в выходные и праздничные дни по возможности без больших затрат на дополнительные сетевые устройства. Наиболее удачно эта задача решается при однотрансформаторных цеховых подстанциях, которые для взаимного резервирования подстанций обычно связываются между собой перемычками низкого напряжения, рассчитанными на мощность до 15—30 % мощности трансформатора. Это дает возможность отключать часть трансформаторов в период малых нагрузок, что обеспечивает получение экономического эффекта за счет снижения потерь электроэнергии п повышения коэффициента мощности.

Схемы распределения электроэнергии внутри предприятий имеют ступенчатое построение. В большинстве случаев применяется две-три ступени, так как многоступенчатые схемы усложняют коммутацию и защиту. На небольших предприятиях применяются одноступенчатые схемы распределения электроэнергии с применением второй ступени лишь для удаленных от приемного пункта потребителей.

 

При системе глубоких вводов ПО—220 кВ распределение энергии на первой ступени между ПГВ производится по радиальным и магистральным воздушным или радиальным кабельным линиям 35—220 кВ от УРП или от подстанции энергосистемы.

При сооружении РП необходимо полностью использовать полную

 

пропускную способность коммутационных аппаратов: головных и секционных выключателей. Поэтому РП, как правило, целесообразно при числе отходящих линий 6—10 кВ не менее восьми или десяти.

Схема распределения энергии взаимосвязана с технологической схемой объекта:

питание электроприемников разных параллельных технологических потоков предусматривается от разных подстанции, РП или магистралей или от различных секции шин одной подстанции или РП, для того чтобы при аварии не остановились оба технологических потока;

в пределах одного потока все взаимосвязанные технологические агрегаты присоединяются к одному источнику (подстанции, РП, секции и т. д.), чтобы при прекращении питания потопа все входящие в его состав электроприемники были одновременно обесточены;

вспомогательные цепи выполняются так, чтобы их питание не нарушалось при любых переключениях питания силовых цепей параллельных технологических потоков во избежание ложных отключении и останова производства.

 

Магистральные схемы. При магистральных электроэнергия подается от основного энергетического узла или центра питания предприятия (ТЭЦ, ГПП) непосредственно к цеховым распределительным и трансформаторным подстанциям. Уменьшается число звеньев распределения и коммутации электроэнергии. В этом заключается основное и очень существенное преимущество этих схем.

Магистральные схемы целесообразны при распределенных нагрузках, при расположении подстанций на территории    проектируемого объекта,   благоприятствующем     возможно   более прямому       прохождению магистралей от источника питания  до потребителей энергии без обратных потоков энергии и длинных обходов.    Они    наиболее удобны при    выполнении резервирования    цеховых подстанций от другого источника в случае выхода из работы основного питающего пункта.

При магистральных схемах невозможно резервирование по вторичному напряжению соседних однотрансформаторных подстанции, так как они питаются по одной магистрали и одновременно выходят из работы. Для устранения этого недостатка близко расположенные однотрансформаторные подстанции питают от разных магистралей.

Число цеховых трансформаторов, питаемых от одной магистрали, обычно принимается равным двум при мощности трансформаторов 2500 и 1600 кВА; двум-трем при мощности 1000 кВА; пяти при мощности 630—250 кВА. Число трансформаторов тиристорных преобразователей данной технологической линии, питаемых от одной магистрали, можно принять равным пяти-шести. При большом числе трансформаторов и глухом их присоединении к магистрали максимальная защита на головном участке питающей магистрали загрубляется и может оказаться нечувствительной при КЗ в данном трансформаторе, что может вызвать необходимость установки предохранителей на ответвлении от магистрали к трансформатору. Это дает возможность селективно отключить трансформатор при повреждении в нем.

На крупных и средних предприятиях широкое применение нашли магистральные токопроводы 6—35 кВ. При больших потоках электроэнергии кабельные магистрали громоздки, трудно выполнимы, неэкономичны и требуют большого числа дефицитных кабелей. Поэтому на очень крупных энергоемких предприятиях широко применяются на первых ступенях электроснабжения магистральные токопроводы.

Магистральные токопроводы 10 и 6 кВ имеют преимущественное применение при токах более 1,5—2 кА. Целесообразность использования токопроводов 35 кВ определяется технико-экономическими расчетами.

Трасса токопроводов проходит через зоны размещения основных электрических нагрузок, в центре которых располагаются распределительные пункты, присоединяемые к токопроводам. При удачном выборе трассы токопроводов удается обеспечить питание от них примерно 70—75 % всех электрических нагрузок предприятия. Потребители, удаленные от трассы токопроиодов, могут питаться от выносных РП или непосредственно от ГПП. В отдельных случаях токопроводы могут быть также использованы для связи между двумя источниками питания, что удешевляет схему.

Часто используется присоединение токопроводов непосредственно к трансформаторам через отдельные выключатели, минуя сборные шины 6—10 кВ ГПГТ. Благодаря этому разгружаются вводные выключатели, присоединяемые к сборным шинам, и создается независимое питание токопроводов, что значительно повышает надежность электроснабжения.

Еще более рациональной является схема с подключением токопровода к одной из расщепленных обмоток трансформатора, но ее можно применить при равномерном распределении нагрузок между токопроводом и сборными шинами.

