Основы электроснабжения промышленных предприятий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание 1

шинопровод электрический трансформатор подстанция

Определить расчетные нагрузки Р_расч, Q_расч, S_расч, I_расч и выбрать распределительный шинопровод для подключения оборудования.

Исходные данные:

Электроприемники:

1. зубодолбежные станки: Р_ном= 15,3 кВт -5 шт.;

2. горизонтально-расточные станки: Р_ном= 12,5 кВт - 10 шт.;

3. радиально-сверлильные станки: Р_ном= 22,6 кВт -8 шт.;

4. токарные станки: Р_ном=15,2 кВт - 9 шт.;

5. электрическая печь сопротивления Р_ном=25 кВт - 1 шт.

Решение:

Расчетная активная нагрузка группы потребителей:

Р_р=к_р•к_и,i •Р_н,i (1)

где к_р- коэффициент расчетной нагрузки, определяемый по таблице [1];

к_и,i - коэффициент использования активной мощности для i-того потребителя;

Р_н,i - номинальная мощность i-того потребителя;

Расчетная реактивная нагрузка Q_р определяется в зависимости от эффективного числа приемников n_эф:

при n_эф?10 Q_р =1,1 к_и,i •Р_н,i tgц_i (2)

при n_эф>10 Q_р =к_и,i •Р_н,i • tgц_i (3)

где tgц_i соответствует cos ц_i, принятому для данного потребителя из справочных материалов.

Эффективное число приемников определяют из выражения:

n_эф=(Р_н,i)²/(nР²_н,I) (4)

где n - число приемников в группе.

полная расчетная мощность определяется по выражению:

S_р= (5)

Расчетный ток определяется по формуле:

I_р= (6)

Где U_н - номинальное напряжение сети.

Таблица 1. Расчет электрических нагрузок

Исходные данные	Справочные и расчетные величины
Наимние приемов	n, шт	Рном, кВт	ки		киРн	киРн• tgц	nР2н	nэф	кр	Рр, кВт	Qр, квар	Sр, кВA	Iр, A
		1 п. Рн,, кВт	Общая Рн,? кВт
1.зубодолбёжные станки	5	15,3	76,5	0,14	0,5/ 1,732	10,71	18,55	1170,4
2.гориз.- расточн. станки	10	12,5	125	0,14	0,5/ 1,732	17,5	30,27	1562,5
3.радиал. сверлил. станки	8	22,6	180,8	0,14	0,5/ 1,732	25,31	43,79	4086,1
4.токарн. станки	9	15,2	136,8	0,14	0,5/ 1,732	19,15	33,13	2079,4
5.эл.печь сопрот.	1	25	25	0,5	0,95 /0,33	12,5	4,12	625
итого	33		544,1			85,17	129,86	9523,4	31	1,05	89,4	129,86	157,6	240

Распределительные шинопроводы выбираются по расчетному току из условия:

I_р? I_ном (7)

Выбираем шинопровод ШРА73УЗ на I_ном =250 А; I_m=15 кА; I_t=7 кА;

r₀=0,21 Ом/км; х₀=0,21 Ом/км.

Задание 2

Для ответвлений от распределительного шинопровода ШРА4 к станку (рис.1):

1. определить расчетный I_рас и пиковый I_пик токи станка;

2. выбрать сечение и способ прокладки проводов;

3. в ответвительной коробке распределительного шинопровода выбрать автомат;

4. проверить защищенность проводов автоматом;

5. рассчитать потерю напряжения на участке «шинопровод ШРА4 - станок», приняв l=10 м, cosц=0,8, sinц =0,6.

Таблица 2.Исходные данные

Электродвигатели станка	Рном, кВт	Iном, А	Iпуск/ Iном
М1 М2 М3	5,5 15,0 1,1	13,6 32,0 3,5	5,5 6,0 3,5

Решение:



Рисунок 1

Расчетный для группы электродвигателей определяется:

I_рас=I_ном,дв , (8)

где n - количество двигателей в группе.

I_рас=13,6+32,0+3,5=49,1 А.

Пиковый кратковременный ток для n=2-5:

I_пик=I^/ _пуск +I_ном,дв, (9)

где I^/ _пуск -наибольший пусковой ток одного электродвигателя, входящего в группу, А;

I_ном,дв - суммарный номинальный ток группы электродвигателей без учета номинального тока наибольшего по мощности электродвигателя.

I_пик=6•32 +(13,6+3,5)=209,1 А.

Сечение проводов марки АПВ выбирается по условию нагрева

I_доп.дл? I_рас (10)

Выбираем трехжильный кабель, проложенный в трубе, сечением 16 мм², допустимый длительный ток 55 А.

55>49.1 - условие выполняется.

Выбор автоматического выключателя производится по условиям:

I_ном.а ? I_рас, I_ном.р? 1,1I_рас, I_отс> I_пик (11)

Выбираем автоматический выключатель А3700Ф с номинальными данными: I_ном.а=160 А, I_ном.р=63 А, I_отс=630 А.

160 ? 49,1, 63? 53,9, 630> 209,1.

Проверка защищенности проводников выбранным автоматическим выключателем производится по условию:

I_доп.дл/ I_ном.р ? к_защ, (12)

где к_защ- коэффициент защиты, к_защ=1.

55/63<1 - условие не выполняется, поэтому выбираем трехжильный кабель сечением 25 мм², допустимый длительный ток 65 А.

65/63>1 - условие выполняется.

Расчет потери напряжения в ответвлении от ШРА 4 производится по формуле:

ДU=I_расч•l(r₀•cosц+x₀•sinц), В (13)

где r₀, x₀ - удельные активное и индуктивное сопротивления провода АПВ.

ДU=•49,1•0,01(1,335•0,8+0,066•0,6)=1,24 В.

Задание 3

Определить мощность комплектной конденсаторной установки и оптимальную мощность трансформаторов цеховой подстанции. Схема питания трансформаторов цеховой подстанции радиальная. Категория электроснабжения потребителей III.

Исходные данные:

Высшее напряжение подстанции U₁=6 кВ;

Вторичное напряжение U₂=0,38 кВ;

Расчетная силовая нагрузка Р_расч=210 кВт; Q_расч=115 кВт;

Расчетная осветительная нагрузка Р_расч.о=22 кВт; Q_расч.о=40 кВт;

Дополнительная нагрузка Р_доп=120 кВт; Q_доп=80 кВт;

Длина питающей линии l=0,8 км;

Район расположения предприятия: Центр;

Количество рабочих смен на предприятии: 2.

Решение:

Суммарные расчетные нагрузки трансформатора

Р_расч.Т= Р_расч+ Р_расч.о+ Р_доп, кВт (14)

Q_расч.Т= Q_расч+ Q_расч.о+ Q_доп, квар (15)

Р_расч.Т= 210+ 22+ 120=352 кВт,

Q_расч.Т= 115+ 40+ 80=235 квар.

Для потребителей III категории предусматривается установка одного силового трансформатора (N=1), коэффициент загрузки трансформатора к_з=0,9.

S_Т?Р_расчТ/( к_з• N) (16)

S_Т?352/( 0,9• 1)=391,1 кВА.

Выбирается номинальная мощность трансформатора S_номТ=400 кВА.

Определяется реактивная мощность Q_Т, которую можно передать через выбранный трансформатор:

Q_Т=,квар (17)

Q_Т==75.5 квар

Определяется мощность конденсаторной батареи по первому этапу расчета:

Q_к1= Q_расчТ - Q_Т (18)

Q_к1=235-75,5=159,5 квар.

Определяется дополнительная мощность батареи конденсаторов по условию снижения потерь в трансформаторах и сети напряжением 6 кВ.

Q_к2= Q_расчТ - Q_к1-г•N• S_номТ, (19)

где г - расчетный коэффициент, определенный в зависимости от показателей К1, К2 и схемы питания цеховой подстанции. Значения К1, К2 принимаются по [1].

Удельный коэффициент потерь К1=12; коэффициент К2=4. По рис.3 [1] определяется коэффициент г=0,38.

Q_к2= 235 - 159,5-0,38•1• 400=-76,5 квар.

Q_к2<0, тогда принимаем Q_к2=0.

Суммарная мощность конденсаторной установки

Q_к =Q_к1 +Q_к2 (20)

Q_к =159,5 квар.

По суммарной мощности Q_к определяется число и стандартная мощность Q_ку единичной комплектной конденсаторной установки, которая подключается к шинам 0,38 цеховой подстанции.

Выбираем конденсаторную установку УКТ-0,38-150У3 мощностью 150 квар.

