Система энергоснабжения на предприятии.

     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     ВВЕДЕНИЕ
     
     Система энергоснабжения на предприятии создается для обеспечения всех потребителей электрической энергией в необходимом количестве, с заданными показателями по качеству.
     При проектировании необходимо выбрать определенный способ снабжения приемников электроэнергией, чтобы он был не только надежным, но и экономически выгодным с точки зрения монтажа.
     Целью данного дипломного проекта является проектирование системы электроснабжения предприятия по производству дизильных двигателей. Дипломный проект включает в себя расчёт электрических нагрузок предприятия, выбор цеховых ТП и трансформаторов ГПП, решение вопросов компенсации реактивной мощности в цехах и в целом по предприятию, выбор электрооборудования ГПП, расчет релейной защиты трансформа-торов, выполнение технико-экономического сравнения двух вариантов системы электроснабжения, и разработку мероприятий по экологичности, безопасности и защите окружающей среды.
     При проектировании системы электроснабжения промышленного предприятия предусмотрены гибкость системы и оптимизация параметров путём выбора номинальных напряжений, условий присоединения к энергосистеме, рационального выбора числа и мощности трансформаторов, выбора более современных типов электрооборудования и аппаратуры, схем распределительных и цеховых электрических сетей, средств компенсации реактивной мощности, устройств регулирования напряжения и системы обслуживания.
     Большое внимание в проекте уделено вопросам, необходимой надежности электроснабжения, обеспечения качества электроэнергии завода, быстродействия и селективности устройств релейной защиты и оперативной автоматики, принятию технических решений по размещению и компоновке подстанций в соответствии с требованиями ПУЭ, ПТ.










     1 Краткое описание предприятия
     
     1.1 Структура предприятия
     Предприятие по производству дизельных двигателей, для которого проектируется система электроснабжения, относится к предприятиям машиностроения.
     В состав предприятия входят 9 цехов.Годовое число часов использования максимума нагрузки на проектируемом заводе Тм=4960 час. Предприятие работает в три смены. В минимальном режиме нагрузка составляет 25% от нагрузки в нормальном режиме.
     Электроснабжение предприятия осуществляется от заводской ГПП, которая получает питание от энергосистемы по двум воздушным ЛЭП110 кВ. Распределение электроэнергии по заводским потребителям осуществляется по кабельным линиям, высоковольтными КРУ 10 кВ и трансформаторными цеховыми подстанциями с низковольтными КРУ 0,4 кВ.
     Данноепредприятие находится в зоне умеренного климата, окружающая среда нормальная.
На рисунке 1.1 изображен генплан завода.

Таблица 1.1 – Состав цехов
Номер цеха
Наименование цеха
Размер цеха, м
Площадь цеха, м2
Цех №1
Кузнечно-прессовый
330х90
29700
Цех №2
Заготовительный
210х160
33600
Цех №3
Механический
150х320
48000
Цех №4
Склад готовой продукции
110х220
24200
Цех №5
Сборочный
130х310
40300
Цех №6
Административный корпус
150х260
39000
Цех №7
Термический
110х130
14300
Цех №8
Котельная
110х270
29700
Цех №9
Компрессорная
110х270
29700



Рисунок 1.1 – Генплан завода

     1.2 Состав и характеристика потребителей электроэнергии
     В проектируемом заводе большинство электроприемников питается от сети переменного тока. Основное напряжение питания электроприемников - 0,4кВ. Исключение составляют 4АД в цехе №9, питающиеся от напряжения 10кВ
     Электроосвещение в цехах выполнено однофазными потребителями. Все осветительные установки равномерно распределены по фазам для снижения пульсации света, а так же для уменьшения не симметрии напря-жения цеховой сети.
     Основными потребителями в проектируемых цехах являются электродвигатели на напряжение 380В, используемые в приводах насосах, вентиляторов, кранов, автоматических линий, прессах и др.
     Высоковольтными потребителями являются асинхронные двигатели на напряжение 10кВ, расположенные в цехе №9.
     По степени бесперебойности электроснабжения потребители разли-чаются:
     Первая категория: Перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для здоровья и жизни людей или значительный ущерб, связанный с повреждением оборудования, массовым браком продукции или длительным нарушением технологического процесса.
     Вторая категория: Перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недовыпуском продукции, простоем рабочих механизмов.
     Третья категория: Относятся потребители электроэнергии, не относящиеся к 1 и 2 категории.
     Краткая характеристика нагрузки приведена в таблицах  1.2 и  1.3.
     
