Электроснабжение электрооборудования ТП-82 13 микрорайона г. Братска

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Иркутской области

«Братский политехнический колледж»

(ГБПОУ ИО БрПК)

Специальность: 270843 Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Электроснабжение электрооборудования ТП-82 13 микрорайона г. Братска

Пояснительная записка

Братск 2015

Содержание

Введение

1. Общая характеристика предприятия

1.1 Описание предприятия ЗАО «Братская электросетевая компания»

1.2 Структура энергоснабжаемого микрорайона

1.3 Охрана труда и техника безопасности при производстве работ

2. Расчёт нагрузок и электрооборудования микрорайона

2.1 Расчёт максимальных нагрузок микрорайона №13 ТП-82

2.2 Построение графика нагрузок микрорайона №13

2.3 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

2.4 Расчёт токов короткого замыкания

2.5 Выбор токоведущих частей и коммутационно-защитной аппаратуры

2.6 Расчёт калькуляции на ремонт электрооборудования

Заключение

Список использованных источников

Приложение А Графики нагрузок

Введение

В данной дипломной работе разрабатывается система электроснабжения и электрооборудование ТП-82 13 микрорайона г. Братска.

Электрическая сеть – это совокупность устройств, которые служат для передачи и распределения электроэнергии от ее источников к электроприемникам. Источниками электроэнергии в энергосистеме являются тепловые, гидравлические, атомные и другие электростанции, независимо от места их размещения.

Электрическая подстанция – это электроустановка или совокупность устройств для преобразования напряжения (трансформаторная подстанция), а также для распределения электрической энергии между потребителями.

Электроснабжение – это совокупность мероприятий по обеспечению электроэнергией различных ее потребителей.

Система электроснабжения – это совокупность электроустановок, электрических станций, электрических сетей (включая подстанции и линии электропередачи различных типов и напряжений) и приемников электроэнергии, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования, распределения и потребления электрической энергии.

Цель дипломной работы: рассчитать систему электроснабжения и электрооборудование ТП-82 13 микрорайона г. Братска.

Задачи:

1 описать предприятие ЗАО «Братская электросетевая компания»;

2 выполнить структуру энергоснабжаемого микрорайона;

3 рассказать об охране труда и технике безопасности при производ-

стве работ;

4 рассчитать максимальные нагрузки микрорайона №13;

5 построить графики нагрузок микрорайона №13;

6 выбрать число и мощность силовых трансформаторов;

7 рассчитать токи короткого замыкания;

8 выбрать токоведущие части и коммутационно-защитную аппаратуру;

9 рассчитать калькуляцию на ремонт электрооборудования.

К основным составляющим системы энергообеспечения современного города относятся источники питания, электрические подстанции, питающие и распределительные электрические сети.

Необходимость в создании такой системы диктуется новыми требованиями к ней по надёжности с учетом электробезопасности и способности обеспечивать потребителей необходимым количеством электроэнергии. Надежность питания в основном зависит от принятой схемы электроснабжения, степени резервирования отдельных групп электроприемников, а также от надежной работы элементов системы электроснабжения.

В настоящее время в результате развития прогрессивных технологий и инфраструктуры города увеличивается плотность строительства многоквартирных домов, общественных зданий, государственных учреждений, растут удельные мощности электроприемников. Все эти изменения приводят к необходимости использования нового оборудования на подстанциях и в распределительных сетях.

При проектировании электроснабжения данного микрорайона выделяются основные задачи, для решения которых требуется комплексный подход к выбору схемы электроснабжения, технико-экономическое обоснование решений, определение внутренних и внешних сетей микрорайона.

Обзор списка литературных источников:

1 ПУЭ – правила устройства электроустановок. Нормативный документ, описывающий устройство, принцип построения, особые требования к отдельным системам, их элементам, узлам и коммуникациям электроустановок.

2 Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Учебник для техникумов, третье издание, 2010 г. – 37с. В данном учебнике даны сведения об электрических станциях и энергетических системах; описано основное электрооборудование станций и подстанций; рассмотрены электрические нагрузки промышленных предприятий, режимы работы и вопросы компенсации реактивной мощности электроустановок.

3 Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и гражданских зданий, учебник для студентов среднего профессионального образования М. Академия 2010 г. – 368с. В этом учебнике приведены сведения о системах электроснабжения, даны методические рекомендации по выбору их параметров. Описано электрооборудование электростанций и подстанций, промышленных предприятий и гражданских зданий. Рассмотрена конструкция распределительных устройств, релейной защиты и автоматики.

4 Идельчик В.И. «Электрические системы и сети», – М. Энергоатомиздат, 2010 г. Здесь описаны элементы электрических сетей и инженерные методы расчёта их режимов. Даны сведения о рабочих режимах электроэнергетических систем и мероприятиях по повышению качества электроэнергии. Рассмотрены технико-экономические основы проектирования электрических сетей, режимы ЛЭП сверхвысоких напряжений и расчёты линий на механическую прочность.

5 Воздушные линии электропередачи. Монтаж и эксплуатация кабелей

[Электронный ресурс] http://www.forca.ru/knigi/oborudovanie/montazh-i-ekpluataciya-kabelei_4.html. Здесь приведены определения, виды опор, допускаемые расстояния, основные данные для определения высоты опоры, виды соединений проводов ВЛ, как выполняется вывод кабеля на опору для присоединения к ВЛ напряжением 10 кВ, а также способы крепления проводов ВЛ напряжением до 1000 В на изоляторах.

1. Общая характеристика предприятия

1.1 Описание предприятия ЗАО «Братская электросетевая компания»

энергоснабжение микрорайон нагрузка трансформатор

ЗАО «Братская электросетевая компания» создана 25 ноября 2009 г путём выделения из ЗАО «Братские электрические сети» в соответствии с требованием законодательства о разделении видов деятельности по передаче и сбыту электроэнергии. Фактическая дата основания предприятия – 1 апреля 1976 г. Братская электросетевая компания является одной из крупнейших электросетевых компаний в Иркутской области, которая занимается своим развитием, эксплуатацией и реконструкцией принадлежащих ей на праве собственности и иных законных основаниях электрических сетей. По объёму электроустановок и протяжённости сетей компания занимает 3-е место в Иркутской области.

