Системы электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАМИ)

УНИВЕРСИТЕТ МАШИНОСТРОЕНИЯ/

Одобрено методической комиссией

по направлению 140400 - «Электроэнергетика и электротехника»

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Учебное пособие

по курсовому проектированию

по дисциплине «Системы электроснабжения»

для студентов, обучающихся по направлению

140400.62- «Электроэнергетика и электротехника»

И.В. Филатов

Москва-2014



УДК 621.31(075.8)

Разработано в соответствии с Государственным образовательным стандартом ВПО 2009г. для направления подготовки 140400.62 на основе рабочей программы дисциплины «Системы электроснабжения»

Рецензенты: доцент кафедры «Электроснабжения и электротехники им. И.А. Будзко» Российского Государственного аграрного университета (МСХА им. К.А. Тимирязева)

к.т.н. С.А. Шишкин;

профессор кафедры «Электрические системы»

Университета машиностроения к.т.н. С.П. Хелемская

Учебное пособие подготовлено на кафедре

«Электрические системы»

Системы электроснабжения: учебное пособие

по курсовому проектированию/ И.В. Филатов

© МГМУ МАМИ



Оглавление

1. Цели курсового проектирования

2. Место курсового проекта в структуре основной образовательной программы

3. Структура курсового проекта

4. Техническое задание на проектирование электроснабжения машиностроительного завода

5. Методические указания по выполнению курсового проекта

Список рекомендуемой литературы



1. Цели курсового проектирования

электроэнергия технический узел снабжение

В соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования РФ бакалавр по направлению 140400.62-Электроэнергетика и электротехника должен уметь на основе системного анализа компетентно и ответственно решать характерные задачи по проектированию современных систем электроснабжения, объектов в целом и составляющих их технических узлов, включая выбор номинальных напряжений, принципиальных схем, обеспечивающих обоснованную надежность снабжения электроэнергией, выбор основного электрооборудования, средств, обеспечивающих необходимое снижение потерь электроэнергии и нормативное качество электроэнергии.

2. Место курсового проекта в структуре основной образовательной программы

В соответствии с рабочими программами дисциплин «Электроснабжение» и «Системы электроснабжения» содержанием курсового проекта (КП) является упрощенная разработка внешнего и внутризаводского электроснабжения машиностроительного завода с неполным производственным циклом без литейного цеха, среднего по установленной мощности электроприемников. Объем проектирования приблизительно соответствует разделу электроснабжения в составе технико-экономического обоснования (ТЭО) проектируемого объекта. Курсовой проект является объединением и дальнейшим развитием контрольных работ по дисциплинам «Электроснабжение» и «Системы электроснабжения».

3. Структура курсового проекта

Курсовой проект по электроснабжению машиностроительного завода рекомендуется выполнять в следующей последовательности:

Содержание

Введение……………………………………………………………………

Техническое задание на проектирование машиностроительного завода. Краткая характеристика завода…………….……………...........................

Техническое задание на проектирование электроснабжения машиностроительного завода ……………………………………………..

Краткая характеристика предприятия……………….….. ……………….

Краткая характеристика электроприемников завода и среды производственных помещений……………………………………………..

Расчет электрических нагрузок. Определение ЦЭН предприятия выбор места расположения питающей подстанции………………………………

Определение электрических нагрузок………………...…………………...

Определение ЦЭН предприятия. Выбор места расположения ГПП (ГРП)

Система внешнего электроснабжения завода……………………………...

Выбор схемы внешнего электроснабжения и предварительного значения рационального напряжения …………………………………….

Выбор числа и мощности трансформаторов ГПП, схемы ГПП и расчет потерь мощности и электроэнергии в них………….……………………..

Выбор марки и сечения питающих линий, расчет потерь мощности и электроэнергии в них…

Технико-экономическое сравнение рассматриваемых вариантов напряжения

Система внутреннего электроснабжения……………..……………………

Обоснование напряжения распределительной сети……………………...

Выбор числа и мощности трансформаторов цеховых КТП и конденсаторных батарей на напряжение 380 В………………………..….

Расчет потерь мощности в цеховых трансформаторах……………….…

Выбор схемы внутризаводского электроснабжения, расчет и выбор кабелей………………………………………………………………………

Выбор компенсирующих устройств реактивной мощности в сети 10кВ………………………………………………………………………….

Расчет токов КЗ. Выбор электрооборудования. Проверка кабельных линий на термическую стойкость………………………………………….

Расчет токов короткого замыкания………………………………………..

Выбор электрооборудования……………………………………………...

Проверка кабельных линий на термическую стойкость………………...

Список литературы………………………………………………………..

Примечание. Во введении указать, что необходимо совершенствовать промышленную электроэнергетику. Главной проблемой является создание оптимальных систем электроснабжения промышленных предприятий (указать, что способствует созданию таких систем). Оптимизация электроснабжения даст стране дополнительные средства за счёт сокращения непроизводительных расходов.

