ФГОУ ВПО « Калининградский государственный технический университет » Кафедра ЭС и Э Курсовой проект На тему « Проектирование электростанции на биогазе » По дисциплине: «Электрическая часть станций и подстанций» Работу выполнила Студентка гр. 09-ЭС / _______________ / / Йовенко В.И. подпись / ( Ф.И.О. ) Работу проверил Профессор Д. Т. Н. ________________ / подпись Калининград 2014 г. / Белей В.Ф. Ф.И.О. / Содержание Введение………………………………………………………………………3 Биогаз.Общие понятия………………………………………………………4 Расчет предполагаемой мощности БиоЭС………………………………..13 Схема выдачи мощности…………………………………………………...14 Выбор структурной схемы…………………………………………………14 Выбор силового трансформатора ………………………………………..15 Выбор шин и проводников………………………………………………..15 Выбор электрических аппаратов и проводников………………………..17 Определение расчетных токов……………………………………………..18 Определение токов короткого замыкания………………………………..19 Выбор коммутационных аппаратов………………………………………23 Выбор защитных аппаратов……………………………………………….24 Выбор измерительных трансформаторов тока…………………………..25 Заключение…………………………………………………………………..26 Список использованной литературы………………………………………27 Схема энергосистемы Калининградской области………………………..28 Схема присоединения проектируемой ЭС к энергосистеме…………….29 Изм. Лист Разраб. Провер. Реценз. Н. Контр. Утверд. № докум. Пахолкова И.В. В.Ф. Белей Подпись Дата КП 140204.65 013Э Лит. Содержание Лист Листов 2 29 КГТУ гр. 09-ЭС Введение Проектирование - это процесс составления описания при заданных условиях ещё не существующего объекта. Особенностями проектирования объектов электроэнергетики (в том числе и БиоЭС) является многофакторность задачи, заблаговременность принятия решений. Задачей данного курсового проекта является проектирование электрической части БиоЭС стационарной на базе биогаза, парового котла и блочного турбоэлектрогенератора. При проектировании главной схемы БиоЭС требуется: - обосновать и выбрать структурную схему; -обосновать и выбрать схему коммутации (электрических присоединений РУ); - рассчитать токи короткого замыкания; - выбрать электрические проводники и аппараты. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э Лист 3 Биогаз. Общие понятия. По своим физико-химическим показателям биогаз близок к природному газу, поскольку основной его компонент — метан. Источниками получения биометана служат продукты метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения. В биогазовой технологии используется процесс ферментизации — разложение органических материалов в результате жизнедеятельности микроорганизмов (специфический природный биоценоз анаэробных бактерий различных физиологических групп). Основными продуктами этого процесса являются горючие газы (преимущественно метан, водород, моноокись углерода) и гумус. Для получения биометана биогаз очищают от СО2 и влаги. Чисто энергетическая эффективность данной технологии невысока — в условиях средней полосы России до 70% производимого газа потребляется биогазовой установкой. Несмотря на это, технология отличается высокой рентабельностью, так как позволяет утилизировать стоки животноводческих ферм, сельскохо зяйственные и бытовые отходы, отходы лесозаготовки и деревообработки. Главные преимущества биогаза — наличие местных источников сырья, снижение парникового эффекта и экологического ущерба от систем сбора органических отходов, обеспечение экологически замкнутой энергетической системы. Анаэробный процесс протекает при температуре 35-45°C без доступа кислорода в емкость, которая называется метантенком или реактором (рис. 1.6). Рис. 1.1. Схема получения биогаза На эффективность работы биогазовой установки большое влияние оказывает предварительная подготовка исходного субстрата. Чем меньше размеры частиц органических компонентов исходного сырья, тем больше их удельная поверхность и соответственно интенсивнее происходят процессы сбраживания. Так, измельчение субстрата до частиц размером менее 1 мм повышает выход биогаза на 20%. Интенсивность метанообразования в значительной мере зависит и от степени однородности исходного субстрата. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 4 В этих условиях под действием имеющихся в биомассе бактерий навоз и птичий помет разлагаются с выделением метана (CH4) — 60-70%, углекислого газа (CO2) — 30-40, небольшого количества сероводорода (H2S) — 0-3%, примесей водорода, аммиака и окислов азота. Теплота сгорания 1 м3 биогаза достигает 22 МДж (в топливе 6,1 кВт·ч), что эквивалентно: сгоранию 0,6 л бензина, 0,85 л спирта, 1,75 кг дров или выработке 2 кВт·ч электроэнергии. Выход биогаза из навоза (помета), полученного от одной головы скота (птицы) в сутки, составляет, м3: коровы — 1,5, бычки на откорме — 1,1, свиньи — 0,2, птицы — 0,012. Расчеты показывают, что в сельской местности производство биометана может считаться рентабельным при наличии 20 коров, 200 свиней или 3500 кур. Одним из источников получения биогаза может быть птицеводство. Для определения выхода биогаза принимают, что в одном типовом птичнике содержатся 25 тыс. кур, дающих в день до 5 т помета, из которого (при нормальных условиях) выходит 5000 м3 биогаза, т.е. из 1 т куриного помета можно получить моторное топливо в количестве, эквивалентном 700 л бензина. Не менее важным источником получения биогаза служит животноводство. Из 1 т сухого вещества навоза в результате анаэробного сбраживания при оптимальных условиях можно получить 340 м3 биогаза, или в пересчете на одну голову крупного рогатого скота в сутки 2,5 м3, а в течение года — примерно 900 м3. Рассчитав энергетический эквивалент такого количества биогаза по отношению к бензину, можно прийти к выводу, что одна корова в год, кроме молока, «дает» более 600 л бензина. Одновременно при сбраживании обеспечиваются дезодорация и дегельминтизация навоза, снижение всхожести семян сорных растений и перевод органического удобрения в минеральную форму. Для пересчета количества биогаза с птицеводческого комплекса на животноводческий можно пользоваться следующими условными единицами: 1 корова = 4 свиньи = 250 кур. Количество биогаза, выделяющегося в метантенке вместимостью 5000 м3, достаточно для работы генераторной установки мощностью около 200 кВт (табл. 1.1). Получение биогаза экономически оправдано и является предпочтительным при переработке постоянного потока отходов (стоки животноводческих ферм, скотобоен, растительные отходы и т.д.), когда не требуются предварительный сбор отходов, организация и управление их подачи, при этом точно известно, сколько и когда будет получено отходов. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э Лист 5 Таблица1.1. - Количество биогаза, получаемого в метантенке вместимостью 5000 м3 Число Выход Количество Выход голов сухого сброженног биогаза 3в ГДж вещества о сутки м Коров 1640 9000 130 55 2400 в сутки, навоза в ы Бычки 2530 9000 130 60 2700 кг сутки,т Свинь 15200 8000 150 70 3100 Птица 350000 13400 112 95 4300 и Получение биогаза возможно в установках разных размеров, но особенно эффективно в агропромышленных комплексах, в которых осуществляется полный экологический цикл. Биогаз используют для освещения, отопления, приготовления пищи приведения в действие механизмов, транспорта, электрогенераторов. Эффективность биогазовых установок в основном зависит от количества произведенного биогаза. Исследования зарубежных и отечественных специалистов показали, что выход биогаза зависит от состава субстрата для сбраживания, его предварительной подготовки, соблюдения оптимальных параметров и режимов процесса анаэробного сбраживания (табл. 1.2). Таблица1.2. - Выход биогаза, получаемого при анаэробном сбраживании различных видов исходного субстрата Вид исходного субстрата Навоз крупного рогатогонавоз Свиной скота Птичий помет (твердый)ячмень Солома: пшеница Содержание сухого 8 вещества, % 6 22 86 86 Силосная масса: трава 40 кукуруза 35 Выход биогаза, 22 м3/т 25 76 300 280 200 208 Кукурузная 65 414 зерностержневая смесь Трава (луговая) 95 (содержание клетчатки 18 Подсчитано, что годовая потребность в биогазе для обогрева жилого дома 5%) составляет около 45 м3 на 1 м2 жилой площади, суточное потребление при подогреве воды для 100 голов крупного рогатого скота — 5-6 м3. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 6 Потребление биогаза при сушке 1 т сена влажностью 40% равно 100 м3, 1 т зерна — 15, для получения 1 кВт·ч электроэнергии — 0,7-0,8 м3. По оценкам специалистов отраслевого объединения «Биогаз», в настоящее время в 80% действующих установок вместе с другими исходными продуктами используется кукуруза. В процессе анаэробного брожения значительно улучшаются свойства навоза как удобрения. Это происходит за счет минерализации находящегося в навозе азота. При традиционном компостировании навоза потери азота составляют до 30-40%. По сравнению с обычным компостированием анаэробная переработка увеличивает содержание в навозе аммонийного азота в 4 раза, от 20 до 40% содержащегося в навозе азота переходит в аммонийную форму. Содержание усваиваемого растениями фосфора удваивается и составляет до 50% от его общего количества в навозе. Сброженный навоз позволяет повысить урожайность на 10-20% по сравнению с использованием обычного навоза. Еще один источник получения биогаза — твердые бытовые отходы (ТБО). Во всем мире остро стоит проблема нейтрализации или утилизации бытового мусора. Удельный годовой выход ТБО на одного жителя современного города составляет 250-700 кг. В развитых странах эта величина ежегодно возрастает на 4-5%. В России мусор в основном вывозили на специально отведенные полигоны и свалки. Практически так же дело обстоит и сейчас. На территории страны в отвалах и хранилищах накоплено около 80 млрд т твердых отходов, причем токсичных из них более 1, 4 млрд т. Только под свалки и полигоны ТБО ежегодно официально отводится около 10 тыс. га земель. К концу 80-х годов суммарная мощность энергоустановок, использующих в качестве топлива ТБО, достигала более 1,2 ГВт. Велось проектирование и строительство новых установок. Однако полного перехода от нейтрализации к утилизации ТБО сжиганием в мировой практике не произошло. В связи со сложностью выполнения природоохранных требований в последние годы прекращают свою деятельность многие мусоросжигательные заводы. Закрыт ряд заводов в США, в 1984 г. закрылись заводы в Японии (Камаки) и Финляндии (Хельсинки). В мировой практике существует еще один способ утилизации твердых бытовых отходов — биотехнологический, представляющий собой компостирование мусора. Суть его заключается в биохимическом процессе разложения органической части ТБО микроорганизмами. Для компостирования, т.е. биотермической переработки легкогниющих веществ в органическое гумусообраз-ное удобрение, необходимы три составляющих: сырье, аэробные микробы и время. Аэробная обработка в течение двухсуточного нахождения мусора во вращающемся барабане (использована конструкция цементной печи) приводит к разогреву за счет окисления, разложению высокомолекулярных органических соединений, распаду органических веществ на простые Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 7 составляющие. Продукт переработки используют как компост для удобрения почвы. Более широко во всем мире распространено полигонное захоронение твердых бытовых отходов. Основные достоинства технологии захоронения — простота, сравнительно малые капитальные и эксплуатационные затраты и относительная безопасность. При разложении бытовых отходов выделяется биогаз, содержащий до 60% метана, что позволяет использовать его в качестве местного топлива. В среднем при разложении 1 т ТБО может образовываться 100-200 м3 биогаза. В зависимости от содержания метана низшая теплота сгорания свалочного биогаза составляет 18-24 МДж/м3 (примерно 1/2 теплотворной способности природного газа). Сопоставление разных вариантов утилизации ТБО показывает, что наиболее бурно развивается и имеет минимальное количество ограничений по экологическим и другим условиям технология получения биогаза на полигонах ТБО. Технология предусматривает сепарацию ТБО с извлечением ценных компонентов (черные и цветные металлы и др.), последующее прессование уменьшает объем свалки, позволяет механизировать укладку слоев мусора и облегчает получение биогаза. По технологической схеме предусмотрено бурение скважин на территории полигона, из которых вакуум-насосы водокольцевого типа обеспечивают откачивание биогаза. После отделения воды газ поступает в газо-дувки и по опорному газопроводу подается в котельную на сжигание. Из 5 млн м3 ТБО получают 20 млн м3 газа, который эквивалентен 70-80 Гкал тепловой энергии в год. Конечным продуктом после их деструкции являются минерализованные вещества, остающиеся в толще трансформированной массы. В настоящее время за рубежом уже подводятся итоги десятилетнего опыта использования биогаза по такой технологии. Биогаз позволяет значительно уменьшить общее потребление топлива путем применения когенерации (совместного производства электроэнергии и тепла) Рис. 1.2. Сравнительные характеристики различных способов получения энергии Сравнительные показатели коге-нерации и раздельного производства электричества и тепла приведены на рис. 1.2. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 8 Исследования, разработки и проекты, реализованные в течение последних 25 лет, привели к существенному усовершенствованию технологии. Уровень распространения когенерации в мире позволяет утверждать, что это наиболее эффективная (из существующих) технология энергообеспечения для огромной части потенциальных потребителей. Технология когенерации со четает положительные характеристики, которые недавно считались практически несовместимыми. Наиболее важными следует признать высокую эффективность использования топлива, более чем удовлетворительные экологические параметры, а также автономность систем когенерации. Рис. 1.3. Общий вид когенерационной установки Когенерационная установка (рис. 1.3) состоит из четырех основных частей: первичного двигателя, электрогенератора, системы утилизации тепла и системы контроля и управления. Когенерационные системы, как правило, классифицируются по типу первичного двигателя, генератора, а также по типу потребляемого топлива. В зависимости от существующих требований роль первичного двигателя могут выполнять поршневой двигатель, паровая или газовая турбина. В будущем этот список может пополниться новыми технологиями (двигатель Стирлинга, микротурбины, топливные элементы). Электрогенераторы предназначены для преобразования механической энергии вращающегося вала двигателя в электроэнергию. Они могут быть синхронными или асинхронными. Синхронный генератор может работать в автономном режиме или параллельно с сетью. Асинхронный генератор может работать только параллельно с сетью. Если произошел обрыв или другие неполадки в сети, то асинхронный генератор прекращает свою работу. Поэтому для обеспечения гибкости применения распределенных когенерационных энергосистем чаще используются синхронные генераторы. Теплоутилизатор является основным компонентом любой ко-генерационной системы. Принцип его работы основан на использовании энергии отходящих горячих газов двигателя электрогенератора (турбины или поршневого двигателя). Простейшая схема работы теплоутилизатора следующая: отходящие газы проходят через теплообменник, где производится передача тепловой энергии Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 9 жидкому теплоносителю (вода, гликоль). После этого охлажденные отходящие газы выбрасываются в атмосферу, при этом их химический и количественный состав не меняется. В атмосферу уходит и существенная часть неиспользованной тепловой энергии, так как для эффективного теплообмена температура отходящих газов должна быть выше температуры теплоносителя (не менее чем на 30°С), отходящие газы не должны охлаждаться до температур, при которых начинается образование водяного конденсата в дымоходах, что препятствует нормальному выходу газов в атмосферу. Кроме того, отходящие газы не должны охлаждаться до температур, при которых начинается образование кислотного конденсата, что приводит к коррозии материалов (особенно это важно для топлива с повышенным содержанием сероводорода). Извлечение дополнительной энергии (скрытой теплоты водяных паров, содержащихся в выхлопных газах) возможно только путем понижения температуры отходящих газов до уровня ниже 100°С, когда водяные пары переходят в жидкую форму, что пока невозможно. В качестве утилизатора тепла в когенерационной системе трудно использовать готовое типовое теплоэнергетическое оборудование. Теплоутилизатор, как правило, проектируется с учетом параметров и характеристик отходящего потока газов для каждой модели поршневого двигателя или турбогенератора и типа применяемого топлива. Многие производители двигателей имеют собственные наработки или используют продукцию своих партнеров в части утилизации тепла, что в большинстве случаев упрощает проектирование и выбор решения. Для повышения производительности тепловой части когене-рационной системы утилизатор может дополняться экономайзером — теплообменником, обеспечивающим предварительный подогрев теплоносителя отходящими из теплоутилизатора газами до его подачи в основной теплообменник, где нагрев теплоносителя обеспечивается уже теплом отходящих газов двигателя. Позитивным моментом, связанным с использованием экономайзера, является дополнительное снижение температуры отходящих из теплоутилизатора в атмосферу газов до уровня 120°С и ниже. Когенерация в сельском хозяйстве распространена не очень широко, но ее использование в подавляющем числе случаев приводит к энергосбережению и получению дополнительных прибылей. Многообещающими вариантами использования когене-рации являются производство этанола, сушка зерна или древесины, обогрев теплиц, зданий для содержания домашних животных или жилых домов. Наибольшую выгоду сельским предприятиям могут принести технологии, использующие в качестве топлива биомассу (например, остатки урожая, древесины или животные отходы). Модули газификации преобразуют сельскохозяйственные и древесные отходы в газы с низкой или средней теплотворной способностью, которые могут использоваться в качестве топлива в подготовленных газопоршневых установках. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 10 Когенерация позволяет решать и экологические проблемы. Технологии, предшествовавшие когенерации, предусматривали сжигание отходов (из-за невозможности их утилизации), получая в результате большие объемы выбросов загрязняющих веществ из-за неполного сгорания. В дополнение к загрязнению имелись эмиссии от горения вышеупомянутых жидких видов топлива. Когенерация избавилась не только от жидких видов топлива (и соответствующих эмиссий), но и от выбросов от неполного сгорания благодаря много лучшим условиям сгорания в котле. Когенерационные установки различной мощности позволяют удовлетворить потребности в электроэнергии не только сельскохозяйственных предприятий, но и других объектов народного хозяйства: установка малой мощности серии Premi (от 22 до 47 кВт) применяется для покрытия собственных потребностей объекта в электроэнергии, отопления и получения горячей воды; установки средней серии Cento (мощностью до 160 кВт) применяются чаще всего в промышленных объектах, больницах, бассейнах, гостиницах, торговых центрах, спортивных сооружениях, котельных, привязанных к определенному объекту; установки высшей серии Quanto (мощностью 395-2016 кВт) применяются в крупных промышленных предприятиях и городских котельных, где имеются дефицит электрической энергии и большой объем тепловой нагрузки в летнее время. Рис. 1.4. Возможности использования когенерационных установок Возможности использования когенерационных установок приведены на рис. 1.4. Исследования, разработки и проекты, реализованные в течение последних 25 лет, привели к существенному усовершенствованию технологии, которая теперь действительно является хорошо отработанной и надежной. Уровень Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 11 распространения когене-рации в мире позволяет утверждать, что эта технология энергообеспечения является наиболее эффективной (из существующих). Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 12 Расчет предполагаемой мощности БиоЭС 1. Кол-во исходного материала, приходящееся скот(КРС) Нестеровского р-она /1/: на крупный рогатый O=N*U Где N – кол-во голов КРС U – объем суточных экскрементов от 1 КРС O=9600*55=528000 кг/сут = 528 т/сут 2. Содержание органического вещества в исходном приходящемся на кол-во КРС в Нестеровском р-оне: материале, Относительная влажность навоза(ОВ) КРС при влажности 85% составит (0.04…0.05) /1/: Принимаю ОВ=0.05 3. Выход биогаза составит: P=O*ОВ= 528000*0.05=26400 м3/сут 4. Рассчитывается энергетический потенциал биогаза: E=P*1.7=26400*1.7=44880 кВт*ч/сут Где 1.7 – коэф. , учитывающий , что 1 м3 биогаза ает (1.6…1.8) кВт*ч электроэнергии 5. Находим предполагаемую мощность БиоЭС Sпр=E/24=44880/24=1870≈2 МВт Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 13 2. СХЕМА ВЫДАЧИ МОЩНОСТИ. 2.1 Выбор структурной схемы. Структурная схема электрической части электростанции определяет распределение генераторов между РУ разных напряжений и выполнения электромагнитных связей (трансформаторных, автотрансформаторных). При проектировании структурной схемы электростанции районного типа, также определяется и вид исполнения блоков генератор-трансформатор./2/ Установленная мощность мини-ТЭЦ Руст = 1500 КВт Таблица 2.1 - Паспортные данные турбогенератора. /3/ Тип Рн, Sн Uн Cosφ кпд N, Xd", Xd`о.е. МВт МВА кВ % об/мин о.е. ТФ-1.5-2 1,5 1,875 6.3 0,8 97,6 3000 0,121 0,171 Продолжение табл. 1. Xd, о.е. Х2, о.е. Х0, о.е. Tdo`, о.е 1.651 0,147 0,007 7,45 Структурная электрическая схема зависит от состава оборудования (числа генераторов, трансформаторов), распределения генераторов и нагрузки между распределительными устройствами (РУ) разного напряжения и связи между этими РУ. Рисунок 2 – Электрическая схема проектируемой БиоЭС Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 14 В большинстве случаев выбор структурных схем базируется на техникоэкономических вариантах выполняемых расчетов. И лишь для простых исходных условий (например, данная БиоЭС) структурная схема принимается однозначно согласно рисунку 1 и ее проектирование сводится к выбору необходимых для ее осуществления трансформаторов./4/ 2.2 Выбор силового трансформатора Для возможности резервирования потребителей проектом предусматривается питающая линия ВЛ 15 кВ от существующей районной сети и понижающий трансформатор 15/0,4 кВ. Мощность трансформатора определяется исходя из нагрузочной способности: Sтр=Pном/(K3*cosφ)=1500/(1*0.8)=1875 КВА где К3=1 - коэффициент длительно допустимой нагрузки (по ГОСТ 1420997). Таким образом, к установке принимается трансформатор ТМН 2500/15./3/ Паспортные данные трансформатора ТМН 2500/15приведены в таблице 2.1. Таблица 2.2 – паспортные данные трансформатора ТМН 2500/15 Sном Uном Uk% ΔPk ΔPx Ik% КВА кВ КВт кВт ВН 2500 НН 15.75 6.3 6.5 23.5 3.9 1 2.3. Выбор шин и проводников. В РУ-6.3 кВ БиоЭС используются жесткие шины из алюминия прямоугольного сечения. При обосновании количества линий выдачи мощности учитывается множество факторов, таких как: надежность, потери мощности, условия поддержания уровней напряжения, экономичность. Сечение проводников воздушных и кабельных линий определяется методом экономической плотности тока. Экономическая плотность тока при времени максимума нагрузок более 5000 часов в год для Европейской части России равна Jэк=1 /5/ Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 15 1. Определяем номинальный суммарный ток, для всех отходящих линий с одной из секций РУ-0,4 кВ: Iном=Sном/(√3*Uн)=2500/(√3*6.3)= 229 А 2. Требуемое сечение шин Sэк= Iном/ Jэк=229/1=229 мм2 Выбираем шину марки АД31.Т сечением 20x3 при этом длительный допустимый ток Iдл=265А./4/ 3. Определяем сечение провода, предназначенного для резервного питания БиоЭС: Iном=Sном/(√3*Uвн)=2500/(√3*15.75)=91.643 А 4. Требуемое сечение провода Sэк= Iном/ Jэк=91.643/1=91.643 мм2 Выбираем стандартное сечение провода марки АС – 120 мм2 Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 16 3. ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ПРОВОДНИКОВ. Электрооборудование выбирается по условиям продолжительных режимов и проверяют по условиям кратковременных режимов (КЗ различных видов, обрывы проводов, нарушение устойчивости параллельной работы и т.д), определяющим из которых, как правило является режим КЗ. При этом необходимо располагать расчетными условиями, параметрами, и техникоэкономическими характеристиками электрооборудования. За расчетные принимаются наиболее тяжелые, но достаточно вероятные условия, в которых может оказаться электрический аппарат или проводник при различных режимах работах электроустановок. Расчетные условия - это требования электроустановок к параметрам элементов конкретной электрической цепи. В продолжительных режимах температура частей элетрооборудования достигает установившегося значения при неизменной температуре охлаждающей среды. К ним относят нормальный, ремонтные и послеаварийные режимы. Аварийные режимы считают кратковременными, т.к. по продолжительности они составляют обычно доли процента продолжительности рабочих режимов, но их условия могут оказаться крайне опасными для нормальной работы оборудования. Поэтому электрические аппараты и проводники выбираются по расчетным условиям продолжительных рабочих режимов и обязательно проверяются по расчетным условиям аварийных режимов. Расчетные условия нормального режима электроустановки включают в себя: расчетную схему электроустановки; климатические условия (температура окружающей среды, ветровая нагрузка, высота над уровнем моря и т.д.); вид электроустановки ( внутренняя или закрытая, наружная или открытая); исполнение оборудования (открытое, закрытое, защищенное и Др.); способ прокладки проводников ( по воздуху, в земле, в воде); расчетные параметры режима (ток, частота, напряжение). Проводники и аппараты должны удовлетворять всем возможным режимам функционирования электроустановки: нормальному, ремонтному, аварийному и послеаварийному. /5/ Электрооборудование выбирается: По уровню изоляции: Uном ≥ U c ном Где Uном номинальное напряжение электрооборудования; U c ном номинальное напряжение сети, к которой подключено это оборудование. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э Лист 17 По допустимому нагреву в продолжительных режимах: • для аппаратов: Iном ≥ I прод. рас = Iутж где Iном - номинальный ток электрооборудования; I прод. рас - продолжительный расчетный ток; Iутж - ток утяжеленного режима; • для проводников: Iдд ≥ I прод. рас = Iутж где Iдд - длительно допустимый ток проводника; • с учетом возможной перегрузки аппаратов и проводников (кабелей): Iпг.доп. ≥ Iутж де Iпг.доп - ток с учетом дополнительной перегрузки. Далее аппараты и проводники проверяются по условиям термической и электродинамической стойкости, кроме того проводники должны ещё проверятся по допустимому значению потери напряжения. /3/ 3.1 Определение расчетных токов. Для генератора наибольший ток нормального режима принимается при загрузке его до номинальной мощности при номинальном напряжении и при номинальном значении cosφ. Iном расч.=Pном г/(√3*Uном г * cosφ)=1500/(√3*6.3*0.8)=286 А где Pном г - номинальная мощность генератора, Вт; Uном г - номинальное напряжение генератора, В. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 18 Наибольший ток послеаварийного или ремонтного режима определяется при условии работы генератора при снижении напряжения на его зажимах на 5%. Iутж.=Pном г/(√3*Uном г * cosφ*0.95)=1500/(√3*6.3*0.8*0.95)=301 А Цепи двухобмоточных силовых трансформаторов Определяем расчетный ток: • для обмотки НН: Iном=Sном/(√3*Uнн)=2500/(√3*6.3)= 229 А где Sном - номинальная мощность трансформатора, ВА; Uнн) - номинальное напряжение обмотки НН трансформатора, В. • для обмотки ВН: Iном=Sном/(√3*Uвн)=2500/(√3*15)=91.643 А где Uвн - номинальное напряжение обмотки ВН трансформатора, В. 3.2 Расчёт токов короткого замыкания Для выбора и проверки проводников и аппаратов электростанции по аварийному режиму прежде всего оцениваются расчетный условия КЗ: составляется расчетная схема, схема замещения, намечаются места расчетных точек КЗ, определяется расчётное время протекания тока КЗ. Расчётная схема составляется для нормального режима работы с учетом режимных мер по ограничению токов КЗ. /6/ Схема замещения составляется для начального момента тока КЗ и поэтому все источники вводятся в неё своими сверхпереходными параметрами. Расчётная схема и эквивалентная схема замещения представлены на рисунке 2 Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э Лист 19 Рисунок 3 – схема замещения для расчета токов КЗ Расчетные данные ТрансформаторТ1 Snomt1 2.5 Uvnt1 15.75Unnt1 6.3 Ukt1 6.5 Трансформатор T2 Snomt2 2.5 Uvnt2 15.75Unnt2 6.3 Ukt2 6.5 Генератор G1 Png1 1.5 cosg1 0.8 Ung1 6.3 x''d1 0.121 x'd1 0.171 xd1 1.651 xq1 0.71 x21 0.147 Td01 7.45 Png2 1.5 Генератор G2 x''d2 0.121 xq2 0.71 cosg2 0.8 Ung2 6.3 x'd2 0.171 xd2 1.651 x22 0.147 Td02 7.45 f 50 w0 2 f L1 5 L2 5 x0 2.5 x1 0.4 x1 Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э Лист 20 Snag 1.875P0 1.5 cos0 0.8 P0 Sb 1.875 cos0 sinnag 1 cosnag Es 1 Ikz 6.9 2 0.6 Unom 6.3 cosnag 0.8 sin0 1 cos0 2 0.6 Расчет базисных токов и напряжений Ub1 15.75 Uvnt1 kt1 2.5 Unnt1 Ub1 6.3 kt1 Uvnt2 kt2 2.5 Unnt2 Sb Ib1 0.069 3 Ub1 Ub2 Ib2 xs Sb 0.172 3 Ub2 Es Sb 3 9.961 10 3 Ikz Ub1 Определение сопр. схемы, приведенных к базисным вел. Sng1 Png1 1.875 cosg1 2 Ung1 Sb x''d1b x''d1 0.305 Sng1 Ub1 Png2 Sng2 1.875 cosg2 2 Ung2 Sb x''d2b x''d2 0.305 Sng2 Ub1 Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 21 Расчет остальных элементов системы сопротивление линий xL1b L1 x1 Sb 2 0.015 Ub1 xL2b L2 x1 Sb 2 0.015 Ub1 сопротивление трансформаторов 2 Ukt1 Uvnt1 Sb xt1b 0.049 2 100 Snomt1 Ub1 2 Ukt2 Uvnt2 Sb xt2b 0.049 2 100 Snomt2 Ub1 Находим эквивалентное сопротивление x ( x''d1b xt1b) ( x''d2b xt2b) xL1b xL2b xs 0.194 xt1b xt2b x''d1b x''d2b xL1b xL2b Определяем ток короткого замыкания Ikp Es x 3 2.971 Iud 2 Ikp Kud 6.722 Таблица 3.1-Расчет токов КЗ Параметр Точка КЗ Место точки КЗ К1 Периодическая составляющая тока 3-х 2.971 фазного КЗ I(3)по, Ка Амплитуда ударного тока КЗ I уд, кА 6.722 Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 22 3.3 Выбор коммутационных аппаратов Коммутационные аппараты выбираются по уровням изоляции и токам в продолжительных режимах и проверяются по токам в кратковременных режимах. В соответствие с ГОСТ 678-78, ПУЭ и руководящими указаниями по выбору аппаратов и проводников выключатели выбираются по следующим условиям: Таблица 3.2 - Условия выбора выключателей Условие выбора и проверки Вид проверки U ном ≥ U c ном выбор по уровню изоляции I ном ≥ I нр выбор по номинальному току К п*Iном ≥ I утж выбор по току в утяжеленном режиме I откл. ном ≥ I по выбор по отключающей способности I вкл. ном≥ I уд проверка по включающей способности Предварительно в цепи генератора выбираем выключатель типа VD4 12.10.25 Его технические данные из каталога завода-изготовителя: Номинальный ток I ном=400 А Номинальное рабочее напряжение U ном= 690 В номинальное импульсное напряжение выдержки Uimp= 12000 В; номинальная отключающая способность I откл. ном = 10 кА; номинальная включающая способность I вкл. ном = 25 кА; Проверим выбранный автоматический выключатель: по уровню изоляции: 690В>400 В - условие выполняется; по номинальному току: 400 А>229 А - условие выполняется; по току в утяжеленном режиме: 1*400>286 - условие выполняется; по отключающей способности: 10 кА>6.7 КА - условие выполняется; по включающей способности: 25 кА>6.7 КА - условие выполняется Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 23 Выбранный выключатель подходит по всем условиям. Окончательно для защиты генератора и для защиты отходящих линий принимаем автоматический выключатель типа VD4 12.10.25 Вводной автоматический выключатель при резервном питании БиоЭС примем типа VD4 12.10.25 с номинальным током расцепителя 400 А. Выбор низковольтного рубильника. Предварительно выбираем рубильник фирмы Schneider electric Interpact INS400 со следующими параметрами завода-изготовителя:/8/ номинальный ток - IНОМ=400 А; номинальное рабочее напряжение - U ном = 690 В. Проверим выбранный рубильник: по уровню изоляции: 690В>400 В - условие выполняется; по номинальному току: 400 А>229 А - условие выполняется; по току в утяжеленном режиме: 1*400>286 - условие выполняется. Выбранный рубильник удовлетворяет всем требованиям. 3.4 Выбор защитных аппаратов Плавкие предохранители выбираются по следующим условиям: Таблица 3.3 - Условия выбора плавких предохранителей Условие выбора и проверки Вид проверки U ном ≥ U c ном выбор по уровню изоляции I пв ≥ I нр выбор по току плавкой вставки I откл. ном ≥ I по выбор по отключающей способности Предварительно выбираем предохранитель типа ПКТ101-2-100-31,5УЗ со следующими параметрами: ток плавкой вставки - I пв =100 A; номинальное рабочее напряжение U ном = 15 кВ; номинальная отключающая способность I откл. ном=31.5 КА Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э Лист 24 Проверим выбранный предохранитель: по уровню изоляции: 15 кВ≥15 кВ - условие выполняется; по номинальному току: 100А>91.643 А - условие выполняется; по отключающей способности периодической составляющей : 31,5 кА>6.7 КА - условие выполняется. 3.5 Выбор измерительных трансформаторов тока Измерительные трансформаторы тока выбираются по следующим условиям: Таблица 3.4 - Условия выбора измерительных трансформаторов тока Условие выбора и проверки Вид проверки U ном ≥ U c ном выбор по уровню изоляции I ном ≥ I нр выбор по номинальному току К п*Iном ≥ I утж выбор по току в утяжеленном режиме I откл. ном ≥ I по выбор по отключающей способности Предварительно выбираем трансформатор тока тина ТОЛ20-3 со следующими параметрами завода изготовителя: номинальный первичный ток - I ном =400 А; номинальное рабочее напряжение - UH0M= 690 В; номинальный вторичный ток - I ном2 =5 А. /4/ Проверим выбранный трансформатор тока: по уровню изоляции: 690В>400 В - условие выполняется; по номинальному току: 4000 А>229 А - условие выполняется; по току в утяжеленном режиме: 1*400>286- условие выполняется. Выбранный трансформатор тока удовлетворяет выбранным условиям. Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 25 Заключение В данном курсовом проекте осуществлялось проектирование электрической части БиоЭС, работающей на биогазе, полученному из возможно установить экскрементов крупного рогатого скота, которую в Нестеровском р-оне Калининградской области. Были рассмотрены варианты присоединения мини-ТЭЦ к энергосистеме. Также производился выбор числа и мощности генераторов, трансформаторов и другого силового оборудования. Строительство данной БиоЭС позволяет автономно снабжать электроэнергией потребителей небольшой мощности. Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э Лист 26 Список использованной литературы: 1. http://www.74rif.ru/biogaz-konst.html 2. Неклепаев Б.Н. ,Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций. Справочные материалы. – М.: Энергоатомиздат , 1990 640С 3. Околович М.К. Проектирование электрических станций. – М.: Энергоатомиздат 1982 – 400с 4. Электрическая часть станций и подстанций: учебник для вузов / под ред. А.А. Васильева – М.: Энергоатомиздат , 1990 – 432с 5. Балаков Ю.Н. , Мисриханов М.Ш. , Шунтов А.В. , проектирование схем электроустановок: учебное пособие для вузов – 2- е издание, стереот.- М. Издательский дом МЭИ, 2006 – 288с 6. http://forca.ru/knigi/arhivy/elektricheskaya-chast-elektrostanciy-17.html Лист Изм. Лист № докум. Подпись Дата КП 140204.65 013Э 27 Изм. Лист № докум. Разраб. Пахолкова Провер. Белей И.В. В.Ф. Реценз. Н. Контр. Утверд. Подпись Дата КП 140204.65 013Э Лит. Схема энергосистемы Калининградской.обл ти Лист Листов 28 29 КГТУ гр. 09-ЭС Изм. Лист № докум. Разраб. Пахолкова Провер. Белей И.В. В.Ф. Реценз. Н. Контр. Утверд. Т. Подпись Дата КП 140204.65 013Э Лит. Схема присоединения проектируемой ЭС к энергосистеме Лист Листов 29 29 КГТУ гр. 09-ЭС
