POLITECHNIKA LUBELSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

URZĄDZENIA ELEKTRYCZNE I SIECI PRZEMYSŁOWE

Temat: Stacja energetyczna zasilająca zakład przemysłowy.

Wykonał:

Tomasz Wójcik Gr. EZ 7.2

Lublin 1995/96

Spis treści

Dane projektu .............................................................................................................3

Ustalenie możliwych warunków zasilania ...................................................................3

Dobór transformatorów w stacji ..................................................................................4

Obliczenia zwarciowe .................................................................................................6

Dobór łączników wysokiego napięcia..........................................................................8

Dobór przekładników prądowych i napięciowych WN ................................................9

Dobór i sprawdzenie zwarciowych parametrów rozdzielni SN...................................10

Wyłączniki SN..................... .....................................................................................11

Przekładniki prądowe i napięciowe SN.......................................................................13

Charakterystyka pól rozdzielnicy................................................................................13

Dobór szyn zbiorczych ..............................................................................................15

Dobór izolatorów ......................................................................................................17

Dobór kabli do stacji oddziałowych ...........................................................................18

Wnioski dotyczące projektu ......................................................................................21

Schemat Głównej Stacji Zasilającej (GSZ) ................................................................22

Dane wyjściowe:

Moc maksymalna P_max=12 MW

cosj = 0.9

Napięcie zasilające U_zas = 2 ´ 110 kV

Moc zwarciowa S_z1 = 2800 MVA

Moc zwarciowa S_z2 = 2600 MVA

Napięcie rozdzielni zakładowej U_SWN = 6 kV

Długości dwóch linii 110 kV wynoszą: L₁ = 5 km, L₂ = 80 km

Możliwe warianty zasilania.

Zakład przemysłowy będzie zasilany z dwóch transformatorów, które pokrywają całe zapotrzebowanie na moc szczytową. W wypadku awarii (linii lub transformatora) jeden z transformatorów będzie mógł zasilić cały zakład utrzymując ciągłość produkcji (założone jest chwilowe dopuszczalne przeciążenie transformatora 20%).

Stacja oddziałowa	SO1	SO2	SO3	SO4	SO5	SO6
Moc stacji	2,8MVA	1,2MVA	3,0MVA	1,4MVA	1,5MVA	2,1MVA
Odległość	180m	150m.	100m	200m.	240	120m
cos ϕ	0,95	0,85	0,84	0,95	0,84	0,85
Prąd roboczy	307A	154A	307A	154A	154	307A

I. Dobór transformatorów.

1. Dobór transformatorów WN

Obliczenie mocy pozornej pobieranej przez zakład:

P_max jest to suma mocy stacji SO1 - SO6 oraz sześciu silników SZDc 1910s.

Suma mocy pozornych obu transformatorów musi być większa od 13,3MVA

Dobieram dwa jednakowe transformatory o danych:

Typ: TON 10000/110

Moc znamionowa: S_N=10MVA

Przekładnia : u=110 ±10% / 6,6kV

Układ połączeń: Yd 11

Procentowe napięcie zwarcia: U_Z%=11%

Moc obu transformatorów wynosi 20MVA, jest większa od mocy zakładu, lecz ze względu na konieczność utrzymania ciągłości produkcji istnieje potrzeba zastosowania dwóch transformatorów. Dzięki temu możliwa jest też rozbudowa zakładu.

Dobór transformatorów SN

Stacje SO1, SO3, SO6 są zasilane z transformatorów połączonych równolegle.

Dla SO1

Wymagana moc dwóch transformatorów to:

S = 2800 kW/0,95 = 2950 kVA

Przy równomiernym rozkładzie mocy szczytowej na oba trafo:

S₀ = S / 2 = 2950 kVA / 2 = 1475 kVA

Przy pracy jednego trafo na odbiorniki I i II kategorii:

S₀^' = P_{I II} /cosϕ = 1,4 MW / 0,95 = 1473 kVA

Ponieważ S₀ jest większe niż S₀^' więc krytyczną wartością S₀ według której dobieramy oba transformatory stacji SO1.