4. Техническое задание на проектирование электроснабжения машиностроительного завода

Выполнить на основе технико-экономических расчетов (ТЭР) и сопоставления вариантов эскизный проект электроснабжения машиностроительного завода (ЛЭП от точки присоединения к районной ПС (РПС) до КТП объектов завода включительно). Определить расположение ГПП (ПГВ, ГРП) на промплощадке, их схему коммутации на стороне ВН и НН, их основное электрооборудование: силовые трансформаторы, измерительные трансформаторы напряжения и тока, коммутационную аппаратуру выше 1000В, ОПН и т.д. Оборудование выбрать по номинальным параметрам, за исключением выключателей на НН ГПП, для которых рассчитывается ток КЗ, для одной точки за выключателем линии, отходящей от шин НН ГПП(ГРП).

Обосновать выбор напряжений внешнего и внутреннего электроснабжения завода. Определить марку и сечение линий питающей и распределительной сетей предприятия, а также способ их прокладки; тип, число и мощность цеховых трансформаторов и компенсирующих устройств до и выше 1000В. Сделать проверку выбранных кабельных линий (КЛ) по термической стойкости (расчет тока КЗ делать для точки в конце КЛ).

Графическая часть проекта включает в себя три чертежа формата А-1:

Генплан завода с размещением цеховых КТП, КЛ и указанием ЦЭН.

Однолинейная схема электроснабжения завода.

План и разрез ГПП(ГРП).

Вариант задания определяется двумя последними цифрами шифра студента (табл.1-4) КП заложен в основу заданий на квалификационную работу бакалавра по направлению 140400.62 -Электроэнергетика и электротехника.

Исходными для проектирования электроснабжения завода являются следующие данные:

Генплан завода с размещением сооружений и железнодорожных путей приведен на рис. 1.

Рис. 1. Генплан завода с определением ЦЭН

Экспликация сооружений и ведомость электрических нагрузок по цехам завода приведены в таблицах 1,2.

Электрические нагрузки внутреннего и наружного освещения включены в нагрузки соответствующих цехов.

Все электроприемники (ЭП), кроме высоковольтных СД, имеют напряжение 380/220В.

Помещения объекта 4 относятся к пожарным зонам класса П-I, помещения объекта 5 - к взрывоопасным зонам класса В-1.

Таблица 1 - Ведомость электрических нагрузок (кВт)

Наименование объекта	Последняя цифра шифра
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Блок заготовительных цехов:
металлоконструкций	2500	2920	2750	5000	5840	5500	3750	4380	4125	6250
кузнечно-прессовый	7920	4209	5399	15840	8418	10798	11880	6314	2700	19800
- склад металла	150	128	250	300	256	500	225	192	375	375
ИТОГО (кВт):	10570	7257	8399	21140	14514	16798	15855	10886	12599	26425
Блок вспомогательных цехов:
деревообрабатывающий	1416	990	1100	2832	1980	2200	2124	1485	1650	3540
- склад стройматериалов	120	150	170	240	300	340	180	225	255	300
- депо электрокар	130	120	150	260	240	300	195	180	225	325
ИТОГО (кВт):	1666	1260	1420	3332	2520	2840	2499	1890	2130	4165
Склад ГСМ и химикатов	200	250	326	400	500	652	300	375	489	500
Кислородная станция	650	800	700	1300	1600	1400	975	1200	1050	1625
Насосная станция	850	498	333	1700	996	667	1275	747	500	2125
Компрессорная станция:
вентиляторы, насосы	102	330	500	205	660	1000	153	495	750	256
- СД 10 кВ	4800	2630	3630	6630	5630	4800	5800	4630	3800	6800

Наименование ЭП	Предпоследняя
	0	1	2	3
2. Блок основных цехов №2: Механосборочный:
- электродвигатели автоматических линий
- электродвигатели станков (прессов, фрезерных, станков-автоматов и др.)
- электродвигатели насосов вентиляторов
- электродвигатели транспортеров конвейеров
- сварочные трансформаторы автоматической сварки
- сварочные шовные машины
- сварочные стыковые и точечные машины
- печи сопротивления
- электродвигатели кранов, кран балок, тельферов (ПВ = 40 %)
ИТОГО (кВт):	21040	9778	7039	42080
Инструментальный (кВт)	5344	2900	4930	1066
Ремонтно-механический (кВт)	800	900	1200	1600
Склад готовой продукции (кВт)	40	50	60	80

Ведомость электрических нагрузок Примечание. Колличество ЭПх установленная мощность ЭП, приведенная к ПВ=100%, кВт

Общая установочная мощность, кВт

Таблица 2

цифра шифра
4	5	6	7	8	9
19556	14078	31560	14667	3520	5260
5800	9860	8016	4350	7345	13360
1800	2400	1200	1350	1800	2000
100	120	60	75	90	100

Завод расположен в центральном районе РФ и работает в 2 смены по 8 часов каждая.

Источником питания служит РПС с напряжением 110/35/10 кВ, с двумя трансформаторами типа ТДЦТН 80000/110.

Расстояние от завода до РПС (табл. 3).

Направление на РПС и район по гололеду (табл.4).

Стоимость электроэнергии определить по двухставочному тарифу (тарифы на электроэнергию ОАО «Мосэнергосбыт» для юридических лиц).