До настоящего времени схемы ответвлений от токопроводов, как правило, выполнялись с применением расщепленных (сдвоенных) реакторов, присоединяемых к токопроводу через разъединители, и с установкой включателей после реакторов на вводах в РП. Однако в связи с имевшими место разрушениями реакторов при одновременном прохождении тока КЗ по обеим обмоткам фазы реактора применение таких схем стало ограничиваться.

Радиальные схемы распределения электроэнергии применяются главным образом в тех случаях, когда нагрузки расположены в различных направлениях от центра питания. Они могут быть двухступенчатыми или одноступенчатыми. Одноступенчатые схемы применяются главным образом на малых предприятиях, а двухступенчатые— на больших.

На рисунке 4 представлено токораспределение металлургического завода, на рисунках 5 и 6 структурная и принципиальная схемы электроснабжения соответственно.

 

 

Рисунок 4 Токораспределение металлургического завода

 

 

Рисунок 5 Структурная схема

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6 Принципиальная схема

 

 

 

 

 

 

8 Выбор электрооборудования подстанции 110/6-10 кВ

 

Электрические аппараты, изоляторы и токоведущие устройства работают в условиях эксплуатации в трех основных режимах: длительном, перегрузки (с повышенной нагрузкой, которая для некоторых аппаратов достигает значения до 1,4 номинальной) и короткого замыкания. [2]

В длительном режиме надежная работа аппаратов, изоляторов и токоведущих устройств обеспечивается правильным выбором их по номинальному напряжению и току.

В режиме перегрузки надежная работа аппарата и других устройств электрических установок обеспечивается ограничением значения и длительности повышения напряжения или тока в таких пределах, при которых еще гарантируется нормальная работа электрических установок за счет запаса прочности.

В режиме короткого замыкания (к.з.) надежная работа аппаратов, изоляторов и токоведущих устройств обеспечивается в соответствии выбранных параметров устройств условиям термической и электродинамической стойкости. Для выключателей, предохранителей и выключателей нагрузок добавляется условия выбора их по отключающей способности.

При выборе аппаратов и параметров токоведущих устройств следует учитывать места установки (в помещении или на открытом воздухе), температуру окружающей среды, влажность и загрязненность ее, и высоту установки аппаратов над уровнем моря.

При составлении схемы для расчетов токов к.з. для каждого аппарата выбирают такой режим, при котором он находился бы в наиболее тяжелых, но реальных условиях работы. Не учитывают только такие режимы, которые не предусмотрены для продолжительной эксплуатации.

За расчетную принимают такую точку к.з., при которой через аппарат проходит наибольший ток. Исключение из этого положения отмечены для каждого аппарата при рассмотрении методики его выбора и проверки.

 

Выбор по номинальному напряжению.

Номинальное напряжение аппарата, указанное на его заводской табличке, соответствует уровню его изоляции, причем нормально всегда имеется некоторый запас электрической прочности, позволяющей аппарату неограниченно длительное время работать при напряжении на 10-15 % выше номинального. Это напряжение называют максимальным рабочим напряжением аппарата. Так как отклонение напряжения в условиях эксплуатации обычно не превышают 10-15 % номинального, то при выборе аппаратов по напряжению достаточно выполнить условие:

Uном. у. ≤ Uном. а , кВ 

здесь Uном.у – номинальное напряжение установки;

          Uном.а – номинальное напряжение аппарата,

Uном.а + DUном.а. ³ Uном.у.+ DUр.у. , кВ 

где DUном.а, Uном.а – допустимое повышение сверх номинального, при котором завод-изготовитель гарантирует номинальную работу кабеля, аппарата или изолятора;

      DUном.у, Uр.у – возможное отклонение рабочего напряжения установки от номинального в условиях эксплуатации.

 

Выбор по номинальному току.

Номинальным током Iном.а аппарата называют ток, который при номинальной температуре окружающей среды может проходить по аппарату неограниченно длительное время и при этом температура наиболее нагретых частей его не превышает длительно допустимых значений.

Правильный выбор аппарата по номинальному току обеспечивает отсутствие опасных перегревов частей аппарата при его длительной работе в нормальном режиме. Для этого необходимо, чтобы максимальный действующий ток цепи Iр.м за время t > 3T  не превышая номинального тока аппарата:

Iр.м  ≤Iном.а , А 

Максимальный рабочий ток цепи, имеет место для цепей параллельных линий при отключении одной из них; для цепей трансформаторов при использовании их перегрузочной способности; для нерезервированных кабелей при использовании их перегрузочной способности; для сборных шин станций и подстанций и шин в цепях секционных и шиносоеденительных аппаратов при наиболее неблагоприятных условиях эксплуатационного режима; для генераторов при их работе с номинальной мощностью и напряжении, сниженным на 5 % относительно номинального.

Выбранные по номинальным условиям электрические аппараты, изоляторы и токоведущие устройства проверяются на электродинамическую и термическую стойкость при к.з. Отключающие аппараты, кроме того, должны быть проверены и по отключающей способности относительно токов к.з.

 

Выбор и проверка выключателей

Таблица 6 – Выбор и проверка выключателя ВВ-10-20/630УЗ первой секции (I сек. 1 ячейка).

Параметр	Обозначение	Формула	Расчет
Номинальное напряжение, кВ	U ном.а	U ном.а ³U ном.у	10³6
Номинальный длительный ток, А	J ном.а	J ном.а ³J р.у	630 ³ 430.4
Номинальный ток отключения, кА	Jном.о	J ном.о ³ J р.о	20 ³ 16.13