Dla SO3

Wymagana moc dwóch transformatorów to:

S = 3000 kW/0,84 = 3572 kVA

Przy równomiernym rozkładzie mocy szczytowej na oba trafo:

S₀ = S / 2 = 3572 kVA / 2 = 1786 kVA

Przy pracy jednego trafo na odbiorniki I i II kategorii:

S₀^' = P_{I II} /cosϕ = 3,0 MW / 0,84 = 3572 kVA

Ponieważ S₀ jest mniejsze niż S₀^' więc krytyczną wartością jest S₀' według której dobieramy oba transformatory stacji SO3.

Dobieram dwa jednakowe transformatory o danych:

Typ: TAOa 1600/10

Moc znamionowa: S_N=1600kVA

Przekładnia : u=6kV/0,4kV

Układ połączeń: Dy5

Procentowe napięcie zwarcia: U_Z%=6%

Stacje SO2, SO4, SO5 są zasilane z transformatora pojedynczego.

Dla SO5

Wymagana moc dwóch transformatorów to:

S = 1500 kW/0,84 = 1786 kVA

Przy równomiernym rozkładzie mocy szczytowej na oba trafo:

S₀ = S / 2 = 1786 kVA / 2 = 893 kVA

Przy pracy jednego trafo na odbiorniki I i II kategorii:

S₀^' = P_{I II} /cosϕ = 1,0 MW / 0,84 = 1200 kVA

Ponieważ S₀ jest mniejsze niż S₀^' więc krytyczną wartością jest S₀' według której dobieramy oba transformatory stacji SO3.

Dobieram transformator o danych:

Typ: TAOa 1600/10

Moc znamionowa: S_N=1600kVA

Przekładnia : u=6kV/0,4kV

Układ połączeń: Dy5

Procentowe napięcie zwarcia: U_Z%=6%

II. Obliczenia prądów zwarciowych.

1. Zwarcie na linii 110kV przed transformatorem ( wyłącznik W₃ zamknięty ).

Reaktancja jednostkowa linii : X'= 0,4 Ω/km

Reaktancje linii: X_L1= X'*l=0,4Ω/km*5km=2Ω

X_L2= X'*l=0,4Ω/km*10km=4Ω

Reaktancje systemów:

Reaktancja zwarciowa:

Prąd zwarciowy początkowy:

Prąd udarowy:

gdzie k_U = 1.8 (współczynnik udaru)

Prąd zastępczy I_{tz sekundowy}:

I_tz = k_c * I_p = 1.02 * 18kA = 18,3kA

Zakładam czas zwarcia t_z=2s.

Prąd zastępczy 1-sekundowy:

Prąd zastępczy 3-sekundowy:

2. Zwarcie na szynach ( wyłącznik sekwencyjny zamknięty, najbardziej niekorzystne

warunki zwarcia).

Reaktancje linii przeliczone na napięcie 6kV:

Reaktancje systemów przeliczone na napięcie 6 kV:

Reaktancje transformatorów przeliczone na średnie napięcie.

Reaktancja zastępcza:

Prąd zwarciowy początkowy:

Prąd udarowy:

gdzie k_U = 1.8 (współczynnik udaru)

Prąd zastępczy I_{tz sekundowy}:

I_tz = k_c * I_p = 1.02 * 9,3kA = 9,5kA

Zakładam czas zwarcia t_z=2s.

Prąd zastępczy 1-sekundowy:

Prąd zastępczy 3-sekundowy:

Moc zwarciowa na szynach:

III. Dobór łączników wysokiego napięcia.

Dobór wyłączników .

Kryteria doboru wyłączników:

Napięcie znamionowe: U_n > U_ns

Prąd znamionowy: I_n > I_{r max}

Znamionowy prąd 3-sekundowy:I_nt3 > I_t3

Prąd szczytowy: i_szcz łi_u

Prąd załączalny: i_nzał łi_u

1. Wyłącznik W1i W2.

Dobrałem pięć wyłączników małoolejowych WMS - 110/10/35

Napięcie znamionowe: U_n > U_ns 123kV>110kV

Prąd roboczy:

Prąd znamionowy: I_n > I_{r max} 600A(323 °K)>52,5A

Znamionowy prąd 3-sekundowy: I_nt3 > I_t3 18,4kA>14,9kA

Prąd szczytowy: i_szcz łi_u 47kA>45,8kA

Prąd załączalny: i_nzał łi_u 47kA>45,8kA

Dobór odłączników.

Dobrałem odłącznik ON III 110W/6

Napięcie znamionowe U_n=110kV=U_s

Prąd znamionowy I_n=630A>I_r=52,5A

i_u=50kA>i_szcz=45,8kA

I_3S=25kA>I_3Soblicz=14,9kA

Wybrałem uziemnik OU1-03

Napięcie znamionowe U_n=110kV=U_s

Prąd udarowy i_u=80kA>i_szcz=45,8kA

Prąd zastępczy 3-sekundowy I_3S=25kA>14,9kA

IV. Dobór przekładników prądowych i napięciowych WN.

Przekładniki prądowe.

Dobieram przekładnik prądowy typu J-110-3a

Dane znamionowe przekładnika:

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 110 kV > 110 kV

Znamionowy prąd pierwotny I_1N = 4* 100A > I_{r max} = 52.5 A

Znamionowy prąd wtórny I_2N = 5A

Znamionowy prąd szczytowy i_dyn = 200*I_1N > i_U = 14,9 kA

Znamionowy prąd jednosekundowy I_nt1 = 80*I_1N > I_t1 = 25,9 kA

Przekładniki napięciowe.

Sieć ze skutecznie uziemionym punktem zerowym.

Dobieram przekładnik typu U110a

Dane znamionowe przekładnika:

Układ pełnej gwiazdy.

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 110kV >

Znamionowe napięcie pierwotne U_1N = 110kV

Znamionowe napięcie wtórne

Moc znamionowa S_n = 500VA

Moc graniczna S_gr = 2000VA

V. Dobór i sprawdzenie zwarciowych parametrów rozdzielni średniego napięcia.

Wybrałem rozdzielnicę „PROTEL-1” produkcji „Elektrobudowy”.

Ogólna charakterystyka

Rozdzielnica typu „Protel-1” jest rozdzielnicą w obudowie metalowej. Zastosowanie tej rozdzielnicy jest możliwe, gdzie moc zwarciowa na szynach nie przekracza 250MVA przy napięciu roboczym 6 kV. Wyposażona jest w wyłączniki małoolejowe typu WMSWP10/12/3,5 o napędzie pneumatycznym i ciśnieniu znamionowym 5 atmosfer. Zasilanie wyłączników w sprężone powietrze odbywa się z oddzielnego urządzenia sprężarkowego w pobliżu rozdzielnicy.

Napięcie znamionowe U_ni=10kV

Napięcie robocze U_nr=10kV

Moc znamionowa wyłącznika S_nWył=350MVA

Max. prąd znamionowy szyn zbiorczych I_nmax=2000A

Prąd znamionowy pól I_n=1100A

Prąd znamionowy 3-sekundowy I_N3S=24kA>7,7kA

Prąd szczytowy pól i_szcz=75kA>i_u=23,7kA

VI. Wyłączniki SN.

Dobór wyłącznika WMAWP 10/12/3,5

Kryteria doboru:

Napięcie znamionowe: U_n > U_ns 10kV>6kV

Prąd znamionowy:

I_n > I_{r max} 1250A>962A

Znamionowy prąd 3-sekundowy:I_nt3 > I_t3 24kA>7,7kA

Prąd szczytowy: i_szcz łi_u 75kA>23,7kA

Prąd załączalny: i_nzał łi_u 62kA>23,7kA

Uziemniki.

Uziemniki UW III 10

Napięcie znam. 10kV>6kV

Prąd znam. szczytowy i_szcz=40kA > i_u = 23,7 kA

Prąd znam. 3-sekundowy I_N3S=15kA > I_3S=7,7 kA

Zabezpieczenia silników asynchronicznych.

Silniki asynchroniczne zasilane są bezpośrednio z szyn napięciem 6kV. Na obciążeniu zastosowano sześć silników.

Dane znamionowe:

typ: SZDc 1910s

Moc znamionowa: P_n = 160 kW

Napięcie zasilania: U_n = 6 kV

cos ϕ = 0,76

sprawność: η = 93 %

Silniki będą zasilane z pól typu S4.1.

