Министерство образования и науки РФ

Пермский государственный технический университет

Кафедра электрификации и автоматизации горных предприятий
КУРСОВАЯ РАБОТА
по «Основам электроснабжения»
Курс IV, группа ЭАПУ-07-1, вариант №18
Студент    ______________               Иванов Д.Н.


                           ^{(Подпись)}



Преподаватель     ____________       Сапунков М.Л.


                                    ^{(Подпись)}
Пермь 2010 г.
Содержание
Введение.............................................................................................................................................3

Исходные данные...............................................................................................................................4

1. Выбор главной схемы электрических соединений двухтрансформаторной ГПП ………....5

2. Выбор силовых трансформаторов для ГПП и для удаленной КТП……………….………….7

3. Выбор кабелей и определение их сечений................................................................................11

4. Расчет токов короткого замыкания............................................................................................14

5. Выбор и проверка оборудования................................................................................................18

6. Определение мощности и выбор схемы защиты батареи статических конденсаторов........29

7. Расчет и выбор уставок МТЗ и токовой отсечки ......................................................................32

8. Проектирование заземляющего устройства однотрансформаторной подстанции ТП..........37

Заключение........................................................................................................................................39

Список литературы...........................................................................................................................40
Введение
Одним из основных этапов проектирования предприятия является проектирование системы электроснабжения предприятия. При проектировании СЭС предприятия важно правильно рассчитать мощность, потребляемую электроустановками предприятия, разместить и распределить нагрузки по предприятию, сочетание потребителей реактивной мощности с установками для ее компенсации. Большое значение, при проектировании нужно уделять защите электроустановок от ненормальных режимов.

По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети. Возникает необходимость внедрять автоматизацию систем электроснабжения промышленных предприятий и производственных процессов.

Изменение технологических процессов производства и ускорение научно-технического прогресса, диктует необходимость совершенствования промышленной электроэнергетики: создание экономичных, надежных систем электроснабжения промышленных предприятий, освещения, автоматизированных систем управления электроприводами и технологическими процессами; внедрения микропроцессорной техники, элегазового и вакуумного электрооборудования, новых комплектных преобразовательных устройств.     

Целью данной курсовой работы является приобрести навыки проектирования системы электроснабжения горного предприятия и закрепить теоретический материал.
Исходные данные




I.     
Выбор главной схемы электрических соединений двух  трансформаторной ГПП
Выбор схемы распределения электроэнергии на промплощадке шахт и рудников зависит от многих факторов: мощности, рас­положения и типов электроприводов машин и механизмов, места расположения ГПП, компактности генерального плана, соотношения электрических нагрузок электропотребителей, на­пряжения каждого звена системы электроснабжения.

В соответствии с характером ущерба, который может быть нанесен предприятию из-за перерывов в электроснабжении, все потребители электроэнергии согласно ПУЭ делятся на три категории.

К. потребителям I категории относят: клетевой подъем (включая собственные нужды), вентилятор главного проветри­вания и обеспечение собственных нужд, вспомогательные вен-тиляторные установки шахт III категории и сверхкатегорийных, калориферные установки (северные районы страны), котель­ную, насосные противопожарные установки, установки для де­газации угольных пластов, систему маслосмазки турбокомпрессоров.

            К потребителям II категории относят скиповые подъемы, компрессоры, технологический комплекс, включая обогатитель­ные установки, основное электрооборудование жилых поселков шахт и рудников.

            III категория включает в себя все остальные электроуста­новки, перерыв в электроснабжении которых не вызывает зна­чительного ущерба. Продолжительность перерыва определяется необходимым временем на замену вышедшего из строя электро­оборудования, но не более суток.

Электроприемники I категории должны обеспечиваться элек­троэнергией от двух независимых источников питания. Перерыв в питании допускается на время автоматического ввода резерв­ного питания или необходимо иметь не менее двух установок, приводы которых получают питание от двух независимых ис­точников.

            Для электроприемников II категории допускается перерыв электроснабжения на время, необходимое для включения ре­зервного питания дежурным персоналом или выездной опера­тивной бригадой.

            Вследствие того что шахты и рудники имеют электропотре­бители всех категорий, они питаются электроэнергией от двух независимых источников питания по двум линиям. При выходе из строя одной из них другая должна обеспечить нормальную работу всех электроустановок шахты или рудника.

            При отнесении потребителей к I категории предъявляются повышенные требования в отношении резервирования, что вле­чет за собой увеличение капитальных затрат на электрообо­рудование. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо тщательно изучить, какие потребители следует отнести к I ка­тегории.
II.   
Выбор силовых трансформаторов для ГПП и для удаленной трансформаторной подстанции ТП
Для бесперебойного питания горного предприятия на ГПП требуется установить 2 силовых трансформатора.