На 1 октября 2013 г. объём электроустановок, эксплуатируемых ЗАО «Братская электросетевая компания», составляет 33038 условных единиц. Протяжённость воздушных линий – 2883,6 км, кабельных линий – 1124,7 км, количество трансформаторных подстанций – 1582 шт, в том числе 110/6 кВ – 5 шт., 35/6/10 кВ – 31 шт., 35/0,4 кВ – 9 шт., 6-10/0,4 кВ – 1537 шт.

Основным видом деятельности ЗАО «Братская электросетевая компания» является услуга по передаче электроэнергии. Также эта компания осуществляет технологическое присоединение потребителей, строительство новых электросетей, занимается обслуживанием установок наружного освещения. Приоритетным направлением ЗАО «Братская электросетевая компания» является обеспечение надёжного, качественного и экономичного процесса передачи электроэнергии. Благодаря работе компании рабочими местами обеспечены более 1 тыс. человек, большинство из которых являются высококвалифицированными специалистами.

В компании существуют такие подразделения как:

1) Управление (здание управления);

2) Службы ЭТЛ (электротехническая лаборатория);

3) СКЭ (служба контроля электроэнергии);

4) АТЦ (автомобильно-технический цех);

5) РЭС (район электрических сетей);

6) ТМХ (трансформаторно-масляное хозяйство).

В ЗАО «Братская электросетевая компания» 40 часовая неделя. Начало рабочего дня в 08:00 ч, конец рабочего дня в 17:00 ч. С 12:00 до 13:00 ч перерыв на обед.

1.2 Структура энергоснабжаемого микрорайона

В данной дипломной работе рассматривается микрорайон №13 и электроснабжение данного жилого микрорайона города. Исходными данными для проектирования являются сведения о потребителях.

Требования к надежности электроснабжения регламентированы ПУЭ и СНиП. Расчет максимальных нагрузок ведется от ТП-82.

В микрорайоне №13 находятся здания такие как:

1) жилые дома – шт;

2) налоговая инспекция – шт.

3) детский сад – шт;

4) продовольственные и промтоварные магазины;

5) здание организаций – шт;

6) торговый центр – шт;

7) другие здания или складские помещения – шт;

8) банк – шт;

9) школа №5 – шт;

Список учреждений обслуживания представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Список учреждений обслуживания

Номер и адрес здания	Наименование учреждения
1	2
Обручева 11А	Средняя общеобразовательная школа №5 на 31 класс и 821 учащихся с электрифицированной столовой и спортзалом.
	Налоговая инспекция
	Продуктовый магазин с холодильными установками.
	Супермаркет с холодильными установками и кондиционерами
	Детский сад комбинированного вида на 134 места с электрифицированной столовой и спортзалом.

К первой категории относят электроприемники, нарушение электроснабжения которых представляет опасность для жизни людей, может нанести значительный ущерб народному хозяйству, привести к массовому браку продукции, расстройству сложного технологического процесса. Ко второй категории относят электроприемники, перерыв в электроснабжении которых связан с простоем рабочих механизмов и промышленного транспорта, нарушением нормальной деятельности значительного количества городских жителей. К третьей категории относят все остальные электроприемники, не вошедшие в определение первой и второй категории.

Электроприемники в жилых домах любой этажности с электроплитами, кроме одно -, восьмиквартирных домов, относятся ко II категории. В общественных зданиях к первой категории относятся электродвигатели пожарных насосов, электродвигатели и другие электроприемники противопожарных устройств, систем пожарной и охранной сигнализации, лифты организаций, а также независимо от этажности, перечисленные электроприемники учреждений управления, проектных и конструкторских организаций с количеством работающих 2000 чел. и более, учебных заведений при числе учащихся свыше 1000 чел., предприятий торговли с общей площадью торговых залов 2000 м² и более, столовых, кафе и ресторанов с числом мест свыше 500. Ко второй категории относятся комплексы электроприемников жилых и общественных зданий меньшей этажности или вместимости, за исключением электроприемников одно- или двухэтажных зданий административно-общественного назначения с числом сотрудников до 50, учебных заведений до 200 учащихся, магазинов с площадью торговых залов 250 м² и менее, столовых и кафе до 100 мест, которые относятся к третьей категории. Электроприемники детских садов и яслей относятся ко второй категории. В микрорайоне преобладают электропотребители II и III категории.

1.3 Охрана труда и техника безопасности при производстве работ

Для обеспечения безопасной работы людей на любом из предприятий должна соблюдаться охрана труда.

Контроль за охраной труда осуществляется с профсоюзной организацией, техническим инспектором, комиссией по охране труда и общественным инспектором.

Работы в электроустановках в отношении мер безопасности подразделяются на выполняемые:

1) со снятием напряжения;

2) без снятия напряжения на токоведущих частях и вблизи них;

3) без снятия напряжения вдали от токоведущих частей, находящихся под напряженияем.

Меры защиты от случайного прикосновения к частям, находящихся под напряжением, в основном состоят из:

1) в расположении токоведущих частей на недоступной высоте;

2) в ограждении частей, находящихся под напряжением

с вывешиванием предупредительных плакатов;

3) в блокировках, снимающих напряжение, при снятии ограждения;

4) в применении электрозащитных средств;

5) в заземлении или занулении;

6) в устройстве изолирующих площадок для обслуживания оборудования;

7) в применении индивидуальных средств защиты;

8) в окраске токоведущих частей и наличии надписей;

9) в соблюдении правил ТБ при работе в электроустановках.

Организационными мероприятиями, обеспечивающими безопасность работы в электроустановках являются:

1) оформление работы нарядом-допуском, распоряжением или перечнем работ, выполняемых в порядке текущей эксплуатации;

2) надзор во время работы;

3) допуск к работе;

4) оформление перерыва в работе, переводов на другое место работы, окончание работы.

Организацию работы по охране труда и технике безопасности при производстве электромонтажных работ осуществляют:

1) в соответствии с действующими ГОСТами;

2) в соответствии со СНиП;

3) в соответствии со специальными и ведомственными правилами.

В ГОСТе определен порядок организации работы по технике безопасности на стройках. За общее состояние охраны труда и техники безопасности в монтажных организациях несут равную ответственность, как начальник, так и главный инженер треста или управления.