Dobór wyłącznika WMAWP 10/12/3,5

Kryteria doboru:

Napięcie znamionowe: U_n > U_ns 10kV>6kV

Prąd znamionowy:

Prąd rozruchowy silnika:

I_R = I_r * k_R = 21,9A * 6 = 131,4A , gdzie k_R - współczynnik rozruchu silnika

I_n > I_R 1250A>131,4A

Znamionowy prąd 3-sekundowy:I_nt3 > I_t3 24kA>7,7kA

Prąd szczytowy: i_szcz łi_u 75kA>23,7kA

Prąd załączalny: i_nzał łi_u 62kA>23,7kA

VII. Przekładniki prądowe i napięciowe.

Przekładniki prądowe AEK 10

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 10kV>U_s=6kV

Znamionowy prąd pierwotny I_1N = 1000A>I_r=962A

Znamionowy prąd wtórny I_2N = 5A

Znamionowy prąd jednosekundowy I_nt1 = 100*I_1N =100kA> I_t1 = 13,4 kA

Znamionowy prąd szczytowy i_dyn =2,5*I_t1=250kA>23,7kA

Moc znamionowa S=15VA

Klasa 0,5

Liczba przetężeniowa n=10

Przekładniki prądowe ASK 10

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 10kV>U_s=6kV

Znamionowy prąd pierwotny I_1N = 300A>I_r=200A

Znamionowy prąd wtórny I_2N = 5A

Znamionowy prąd jednosekundowy I_nt1 = 150*I_1N =45kA> I_t1 = 13,4 kA

Znamionowy prąd szczytowy i_dyn =2,5*I_t1=112,5kA>23,7kA

Moc znamionowa S=15VA

Klasa 0,5

Liczba przetężeniowa n=10

Przekładników napięciowych VSK II 10

Napięcie znam. pierwotne U_n=6kV

Napięcie znam. wtórne U_n=100V

Moc znam. 90 VA

Moc graniczna 680 VA

Klasa dokładności 0,5

VIII. Charakterystyka pól rozdzielnicy.

Aparatura łączeniowa i pomiarowa czterech pól typu Z4NUsd zasilających szyny zbiorcze.

Rys. pola Z4NUsd.

1. 4 wyłączniki WMAWP 10/12/3,5

2. 12 Przekładników prądowych AEK 10

3. 8 Przekładników napięciowych VSK II 10

4. 4 Uziemniki UW III 10

Aparatura łączeniowa i pomiarowa dwunastu pól typu S4.1 zasilających stacje oddziałowe

Pola S4.1 przeznaczone są do zasilania SO z dwóch sekcji szyn zbiorczych.

Rys. pola S4.1

1. 24 wyłączników WMAWP 10/12/3,5

2. 72 Przekładników ASK 10

Aparatura łączeniowa i pomiarowa pola Ł1/P1 łączącego szyny zbiorcze.

Łącznik szyn zbiorczych wyposażony jest w :

1. Wyłącznik WMAWP 10/12/3,5

Przekładnik ASK 10

IX. Dobór szyn zbiorczych.

Standardowo rozdzielnica „PROTEL - 1” wyposażana jest w szyny zbiorcze AP 100x10. System szyn zbiorczych wsparty jest na izolatorach żywicznych SW I0Tz, a odległości punktów podparcia wynoszą 900 mm. System szyn zbiorczych pomalowany jest dwustronnie.

Sprawdzenie warunków zwarciowych dla danych szyn:

1. Prąd znamionowy

S_NT=20MVA

I_N=1924A

Prąd znamionowy dla szyn spawanych: I_NSZ=2400A >I_N=1924A

2. Sprawdzenie przekroju szyn

I_tz=9,5A

t_z=2s.

J_c=105 A*s^1/2/mm²

S_min=113mm² < S_sz=1000mm²

Sprawdzenie na oddziaływanie dynamiczne prądu zwarciowego.

Odległość między izolatorami wsporczymi l = 0,9m

Odległość między szynami a = 0.3m

Wysokość szyny h = 10cm

Szerokość szyny b = 1cm

Współczynnik

> 2, a więc k = 1

Siła działająca na szyny:

Moment gnący:

Wskaźnik wytrzymałości:

Naprężenia zginające:

s

czyli s_dop = 700KG/cm² > s_g = 135,5KG/cm²

Warunek rezonansu szyn

lub

Stosunek częstotliwości drgań własnych szyny do częstotliwości sieci spełnia konieczny warunek n/f<1,7. Szyny zostały dobrane prawidłowo.