Определяем мощность на ГПП:



 МВА
На двухтрансформаторной ГПП при отсутствии резервирования по сетям вторичного напряжения мощность каждого трансформатора выбирается равной 0,65¸0,7 суммарной нагрузке. В случае дефицита мощности оставшегося трансформатора допускается кратковременная перегрузка 40% (не более 5 суток подряд и 6 часов в сутки).
 МВА

Так как мощность трансформатора не превышает 25МВА, то выбираем двухобмоточные трансформаторы без расщепленной вторичной обмотки.

         По каталогу для ГПП выбираем силовой трансформатор  типа  ТДН-10000/110-70У1

Т – трехфазный двухобмоточный трансформатор;

Д- с естественной циркуляцией масла и принудительным обдувом;

Н – с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН);

Техническая характеристика ТДН-10000/110-70У1
Номинальная мощность, МВА			10
Сочетание напряжений, кВ	ВН		115
	НН		6,6
Потери, кВт	ХХ		14
	КЗ		60
Напряжение КЗ, % (Uк %)			10,5
Ток ХХ, % (ix %)			0,9
Размеры, м	L		6,33
	B		3,70
	H		5,55
Масса, т	Трансформатора		37,0
	Активной части		16,1
	Полная		43,4
	Масла	Полная	15,1
		Постав. заводом	12,0

Рыночная стоимость трансформатора 4-6 млн. руб. ( в зависимости от завода изготовителя и года выпуска)
В цехах промышленных предприятий набольшее распространение имеют комплектные трансформаторные подстанции. Комплектные трансформаторные подстанции изготовляются для внутренней (КТП) и наружной (КТПН) установки.

Для удаленной однотрансформаторной ТП выбираем КТП с учетом ,  и величины рабочего напряжения:

 МВт

 МВАр

 МВА

Необходимо учесть рекомендуемую величину коэффициента загрузки.

Примем коэффициент загрузки.

 Þ

МВА

Для удаленной однотрансформаторной подстанции выбираем типовую комплектную трансформаторную подстанцию КТП-400/6/0,4-71У1 киоскового типа  и трансформатор ТМ-400/6

Комплектная трансформаторная подстанция КТП 400/6/0,4-71У1 предназначена для электроснабжения в установках трехфазного переменного тока напряжением 6 кВ.
Техническая характеристика КТП-400/6/0,4-71У1



Краткая техническая характеристика трансформатора ТМ-400/6



Выбор сдвоенного реактора:





Так как  реакторы сдвоенные  то расчетный ток на ветвь равен:


отсюда можно выбрать реактор РБАС-6-2х600-4
Техническая характеристика РБАС-6-2Х600-4

  

, А	400
, %	3
, мГ	0,827
, вар	41,6
, кВт	1,69
, кВА	41600
I уд, кА	25
I т.с., кА	14,5

По расчетному току выбираем автоматический выключатель ВА 55-41-344730 1000А.

Выключатель имеет полупроводниковый расцепитель, при помощи которого можно регулировать рабочий ток от 250 до 1000 А, а так же уставки по току.
Уставка по рабочему току, Iр, А: 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,9; 1,1Iн.
Уставка в зонах перегрузки: 1,25Iр,
Уставка в зонах короткого замыкания: 3; 5; 7; 8; 9; 10Iр,
где Iн - номинальный ток.
Iр - рабочий ток.
Номинальный ток: 1000 А.
Номинальное напряжение: 660 В, 50 Гц.
Отключающая способность: 33,0 кА при 660 В, 55,0 кА при 380 В.

11. 
Определяем наименьшее допустимое сечение жил кабелей линий  и  по условию термической стойкости:

Линия :

;

для алюминиевого кабеля  ;

.
Линия:

;

для медного кабеля ;

.

Вывод: все условия соблюдены, поэтому оборудование и токоведущие части выбраны верно, кроме того, присутствует запас надежности, поэтому, в дальнейшем можно будет подключить дополнительные потребители с невысокой мощностью.
VI.     
Определение мощности и выбор схемы защиты компенсирующего устройства (ку)

Для повышения коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий и распределительных сетей необходимо внедрять компенсаторы реактивной мощности. Важным условием является не допускать перекомпенсации, т.к. это вызовет дополнительные потери активной мощности.

По известным расчетным нагрузкам и заданному требуемому  находим мощность КУ () для РП-1.



Мощность компенсирующего устройства:



 – вводится с учетом компенсации реактивной мощности синхронными двигателями. 10% реактивной мощности на предприятии может быть снижено за счет организационно-технических мероприятий.     
Выберем комплектную компенсирующую установку высоковольтную[9].

Конденсаторная установка УКЛ-56М-6,3-900 У3 (с разъединителем, размещение ячейки ввода – слева) предназначена для повышения коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий и распределительных сетей напряжением 6 кВ частоты 50 Гц.
Установка предназначена для эксплуатации в закрытых помещениях (категория 3) в следующих условиях:

интервал температур от минус 40 до плюс 40 С;

относительная влажность воздуха до 80 % при температуре 20 С;

высота над уровнем моря не более 1000 м;

окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию.
Установка конденсаторная УКЛ56М-6,3-900 У3 состоит из ячейки ввода и конденсаторных ячеек, количество которых зависит от мощности установок. Ячейки соединены между собой электрически-сборными шинами, механически-болтовыми соединениями и блокировочным валом.
Конденсаторные установки модернизированной серии имеют следующие преимущества по сравнению с аналогичными выпускаемыми ранее УКЛ-56-6,3-900 У3:

улучшенные на 20% массогабаритные характеристики;

удобство в обслуживании коммутационных аппаратов;

в конструкции предусмотрена возможность ступенчатого снижения мощности до225 кВАр шагом в 225 кВАр;

увеличена степень защиты;

в комплектации используются:
-разъединители с улучшенной блокировкой и регулировкой;

-вновь разработанные конденсаторы КЭП3-6,3-225-3У3 с улучшенными удельно объемными и весовыми характеристиками. Тангенс угла диэлектрических потерь конденсаторов КЭП3-6,3-225 3У3 –0,5х10-3 .
Применение конденсаторных установок УКЛ-56-М-6,3-900 У3 поможет  значительно сократить – 30% затрат на оплату электроэнергии, существенным образом снизить нагрузку на трансформаторы и кабели и тем самым повысить надежность  сетей.              
              Технические характеристики УКЛ-56-М-6,3-900 У3:

 Номинальное напряжение, кВ       6,3

Номинальная мощность, кВар        900

Частота тока, Гц                                50

Вариант исполнения           с разъединителем

Размещение ячейки ввода   слева
Согласно ПУЭ необходимо предусмотреть следующие типы защит:

1. защиту от токов к.з.(п.5.6.16);

2. защиту от повышения напряжения (п.5.6.17);

3. защиту от перегрузки токами высших гармоник (п.5.6.18).
Максимально-токовая защита:

Расчетный ток:



 Находим ток срабатывания защиты:



где К_н – коэффициент надежности;

К_сзп – коэффициент  самозапуска, учитывающий возможность увеличения тока  в защищаемой линии, вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после отключения КЗ

К_в – коэффициент возврата.
Находим ток срабатывания реле МТЗ:

,

где: К_сх – коэффициент схемы;

        К_ТТ – коэффициент трансформации трансформатора тока._.

Ток срабатывания защиты от перегрузки:




VII.   
Расчет и выбор уставок МТЗ и токовой отсечки для кабельной линии
L
₄

1.    Уставку МТЗ рассчитываем исходя из номинального тока линии, учитывая возможность самозапуска двигателей:



Ток срабатывания защиты:

 – коэффициент надежности;

– коэффициент самозапуска;

 – коэффициент возврата.



Ток срабатывания реле:







– коэффициент трансформации;
Оценим чувствительность защиты:



Чувствительность высокая, защита будет надежно срабатывать при к.з. в любой точке на контролируемом участке сети.
2.    Токовую отсечку, как правило, отстраивают от пусковых токов двигателей, от токов к.з. в самом конце защищаемого участка, от токов к.з. в начале смежного участка сети, от токов к.з. на вторичной обмотке трансформатора.
Рассчитываем ток срабатывания токовой отсечки:



где  – максимальный ток к.з. в конце защищаемой линии.
Определяем чувствительность токовой отсечки:


Коэффициент чувствительности не удовлетворяет требованиям, поэтому применение ТО нецелесообразно.
        В качестве устройства РЗА выберем микропроцессорное устройство SPAC 810 – новое поколение хорошо зарекомендовавшей себя серии SPAC 800[9]. Устройство выполняет функции местного и дистанционного управления, релейной защиты, измерения, сигнализации, автоматики, регистрации, осциллографирования, диагностики выключателей, а также необходимых блокировок присоединений 6-35 кВ:

воздушных, кабельных линий, трансформаторов собственных нужд, секционных и вводных выключателей, трансформаторов напряжения и двигателей, батарей статических конденсаторов.

            Устройство SPAC 810 может устанавливаться в релейных отсеках ячеек КРУ, КРУН, камер КСО, в шкафах и панелях на щитах управления.
Защита от ОЗЗ

 Защита от замыканий одной фазы на землю имеет две ступени. Предусмотрена возможность работы каждой ступени "на отключение" или "на сигнал" с выдержкой  времени.
Для реализации функции защиты от замыканий на землю используется фильтр первой гармоники с фильтрацией высших гармонических составляющих.