Нагрузка трансформатора с учетом компенсации реактивной мощности:

S_расчТ= (21)

S_расчТ==362 кВА.

Фактический коэффициент загрузки трансформатора:

к_з= S_расчТ / S_номТ (22)

к_з=362/400=0,905.

Задание 4

В соответствии с исходными данными:

1. выбрать сечение кабельной линии по экономической плотности тока;

2. проверить выбранное сечение по условиям нагрева;

3. составить схему замещения короткозамкнутой цепи;

4. рассчитать значения токов трехфазного короткого замыкания (КЗ) в точках К-1 и К-2.

5. проверить сечение кабельной линии на стойкость к действию токов КЗ.

Рисунок 2. н.о. - нормально отключен.

Исходные данные:

Мощность энергетической системы S_ном.С=600 МВА;

Внутреннее сопротивление системы до шин напряжением U₁ ГПП предприятия х_С*=0,8 о.е.;

Количество трансформаторов на ГПП -2;

Данные трансформатора на ГПП: S_ном.Т=32 МВА; U₁=110 кВ; U₂=10 кВ; u_к =10,5%;

Длина кабельной линии l=0,8 км;

Мощность трансформатора на КТП S_ном.=1600 кВА;

Напряжение U₃=0,4 кВ;

Число часов использования максимальной нагрузки Т_м=4100 ч.;

Время срабатывания релейной защитой t_р.з.=0,5 с;

Время отключения выключателя t_откл.в.=0,2 с;

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ Т_а=0,05 с.

Решение:

Экономическое сечение s_эк линии, состоящей из одного кабеля, определяется по формуле:

s_эк=I_расч/j_эк, мм (23)

где I_расч - номинальный ток трансформатора на КТП,А;

j_эк - экономическая плотность тока, А/мм². j_эк =1,4 табл.12 [1].

I_расч=S_ном/U₂ (24)

I_расч=1600•10³/10•10³=92,5 А;

s_эк=92,5/1,4=66 мм².

округляем s_эк до ближайшего стандартного s_эк=70 мм², марка провода

ААШв-3х70-10.

Проверяем выбранное сечение по условиям нагрева:

I_доп.дл? I_расч (25)

165>92,5 - условие выполняется.

Рисунок 3. Схема замещения

Для расчетов токов короткого замыкания составляется схема замещения. Поскольку одновременно работает только один трансформатор, второй при составлении схемы не учитывается.

Расчет выполняем в относительных единицах.

Базисные условия:

U_б=10 кВ; S_б=600 МВА.

Базисный ток:

I_б=; (26)

I_б==34682 А.

Определяем сопротивления элементов:

Система: х1==0,8=0,8;

Трансформатор с высшим напряжением 110 кВ: х2===1,97;

Кабельная линия: х3=х₀•l•=0,061•0,8•=0,29;

r3=r₀•l•=0,477•0,8•=2,29.

Определяем результирующее сопротивление до точки КЗ -К1:

х_рез=х1+х2=0,8+1,97=2,77.

Результирующее сопротивление до точки К2:

z_рез===3,82.

Определяем значения периодической составляющей тока трехфазного КЗ I_п0и ударный ток i_уд.

Для точки К1: I_п01= I_б / х_рез=34682/2,77=12520 А;

Для точки К2: I_п02= I_б / z_рез=34682/3,82=9079 А;

i_уд=к_уд• • I_п0 , (27)

где к_уд- ударный коэффициент. Для цепей, где не учитывается активное сопротивление (точка К1) к_уд1=1,8.

Для цепей с учетом активных сопротивлений (точка К2) коэффициент к_уд определяется по рис.4 [1], к_уд2=1,08.

i_уд1=1,8• • 12520=31550 А;

i_уд2=1,08• • 9079=13727 А.

Проверка выбранного сечения кабеля на электротермическую стойкость к току КЗ проводится по условию:

s_ст?s_min, (28)

где s_ст - стандартное сечение выбранного кабеля, мм²;

s_min - минимальное термически стойкое сечение, мм²,

s_min =, (29)

где В_к= I²_п0•10⁶(t_откл.в+t_р.з+Т_а) - тепловой импульс, А²•с (I_п0 в кА);

С_т - термический коэффициент (для кабелей с алюминиевыми жилами С_т=85).

В_к= 9,08²•10⁶(0,5+0,2+0,05) =61,8•10⁶ А²•с;

s_min ==92,8 мм².

70?92,8 - условие не выполняется. Выбранные кабель не прошел проверку на электротермическую стойкость. Для данной задачи следует выбрать кабель большего сечения.

Задание 5

Опишите мероприятия по экономии электроэнергии в трансформаторах, линиях, шинах.

Экономия энергии в трансформаторах.

На промышленном предприятии силовые трансформаторы устанавливают на главных понизительных, на цеховых и на специальных подстанциях: преобразовательных, электропечных, сварочных и др. Потери энергии в трансформаторах являются неизбежными, однако размер их должен быть доведен до возможного минимума путем правильного выбора мощности и числа силовых трансформаторов, а также рационального режима их работы. Кроме того, следует стремиться к уменьшению потерь электроэнергии путем исключения холостых ходов трансформаторов при малых загрузках. Это мероприятие имеет особое значение при эксплуатации цеховых трансформаторов предприятий, работающих в одну или две смены, а также в выходные дни.

Обычно на предприятиях в свободные от работы смены или выходные дни ведутся ремонтные работы, испытания оборудования и т.д. для производства таких работ также требуется электроэнергия, но в значительно меньшем количестве, чем в рабочие дни. Включение всех цеховых трансформаторов вызывает большие нерациональные потери за счет потерь холостого хода трансформаторов. Для устранения таких потерь рекомендуется проектировать новые схемы электроснабжения, предусматривая резервные связи (перемычки) на стороне низшего напряжения цеховых трансформаторов. При этом целесообразно питать установки для ремонтных работ, ночного, охранного и дежурного освещения по всей территории предприятия, включая в работу только один-два трансформатора в разных точках сети.

В условиях действующих промышленных предприятий при отсутствии запроектированной схемы такого питания можно путем незначительной реконструкции сети обеспечить целесообразный режим работы силовых трансформаторов. Ограничение холостых ходов имеет большое значение также для таких установок, как сварочные и электропечные.

Работа трансформаторов в режиме холостого хода или близком к нему вызывает излишние потери не только в самом трансформаторе, но и во всей системе питания из-за низкого коэффициента мощности при холостом ходе трансформатора.

Экономия электроэнергии в линиях.

Потери электроэнергии в линиях зависят от значения сопротивлений и тока, пропускаемого через линии. Сопротивление действующих линий может считаться практически постоянным. Отсюда следует, что для уменьшения потерь электроэнергии возможен один путь - уменьшение протекающего через них тока. Уменьшить значение тока можно, например, использованием в работе значительного количества резервных линий. При наличии параллельных желательно из соображений экономии электроэнергии держать их включенными параллельно.

При проектировании системы электроснабжения предприятия необходимо выбирать вариант, при котором отсутствуют реакторы, или вариант с минимальными потерями в реакторах. С этой точки зрения рассматриваемые варианты должны обязательно сопоставляться по технико-экономическим показателям. Так, например, система электроснабжения предприятия на напряжение 6 кВ с реакторами должна сравниваться с системой электроснабжения на напряжение 20 кВ без реакторов.

Экономя электроэнергии в шинах.

При питании мощных приемников электроэнергии, как правило, применяют многополюсные шинопроводы. Если применять расположение шин, как указано на рис.3,а, то потери энергии в таком шинопроводе будут значительно больше, чем при расположении шин, показанном на рис.3,б. Это объясняется тем, что при расположении шин. Показанном на рис.3,а, сильно сказывается «эффект близости», при котором резко возрастает индуктивное сопротивление шин и соответственно увеличивается реактивная составляющая тока, что в конечном счете приводит к увеличению общего тока и соответственно потерь мощности и энергии.

а) б)

Рисунок 3. шихтовка полос шин и шинопроводов.

При расположении шин, приведенном на рис.3,б, взаимодействие магнитных полей таково, что их действие взаимно уничтожается и увеличение реактивного тока незначительно. Потери мощности и электроэнергии в этом случае уменьшаются почти вдвое по сравнению с расположением шин на рис.3,а.

Литература

1. Методические пособия для выполнения контрольной работы.

2. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. - М.: Энергоатомиздат,1984.-472 с.

3. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. - М.:ВШ, 1990 г.

4. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию/ под общ.ред. А.А. Федорова. - М.:Энергоатомиздат, 1986. -568 с.

Размещено на Allbest.ru

...