Вследствие повышенной опасности производства ЭМР запрещено вести монтаж оборудования, электроустановок и линий электропередачи при

отсутствии ППР, который разрабатывает электромонтажная организация или по ее заказу специализированная проектная организация. Рабочие и служащие электромонтажных организаций могут быть допущены к выполнению работ только после прохождения вводного инструктажа и инструктажа на рабочем месте по технике безопасности.

Все рабочие должны пройти курсовое обучение по технике безопасности и специальное техническое обучение. Ответственность за своевременность, полноту и правильность обучения по технике безопасности несет руководитель монтажного участка, управления, треста. Обучение технике безопасности должно быть организовано для всех рабочих, прошедших вводный инструктаж и инструктаж на рабочем месте, и не позднее чем в трехмесячный срок со дня зачисления в штат. Обучение производится администрацией по типовым программам.

2. Расчёт нагрузок и электрооборудования микрорайона

2.1 Расчёт максимальных нагрузок микрорайона №13 ТП-82

Определение нагрузок жилых зданий

Таблица 2 – Удельные расчетные электрические нагрузки электроприемников жилых зданий

Потребители электроэнергии	Удельная расчетная электрическая нагрузка при количестве квартир, Pкв.уд.
	1-5	6	9	12	15	18	24	40	60	80	100	200	400	600	1000
Квартиры с электрическими плитами мощностью 8,5 кВт.	10	5,1	3,8	3,2	2,8	2,6	2,2	1,95	1,7	1,6	1,5	1,36	1,27	1,23	1,19

Расчетная электрическая нагрузка любого элемента системы электроснабжения жилых домов в зависимости от числа квартир, питаемых от этих элементов равна

P_кв = ? P_кв.уд * N, (1)

где:

P_кв – расчетная нагрузка рассматриваемого элемента сети, кВт;

P_кв.уд – удельная расчетная электрическая нагрузка электроприемников квартир (смотреть таблицу 2), кВт/кв;

N – количество квартир в домах в общем, питаемых от данного элемента, шт.

P_кв = 1,7 * 60 * 6 + 1,36 * 200 + 1,95 * 40 = 962 кВт;

Определить расчетную максимальную нагрузку жилых домов, приведенную к вводу ВРУ

P_max.ж.д = P_кв * 0,9 + ? Pс, (2)

где:

? Pс – силовая нагрузка общедомовых установок, кВт.

P_max.ж.д = 962 * 0,9 + 4 = 869,8 кВт;

? Pс = Nл * Kс.л * Pн.л , (3)

где:

Nл – количество лифтов в домах, шт;

Pн.л – установленная мощность электродвигателя лифта (принимаем 5 кВт);

Kс.л – коэффициент спроса лифтовых установок, (справочные данные).

Pс = 1 * 0,8 * 5 = 4 кВт.

Таблица 3 – Коэффициенты мощности электропотребителей

№ п/п	Тип нагрузки	Коэффициенты cosц / tgц
1	Квартиры с электрическими плитами мощностью до 8,5 кВт	0,98 / 0,2
2	Предприятия общественного питания	0,98 / 0,2
3	Продовольственные и промтоварные магазины	0,85 / 0,62
4	Ясли-сады с пищеблоками	0,98 / 0,2
5	Общеобразовательные школы с пищеблоками	0,95 / 0,33
6	Холодильное оборудование предприятий торговли и общественного питания, насосов, вентиляторов и кондиционеров воздуха при мощности электродвигателей от 1 до 4 кВт	0,75 / 0,88
7	Лифтовые установки мощностью 7 кВт (кол-во лифтов 4-5)	0,65 / 1,16

Определить полную расчетную нагрузку жилых домов

S_ж.д = P_кв / cosц_кв + 0,9 * Pл / cosц_л, (4)

где:

S_ж.д – полная расчетная нагрузка жилых домов, кВА;

cosц_кв, cosц_л – коэффициент мощности квартир и лифтов (смотреть таблицу 3);

S_ж.д = 962 / 0,98 + 0,9 * 5 / 0,65 = 988,5 кВт.

Данные о жилых домах представлены в таблице 4.

Расчетные нагрузки жилых домов сведены в таблицу 5.

Таблица 4 – Данные жилых домов

№ п/п	№ здания	Этажность	Количество лифтов в доме, Nл	Количество квартир в доме, N	Мощность квартир удельная Pкв.уд, кВт/кв
1	Обручева 3Б	5	–	60	1,7
2	7Б	4	–	–	–
3	Курчатова 22	5	–	60	1,7
4	Курчатова 24	5	–	60	1,7
5	Курчатова 26	5	–	60	1,7
6	28Б	4	–	–	–
7	Комсомольская 54	5	–	200	1,36
8	Комсомольская 56	5	–	60	1,7
9	Комсомольская 58	5	–	60	1,7
10	Комсомольская 60	9	1	40	1,95

Таблица 5 – Расчетные нагрузки жилых домов

№ п/п	№ здания	Этажность	Количество подъездов в доме	Расчетная активная нагрузка квартир, Pкв, кВт	Расчетная нагрузка жилых домов, Pж.д, кВт	Полная расчетная нагрузка жилых домов, Sж.д, кВА
1	Обручева3Б	5	4	102	869,8
2	7Б	4	–
3	Курчатова 22	5	4	102
4	Курчатова 24	5	4	102
5	Курчатова 26	5	4	102
6	28Б	4	–
7	Комсомольская 54	5	8	272
8	Комсомольская 56	5	4	102
9	Комсомольская 58	5	4	102
10	Комсомольская 60	9	1	78

Определение нагрузки детского сада

К ТП-82 кроме жилых домов присоединены, такие общественные здания как: детский сад, налоговая инспекция и другие общественные здания.

Данные определения нагрузок и расчетные нагрузки коммунально-бытовых и общественных зданий представлены в таблице 6.

Расчетная максимальная нагрузка на вводе рассматриваемого потребителя

P_max = K_совм * (P_р.о + P_р.с + 0,4 * P_р.х.с), (5)

где:

P_р.о , P_р.с , P_р.х.с – расчетная нагрузка осветительная, силовая, холодильных установок и систем кондиционирования;

K_совм – коэффициент (принимаем 0,85).

P_{max.общ.зд} = 0,85 * (12 + 47,13 ) = 50,3 кВт.

В свою очередь, нагрузка осветительных установок определяется

P_р.о = K_с.о * P_ном.о, (6)

где:

K_с.о – коэффициент спроса освещения (принимаем 0,8);

P_ном.о – номинальная мощность осветительных установок (принимаем 15 кВт).

P_р.о = 0,8 * 15 = 12 кВт.

Расчетная нагрузка силовых установок определяется

P_р.с = K_с.с * P_ном.с, (7)

где:

K_с.с – коэффициент спроса силовых установок, нормируется в зависимости от

особенностей технологического процесса предприятий и равен 0,65;

P_ном.с – установленная мощность силовых установок (принимаем 72,5 кВт).

P_р.с = 0,65 * 72,5 = 47,13 кВт.

Полная расчетная нагрузка общественных зданий

S_р.общ = K_с.с * (P_р.о / cosц_о + P_р.с / cosц_с), (8)

где:

cosц_о , cosц_с – коэффициенты мощности осветительной и силовой нагрузок, (принимаем cosц_о = 0,92; cosц_с = 0,98).

S_р.общ = 0,65 * (12 / 0,92 + 47,13 / 0,98) = 39,7 кВА.

Таблица 6 – Нагрузки коммунально-бытовых и общественных зданий

Номер и адрес здания	Наименование потребителя	Число мест или учащихся, m	Удельная нагрузка, Pуд, кВт	Коэффициенты потребителей cosц / tgц	Расчетная нагрузка
					Активная, Pmaх, кВт	Реактивная, Q, кВАр	Полная, Sр.общ, кВА
1	2	3	4	5	6	7	8
Обручева 11А	Школа №5	821	0,22	0,95 / 0,33
	Налоговая инспекция		0,4(посчитать)	0,98 / 0,2(посчитать)
	Детский сад	134	0,4	0,98 / 0,2

Расчетная нагрузка распределительных линий напряжением до 1 кВ и ТП при питании от них жилых домов и общественных зданий

P_р = P_max + (K_м1 * P_р.о + К_м2 * P_р.с + К_м3 * P_р.х.с), (9)

где:

P_max – наибольшая из питаемых нагрузок (жилые и обществен. здания), кВт;

P_р.о , P_р.с , P_р.х.с – нагрузки, питаемые от данного элемента сети, кВт;

K_м1, K_м2, K_м3 – коэффициент участия потребителей в максимуме нагрузки относительно наибольшей из питаемых нагрузок (принимаем 1,1).

P_р = 869,8 + (1,1 * 12 +1,1 * 47,13) = 934,8 кВт.

2.2 Построение графиков нагрузок микрорайона №13 от ТП-82

В данном разделе рассчитаем суточное и годовое потребление нагрузок в жилом районе от ТП-82.

Таблица 7 – Исходные данные для построения суточного графика нагрузок

Часы	0-2	2-4	4-6	6-8	8-10	10-12	12-14	14-16	16-18	18-20	20-22	22-24
P,%	20	30	60	90	70	40	20	50	80	100	70	30

P_i = 2 * 365 * P_max * 100%, (10)

где:

P_i – активная нагрузка ступени, кВт.

i – номер ступени.

P₁ = 2 * 365 * 934,8 * 100% = кВт;

P₂ = 2 * 365 * 39,21 * 90% = кВт;

P₃ = 2 * 365 * 39,21 * 80% = кВт;

P₄ = 2 * 365 * 39,21 * 70% = кВт;

P₅ = 2 * 365 * 39,21 * 60% = кВт;

P₆ = 2 * 365 * 39,21 * 50% = кВт;

P₇ = 2 * 365 * 39,21 * 40% = кВт;

P₈ = 4 * 365 * 39,21 * 30% = кВт;

P₉ = 4 * 365 * 39,21 * 20% = кВт.

2.3 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Определение коэффициента загрузки трансформатора

Потребители 13 микрорайона относятся ко второй категории по надежности, где целесообразно использовать двухтрансформаторные подстанции с двухлучевыми схемами питания потребителей. При этом имеется независимый источник питания. В случае выхода из строя одного из трансформаторов, второй берет на себя нагрузку первого. Переход нагрузки вышедшего из строя трансформатора на трансформатор, оставшийся в работе выполняется автоматически.

Действующая нагрузка ТП-82 определяется

P_р.тп = P_max + K₁ * P_р.о + K₂ * P_р.с + K₃ * P_р.х.с, (11)

где:

P_max – максимальная нагрузка жилых и общественных зданий, кВт;

K₁, K₂, K₃; P_р.о, P_р.с, P_р.х.с – значения и коэффициенты участия в максимуме соответствующих нагрузок.

К₁, К₂, К₃ – принимаем равным 1,1.

P_р.тп = 934,8 + 1,1 * 12 + 1,1 * 47,13 = 999,8 кВт.

Трансформаторы ТП проверяются по действительным значениям коэффициентов загрузки и сопоставляются с допустимыми их значениями.

K_{з. норм} = , (12)

K_з.авар = , (13)

где:

K_{з. норм}, K_з.авар – коэффициент загрузки трансформатора в нормальном и аварийном режиме;

S_р.тп – потребляемая расчетная полная мощность ТП, 999,8 кВА;

S_тр.ном – номинальная мощность трансформатора, 1000 кВА.

n_тр – количество трансформаторов, шт.

K_{з. норм} = = 0,5;

K_з.авар = = 1.

Оптимальный коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме составляет 0,7 (70%) ,в данном расчете подабрали трансформатор ТСЗ 1000/10, который будет потдерживать загрузку на 0,5 (50%) в нормальных условиях. В аварийном режиме Кз не должен превышать 1,4 (140%). Для выбранного трансформатора Кз аварийное равен 1. То есть трансформатор подобран верно.

Рассчитываем потребляемую расчетную нагрузку ТП-82.

Паспортные данные трансформаторов ТП-82 находятся в таблице 8

Таблица 8 – Паспортные данные трансформатора ТП-82

Марка трансформатора	Uкз %	Напряже- ние, кВ	Потери, кВт	Ixx %
		ВН	НН	?Pкз кВт	?Pxx кВт
ТМ-1000/10/0,4	5,5	10	0,4	11,2	3,0	1,5

2.4 Расчёт токов короткого замыкания

Расчетным видом КЗ для выбора и проверки параметров электрооборудования обычно считают трехфазное КЗ.

Для расчетов токов КЗ составим расчетную схему электроснабжения микрорайона и на её основе изобразим схему замещения.

Расчет токов КЗ производим в именованных единицах. При расчете в именованных единицах все величины сравниваются с базисными, в качестве которых принимаются базисная мощность S_б и базисное напряжение U_б.

Принимаем S_б = 100 мВА. В качестве базисного напряжения принимаем среднее значение напряжения той ступени, на которой имеет место короткое замыкание. Для точки К1 – U_б = 10,5 кВ, а для точки К2 – U_б = 0,4 кВ.

Рассчитываем базисный ток в точках К1 и К2

I_б = , (20)

где:

S_б – полная базисная мощность, мВА;

U_б – базисное напряжение, кВ.

I_б = = = 5,5 кА;

I_б = = = 144 кА.

Расчет токов короткого замыкания на высокой стороне для точки К1

Определяем сопротивления элементов схемы замещения в именованных единицах.

Для определения точки К1, сопротивления элементов цепи сворачиваем к точке К1 для определения X_расч принимаем что сопротивление системы равно нулю.

Определяем индуктивное сопротивление кабельной линии

X_л = X₀ * L * , (21)

где:

L – длина кабельной линии 2 км, от подстанции, км;

X₀ – индуктивное сопротивление кабеля на ААБ – 3Х95, Ом/м; (принимаем равным 0,08 по таблице 3.1 из учебника Рожкова «Электрооборудование электрических станций и подстанций»).

X_л = 0,08 * 0,2 * = 0,152 Ом.

Рассчитываем базисный ток от системы

I_б = , (22)

где:

U_б – базисное напряжение, кВ;

S_с – номинальная полная мощность системы, (принимаем 100 мВА).

I_б = = = 5,5 кА.

Рассчитываем сверхпереходный ток КЗ

I^? = I_? = , (23)

где:

I^? – сверхпереходный ток КЗ, кА;

I_? – установившийся ток короткого замыкания, кА.

I^? = = 3,618 кА.

Рассчитываем ударное значение тока КЗ

i_уд = K_уд * * I^?, (24)

где:

K_уд – ударный коэффициент, зависящий от апериодической составляющей T_a (принимаем по табл. 4.5 [Рубашов], К_уд = 1,369).

i_уд = 1,369 * 1,41 * 3,618 = 6,983 кА.

Определяем результирующее индуктивное сопротивление

X_рез = X_с + X_л, (25)

где:

X_с – индуктивное сопротивление системы;

X_л – индуктивное сопротивление кабельной линии.

X_рез = 0 + 0,152 = 0,152 Ом.

Расчет токов короткого замыкания на низкой стороне для точки К2

При расчетах токов короткого замыкания в схему замещения включают сопротивление активное и индуктивное трансформатора, сопротивление шинопроводов, обмоток трансформатора тока, разъединителя, автоматических выключателей, переходных сопротивлений контактов. Сопротивления складывают к точке К2.

Рассчитываем индуктивное сопротивление трансформаторов

X_т = * , (26)

где:

U_кз – напряжение короткого замыкания, %;

S_тр.ном – номинальная полная мощность трансформатора, мBА.

= * = 0,105 * 976,56 = 102,53 Ом.

Определяем индуктивное сопротивление кабельной линии

X_л = X₀ * L * , (27)

где:

L – длина кабельной линии 2 км от подстанции, км;

X₀ – индуктивное сопротивление кабеля на ААБ – 3 Х 95 Ом/м; (принимаем равным 0,08 по таблице 3.1 из учебника Рожкова «Электрооборудование электрических станций и подстанций»).

= 0,08 * 0,2 * = 0,016 * 250 = 4 Ом.

Рассчитываем индуктивное сопротивление нагрузки

= * , (28)

где:

X₀ – индуктивное сопротивление кабеля на ААБ – 3 Х 95, Ом/м; (принимаем равным 0,08 по таблице 3.1 из учебника Рожкова «Электрооборудование электрических станций и подстанций»).

– полная расчетная максимальная нагрузка ТП, кВА.

= 0,08 * = 0,019 Ом.

Сопротивления трансформатора считается по формуле:

= , (29)

= = = 9,68 мОм.

= , (30)

= = = 52,5 мОм.

= , (31)

= = 51,59 мОм.

Находим ток номинальный всей нагрузки по формуле:

= , (32)

где:

– номинальная полная мощность трансформатора, кВА.

= = 462,42 А.

Выбираем трансформатор тока коэффициент трансформации 200, ТК 20-600/5 три трансформатора тока по фазам.

– активное сопротивление трансформатора тока (справочная данная);

– индуктивное сопротивление трансформатора тока (справочная данная).

Выбираем шинопровод по и проверяем на динамическую стойкость и на ударный коэффициент.

Шины Ш алюминиевые сечением 80Х8, L = 8 м, выбираем по справочнику.

Сопротивление шин принимаем равным: r₀ = 0,055 мОм/м; Х₀ = 0,145 мОм/м.

= r₀ * L, (33)

= 0,055 * 8 = 0,44 мОм;

= Х₀ * L, (34)

= 0,145 * 8 = 1,16 мОм.

Активное сопротивление считается по формуле:

= + + + + + , (35)

где:

– активное сопротивление, мОм.

= 9,68 + 0,44 + 0,3 + 0,11 + 0,23 + 0,02 = 10,78 мОм.

Индуктивное сопротивление считается по формуле:

= + + + + , (36)

где:

– индуктивное сопротивление, мОм.

= 51,59 + 1,16 + 4 + 0,093 + 0,02 = 56,83 мОм.

Полные сопротивления активное и индуктивное считаем по формуле:

= , (37)

где:

, – активное и индуктивное сопротивление, мОм.

= = 8,22 мОм.