 

Предусмотрены следующие типы пусковых органов защиты:
- по току нулевой последовательности 3I₀ (ненаправленная защита);
- по току нулевой последовательности 3I₀ (направленная защита с возможностью блокировки или вывода направленности при обрыве измерительных цепей 3U₀);
- по напряжению нулевой последовательности 3U₀.

Для реализации направленности определяется направление мощности нулевой последовательности по значению фазового угла между током 3I₀ и напряжением 3U₀.
По срабатыванию защиты выдается сигнализация.

Общие технические данные по защите от замыканий на землю SPAC 810
Диапазон уставок по току	(0,05-10)Iном
Диапазон уставок по времени, с	0,05-300
Коэффициент возврата (типовой)	0,95
Погрешность срабатывания по току	±2,5% от уствки

 АПВ

Автоматическое повторное включение (АПВ) запускается по факту отключения ВВ от защит. Предусмотрена возможность выбора защит, по срабатыванию которых запускается АПВ.
Функция АПВ реализована с одним/двумя циклами работы (по выбору) без контролей.

Запрет АПВ осуществляется при:
- срабатывании функции УРОВ;
- ручном отключении от ключа управления выключателем;
- наличии дискретного сигнала "Запрет АПВ" от схем существующего УРОВ;
- ручном включении на фиксированное время;
- неисправности выключателя.

Общие технические данные по АПВ
Выдержка времени 1 цикл АПВ, с	0,05-300
Выдержка времени 2 цикл АПВ, с	20-300
Выдержка времени ЧАПВ, с	0,05-300
Время готовности, с	25

VIII.       
Проектирование заземляющего устройства  для удаленной однотрансформаторной подстанции ТП
В соответствии с ПУЭ (п.1.7.57) устанавливаем допустимое сопротивление заземляющего устройства:



где расчетное напряжение на заземляющем устройстве для ЭУ напряжением 6/35 кВ принято равным 250 В .

Согласно ПУЭ сопротивление заземления не должно превышать 10 Ом, т.к.   Таким образом, расчетным примем сопротивление заземления Rз = 9,26 Ом.

Так как , то необходимо сооружение искусственного заземлителя, сопротивление которого должно быть не более:

.

Сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя  с учетом сезонного коэффициента[3]:




В качестве искусственного горизонтального заземлителя выберем стальную полосу 200х5мм и длиной 10м (путем сварки двух полос длиной 5м), которую погрузим на 1,5м в воду.

Сопротивление горизонтального заземлителя[3]:



Величина сопротивления искусственного заземлителя удовлетворяет условию.


Вид заглубления заземлителя


Чертеж заземляющего устройства
Заключение
         Данная курсовая работа включила в себя  основные моменты, которые нужно учитывать при проектировании современных систем электроснабжения горных предприятий. В ходе выполнения расчетов и выбора оборудования, основной сложностью является обоснованный выбор оборудования и схем включения, т.к. завышенные технические характеристики выбранных аппаратов приводят к значительным экономическим затратам, а недостаток надежности угрожает быстрому выходу из строя оборудования и снижение надежности энергоснабжения. Также все оборудование должно удовлетворять требованиям правил оптового рынка электропотребления. В своей работе я исходил из принципа применения современного оборудования и  РЗА, но старался выполнить проект  бюджетным.

          Выполненная работа продемонстрировала насколько обширной и трудоемкой является задача проектирования СЭС.

        Выполнение курсовой помогло закрепить на практике знания по полученному в ходе лекций теоретическому материалу.
Список литературы

1.    Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: Высшая. школа., 1991 г.

2.    Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.: Энергоатомиздат, 1989 г.

3.    Дьяков В.И.Типовые расчёты по электрооборудованию.1991

4.    Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ / Под редакцией И.Т. Горюнова, А.А. Любимова – М.: ПапирусПро, 2005. – 640 с., Т.2-6

5.    Сапунков М.Л. Основы проектирования электроснабжения предприятий. Перм.гос.тех.ун-т. Пермь, 1995 г.

6.    Сапунков М.Л. Учебное пособие: Компенсация реактивной мощности в электрических сетях предприятий. Пермь, 2009.

7.    Ополева Г.Н Справочник: схемы и подстанции электроснабжения. Москва, 2006.

8.    Плащанский Л.А. Основы электроснабжения горных предприятий. Учебник для вузов. – М.: издательство Московского государственного горного университета, 2005. – 499 с.

9.     www.tipovoy-proekt.ru

10.Чухинин А.А. Электрические аппараты высокого напряжения. Выключатели. Справочник. – М.: Информэлектро, 1994 г.

11.Правила устройства электроустановок 7-е издание. 2002.

12.Каталог продукций. www.siemens.com