Таблица 3

Последняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Расстояние до РПС-L, км	3	4	5	8	10	12	16	18	20	22
I на шинах ВН РПС, кА	20	25	30	35	20	25	30	35	20	25
I на шинах СН РПС, кА	15	20	25	30	15	20	25	30	15	20
I на шинах НН РПС, кА	8	12	15	18	8	12	15	18	8	12

Таблица 4

Предпоследняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Направление на РПС	С	В	Ю	З	С	Ю	З	С	Ю	В
Район по гололеду	I	IV	I	IV	I	IV	I	IV	I	IV

5. Методические указания по выполнению курсового проекта

1. Краткая характеристика предприятия

При выполнении раздела необходимо указать: продукцию, выпускаемую заводом; его месторасположение (Центральный район РФ); занимаемую им площадь (рис.1), количество рабочих смен; каким путем на завод поступает сырье и полуфабрикаты.

К основным цехам завода относятся: цех металлоконструкций, кузнечный и механосборочный цеха (цеха, выполняющие функции технического обслуживания основного производства).

К вспомогательным цехам относятся: ремонтно-механический, электроремонтный, инструментальный, ремонтно-строительный, тарный.

К обслуживающим подразделениям относятся: кислородная, компрессорная и насосная станции; склады; депо электрокар.

В общих чертах технологический цикл завода может состоять в следующем. По железной дороге на склады завода поступают необходимые для производства материалы. В цехе металлоконструкций изготавливаются металлоконструкции для различных нужд завода.

Исходным материалом для кузнечно-прессового цеха является сталь различных профилей. Основа технологического процесса состоит в том, чтобы методами горячей и холодной штамповки и ковки придать заготовкам необходимую форму и размеры. Далее отливка, поковки и полуфабрикаты поступают в механосборочный цех, где происходит обработка заготовок на станках автоматических линий, а затем - сборка готовой продукции. В корпусе вспомогательных цехов осуществляется ремонт станочного парка завода, а также другого оборудования.

Инструментальный цех изготавливает инструмент и техническую оснастку.

Компрессорная и кислородная станции обеспечивают основное производство сжатым воздухом и кислородом.

Насосная станция обеспечивает производственные и др. объекты водой.

После отладки и испытаний готовые изделия поступают на склад готовой продукции и отправляются потребителям железнодорожным транспортом.

Потребителями электроэнергии на заводе являются электроприемники трехфазного переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 0,38/0,22 и 10 кВ. Краткую характеристику электроприемников по надежности снабжения электроэнергией по ПУЭ и среды производственных помещений необходимо привести в табличной форме.

2. Расчет электрических нагрузок. Определение ЦЭН предприятия, места расположения ГПП (ГРП)

Расчёт электрических нагрузок

Расчет нагрузок механосборочного цеха целесообразно проводить используя метод упорядоченных диаграмм. Для этого электроприемники цеха разбивают на характерные группы. В группу входят электроприемники, имеющие одинаковые Ки, cos и режим работы. Далее расчетные электрические нагрузки определяют для каждой группы при соблюдении соотношений:



по формулам:

Рр = Км Рсм

Рсм = Ки Рн;

Qс.м = Рсм tg;

Qp = 1,1Qсм при nэ 10;

Qp = Qсм при nэ > 10.

Значения Ки, cosц и Км определяем из справочных табл. 5, 6. Эффективное число электроприемников nэ определяем по формуле

При несоблюдении условий (1) расчетную активную мощность Рр определяют по следующим формулам:

- при n 3 и nэ < 4 Рр = Рн, (для электродвигателей Рр = Рн / н);

- при n > 3 и nэ < 4 Рр = k3Pн, (для электродвигателей Рр= k3 Рн / н);

- при nэ > 200 и любых значений Ки, а также при Ки > 0,8 и любых значений nэ по формуле

Рр = Рс.м,

а расчетную реактивную мощность Qp по формуле 

Qp = Рр tgц.

После расчета электрических нагрузок этим методом исходные данные и результаты расчета привести в табличной форме.

В соответствии с исходными данными расчет нагрузок блоков заготовительных и вспомогательных цехов и других объектов завода проводим с использованием метода коэффициента спроса Кс по формулам:

= Кс ;

=tg ,

при этом Кс определяем по справочной табл. 5.

После расчета электрических нагрузок этим методом исходные данные и результаты расчета привести в табличной форме.

При написании всех разделов КП необходимо:

1. Изложить методику расчета.

2. Привести пример расчета (для каждого метода).

3. Исходные данные и результаты расчета привести в таблицах.