Складываем трансформаторы с нагрузкой, для удобного расчета короткого замыкания в точке К2 со стороны нагрузки по формуле:

= + , (38)

где:

, – индуктивное сопротивление трансформатора и нагрузки, Ом;

= 51,59 + 19 = 70,59 мОм.

Рассчитываем токи короткого замыкания со стороны нагрузки

Рассчитываем сверхпереходный ток КЗ

I^? = I_? = , (39)

где:

I^? – сверхпереходный ток КЗ, кА;

I_? – установившийся ток короткого замыкания, кА.

I^? = I_? = = 2,03 кА.

Рассчитываем ударное значение тока КЗ

= * * , (40)

где:

K_уд – ударный коэффициент, зависящий от апериодической составляющей T_a, (принимаем по табл. 4.5 [Рубашов], К_уд = 1,369).

= 1,369 * 1,41 * 2,03 = 3,91 кА.

Схемы замещения для точек К1 и К2 (смотреть в приложении А).

Таблица 10 – Результаты расчетов токов короткого замыкания

Точка КЗ	Полное сопротивление, Z?	Сверхпереходный ток КЗ, I?	Ударное значение тока КЗ, Iуд
К1	__	3,618	6,983
К2	8,22	2,03	3,91

2.5 Выбор токоведущих частей и коммутационно-защитной аппаратуры

Проверка сечения кабельных линий

Кабели от ТП-20 к ВРУ, с целью бесперебойности питания, проложены как две параллельные кабельные линии, с расстоянием между ними 100 мм. По экономической плотности тока кабели к одиночным потребителям не выбираются.

Кабели необходимо проверять по допустимому току нагрева в нормальном и аварийном режимах.

Расчетное напряжение кабельной линии по формуле «Стилла»

U_расч = 4, 34 *, (41)

где:

U_расч – расчётное напряжение линии, кВ;

L – длина кабельных линий, (принимаем L = 2,070 км);

Р_max – максимальная нагрузка жилых и общественных зданий, мВт;

n – количество цепей в линии, (принимаем n = 2).

U_расч = 4, 34 * = 9,65 кВ.

Приводим расчетное напряжение U_расч = 9,65 кВ к ближайшему стандартному номинальному U_ном = 10 кВ.

Выбранное сечение необходимо проверить по согласованию с действием защиты

I_доп ? K_защ * I_защ, (42)

где:

K_защ – коэффициент защиты, определяется характером помещения, видом защит и типом проводника (принимаем K_защ = 1);

I_защ – номинальный ток защитного аппарата, А;

I_{ном. пр} – номинальнй ток предохранителя, А.

I_защ = I_{ном. пр} = 250 А – для жилых зданий; I_защ = I_ном.пр = 100 А – для общественных зданий.

Проверка выбранного сечения по потере напряжения не производится, так как длина кабельных линий менее 400 м.

Рассчитываем ток кабельных линий в нормальном режиме

I_р = , (43)

где:

I_р – номинальный ток кабельных линий в нормальном режиме, А;

U_ном – номинальное напряжение кабельных линий, кВ.

Кирова 11А: I_р = = 104,85 А;

Кирова 13: I_р = = 83,55 А;

Мира 37А: I_р = = 83,55 А;

Школа №31: I_р = = 18,09 А;

Детский сад №57: I_р = = 18,09 А.

Проверяем по допустимому току нагрева в нормальном режиме

Кирова 11А: I_р ? I_доп,

104,85 А ? 290 А

Условие выполняется.

Кирова 13: I_р ? I_доп,

83,55 А ? 290 А

Условие выполняется.

Мира 37А: I_р ? I_доп,

83,55 А ? 290 А

Условие выполняется.

Школа №31: I_р ? I_доп,

18,09 А ? 255 А

Условие выполняется.

Детский сад №57: I_р ? I_доп,

18,09 А ? 205 А

Условие выполняется.

Рассчитываем ток кабельных линий в аварийном режиме

I_ав =, (44)

где:

I_ав – ток в аварийном режиме, А.

Кирова 11А: I_ав = = 209,71 А;

Кирова 13: I_ав = = 167,10 А;

Мира 37А: I_ав = = 167,10 А;

Школа №31: I_ав = = 36,19 А;

Детский сад №57: I_ав = = 36,19 А.

Проверяем по допустимому току нагрева в аварийном режиме

Кирова 11А: I_ав I_доп,

209,71 А 290 А

Условие выполняется.

Кирова 13: I_ав I_доп,

167,10 А 290 А

Условие выполняется.

Мира 37А: I_ав I_доп,

167,10 А 290 А

Условие выполняется.

Школа №31: I_ав I_доп,

36,19 А 255 А

Условие выполняется.

Детский сад №57: I_ав I_доп,

36,19 А 205 А

Условие выполняется.

Таблица 11 – Проверка кабельных линий по допустимому току нагрева

Место присоединения кабеля	Марка и сечение кабеля	Расчетная мощность зданий, Sр, кВА	L, м	Iдоп, А	Pмах, мВт
Кирова 11А	АПВБ – 2 (3 Х 50 + 1 Х 25)	145,12	100	290	0,35982
Кирова 13	АПВБ – 2 (3 Х 50 + 1 Х 25)	115,64	80	290
Мира 37А	ААБ – 2 (3 Х 95 + 1 Х 50)	115,64	160	290
Школа №31	ААБ – 2 (3 Х 95)	25,05	140	255
Детский сад №57	ААБ – 2 (3 Х 25 + 1 Х 16)	25,05	142	205

Выбор коммутационно-защитной аппаратуры

Выбор и проверка предохранителей на высокой стороне

По справочнику Крючков И.П. «Электрическая часть станций и подстанций» – выбираем предохранитель «ПК-10/40» по таблице 5-1 [6].

1) По номинальному напряжению:

U_ном ? U_{ном. сети}, (45)

где:

U_ном.пр – номинальное напряжение, кВ;

U_{ном. сети} – номинальное напряжение сети, кВ.

2) По номинальному максимальному току:

I_ном ? I_{ном max}, (46)

где:

I_ном.пр – номинальный ток, А;

I_{ном. max} – номинальный максимальный ток, А.

I_{ном max} = , (47)

где:

– полная расчетная максимальная нагрузка жилых и общественных зданий, кВА.