X. Dobór izolatorów.

Rozdzielnica wyposażona jest w izolatory wsporcze SW 12 - 10 Tz i przepustowe SPSCK- 10/2000.

Sprawdzenie doboru izolatorów wsporczych:

Napięcie znamionowe U_ni>U_ns

10kV>6kV

2. Siła łamiąca F _izŁ0,6F_ł=F_dop F_łdop=1200kG

Wys. izolatora h_iz=130mm

h=h_iz+h_sz/2=130+50=180 mm

F_dop=0,6*1200kG=720kG

F_iz=41,3kG<F_dop , czyli wytrzymałość mechaniczna na zginanie izolatora jest większa od sił występujących przy zwarciu. Izolator spełnia wymagania dla układu.

Sprawdzenie izolatorów przepustowych w które wyposażona jest rozdzielnica:

1. Napięcie znamionowe U_iz>U_s

10kV>6kV

2. Prąd znamionowy I_n>I_nT

2000A>962A

Dobór kabli.

Dobieram kabel YAKYy240 ułożony w ziemi.

Napięcie znamionowe 6kV

Zastępczy prąd cieplny:I_tz=9,5kA

Minimalny przekrój kabla ze względu na zwarciowe skutki cieplne wynosi:

dla aluminium.

S=240mm²>S_min=128mm²

I_zn=370A

1. Dobór kabli dla SO2

Prąd roboczy:

I_zn=370A>I_r=154A

Sprawdzenie S_min ze względu na dopuszczalny spadek napięcia.

Przyjmując zgodnie z PN dopuszczalny spadek napięcia wynosi U_dop(%) = 3%.

g=34 m/Ω*mm²

S_min=7,7mm²<S=240mm²

Kabel został dobrany prawidłowo.

2. Dobór kabli dla SO4

Prąd roboczy:

I_zn=370A>I_r=154A

Sprawdzenie S_min ze względu na dopuszczalny spadek napięcia.

Przyjmując zgodnie z PN dopuszczalny spadek napięcia wynosi U_dop(%) = 3%.

S_min=9,2mm²<S=240mm²

Kabel został dobrany prawidłowo.

3. Dobór kabli dla SO5

Prąd roboczy:

I_zn=370A>I_r=154A

Sprawdzenie S_min ze względu na dopuszczalny spadek napięcia.

Przyjmując zgodnie z PN dopuszczalny spadek napięcia wynosi U_dop(%) = 3%.

S_min=12,4mm²<S=240mm²

Kabel został dobrany prawidłowo

4. Dobór kabli dla SO1

Prąd roboczy:

I_zn=370A>I_r=307A

Sprawdzenie S_min ze względu na dopuszczalny spadek napięcia.

Przyjmując zgodnie z PN dopuszczalny spadek napięcia wynosi U_dop(%) = 3%.

S_min=16,5mm²<S=240mm²

Kabel został dobrany prawidłowo

5. Dobór kabli dla SO3

Prąd roboczy:

I_zn=370A>I_r=307A

Sprawdzenie S_min ze względu na dopuszczalny spadek napięcia.

Przyjmując zgodnie z PN dopuszczalny spadek napięcia wynosi U_dop(%) = 3%.

S_min=10,4mm²<S=240mm²

Kabel został dobrany prawidłowo

6. Dobór kabli dla SO6

Prąd roboczy:

I_zn=370A>I_r=307A

Sprawdzenie S_min ze względu na dopuszczalny spadek napięcia.

Przyjmując zgodnie z PN dopuszczalny spadek napięcia wynosi U_dop(%) = 3%.

S_min=12,3mm²<S=240mm²

Kabel został dobrany prawidłowo

7. Dobór kabli dla silników asynchronicznych.

Prąd roboczy silnika:

Prąd rozruchowy silnika:

I_R = I_r * k_R = 21,9A * 6 = 131,4A , gdzie k_R - współczynnik rozruchu silnika

I_zn=370A>I_r=131,4A

Kabel został dobrany prawidłowo.

Wnioski.

1.Dobrane w projekcie wyłączniki i odłączniki na poszczególne napięcia są tego samego typu, dzięki czemu w magazynie znajdują się zapasowe urządzenia tylko kilku typów i w razie konieczności wymiany zawsze dostępne jest potrzebne urządzenie.

---