Показатели электрических нагрузок приемников электроэнергии

Таблица 5

Наименование групп приемников и потребителей электроэнергии	Коэффициенты
	Использования Ки	мощности cos	спроса Кс	Включения Кв
Машиностроительная и металлообрабатывающая промышленность
По группам однотипных приемников
Металлорежущие станки
Металлорежущие станки мелкосерийного производства с нормальным режимом работы: мелкие токарные, строгальные, долбежные, фрезерные, сверлильные, карусельные, точильные и т.п.	0,12	0,4	0,14	0,56
То же при крупносерийном производстве	0,16	0,5	0,2	0,57
То же при тяжелом режиме работы: штамповочные прессы, автоматы, револьверные, обдирочные, зубофрезерные, а также крупные токарные, строгальные, фрезерные, карусельные и расточные станки	0,17	0,65	0,25	-
То же с особо тяжелым режимом работы: приводы молотов, ковочных машин, волочильных станков, очистных барабанов, бегунов и др.	0,2	0,65	0,35	-
Многоподшипниковые автоматы для изготовления деталей из прутков	0,2	0,5	0,23	0,88
Автоматические поточные линии обработки металлов	0,5 - 0,6	0,7	0,5 - 0,6	-
Переносной электроинструмент	0,03	0,5	0,1	-
Подъемно-транспортные механизмы
Элеваторы, транспортеры, шнеки, конвейеры несбалансированные	0,4	0,75	0,5	-
То же сблокированные	0,55	0,75	0,65	-
Краны, тельферы при ПВ=25 %	0,05	0,5	0,1	-
То же при ПВ = 40 %	0,1	0,5	0,2	-
Сварочное оборудование
Сварочные автоматы для ручной сварки	0,3	0,35	0,35	-
Сварочные машины шовные	0,25	0,7	0,35	-
То же стыковые и точечные	0,35	0,6	0,6	-
Сварочные трансформаторы для автоматической и полуавтоматической сварки	0,35	0,5	0,5	-
Однопостные сварочные двигатель-генераторы	0,3	0,6	0,35	-
Многопостовые сварочные двигатель-генераторы	0,5	0,7	0,7	-
Электрические печи
Печи сопротивления с непрерывной (автоматической) загрузкой, сушильные шкафы	0,7	0,95	0,8	0,85
То же с периодической загрузкой	0,5	0,85	0,6	0,6
Мелкие нагревательные приборы	0,6	1,0	0,7	0,6
Насосы, вентиляторы, компрессоры
Насосы, компрессоры, двигатель-генераторы	0,7	0,8	0,75	-
Вентиляторы, эксгаустеры, вентиляционное оборудование	0,65	0,8	0,7	-
Кузнечные машины (механизмы кузнечных цехов)	0,25-0,35	-	0,4	-
Деревообрабатывающие станки	0,55	0,75	0,65	-
Склад ГСМ и химикатов	-	0,7	0,5 - 0,8	-
Кислородная станция	0,65-0,7	0,8	0,7-0,75	-
Депо электрокар	0,2	0,75	0,2	-
Склады разные	0,2 - 0,3	0,5	0,5 - 0,9	-
Ремонтно-механический цех	0,35	0,65	0,25-0,4	-
Инструментальный цех	0,12	0,4	0,14	-
Цех металлоконструкций	0,35	0,5	0,5	-

Таблица 6 - Коэффициенты максимума для коэффициентов использования в зависимости от эффективного (приведенного) числа приемников

nэ	Значения Км при значении Ки
	0,1	0,15	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
4 5 6 7 8 9	3,43 3,23 3,04 2,88 2,72 2,56	3,11 2,87 2,64 2,48 2,31 2,20	2,64 2,42 2,24 2,10 1,99 1,90	2,14 2,00 1,88 1,80 1,72 1,65	1,87 1,76 1,66 1,58 1,52 1,47	1,65 1,57 1,51 1,45 1,40 1,37	1,46 1,41 1,37 1,33 1,30 1,28	1,29 1,26 1,23 1,21 1,20 1,18	1,14 1,12 1,10 1,09 1,08 1,08
10 12 14 16 18 20	2,42 2,24 2,10 1,99 1,91 1,84	2,10 1,96 1,85 1,77 1,70 1,65	1,84 1,75 1,67 1,61 1,55 1,50	1,60 1,52 1,45 1,41 1,37 1,34	1,43 1,36 1,32 1,28 1,26 1,24	1,34 1,28 1,25 1,23 1,21 1,20	1,26 1,23 1,20 1,18 1,16 1,15	1,16 1,15 1,13 1,12 1,11 1,11	1,07 1,07 1,07 1,07 1,06 1,06
25 30 35 40 45 50	1,71 1,62 1,56 1,50 1,45 1,40	1,55 1,46 1,41 1,37 1,33 1,30	1,40 1,34 1,30 1,27 1,25 1,23	1,28 1,24 1,21 1,19 1,17 1,16	1,21 1,19 1,17 1,15 1,14 1,14	1,17 1,16 1,15 1,13 1,12 1,11	1,14 1,13 1,12 1,12 1,11 1,10	1,10 1,10 1,09 1,09 1,08 1,08	1,06 1,05 1,05 1,05 1,04 1,04
60 70 80 90 100 120	1,32 1,27 1,25 1,23 1,21 1,19	1,25 1,22 1,20 1,18 1,17 1,16	1,19 1,17 1,15 1,13 1,12 1,12	1,14 1,12 1,11 1,10 1,10 1,09	1,12 1,10 1,10 1,09 1,08 1,07	1,11 1,10 1,10 1,09 1,08 1,07	1,09 1,09 1,08 1,08 1,07 1,07	1,07 1,06 1,06 1,05 1,05 1,05	1,03 1,03 1,03 1,02 1,02 1,02
140 160 180 200	1,17 1,16 1,16 1,15	1,15 1,13 1,12 1,12	1,11 1,10 1,10 1,09	1,08 1,08 1,08 1,07	1,06 1,05 1,05 1,05	1,06 1,05 1,05 1,05	1,06 1,05 1,05 1,05	1,05 1,04 1,04 1,04	1,02 1,02 1,01 1,01

Определение ЦЭН предприятия и места расположения ГПП

В настоящее время имеется ряд математических методов, позволяющих аналитическим путем определить центр электрических нагрузок (ЦЭН), как отдельных цехов, так и всего предприятия.

Если считать нагрузки цеха равномерно распределенными по площади цеха, что характерно для заводов машиностроения, то центр нагрузок цеха можно принять совпадающим с геометрическим центром фигуры.

Для определения ЦЭН предприятия на его генеральном плане произвольно наносят оси координат х и у (рис. 1). Координаты ЦЭН предприятия и определяются по формулам:

где хi, уi - координаты центра нагрузок i-го цеха; Рр,ц,i - расчетная активная мощность i-го цеха.

Данные для определения ЦЭН завода привести в табличной форме.

При выборе местоположения питающей подстанции необходимо соблюдать следующие рекомендации:

1. Необходимо располагать ГПП как можно ближе к ЦЭН завода.

2. Подвод линий внешнего электроснабжения должен быть осуществлен так, чтобы избежать пересечения с путями внутризаводского транспорта.

3. ГПП должна быть расположена в зоне минимального загрязнения изоляции.

Исходя из сказанного выше и руководствуясь НТП ЭПП-94, смещаем ГПП от ЦЭН завода в сторону подхода питания от РПС и располагаем ее на границе производственного предприятия (рис. 2).

Рис. 2. Генеральный план машиностроительного завода с примером размещения КТП и КЛ

Система внешнего электроснабжения

Обоснование схемы и определение рассматриваемых вариантов напряжения питающей сети

1. Схема внешнего электроснабжения.

Так как питание завода осуществляется непосредственно от РПС (по заданию), то принимаем радиальную схему питающей электросети.В случае его питания от проходящей линии - магистральную схему электросети.

2. Определяем предварительное значение рационального напряжения Uрац по формуле Г.А. Илларионова

, кВ, (14)

где Lл = Куд • L - длина линии от РПС до ГПП, км; L - расстояние от РПС до ГПП, км; Рр.з - расчетная активная мощность завода, МВт; Куд = 1,16 - коэффициент удлинения трассы.

Округляем нестандартное значение напряжения до ближайшего стандартного значения Uрац.ст. Намечаем для технико-экономического сравнения следующие три варианта напряжения:

1) U1 - на ступень меньше Uрац.ст.

2) U2 - равное Uрац.ст.

3) U3 - на ступень большее Uрац.ст.

При варианте с Uном = 10 кВ на заводе сооружается ГРП без трансформаторов.

3. Определяем расчетные реактивную Qр.з и полную Sр.з мощности завода для каждого варианта напряжения

р.з = аРр.з , квар,

где а - коэффициент, соответствующий базовому коэффициенту реактивной мощности, принимаемый согласно инструкции Главгосэнергонадзора равным 0,25; 0,28; 0,37 для сети 6-20 кВ, присоединенной к шинам ПС с ВН, соответственно 35, 110 - 150 и 220 - 330 кВ;

, кВ•А.

Выбор типа, числа и мощности трансформаторов ГПП. Расчет потерь мощности и электроэнергии в них

Определяем количество, мощность и тип трансформаторов ГПП

для каждого из рассматриваемых вариантов по формуле



где - нестандартное значение мощности трансформатора, кВА;- нормативный коэффициент загрузки трансформатора в рабочем режиме; в соответствии с [2] принимают в зависимости от категории ЭП по ПУЭ:

I категория - = 0,65 - 0,7;

II категория -= 0,7 - 0,8;

III категория -= 0,9 - 0,95;

N - число трансформаторов на ГПП.

Так как машиностроительные заводы относятся к потребителям II категории, то они должны получать питание от двух независимых взаимно резервируемых источников питания, питаемых по двум линиям.

Принимаем ближайшее большее значение номинальной мощности трансформатора

Проверяем правильность выбора по формуле

0,5= ?

Определяем потери активной PГПП и реактивной QГПП мощности и годовой электроэнергии Эа, г, ГПП в трансформаторах рассматриваемых вариантов по формулам:

кВт ,

где, - потери активной мощности, холостого хода и короткого замыкания трансформатора, соответственно, кВт;

?=( ,

где , - ток холостого хода и напряжение короткого замыкания трансформатора, соответственно, %.

),

где Тг = 8700 - годовое число часов (трансформаторы ГПП подключены к сети в течение года); - годовое число часов максимальных потерь, час.

,

где - годовое число часов максимальной нагрузки. Определяется по справочной литературе в зависимости от количества смен на заводе.

4. Определяем схему ГПП.

Завод получает питание по радиальной схеме, поэтому сооружаемая ГПП является тупиковой с типовой схемой 3Н [4]. Использование типовой схемы 4Н (с ремонтной перемычкой) требует специального обоснования [2].

На первичном напряжении ГПП рекомендуется использовать элегазовые выключатели, а на вторичном - вакуумные выключатели.

Выбор марки, числа и сечения питающих линий. Расчет потерь мощности и электроэнергии в них

1. Определяем марку и сечение питающих линий (воздушных, кабельных или токопроводов) [1]. Воздушные линии выполняют алюминиевыми проводами. Одноцепные опоры необходимо использовать при питании потребителей I категории или сооружении в IV районе по гололеду (ПУЭ), в других случаях ВЛ могут сооружаться на двухцепных опорах.

Сечение Fэ питающих линий выбирается по экономической плотности тока (ПУЭ) по формулам



=, ;

=,

где Ip-расчетное значение тока, протекающего по линии, А;- экономическая плотность тока, определяемая по справочной литературе, А/;-расчетная полная мощность завода, кВ?А;n - число питающих линий; -номинальное напряжение, кВ.

По расчетному значению выбирается ближайшее стандартное cечение F для воздушных линий, с допустимым током, которое проверяется по следующим условиям:

по нагреву в рабочем режиме

;

по нагреву в послеаварийном режиме

,

где =1,3 - допустимый коэффициент перегрузки;

=2- послеаварийный ток (при двух линиях).

по потере напряжения в послеаварийном режиме

?=(cosц+sinц)?100/10%

где -удельные активное и индуктивное сопротивления линии, Ом/км;Uн- номинальное напряжение, В.

?=3n,кВт ,

где расчетный ток в линии, А; удельное активное сопротивление линии, Ом/км; n - количество линий;

?=3n, квар ,

где - удельное реактивное сопротивление линии, Ом/км;

Эа,г,л = Рл • м.

Технико-экономическое сравнение рассматриваемых вариантов напряжения

Проведем технико-экономическое сравнение рассматриваемых вариантов напряжения, используя формулу приведенных дисконтированных затрат

Принимаем, что СЭС завода сооружается в течение одного года, тогда (31) примет следующий вид:

З=К+И,тыс.руб/год ,

где Ен=0,12 -нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (К) для объектов электроэнергетики; И - годовые эксплуатационные издержки, тыс. руб./год;

И=+ ,

где Ир.о - годовые издержки на ремонт и обслуживание, тыс. руб./год; Ип.э - годовые издержки на потери электроэнергии, тыс. руб. /год;

Ир.о = Кр.о К,

где Кр.о - коэффициент годовых отчислений на ремонт и обслуживание (для ВЛ 35-110 кВ Кр.о = 0,4 %, для ПС 35-110 кВ К р.о = 3 %), о.е.

При определении К необходимо учесть ячейки с головными выключателями ВЛ, питающие ВЛ, ОРУ и трансформаторы ГПП. Головные выключатели питающих линий необходимо выбрать по номинальным параметрам.

Стоимость электроэнергии по двухставочному тарифу (а и в) необходимо определить, используя Интернет-ресурсы. Удельную стоимость 1кВт.ч потерь электроэнергии можно определить по формуле

= +в, руб./кВт?ч,

где а - основная ставка тарифа, руб./кВт; в - дополнительная ставка тарифа, руб./кВт?ч.

Исходные данные и результаты ТЭР следует привести в табличной форме.

Выбираем вариант с минимальными приведенными дисконтированными затратами.

Для выбранного варианта составить принципиальную однолинейную схему электрических соединений СЭС (для двухтрансформаторной ГПП).

Стоимость сооружения воздушных линий и ПС приведена в табл. 7, 8. Для настоящего времени необходимо принять коэффициент удорожания капиталовложений равным 50.



Таблица 7 - Стоимость сооружения воздушных линий 35-220 кВ

Тип опор и район по гололеду	Стоимость ВЛ, тыс.руб./км в ценах 1980-х гг. по маркам
	АС-70/11	АС-95/16	АС-120/19	АС-150/24	АС-185/29	АС-240/32
	35	110	35	110	35	110	35	110	35	110	35	110	220
ПБ, У; 2-цеп; I	10,6	15,8	15,3	16,9	14,1	17,0	14,8	20,0	-	22,0	-	24,2	31,5
ПБ, У; 1-цеп, IV	8,3	16,5	13,7	15,9	13,6	14,4	13,4	14,1	-	15,3	-	э16,8	18,5

Таблица 8 - Расчетная стоимость ПС с выключателями на стороне ВН и схемой 2 блока линия - трансформатор, тыс. руб. в ценах 1980-х годов

Напряжение, кВ	Количество и мощность трансформаторов, шт. МВ•А
	2 6,3	2 10	2 16	2 25	2 32	2 40	2 63	2 80
35 / 10	163	180	230	300	390	507	660	-
110 / 10	225	240	270	350	463	591	768	998
220 / 10	-	-	-	-	633	709	922	1197

4. Система внутреннего электроснабжения

Обоснование напряжения распределительной электросети

В проекте необходимо решить вопрос о наиболее целесообразном напряжении распределительной электросети завода, которая может выполняться на напряжениях 6-20 кВ.

Напряжение 20 кВ не получило широкого распространения из-за недостаточной номенклатуры электрооборудования и кабелей на это напряжение.

Наибольшее распространение получили системы внутризаводского электроснабжения на напряжении 6-10 кВ. Напряжение 10 кВ является более экономичным по сравнению с напряжением 6 кВ. Вариант с напряжением 6 кВ необходимо рассматривать в тех случаях, когда на предприятии преобладают приемники электроэнергии с таким напряжением или питание его может осуществляться от энергосистемы или заводской ТЭЦ на напряжении 6 кВ.

Выбор числа и мощности трансформаторов цеховых КТП и конденсаторных батарей на напряжение 380 В

При выборе числа, мощности и типа силовых трансформаторов для питания электроприемников цеха будем руководствоваться следующими положениями:

1. Нагрузка цехов, имеющих расчетную полную мощность низковольтных электроприемников менее 1000 кВА, объединяется между собой или присоединяется к более мощным цехам.

2. Считаем, что вся низковольтная реактивная нагрузка скомпенсирована в цеховых сетях, тогда cos = 1 и Sр = Рр.

3. Мощность трансформаторов должна выбираться с учетом допустимой их нагрузки в нормальном и послеаварийном режимах работы.

4. Число трансформаторов определяется исходя из надежности обеспечения питания с учетом категории потребителей.

5. Установка в цеховых КТП более трех трансформаторов экономически нецелесообразна. Двух- и трехтрансформаторные КТП сооружаются при питании нагрузок I и II категории и при сосредоточении значительных нагрузок в месте установки КТП. Однотрансформаторные КТП при питании от них электроприемников II-ой категории должны иметь резервирование на вторичном напряжении от близлежащих КТП. Однотрансформаторные КТП без резервирования сооружаются для питания нагрузки III-ей категории.

6. При наличии свободной площади в цехе трансформаторы мощностью до I600 кВА устанавливаются около цеховых колонн или равномерно по периметру цеха, а при отсутствии площади и при мощности 2500 кВА и выше пристраиваются к зданию цеха.

7. Не допускается применение более 2-3 типоразмеров трансформаторов в распределительных сетях завода.

Критерием при выборе мощности трансформаторов является удельная плотность нагрузки цеха

=, кВ?А/ ,

где - расчетная полная мощность низковольтных электроприемников i-го цеха, кВ?А;- площадь i-го цеха, определяемая но генплану, м2.

Ориентировочно номинальная мощность трансформаторов выбирается по плотности нагрузки, табл. 9 [2].

Таблица 9 - Зависимость мощности трансформатора от плотности нагрузки

, кВА /м2	Sт.н, кВА
< 0,2	1000, 1600
0,2 - 0,5	1600
> 0,5	2500, 1600

Предварительно выбирается минимально возможное число трансформаторов i -го цеха по формуле

=, шт;

Если ранее не рассчитывалось, то

, кВт,

где Sт,н,i - номинальная мощность трансформатора в i-ом цехе, кВА; Рсм,i - средняя активная мощность за наиболее загруженную смену низковольтных электроприемников i-го цеха, кВт; Кз,н,i - нормативный коэффициент загрузки масляных трансформаторов i-го цеха, выбираемый согласно [2] по категории нагрузок:

для одно- и двухтрансформаторных КТП:

- при I категории = 0,65 - 0,7;

- при II категории = 0,7 - 0,8;

- при Ш категории = 0,9 - 0,95;

для трехтрансформаторной КТП: 0,666 - 0,93;

Км,i - коэффициент максимума. Примем Км,i = 1,1.

Полученное значение No,i округляется до ближайшего большего целого числа Ni. При выборе мощности трансформатора необходимо учитывать возможность его перегрузки в послеаварийном режиме до 40 % продолжительностью не более 6 ч в течение 5 суток. При этом коэффициент заполнения суточного графика нагрузки трансформатора в условиях его нормальной работы до перегрузки должен быть не более 0,8 (ПУЭ).

Одновременно с выбором трансформаторов производим выбор компенсирующих устройств в цеховой сети.

Наибольшая реактивная мощность QВ-Н, которая может быть передана из распределительной сети 6-10 кВ в сеть 380 В i-го цеха без превышения предусмотренного значения коэффициента загрузки, определяется по формуле

где Рр,i - расчетная активная мощность низковольтных электроприемников i-го цеха, кВт.

Если расчетная реактивная низковольтная нагрузка i-го цеха равна Qp,i , а максимальный переток реактивной мощности с шин РУ 6-10 кВ ГПП (ГРП) в цеховую сеть равен Qв-н,i, то от источников низшего напряжения - конденсаторных установок (КУ) необходимо обеспечить получение следующего количества мощности:



Qку,i = Qр,i - Qв-н,i, квар

Значение мощности Qку,i уточняется до величины Qбк при выборе стандартных конденсаторных установок. Рекомендуется принимать число КУ кратным числу трансформаторов (например, 1-2 на трансформатор).

Затем проверяется фактический коэффициент загрузки трансформаторов Кз i-го цеха после компенсации по условию

Если это условие не соблюдается, то необходимо увеличить трансформаторную мощность.

Уточняем величину реактивной мощности, передаваемую из сети 6-10 кВ в сеть 380 В, по формуле

в-н,i = Qр,i - Qбк,i, квар.

Исходные данные и результаты расчета необходимо привести в табличной форме.