Таблица  1.2 – Характеристика нагрузки завода 380 В
Наименование цеха
Установленная мощность, кВт
Категория бесперебойности электроснабжения
Напряжение питания, В
Цех №1
3700
II
380
Цех №2
1900
II, III
380
Цех №3
5700
I
380
Цех №4
3330
II
380
Цех №5
2600
II
380
Цех №6
780
II, III
380
Цех №7
8900
I
380
Цех №8
3200
I
380
Цех №9
5680
I
380
     
Таблица 1.3 – Характеристика нагрузки завода 10 кВ
Наименование цеха
Установленная мощность, кВт
Категория бесперебойности электроснабжения
Напряжение питания, кВ
Цех №9
1600
I
10

     Взаготовительном цехе осуществляют процесс подготовки металла для дальнейшей переработки его в механических цехах, или кузнечно-прессовом цехе. В процесс входят такие стадии как: разгрузка-погрузка заготовок, сортировка и резка металла. Так же в нем осуществляется сортировка пластмассовых деталей, получаемых с другого предприятия, и отправка их в сборочные цеха. Категория бесперебойности  электроснабжения - II. Напряжение питания цеха - 380В.
     Вмеханическом цехе идет обработка деталей и заготовок. Основным оборудованием для данного цеха является металлорежущие и металлообрабатывающие станки (токарные, фрезерные, шлифовальные и т.д.). Категория бесперебойности электроснабжения - II. Напряжение питания цеха - 380В.
     Кузнечно-прессовый цех служит для штампования заготовок, а так же для обработки металлов давления. Если необходимо заготовки направляются в механические цеха. Основные потребители электроэнергии в данном цеху- прессы. Вспомогательными электроприемниками являются мостовые краны, устройства подачи металла под пресс, насосы, вентиляторы и т.д. Напряжение питания цеха - 380В. Категория бесперебойности электроснабжения - II.
     Термический цех предназначен для термообработки заготовок, такой как закалка, отжиг и т.д. Основные потребители цеха - индукционные печи низкой частоты, печи сопротивления, закалочные установки, автоматические линии. При внезапном отключении напряжения может нарушиться производственный процесс, который мог длиться до этого вплоть до нескольких суток. Поэтому категория бесперебойности электроснабжения данного цеха - I-II. Напряжение питания цеха - 380В.
     Сборочный цех обеспечивает сборку основных узлов, а так же инструментов и приспособлений в целом. Здесь осуществляется сборка, упаковка отправка готовых изделий на склад, либо непосредственно заказчику. Основные потребители - автоматические линии большой протяженности, а так же краны для отгрузки готовой продукции. Категория бесперебойности электроснабжения - II. Напряжение питания цеха - 380В.
     Склад продукции служит для складирования изготовленных изделий. Количество электроэнергии, потребляемой складом, не велико и составляется в основном из мощности освещения и мостовых кранов. Категория бесперебойности электроснабжения - III. Напряжение питания склада - 380В.
     Котельная обеспечивает предприятие горячей водой и перегретым паром, как для нужд производственного процесса, так и для бытовых нужд (отопление, горячее водоснабжение). Основные потребители электроэнергии - насосы. Категория бесперебойности электроснабжения - I, так как не допускается отключение отопления цехов в зимний период, а так же это может привести к замерзанию и разрушению системы горячего водоснабжения. Напряжение питания котельной - 380В.
     Компрессорная станция обеспечивает производство сжатого воздуха для нужд технологического процесса. Выработка сжатого воздуха осуществляется компрессорами, которые питаются от сети 0,4 и 10кВ. Потребителями на напряжение 0,4кВ являются вентиляторы, установки подготовки воздуха и освещение. Категория бесперебойности электроснабжения - I, так как при отключении компрессоров, приводом которых служат АД, последующий повторный запуск будет энергоемким и сложным, так же это может нарушить  технологический процесс других цехов.
     Вадминистративном корпусе находятся отдел кадров, столовая и раздевалки для рабочих. Нагрузка достаточно разнообразна и может питаться как от сети 220В, так и от сети 380В. Категория бесперебойности электроснабжения – III.




     2 Выбор цеховых трансформаторов
     
     2.1 Расчёт электрических нагрузок 0,4 кВ
     Промышленные предприятия потребляют около двух третей вырабатываемой в стране энергии. Основными элементами систем электроснабжения промышленных предприятий являются электрические сети, а также различные трансформаторные и преобразовательные подстанции. Выбор этих элементов производится по расчетным электрическим нагрузкам. Занижение расчетных нагрузок приведет к перегревам элементов систем электроснабжения и ускоренному их износу, завышение расчетных нагрузок проводит к излишним капиталовложениям и затратам на системы электроснабжения. Из сказанного ясно, какое важное значение имеют разработка и внедрение  в практику проектирования систем электроснабжения научно обоснованных и достаточно точных методов расчета электрических нагрузок.
     Расчет начинается с определения номинальной мощности каждого электроприемника независимо от технологического процесса, средней мощности (мощности, затраченной в течение наиболее загруженной смены) и максимальной расчетной мощности участка, цеха, завода.
     В задании на дипломное проектирование отсутствуют мощности и количество электроприемников, а также  распределение их по цехам. В задании донна только установленная мощность Ру для каждого цеха.
     Расчёт будем производить по методу коэффициента спроса. Суть метода заключается в определении расчетных активной и реактивной мощностей по известной величине Ру.
      Активная расчетная нагрузка цеха, кВт:
P_РЦ=P_МАХ=P_У.
(2.1)
     Реактивная расчетная нагрузка цеха, кВар:
      Q_РЦ=P_РЦ?tg?.
(2.2)
     Полная расчетная мощность цеха, кВА:
     S_РЦ=?(P_РЦ^2+Q_РЦ^2 ).  
(2.3)
     Расчетный ток цеха, А:
I_РЦ=S_РЦ/(?3?U_НОМ ).
(2.4)

     Произведем расчет на примере цеха №1:
     Установленная нагрузка: P_У=3700 кВт.
      Q_РЦ=P_РЦ?tg?=3700?0,77=2849 квар
     S_РЦ=?(P_РЦ^2?Q_Рц^2 )=?(?3700?^2+?2849?^2 )=4669,8 кВА
     I_РЦ=S_РЦ/(?3?U_НОМ )=4669,8/(?3?0,38)=7095 А
     
     Все расчёты сводим в таблицу № 2.1.
     
Таблица  2.1 – Электрические нагрузки
Наименование цеха
P_У, кВт
tg?
P_РЦ, кВт
Q_РЦ, кВар
S_РЦ, кВА
I_РЦ, А
Цех 1
3700
0,77
3700
2849
4669,8
7095
Цех 2
1900
0,82
1900
1558
2457,1
3733,2
Цех 3
5700
0,77
5700
4389
7194
10930,1
Цех 4
3330
0,7
3330
2331
4064,8
6175,8
Цех 5
2600
0,75
2600
1950
3250
4937,9
Цех 6
780
0,75
780
585
975
1481,4
Цех 7
890
0,75
890
6675
11125
16902,7
Цех 8
3200
0,8
320
2560
4098
6226,3
Цех 9
5680
0,8
5680
4544
7273,9
11051,6
Итого


35790
27441
45107,59
68533,89
     
     2.2 Выбор числа и мощности цеховых ТП
     Выбор числа и мощности силовых трансформаторов должен быть технически и экономически обоснован, так как это оказывает существенное влияние на рациональное построение схем промышленного электроснабжения. Для удобства эксплуатации систем промышленного электроснабжения необходимо стремиться к применению не более двух - трех стандартных мощностей трансформаторов, что ведет к сокращению складского резерва и облегчает взаимозаменяемость трансформаторов.
     Для цеховых понижающих трансформаторов существует экономически выгодная номинальная мощность трансформаторов S_(Н.Э.), которая принимается в зависимости от удельной плотности расчетной нагрузки S_УД:
     S_(Н.Э.)=1000кВА при S_УД<0,2кВА/м2;
     S_(Н.Э.)=1600при S_УД=0,2?0,3кВА/м2;
     S_(Н.Э.)=2500при S_УД>0,3кВА/м2.
     При S_УД?0,4кВА/м2 следует применять двухтрансформаторные подстанции независимо от категории бесперебойности питания.
     S_УД=S_Р/F_цеха ,  
     (2.5)
где    S_Р – максимальная расчётная нагрузка цеха, кВА;
     F_цеха – площадь цеха, м2.
     Количество трансформаторов в цехах определяется по выражению
     n_Т=S_Р/(k_(З.Т.)?S_(Н.Э.) )+?n,
     (2.6)
где?n – добавка до ближайшего целого числа;
     k_(З.Т.) – коэффициент загрузки трансформаторов.
     k_(З.Т.)=0,65?0,7при двухтрансформаторных подстанциях и преобла-дании нагрузок I категории по степени бесперебойности питания;
     k_(З.Т.)=0,75?0,85при двухтрансформаторных подстанциях и потреби-телях II и III категорий;
     k_(З.Т.)=0,9?0,95при однотрансформаторных подстанциях и нагрузке II и III категорий.
     Принимаем k_(З.Т.)=0,85 для цехов с потребителями II и III категории и  k_(З.Т.)=0,7для цехов с потребителями I категории.
     Фактический коэффициент загрузки находим по формуле:
     k_(З.Ф.)=S_Р/(S_(ТР.НОМ)?n_Т ), 
(2.7)
     Приведём пример расчёта на цехе №1:
     S_УД=S_Р/F_цеха =4669,8/29700=0,16 кВа/м^2;
     n_Т=S_Р/(k_(З.Т.)?S_(Н.Э.) )+?n=4669,8/(0,8?1000)=5,494+0,504=6 шт,
     k_(З.Ф.)=S_Р/(S_(ТР.НОМ)?n_Т )=4669,8/(1000?6)=0,78.
     Результаты выбора трансформаторов приведены в таблице 2.2. 

Таблица 2.2 – Выбор числа и мощности трансформаторов на цеховых подстанциях
Наименование
Площадь цеха, Fцеха, м2
Sр, кВА
sуд, кВА/м2
Sн.э, кВА
kз.т
nт
kз.ф
Цех №1
29700
4669,8
0,16
1000
0,8
6
0,78
Цех №2
33600
2457,1
0,07
1000
0,8
3
0,82
Цех №3
48000
7194
0,15
1000
0,7
10
0,72
Цех №4
24200
4064,8
0,17
1000
0,75
5
0,82
Цех №5
40300
3250
0,08
1000
0,85
4
0,81
Цех №6
37500
975
0,03
1000
0,85
2
0,5
Цех №7
14300
11125
0,78
2500
0,7
6
0,74
Цех №8
24200
4098
0,17
1000
0,7
6
0,68
Цех №9
24200
7273,9
0,3
1600
0,7
7
0,65
      
     Как видно из таблицы 2.2 фактический коэффициент загрузки некоторых цехов очень низкий, некоторые не соответствуют требованиям, таким образом, принимаем решение объединить часть цехов.
     Результаты расчётов нагрузки после объединения цехов приведены в таблице 2.3 
     
Таблица 2.3 – Выбор числа и мощности трансформаторов на цеховых подстанциях
Наименование
Sр, кВА
sуд, кВА/м2
Sн.э, кВА
kз.т
nт
kз.ф
№ ТП
Цех №1
4669,8
0,16
1000
0,8
6
0,78
ТП 1,2,3.
Цех №2
2457,1
0,07
1000
0,8
4
0,61
ТП 4,5
Цех №3
7194
0,15
1000
0,7
11
0,65
ТП 6,7,8,9,10
Цех №4
4064,8
0,17
1000
0,75
6
0,67
ТП 11,12,13
Цех №5
3250
0,08
1000
0,85
4
0,81
ТП 14,15
Цех №6,7
12100
0,3
2500
0,7
8
0,6
ТП 16,17,18
Цех №8
4098
0,17
1000
0,7
6
0,68
ТП 19,20,21
Цех №9
7273,9
0,3
1600
0,7
7
0,65
ТП 22,23,24
     
     Для электроснабжения цехов, других зданий и наружных установок используются комплектные трансформаторные подстанции (КТП). На таких подстанциях установлены трансформаторы с закрытыми вводами (ТМЗ – с масляным охлаждением, ТСЗ – сухие или ТНЗ – с негорючим заполнением). Для электроснабжения цехов и общих для них зданий выбираем трансформаторы ТМЗ.
     Технические данные трансформаторов приведены в таблице 2.4.
     
Таблица 2.4 – Технические данные трансформаторов
Тип
Номинальная мощность,
кВА
Номинальное напряжение обмоток, кВ
Потери, Вт
Напряжение КЗ,
%
Ток ХХ,
%


ВН
НН
ХХ
КЗ


ТМЗ-2500/10
2500
10
04
3850
23500
6,5
1
ТМЗ-1600/10
1600
10
0,4
2750
18000
6,5
1,3
ТМЗ-1000/10
1000
10
0,4
1900
10500
5,5
1,15
     
     Мощность трансформаторов уточняется после определения необходимости компенсации реактивной мощности и выбора вида компенсирующих устройств.
     
     2.3 Компенсация реактивной мощности на стороне 0,4
     Компенсация реактивной мощности (КРМ) является неотъемлемой частью задачи проектирования электроснабжения промышленного предп-риятия. Компенсация реактивной мощности одновременно с улучшением качества электроэнергии в сетях промышленных предприятий является одним из основных способов сокращения потерь электроэнергии. 
     Передача реактивной мощности вызывает дополнительные затраты на увеличение сечения проводников сетей и мощностей трансформаторов, создаёт дополнительные потери электроэнергии. Кроме того, увеличиваются потери напряжения за счёт реактивной составляющей, пропорциональной реактивной нагрузке и индуктивному сопротивлению, что снижает качество электроэнергии по напряжению.
     Поэтому большое значение имеет компенсация реактивных нагрузок и повышения коэффициента мощности в системах электроснабжения предприятия. Под компенсацией подразумевается установка местных источников реактивной мощности, благодаря которой повышается пропускная способность сетей и трансформаторов, а также уменьшаются потери электроэнергии.
     При количестве трансформаторов в цехе больше двух суммарную мощность конденсаторных установок напряжением до 1000 В определяют по двум критериям:
     1) По минимуму суммарных приведённых затрат на конденсаторные установки и цеховые трансформаторные подстанции.
     2) По минимуму суммарных приведённых затрат на конденсаторные установки и потери электроэнергии в сети предприятия напряжением 10 кВ и в трансформаторах.
     Основная мощность конденсаторных установок напряжением до 1000 В определяется первым критерием, а по условию минимума потерь электроэнергии в сети предприятия напряжением 10 кВ (второй критерий) находится их дополнительная мощность.
     В первом случае мощность конденсаторных установок определяется выражением:
     Q_КУ=P_РЦ?(?tg??_Ц-?tg??_Э ),
(2.8)
где     P_РЦ – расчётная активная нагрузка цеха или группы цехов, кВт;
     ?tg??_Ц – коэффициент реактивной мощности цеха до компенсации;
     ?tg??_Э – коэффициент реактивной мощности, заданный энергосистемой.
     Коэффициент реактивной мощности цеха:
     ?tg??_Ц=Q_РЦ/P_РЦ ,
(2.9)
где    Q_РЦ – расчётная реактивная нагрузка цеха или группы цехов, квар.
     Во втором случае основная мощность конденсаторных установок напряжением до 1000 В определяется первым критерием, а по условию минимума потерь электроэнергии в сети предприятия напряжением 10 кВ (второй критерий) находится их дополнительная мощность.
     Суммарная (основная и дополнительная) расчётная мощность определяется по формуле:
     Q_КУ=Q_К1+Q_К2.
(2.10)
     По первому критерию мощность конденсаторных установок напряжением до 1000 В следует определять, исходя из целесообразности уменьшения количества цеховых трансформаторов или снижения их номинальной мощности (при том же количестве).
     По первому критерию минимальное число трансформаторов (при их числе больше трех) необходимое для питания расчетной нагрузки, определяется по выражению:
     N_ТР=P_РЦ/(k_(З.Т.)?S_(НОМ. Т) )+?n. 
(2.11)
     По выбранному количеству трансформаторов , вычисляем наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передавать через трансформаторы в сеть напряжением до 1000 В:
     Q_Т=?((N_ТР?k_(З.Т.)?S_(НОМ. Т) )^2-P_РЦ^2 ), 
(2.12)
гдеN_ТР – количество трансформаторов в цехе, шт,
     k_(З.Т.) – коэффициент загрузки трансформатора,
     S_(НОМ. Т) – номинальная мощность трансформатора, кВА,
     P_РЦ^  - суммарная активная расчётная нагрузка цеха, кВт.
     По значению Q_Тнаходим суммарную мощность конденсаторов напряжением до 1000 В, которую необходимо установить для данной группы трансформаторов согласно первому критерию:
     Q_К1=Q_РЦ-Q_Т,
(2.13)
гдеQ_РЦ – суммарная (наибольшая) расчётная реактивная нагрузка цеха.
     Если окажется, чтоQ_К1<0, то по первому критерию установка конденсаторов не требуется, и принимаем Q_К1=0.
     Дополнительная суммарная мощность по второму критерию для данной группы трансформаторов определяется:
     Q_К2=Q_Ц-Q_К1-??N_РТ?S_(НОМ. Т), 
(2.14)
где? – расчётный коэффициент, значение которого зависит от показателей К1, К2 и схемы питания цеховых подстанций.
     Расчёт КРМ в сети 0,4 кВ производим по первому способу для всех подстанций, так как число трансформаторов ТП равно двум.
     В качестве источников реактивной мощности выбираем комплектные конденсаторные установки типа КРМ-0,4. При этом число конденсаторных установок должно быть не менее числа цеховых трансформаторов.
     Структура условного обозначения установки:
     К – компенсатор;
     Р – реактивной;
     М –мощности;
     0,4 – номинальное напряжение, 0,4 кВ;
     ххх – номинальная мощность, квар;
     хх – шаг регулирования квар.
     
     Для примера произведём расчёт КРМ для Цеха №1:
     N_min=P_РЦ/(k_(З.Т.)?S_(НОМ. Т) )+?n=3700/(0,8?1000)+0,37=6 шт.;
     Q_Т=?((N_min?k_(З.Т.)?S_(НОМ. Т) )^2-P_РЦ^2 )=?((6?0,8?1000)^2-?3700?^2 )==1519,87 квар;
     Q_К1=Q_РЦ-Q_Т=2849-1519,87=1329,13 квар;
     Q_К2=Q_РЦ-Q_К1-??N_РТ?S_(НОМ. Т)=
     =2849-1329,13-0,6?6?1000=-1480,13 квар;
     Q_К2=0;
     Q_КУ=Q_К1+Q_К2=1329,13+0=1329,13 квар.
     Полученные результаты сводим в таблицу 2.5
     
Таблица 2.5– Расчёта компенсации реактивной мощности в сети 0,4 кВ
Наименование цеха
P_РЦ, кВт
Q_РЦ, квар
N_min, шт
Q_Т, квар
Q_К1, квар
?, о.е
Q_К2, квар
Q_КУ, квар
Цех № 1
3700
2849
6
1519,87
1329,13
0,6
0
1329,13
Цех № 2
1900
1558
4
1205,2
352,8
0,6
0
352,8
Цех № 3
5700
4389
10
4063,25
325,75
0,6
0
325,75
Цех № 4
3330
2331
6
1724,41
606,59
0,6
0
606,59
Цех № 5
2600
1950
4
2190,89
0
0,6
0
0
Цех № 6,7
9680
7260
6
4067,87
3192,13
0,6
0
3192,13
Цех № 8
3200
2560
6
1417,75
1142,25
0,6
0
1142,25
Цех № 9
5680
4544
6
3591,1
952,9
0,6
0
952,9
     
     Производим выбор компенсирующих устройств и уточняем расчётные нагрузкиQ_(РЦ УТ):
     Q_(РЦ УТ)=Q_РЦ-Q_КУ?, 
(2.15)
гдеQ_КУ? – Суммарная мощность компенсирующих устройств, квар.
     В качестве источников реактивной мощности используем комплексные конденсаторные установки с размещением их на шинах 0,4 кВ трансформаторной подстанции. 
     Результаты выбора компенсирующих устройств и уточнённые расчёты реактивной мощности в цехах приведены в таблице 2.6
     
Таблица 2.6– Выбор компенсирующих устройств и уточнение расчёта реак-тивной мощности в цехах
Наименование цеха
Q_КУ,  квар
Тип КУ
Кол-во, шт
Q_КУ?, квар
Q_РЦ, квар
Q_(РЦ УТ), квар
Цех №1
1329,13
КРМ-0,4/240
6
1440
2849
1409
Цех №2
352,8
КРМ-0,4/100
4
400
1558
1158
Цех №3
325,75
КРМ-0,4/34,2
10
342
4389
4047
Продолжение таблицы 2.6
Цех №4
606,59
КРМ-0,4/105
6
630
2331
1701
Цех №5
0
-
-
-
1950
1950
Цех №6,7
3192,13
КРМ-0,4/600
6
3600
7260
3660
Цех №8
1142,25
КРМ-0,4/200
6
1200
2560
1360
Цех №9
952,9
КРМ-0,4/180
6
1080
4544
3464
     
     После уточнения расчётных нагрузок цеха уточняем выбор числа и мощности цеховых трансформаторов.
     Результаты выбора приведены в таблице 2.7
     
Таблица 2.7– Уточнение выбора числа и мощности цеховых трансформаторов
Наименование цеха
P_РЦ, кВт
Qp.ц.ут, квар
Sp.ц.ут, кВА
Sном.т, кВА
nт, ШТ
kз.ф
№ ТП
Цех №1
3700
1409
3959,2
1000
6
0,66
ТП 1,2,3.
Цех №2
1900
1158
2225,1
1000
4
0,56
ТП 4,5
Цех №3
5700
4047
6990,58
1000
10
0,69
ТП 6,7,8,9,10
Цех №4
3330
1701
3739,29
1000
6
0,62
ТП 11,12,13
Цех №5
2600
1950
3250
1000
4
0,81
ТП 14,15
Цех №6,7
9680
3660
10348,82
2500
6
0,69
ТП 16,17,18
Цех №8
3200
1360
3477,01
1000
6
0,58
ТП 19,20,21
Цех №9
5680
3464
6652,94
1600
6
0,69
ТП 22,23,24
     
     Технические данные трансформаторов приведены в таблице 2.4.
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     3 Выбор трансформаторов ГПП
     
     3.1Расчёт электрических нагрузок потребителей на стороне 10 кВ
     Расчет электрических нагрузок потребителей на стороне 10 кВ выполняем методом коэффициента использования.
     Активная расчётная мощьность:
     P_Р=K_И??_1^n?P_У =K_И?P_НОМ?n_ЭП,
(3.1)
где    K_И – коэффициент использования;
     P_НОМ – номинальная мощность электроприёмника, кВт;
     n_ЭП – количество электроприёмников, шт;
     Реактивная расчётная мощность:
     Q_Р=P_Р?tg?.
(3.2)
     Полная расчётная мощность:
     S_Р=?(P_Р^2+Q_Р^2 ).
(3.3)
     Расчётный ток:
     I_Р=S_Р/(?3?U_НОМ ).
(3.4)
     По заданию у нас электроприёмники 10 кВ четыре асинхронных двигателя ДА304-560 SB4.
     Активная расчётная мощность:
     P_Р=K_И??_1^n?P_У =K_И?P_НОМ?n_ЭП=0,8?1600?4=5120 кВт.
     Реактивная расчётная мощность:
     Q_Р=P_Р?tg?=5120?0,5=2560 квар.
     Полная расчётная мощность:
     S_Р=?(P_Р^2+Q_Р^2 )=?(?5120?^2+?2560?^2 )=5724,33 кВА.
     Расчётный ток:
     I_Р=S_Р/(?3?U_НОМ )=5724,33/(?3?10)=330,5 А.
     Результаты сводим в таблицу 3.1
     
Таблица 3.1 – