3067

POLITECHNIKA LUBELSKA

0x01 graphic

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

URZĄDZENIA ELEKTRYCZNE

Stacja energetyczna zasilająca zakład

przemysłowy.

Wykonał:

LUDWIK KUSIAK

Gr. E.D-6.1

Lublin 1996

SPIS TREŚCI

1. Dane projektu.................................................................................... str.3

2. Ustalenie możliwych warunków zasilania......................................... str.3

3. Dobór transformatorów w stacji........................................................ str.4

4. Dobór generatora awaryjnego............................................................ str.5

5. Obliczenia zwarciowe........................................................................str.5

6. Dobór szyn zbiorczych......................................................................str.12

7. Dobór aparatury wysokiego naoięcia................................................str.14

8. Dobór aparatury średniego napięcia................................................ str.17

9. Dobór aparatury niskiego napięcia.................................................. str19

10. Dobór izolatorów.............................................................................str.19

11. Dobór kabli do stacji oddziałowych................................................str.21

1. Dane projektu.

Moc maksymalna pobierana przez zakład P_max=3 MW

cosj = 0.88

Napięcie zasilające U_zas = 1 ´ 110 kV + generator

Moc zwarciowa S_z = 1500 MVA

Napięcie rozdzielni zakładowej U_SWN = 15 kV

Długość linii 110 kV wynosi L= 50 km

Dane stacji oddziałowych:

Oddział	Odległość	Moc pobierana	Napięcie stacji oddz.
produkcyjny	m	MW	kV
SO1	500	0,05	0.4
SO2	100	1	15
SO3	300	1	15
SO4	50	0,95	15

3. Ustalenie możliwych warunków zasilania.

a) Praca normalna.

Zakład jest zasilany z systemu energetycznego przez transformator główny zasilany z sieci 110 kV, pokrywający zapotrzebowanie na całkowitą moc szczytową.

b) Praca awaryjna.

W przypadku uszkodzenia transformatora lub linii zasilającej, zapasowy generator pokryje zapotrzebowanie zakładu na całkowitą moc szczytową.

4. Dobór transformatorów w stacji.

4.1 Dobór transformatora na 110 kV.

Maksymalna moc pozorna pobierana przez zakład wynosi:

Moc dobranego transformatora musi być większa od mocy maksymalnej pobieranej przez zakład S_NT > S_max = 3,41 MVA

Dobieram transformator na 110 kV.

Dane transformatora:

Typ transformatora TOR b 6300/115

Moc znamionowa S_NT = 6,3 MVA

Przekładnia u = 115 ± 10% / 15,75 kV

Układ i grupa połączeń Yd11

Napięcie zwarcia U_Z% = 11%

Producent „Emit”

Moc dobranego transformatora wynosi:

S_NT = 6,3 MVA > S_max = 3,41 MVA

4.2 Dobór transformatora do stacji oddziałowej (na 15,75 kV).

Dane dobranego transformatora:

Typ transformatora TOHb 63/10-20

Moc znamionowa S_NT= 63 kVA

Napięcie górne 15,75 kV

Napięcie dolne 400/231 V

Napięcie zwarcia 4,5%

Układ połączeń Dz5

Moc dobranego transformatora jest większa od zakładanej ,gdyż transformator ten będzie pokrywał takrze zapotrzebowanie na moc własną rpzdzielni.

5. Dobór generatora awaryjnego.

Ze względu na mały pobór mocy przez zakład zaistniała konieczność indywidualnego

zaprojektowania generartora

Dane generatora:

Moc znamionowa S_NG = 3,75 MVA

Moc szczytowa P_n= 3 MW

Napięcie znamionowe U_n=15,75 kV

Prąd roboczy maksymalny I_rmax = 140 A

Napięcie zwarcia U_Z% = 11%

Częstotliwość f = 50 Hz

Prędkość obrotowa n = 3000 obr/min

cos = 0,8

6. Obliczenia zwarciowe.

Schemat obwodu zwarciowego:

6.1 Reaktancje urządzeń:

Reaktancja systemu:

X_S =

Reaktancja linii:

X¹¹⁰_L= X₀ * L = 0.4 W / km * 50 km = 20 W

Reaktancja linii przeliczone na stronę średniego napięcia(15kV):

Reaktancja transformatora Tr1:

Reaktancja generatora:

6.2 Obliczenia prądów zwarciowych.

a) Zwarcie po stronie 110 kV

Schemat zastępczy układu zwarciowego

Reaktancja zastępcza układu zwarciowego

Impedancja zwarcia:

X¹¹⁰_L= X₀ * L = 0.4 W / km * 50 km = 20 W

X¹¹⁰_S= 8,87Ω

Początkowy prąd zwarciowy:

Prąd udarowy:

i_u1=

gdzie k_U = 1.8 (współczynnik udaru)

Prąd wyłączalny:

I_ws1=k_ws*I_p1=1*2,42=2,42kA

Zastępczy prąd cieplny:

I_tz1=k_c*I_p1=1,02*2,42=2,47kA

Zakładam czas trwania zwarcia 1,5s.

Zastępczy prąd cieplny 1-sekundowy:

Zastępczy prąd cieplny 3-sekundowy:

b) Zwarcie na szynach (15kV) - zasilanie z transformatora

Schemat zastępczy układu zwarciowego

Reaktancje linii przeliczone na napięcie 15kV:

Reaktancja transformatora:

X = X*= 8,87*= 0,182Ω

Łączna reaktancja linii i transformatora:

Początkowy prąd zwarciowy:

Prąd udarowy:

i_u2=

gdzie k_U = 1.8 (współczynnik udaru)

Prąd wyłączalny:

I_ws2=k_ws*I_p2=1*2,03=2,03kA

Zastępczy prąd cieplny:

I_tz2=k_c*I_p2=1,02*2,03=2,07kA

Zakładam czas trwania zwarcia 1,5s.

Zastępczy prąd cieplny 1-sekundowy:

Zastępczy prąd cieplny 3-sekundowy:

c) Zwarcie na szynach (15kV) - zasilanie z generator

Schemat zastępczy układu zwarciowego

Reaktancja generatora:

Początkowy prąd zwarciowy:

Prąd udarowy:

i_u3=

gdzie k_U = 1.8 (współczynnik udaru)

Prąd wyłączalny:

I_ws=k_ws*I_p3=1*1,38=1,38kA

Zastępczy prąd cieplny:

I_tz3=k_c*I_p3=1,02*1,38=1,41kA

Zakładam czas trwania zwarcia 1,5s.

Zastępczy prąd cieplny 1-sekundowy:

Zastępczy prąd cieplny 3-sekundowy:

d) Zwarcie za transformatorem Tr.2 -(po stronie 400V)- zasilanie system

Schemat obwodu zwarciowego:

Prąd udarowy

gdzie:(współczynnik udaru)

Prąd wyłączalny

Zastępcz prąd cieplny

Prąd cieplny 3-sekundowy

zakładam czas trwania zwarcia

Prąd cieplny 1-sekundowy

e.)Zwarcie za transformatorem Tr.2 -zasilanie generator

Schemat obwodu zwarciowego:

Reaktancja generatora X_gprzeliczona na stronę 400V:

Reaktancja zastępcza obwodu zwarcia:

Początkowy prąd zwarcia:

Prąd udarowy:

Prąd wyłączalny:

Zastępczy prąd cieplny:

Prąd cieplny 3-sekundowy:

Prąd cieplny 1-sekundowy:

Maksymalna moc zwarciowa na szynach 15kV:

S_Z =1500MVA > S_zw = 67 MVA

Zestawienie obliczeń zwarciowych

Wariant zwarcia	I_p [kA]	i_u [kA]	I_ws [kA]	I_tz[kA]	I_t1s [kA]	I_t3s [kA]
1)zasilanie 110kV -zwarcie 110kV	2,42	6,16	2,42	2,47	3,03	1,75
2)zasilanie 110kV -zwarcie 15,75kV	2,03	5,17	2,03	2,07	2,54	1,47
3)zasilanie generator -zwarcie 15,75kV	1,28	3,26	1,28	1,31	1,61	0,93
4)zasilanie110kV-zwarcie 0,4kV	2,172	5,53	2,172	2,216	2,714	1,567
5)zasilaniegenerator-zwarcie 0,4kV	2,134	5,43	2,134	2,177	2,714	1,567

7.Dobór szyn zbiorczych.

7.1 Obciążenie prądem roboczym długotrwałym

Prąd roboczy maksymalny.

7.2 Oddziaływanie cieplne prądu zwarciowego

S_min=

t_Z=1,5s

j_min=105 A/mm²

Dobieram szyny AP-20 x 3 malowane, łączone przez spawanie, o przekroju 60mm²

I_dop=310A>I_{r max}=242A

7.3 Oddziaływanie dynamiczne prądu zwarciowego

Ułożenie szyn pionowe

Odległość między izolatorami wsporczymi l = 1,0m

Odległość między szynami a = 0.3m

Wysokość szyny h = 2cm

Szerokość szyny b = 0,3cm

Współczynnik

> 2, a więc k = 1

Siła działająca na szyny:

F_f = 15,5N

Moment gnący:

Wskaźnik wytrzymałości:

Naprężenia zginające:

czyli s_dop= 7000N/cm² > s_f = 4305,67N/cm²

7.4 Częstotliwość drgań własnych szyn.

Częstotliwość znamionowa: f_n = 50Hz

lub

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

Zgodnie z polską normą PN E-05025 szyny zostały dobrane prawidłowo.

8. Dobór łączników,przekładników prądowych i napięciowych wysokiego napięcia.

8.1 Dobór wyłącznika.

Kryteria doboru wyłączników:

Napięcie znamionowe:U_n ł U_ns: napięcie sieci

Prąd znamionowy:In ł I_{r max}: maksymalny prąd roboczy

Znamionowy prąd cieplny 3-sekundowy:I_nt3 >I_t3:zwarciowy prąd cieplny 3-sekundowy

Prąd szczytowy:i_szcz >i_u: prąd udarowy

Prąd załączalny:i_nzał >i_u: prąd udarowy

Wyłącznik W_WN.

Dobrałem wyłącznik napowietrzny typu WMSI-110/10/35-V

Napięcie znamionowe: U_n > U_ns123kV>110kV

Prąd znamionowy:

I_n > I_{r max} 1000A>18A

Znamionowy prąd 3-sekundowy: I_nt3 > I_t3s 18,4kA>1,75kA

Prąd szczytowy: i_szcz >i_u 47kA>6,16kA

Prąd załączalny: i_nzał >i_u 47kA>6,16kA

8.2 Dobór odłączników .

Kryteria doboru odłączników:

Napięcie znamionowe:U_n ł U_ns: napięcie sieci

Prąd znamionowy:In ł I_{r max}: maksymalny prąd roboczy

Znamionowy prąd cieplny 1-sekundowy:I_nt1 >I_t1:zwarciowy prąd cieplny 1-sekundowy

Prąd szczytowy:i_szcz >i_u: prąd udarowy

. Odłączniki wysokiego napięcia

Dobrałem dwa odłączniki typu ONIII 110W/62-1

Napięcie znamionowe: U_n > U_ns123kV>110kV

Prąd znamionowy: I_n > I_{r max} 630A>18A

Prąd szczytowy: i_szcz łi_u 50kA>6,16kA

Prąd znamionowy 3-sekundowy I_nt3s>I_t3s 20kA>1,75kA

8.3 Dobór przekładników prądowych.

Kryteria doboru przekładników prądowych:

Napięcie znamionowe izolacji:U_ni ł U_ns: napięcie sieci

Znamionowy prąd pierwotny:I_1n ł I_{r max}: maksymalny prąd roboczy

Znamionowy prąd wtórny:I_2n

Znamionowy prąd cieplny 1-sekundowy:I_nt1 >I_t1:zwarciowy prąd cieplny 1-sekundowy

Prąd szczytowy:i_szcz >i_u: prąd udarowy

Znamionowe obciążenie przekładnika:S_2n

Znamionowa liczba przetężeniowa.

Znamionowa klasa dokładności.

Przekładnik prądowy wysokiego napięcia.

Dobrałem trzy przekładniki prądowe małoolejowe jednofazowe napowietrzne typu J110-3a produkcji polskiej.

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 110 kV

Znamionowy prąd pierwotny I_1n = 50A > I_{r max} = 18A

Znamionowy prąd wtórny I_2n = 5A

Znamionowy prąd jednosekundowy I_nt1 = 80*I_1n > I_t1 = 3,03kA

Znamionowy prąd szczytowy i_dyn = 200*I_1n > i_u = 6,16 kA

Znamionowe obciążenie przekładnika S_2n= 90VA

Znamionowa liczba przetężeniowa P15

Znamionowa klasa dokładności kl.1

8.4 Dobór przekładników napięciowych.

Kryteria doboru przekładników napięciowych:

Napięcie znamionowe izolacji:U_ni ł U_ns: napięcie sieci

Znamionowe napięcie pierwotne:U_1n=U_ns: napięcie sieci

Znamionowe napięcie wtórne: U_2n

Znamionowe obciążenie przekładnika:S_2n

Znamionowa klasa dokładności.

Moc graniczna: S_gr

Przekładnik napięciowy wysokiego napięcia.

Dobrałem trzy przekładniki napięciowe małoolejowe jednofazowe napowietrzne typu U110a produkcji polskiej.

Sieć ze skutecznie uziemionym punktem zerowym.

Układ pełnej gwiazdy.

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 110kV >

Znamionowe napięcie pierwotne U_1n = 110kV

Znamionowe napięcie wtórne

Znamionowe obciążenie przekładnika kl.0,5 S_n = 120VA

kl.1 S_n = 250VA

Klasa dokładności kl.3 S_n = 500VA

Moc graniczna S_gr = 4000VA

8.5 Dobór bezpieczników do przekładników napięciowych

Dobór wkładki bezpiecznikowej zabezpieczającej stronę wtórną przekładnika

Prąd wkładki powinien spełniać warunek

Dobieram bezpiecznik z wkładką typu Wts-20

8.6 Dobór odgromników zaworowych.

Kryteria doboru odgromników zaworowych:

Napięcie znamionowe :U_ni ł U_ns: napięcie sieci

Jeżeli przewód zerowy linii jest bardzo dobrze uziemiony wtedy możemy odgromnik zaworowy dobrać na mniejsze napięcie.

Odgromnik zaworowy wysokiego napięcia.

Dobrałem odgromnik zaworowy typu GZSMa 97.

Znamionowe napięcie odgromnika U_od = 97kV

Wartość skuteczna napięcia zapłonu U_{z min} = 155kV

U_{z max} = 183kV

9. Dobór łączników,przekładników prądowych i napięciowych średniego napięcia.

Kryteria doboru aparatury średniego napięcia są takie same jak dla aparatury wysokiego napięcia.

9.1 Dobór wyłączników

Dobrałem wyłączniki małoolejowe wnętrzowe typu: WMSWP-20/6/6

Napięcie znamionowe U_ni=20kV >U_ns=15,75kV

Moc maksymalna wyłączalna wyłącznika S_nWył=450MVA >S_wy=56MVA

Prąd znamionowy I_n=1100A>I_r=242A

I_r=

Prąd znamionowy 3-sekundowy I_tn3s=17,5kA>It3s=1,47kA

Znamionowy prąd szczytowy i_szcz=45kA>i_u=5,17kA

9.2 Dobór odłączników.

Dobrałem odłączniki wnętrzowe typu: OW III 20/4

Napięcie znamionowe: U_n =20kV >U_ns=15kV

Prąd znamionowy: I_n= 400A > I_r= 242A

Znamionowy prąd 3-sekundowy: I_nt3 =15kA > I_t3s =1,47kA

Prąd szczytowy: i_szcz =38kA>i_u=5,17kA

9.3Dobór przekładników prądowych

Dobrałem przekładniki prądowe jednofazowe typu JPK 20f 300/5 A

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 20 kV

Znamionowy prąd pierwotny I_1n = 300A > I_{r max} = 242A

Znamionowy prąd wtórny I_2n = 5A

Znamionowe obciążenie przekładnika S_2n= 20VA

Znamionowa liczba przetężeniowa n < 10

Znamionowa klasa dokładności kl.0,5

9.4 Dobór przekładników napięciowych

Dobrałem przekładniki napięciowe typu VSK II 20b.

Znamionowe napięcie pierwotne U_1n = 15kV

Znamionowe napięcie wtórne U_2n = 100V

Znamionowe obciążenie przekładnika S_n = 45VA

Klasa dokładności kl.0,5

Moc graniczna S_gr = 570VA

9.5. Dobór bezpiecznika zabezpieczającego stronę pierwotną przekładnika

VSK II 20b

Dobieram wkładkę bezpiecznikową typu BRT 15 o danych znamionowych:

U_n = 15kV

U_gn = 17.5kV

I_n = 0.8A

S_ws = 1000MVA

Wkładka bezpiecznikowa napowietrzna ze stykami rurowymi.

6.6. Dobór wkładki zabezpieczającej stronę wtórną przekładnika typu

VSK II 20b.

Warunek:

Dobrałem bezpiecznik z wkładką typu Wts - 4.

10. Dobór łączników,przekładników prądowych niskiego napięcia.

Kryteria doboru aparatury średniego napięcia są takie same jak dla aparatury wysokiego napięcia.

10.1 Dobór wyłączników

Dobrałem wyłączniki wnętrzowe typu: WIS-160

Napięcie znamionowe U_ni=500V >U_ns=380V

Prąd znamionowy I_n=160A>I_r=96A

I_r=

Znamionowy prąd wyłączalny I_WS=15kA>2,17kA

Znamionowy prąd szczytowy i_szcz=30kA>i_u=5,53kA

10.2 Dobór odłączników.

Dobrałem odłączniki wnętrzowe typu: OZ-100

Napięcie znamionowe: U_n =500V >U_ns=380V

Prąd znamionowy: I_n= 100A > I_r= 96A

Prąd szczytowy : I_szcz =16kA>i_u=5,53kA

10.3Dobór przekładników prądowych

Dobrałem przekładniki prądowe jednofazowe typu IZOT-a 100/5 A

Znamionowe napięcie izolacji U_ni = 500 V

Znamionowy prąd pierwotny I_1n = 100A > I_{r max} = 96A

Znamionowy prąd wtórny I_2n = 5A

Znamionowe obciążenie przekładnika S_2n= 30VA

Znamionowa klasa dokładności kl.0,5

11.Dobór izolatorów

11.1 Izolatory wsporcze.

Warunki doboru izolatorów wsporczych:

Napięcie izolacji : U_ni ł U_ns: napięcie sieci

Siła działająca na izolator ma spełniać warunek F_iz < F_dop = 0.6 F_t

Izolatory wsporcze na średnie napięcie.

Dobrałem izolatory stacyjne wsporcze wnętrzowe z okuciami zewnętrznymi typu

SWOE - 20.

Znamionowe napięcie izolacji: U_ni = 20kV ł U_ns = 15kV

Napięcie probiercze udarowe : U_pu= 75 kV

Wysokość izolatora : h_iz= 55mm

Sprawdzenie doboru izolatorów wsporczych:

1. Napięcie znamionowe: U_ni=20kV >U_n=15kV

2. Siła łamiąca F_izŁ 0,6F_ł=F_dop F_łdop=1200N

Wysokość izolatora - h_iz=55mm

Wysokość szyny - h_sz=20mm

h=h_iz+h_sz/2=55+10=65 mm

F_dop=0,6*2000N=1200N

F_dop=1200N>F_iz=18,31N , czyli wytrzymałość mechaniczna na zginanie izolatora jest większa od sił występujących przy zwarciu. Izolator spełnia wymagania dla układu.