3) По номинальному отключающему току:

I_ном ? I_{длит. max}, (48)

где:

I_{длит. max} – длительный максимальный ток, А.

I_{длит. max} = , (49)

где:

– полная расчетная максимальная нагрузка жилых и общественных зданий, кВА.

4) Проверка на динамическую стойкость:

i_уд < i_{ном дин ст}, (50)

где:

i_уд – ударное значение тока КЗ, кА.

5) Проверка на термическую стойкость:

I_т.с > I_?* v( t_п / t_{ном. т.с} ), (51)

где:

t_{ном. т.с} – время термической стойкости, сек.

Таблица 12 – Проверка предохранителя марки «ПК-10/40»

Проверяемая величина	Условия выбора	Проверка условий
По номинальному напряжению	Uном. пр ? Uном. сети	10 кВ ? 10 кВ
По номинальному максимальному току	Iном.пр ? Iном max	40 А ? 11,60 А
По номинальному отключающему току	Iном.пр ? Iдлит. max	40 А ? 23,20 А
Динамическая стойкость	iуд < iном дин ст	6,983 кА < 15,5 кА
Термическая стойкость	Iт.с > I?* v( tп / tном. т.с )	20 кА ? 1,732 кА

Вывод: Поскольку все условия выполняются, окончательно выбираем предохранитель марки «ПК-10/40» на высокую сторону для ТП-20.

Выбор и проверка предохранителей на низкой стороне

По справочнику Крючков И.П. «Электрическая часть станций и подстанций» – выбираем предохранитель «ПН-0,4/600» по таблице 5-1 [6].

Таблица 13 – Проверка предохранителя марки «ПН-0,4/600»

Проверяемая величина	Условия выбора	Проверка условий
По номинальному напряжению	Uном. пр ? Uном. сети	0,4 кВ ? 0,4 кВ
По номинальному максимальному току	Iном.пр ? Iном max	600 А ? 290,06 А
По номинальному отключающему току	Iном.пр ? Iдлит. max	600 А ? 580,13 А
Динамическая стойкость	iуд < iном дин ст	3,91 кА < 75,5 кА
Термическая стойкость	Iт.с > I?* v( tп / tном. т.с )	20 кА ? 1,732 кА

Поскольку все условия выполняются, окончательно выбираем предохранитель марки «ПН-0,4/600» на низкую сторону для ТП-20.

Выбор и проверка разъединителей по высокой стороне

По справочнику Крючков И.П. «Электрическая часть станций и подстанций» – выбираем разъединитель «РВ-10/400» по таблице 5-5 [6].

Таблица 14 – Проверка разъединителя марки «РВ-10/400»

Проверяемая величина	Условия выбора	Проверка условий
По номинальному напряжению	Uном. р ? Uном. сети	10 кВ ? 10 кВ
По номинальному максимальному току	Iном.р ? Iном max	400 А ? 11,60 А
По аварийному току	Iном.р ? Iдлит. max	400 А ? 23,20 А
Динамическая стойкость	iуд < iном дин ст	6,983 кА < 40 кА
Термическая стойкость	Iт.с > I?* v( tп / tном. т.с )	20 кА ? 1,732 кА

Поскольку все условия выполняются, окончательно выбираем разъединитель марки «РВ-10/400» на высокую сторону для ТП-20.

Выбор и проверка разъединителей по низкой стороне

По справочнику Крючков И.П. «Электрическая часть станций и подстанций» – выбираем разъединитель «РП-0,4/600» по таблице 5-5 [6].

Таблица 15 – Проверка разъединителя марки «РП-0,4/600»

Проверяемая величина	Условия выбора	Проверка условий
По номинальному напряжению	Uном. р ? Uном. сети	0,4 кВ ? 0,4 кВ
По номинальному максимальному току	Iном.р ? Iном max	600 А ? 290,06 А
По аварийному току	Iном.р ? Iдлит. max	600 А ? 580,13 А
Динамическая стойкость	iуд < iном дин ст	3,91 кА < 37,2 кА
Термическая стойкость	Iт.с > I?* v( tп / tном. т.с )	20 кА ? 1,732 кА

Поскольку все условия выполняются, окончательно выбираем разъединитель марки «РП-0,4/600» на низкую сторону для ТП-20.

2.6 Расчёт калькуляции на ремонт электрооборудования

Расчёт калькуляции на капитальный ремонт трансформатора марки ТМ-400/10/0,4

Тарифная ставка – это размер денежной выплаты в составе заработной платы, который выплачивается работнику за выполнение трудовых обязанностей определённой сложности за установленное время без учёта компенсационных, стимулирующих и других социальных выплат.

Заработная плата – это материальное вознаграждение за труд в зависимости от квалификации работника, сложности, количества, качества и условий выполняемой работы, а также компенсационные выплаты и стимулирующие выплаты.

Таблица 1 – Расход запчастей на капитальный ремонт трансформатора марки ТМ-400/10/0,4

№ п/п	Наименование запчастей	Единица измерения	Цена за единицу, руб.	Норма расхода	Сумма, руб.
1	2	3	4	5	6=4*5
1	Изоляторы (вводы)	шт.	1250	7	8750
2	Обмотка	шт.	26219	3	78657
3	Корпус	шт.	25420	1	25420
4	Зажим контактный	шт.	1255	15	18825
5	Радиатор охлаждения	шт.	5460	4	21840
6	Бак расширительный	шт.	4650	1	4650
7	Уплотнитель под изоляторы	шт.	1350	7	9450
8	Уплотнительное кольцо под расширительный бак	шт.	1855	1	1855
9	Маслоуказатель	шт.	1240	1	1240
10	Термодатчик	шт.	4200	1	4200
11	Крышка от бака	шт.	7855	1	7855
12	Гайка и шайба латунная	шт.	75	80	6000
Итого:					188742

Таблица 2 – Расход материалов на капитальный ремонт трансформатора марки ТМ-400/10/0,4

№ п/п	Наименование материалов	Единица измерения	Цена за единицу, руб.	Норма расхода	Сумма, руб.
1	2	3	4	5	6=4*5
1	Масло трансформаторное	л	800	85	68000
2	Изоляционные материалы	кг	650	15,5	10075
3	Лакокрасочные материалы	л	2320	7,2	16704
4	Ветошь	кг	1500	10	15000
5	Бумага наждачная	кг	2550	5	12750
6	Электрокартон	кг	1500	5	7500
7	Ацетон технический	л	750	10	7500
8	Силикагель	кг	680	30	20400
9	Спирт этиловый	л	550	5	2750
10	Клей резиновый	кг	1200	1,1	1320
11	Смазка	кг	1450	7	10150
12	Лакоткань	м	2250	2	4500
Итого:					176649

Расчёт технико-экономических показателей

Расчёт фонда оплаты труда (ФОТ)

Основная заработная плата электромонтеров исчисляется по часовой тарифной ставке, соответствующей разряду работ. Продолжительность рабочего времени электромонтера за месяц 42 часа (5 дней).

Рассчитываем заработную плату электромонтера 6-ого разряда, на работах с нормальными условиями труда и берем по таблице сдельную оплату труда.

Таблица 3 – Тарифная ставка, в зависимости от разряда электромонтера

На работах с нормальными условиями труда	Разряды
	2	3	4	5	6
Сдельная оплата, руб	4.71	5.12	5.66	6.37	7.42
Повременная оплата, руб	4.40	4.79	5.30	5.96	6.93

1) Расчёт заработной платы электромонтёра 6-ого разряда

Тарифная ставка: 42 * 7,42 = 311,64 руб;

Премия (70%): 311,64 * 0,7 = 218,148 руб;

Итого: 311,64 + 218,148 = 529,788 руб;

Северная надбавка (50%): 529,788 * 0,5 = 264,894 руб;

Районный коэффициент (40%): 529,788 * 0,4 = 211,9152 руб;

Всего: 529,788 + 264,894 + 211,9152 = 1006,6 руб.

2) Отчисления от ФОТ.

Страховые взносы от ФОТ – 30%: 1006,6 * 0,3 = 301,9 руб.

3) Материальные затраты материалов и запчастей

20640 + 14420 = 35060 руб.

4) Амортизация

150500 * 0,1 / 12 / 165,08 * 42 = 319,08 руб.

5) Цеховые расходы 123% от ФОТ

1006,6 * 1,23 = 1238,118 руб.

6) Общехозяйственные расходы 108% от ФОТ

1006,6 * 1,08 = 1087,128 руб.

7) Себестоимость капитального ремонта

301,9 + 35060 + 319,08 + 1238,118 + 1087,128 = 38006,226 руб.

Вывод: Себестоимость капитального ремонта трансформатора марки ТМ-400/10/0,4 составила – 38006,226 руб. Рентабельно для производственного предприятия купить новый трансформатор, так как ремонт трансформатора выйдет дороже стоимости трансформатора марки ТМ-400/10/0,4. Стоимость трансформатора ТМ-400/10/0,4 составляет 150500 руб и поэтому капитальный ремонт данного типа трансформатора производить невыгодно для производственного предприятия.

Заключение

В данной дипломной работе было спроектировано электроснабжение электрооборудования ТП-82 13 микрорайона г. Братска.

По удельным нагрузкам определены расчетные нагрузки жилых и общественных зданий данного микрорайона. Построили графики нагрузок 13 микрорайона (суточный и годовой). Выбрали число и мощность силовых трансформаторов ТП-82, а также рассчитали коэффициент загрузки трансформаторов. В нормальном режиме Кз = 0,62, в аварийном режиме Кз = 1,25.

Для выбора и проверки уставок релейной защиты и автоматики, а также проверки параметров электрооборудования ТП-82 рассчитали токи короткого замыкания.

Выбрана схема сети: на 10 кВ – кольцевая, на 0,4 кВ – радиальная схема для потребителей I и II категории. Сеть 10 кВ выполнена кабелем ААБ 3*95, а сеть 0,4 кВ – кабелями ААБ.

Выбрана коммутационно-защитная аппаратура на стороне высокого напряжения, а также был выбран автономный источник питания (дизель-генераторная установка с автоматическим запуском при пропадании напряжения у потребителя) для потребителя первой категории.

В расчете калькуляции на ремонт электрооборудования определена стоимость затрат на капитальный ремонт трансформатора запчастей и материалов, определена себестоимость капитального ремонта трансформатора ТМ-400/10.

Также в дипломной работе была рассмотрена охрана труда и техника безопасности при производстве работ. Рассмотрена техника безопасности в электроустановках напряжением до и выше 1000 В, а также организационные мероприятия при работе в электроустановках.

Список использованных источников

1. Идельчик В.И. «Электрические системы и сети», – М. Энергоатомиздат, 2010 г.

2. Крючков И.П., Неклепаев Б.Н. «Электрическая часть станций и подстанций» (Справочный материал для курсового и дипломного проектирования)., учебное пособие третье издание, М. Энергия, 2011 г.

3. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Учебник для техникумов, третье издание, 2010 г. – 37с.

4. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок потребителей – Харьков: Издательство «Форт», 2012 г. – 404с.

5. Москаленко В.В. Справочник электромонтёра 2010 г.

6. Постников Н.П., Рубашов Г.М. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для техникумов – Л. Стройиздат, 2010 г. – 352с.

7. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. «Электрооборудование станций и подстанций», Энергоатомиздат, 2010 г.

8. Рыжков Л.Д., Козулин B.C. Электроснабжение станций и подстанций – М. Энергоатомиздат, 2010 г.

9. Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и гражданских зданий, учебник для студентов среднего профессионального образования М. Академия 2010 г. – 368с.

10. Фёдоров А.А. Основы электроснабжения станций и подстанций – М. Энергоатомиздат, 2011 г.

11. Воздушные линии электропередачи. Монтаж и эксплуатация кабелей [Электронный ресурс] http://www.forca.ru/knigi/oborudovanie/montazh-i-ekpluataciya-kabelei_4.html.

Приложение А

Графики нагрузок и схемы замещения

Рисунок 1 – График нагрузок суточный

Рисунок 2 – График нагрузок годовой

Рисунок 3 – Схема замещения для точки К1

Рисунок 4 – Схема замещения для точки К1

Рисунок 5 – Схема замещения для точки К2

Рисунок 6 – Схема замещения для точки К2