Расчет потерь активной и реактивной мощности в цеховых трансформаторах

Определим потери активной ?и реактивной ? мощностей в цеховых трансформаторах завода

?=N(?+?); ?= N(+),

где Рх.х и Рк.з - потери активной мощности холостого хода и короткого замыкания трансформатора, соответственно, определяются по паспорту, кВт; Iх,х, Uк.з - ток холостого хода и напряжение короткого замыкания трансформатора, соответственно, определяются по паспорту, %.

Исходные данные и результаты расчета привести в табличной форме.

Выбор схемы внутризаводского электроснабжения, расчет и выбор кабелей

В настоящее время приняты следующие основные принципы построения схем электроснабжения:

Отказ от «холодного резерва». Все элементы электроснабжения должны быть постоянно под нагрузкой.

Раздельная работа линий и трансформаторов, так как параллельная работа приводит к увеличению токов КЗ, удорожанию релейной защиты, особенно на коротких внутризаводских линиях.

Основной принцип - максимальное приближение источников высокого напряжения к электроустановкам. Это сводит к минимуму количество сетевых звеньев, число ступеней промежуточной трансформации и коммутации.

Для распределительной сети предприятия возможно использование магистральных, радиальных или смешанных (магистральных и радиальных) схем. Выбор схемы внутризаводского электроснабжения производится в зависимости от величины и местоположения цеховых КТП и ГПП, категории приемников электроэнергии, потребляемой мощности и условий окружающей среды. Одиночная магистральная схема применяется для потребителей 3-й категории по надежности электроснабжения. Двойная магистральная схема достаточно надежна для питания потребителей 1 и 2 категорий, так как при повреждении на линии или трансформаторе все нагрузки могут получать электроэнергию по второй магистрали. Ввод резервного питания происходит автоматически с помощью АВР. Магистральным схемам следует отдавать предпочтение как более экономичным [3].Распределительные электросети предприятий, как правило, выполняются кабелями или токопроводами. Радиальные схемы распределения электроэнергии следует применять при нагрузках, расположенных в различных направлениях от источника питания. Эти сети, как правило, следует выполнять кабельными линиями. Радиальным схемам следует отдавать предпочтение при повышенных требованиях к надежности электроснабжения (при питании электроприемников 1 категории).

Пример размещения цеховых КТП и кабельных линий на генплане завода приведен на рис. 2.

Для выбора места расположения КТП, питающей объекты №3-7, необходимо определить ЦЭН для них.

Расположение КТП делается с учетом минимально допустимых расстояний до пожаро- и взрывоопасных зон (цеха 4 и 5), (см. ПУЭ табл. 7.3.13, п. 7.3.84 и п. 74.28).

К одной магистральной линии могут подключаться 2-3 трансформатора мощностью 2500-1000 кВА или 4-5 трансформаторов меньшей мощности.

Размещение кабельных линий на генплане осуществляется таким образом, чтобы не было их обратного хода к источнику питания (ГПП, ПГВ, ГРП).

Прокладку кабельных линий по территории завода рекомендуется осуществлять в земляных траншеях, т.к. она является наиболее дешевой.

Сечение Fэ кабелей распределительной сети 6-20 кВ выбирается по экономической плотности тока по формуле (23).Полученное значение Fэ округляется до ближайшего меньшего стандартного значения сечения Fст. Затем сечение проверяется по следующим условиям:

Пот нагреву рабочим током

?,

где -коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды [2]; - коэффициент снижения токовой нагрузки, зависящий от количества кабелей, проложенных в одной траншее [3];Iдоп- длительно допустимый ток одиночного кабеля, эксплуатируемого при комнатной температуре [4],А;

По нагреву тока в послеаварийном режиме

?,

где -допустимая перегрузка кабеля в послеаварийном режиме [2];Iп/ав-расчетный ток послеаварийном режиме:

Для однотрансформаторных подстанций

=

Для однотрансформаторной подстанций с резервированием

=,

где -номинальная полная мощность трансформатора, кВА;-номинальное напряжение, кВ;

По потере напряжения ? в послеаварийном режиме

=l(cosц+sinц)?100/10% ,

где удельные активное и индуктивное сопротивления, соответственно, кабельной линии, Ом/км;

По термической стойкости

= , (50)

где -ток короткого замыкания КЗ в установившемся режиме, А; -фактическое время протекания тока КЗ,с;

=+ ,

где -время срабатывания релейной защиты, с; -полное время выключателя, с; С - постоянная, зависящая от металла проводника.

При несоблюдении одного из перечисленных выше условий необходимо принять стандартное сечение, больше на одну ступень, и повторить его проверку.

Потери активной, реактивной мощности и годовой активной электроэнергии в КЛ необходимо определять используя формулы (28-30).

Расчет сечений магистральной линии необходимо начинать с конечного ее участка.

Марка кабеля выбирается с учетом химической активности, наличия блуждающих токов в земле и возможности механических повреждений. На предприятиях используются кабели марок ААШвУ, ААБУ и др. Кабели из сшитого полиэтилена до настоящего времени не нашли широкого распространения на промышленных предприятиях из-за некоторых особенностей эксплуатации.

Способ прокладки КЛ распределительной сети предприятия не...