11.2 Izolatory przepustowe napowietrzno - wnętrzowe.

: Warunki doboru izolatorów przepustowych napowietrzno - wnętrzowych

Napięcie znamionowe izolacji :U_ni ł U_ns : napięcie sieci

Dopuszczalna obciążalność prądem roboczym :I_{n do} > I_{r max} : maksymalny prąd roboczy

Izolatory przepustowe napowietrzno - wnętrzowe na średnie napięcie.

W rozdzielni zastosowano izolatory przepustowe napowietrzno - wnętrzowe typu

FID 20.

Napięcie znamionowe izolacji: U_ni = 20kV > U_ns = 15kV

Prąd znamionowy: I_{n do}=1000A > I_{r max} = 242A

12. Dobór kabli do stacji oddziałowych.

12.1. Dobór kabli do stacji oddziałowych SO_{2 ,}SO₃ ,SO₄.

Warunki doboru kabli:

Dobór przekroju ze względu na obciążenie długotrwałe I_dd > I_{r max}

Napięcie znamionowe izolacji U_ni > U_ns

Oddziaływanie cieplne prądu zwarciowego.

Maksymalne prądy robocze stacji oddziałowych wynoszą:

dla SO₁, SO₂, I_{r max} = 54A

dla SO₃, I_{r max} = 42,5A

dla SO_4,I_rmax=91A

Dopuszczalna temperatura kabla obciążonego długotrwale w izolacji polwinitowej wynosi 70°C. Temperatura graniczna dopuszczalna przy zwarciu wynosi 130°C. Zakładam temperaturę kabla w chwili wystąpienia zwarcia równą 50°C.

Obciążalność zwarciowa jednosekundowa w [A] przeliczona na 1mm² przekroju żyły kabla miedzianego dla powyższych warunków wynosi J_c = 103 A*s^0.5/mm².

Przekrój minimalny kabla wynosi

Dla stacji SO₂,SO₃,SO_4, dobieram jednakowy kabel miedziany trójżyłowy opancerzony taśmami stalowymi z zewnętrzną powłoką polwinitową : KFty 70.

Dane kabla KFty 70:

U_ni = 15kV ≥ U_ns = 15kV

I_dd = 195A > I_{r max} = 54A

S = 70 mm² > S_min = 61.5 mm²

Sprawdzenie dopuszczalnego spadku napięcia.

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

Obliczanie U_dop dla stacji oddziałowej.

Gdzie:

U_ns - napięcie = 15kV

Przy założeniu, że maksymalny pobór mocy wynosi S = 1MVA oraz cosϕ = 0.88

P - moc czynna odbioru = 0.88MW

Q- moc bierna odbioru = 1.2MVar

X₀ - reaktancja jednostkowa kabla = 0.1Ω/km

γ - przewodność żyły miedzianej = 58 m/Ω*mm²

l - długość kabla = 300m

S - przekrój kabla = 70mm²

Maksymalny spadek napięcia w kablu występuje między rodzielnią a stacją SO3 i wynosi:

U_dop(%) = 2.8% < U_dop = 3%

Dla SO₂, SO₄ spadek napięcia jest mniejszy

U_kbl(%) = 2.3% < U_dop = 3%

Kable zostały dobrane prawidłowo zgodnie z PN

12.2. Dobór kabla do stacji oddziałowej SO₁

Warunki doboru kabla jak wyżej.

Maksymalny prąd roboczy I_rmax=150A

Przekrój minimalny kabla wynosi

Dobieram kabel YKYFoy 3 x 95mm² o danych:

I_dd=320A>I_rmax=96A

S=95mm²>26mm²

Maksymalny spadek napięcia między rozdzielnią a stacją SO1

U_kbl=2,43% <U_do=3%

Kabel został dobrany prawidłowo

Wyszukiwarka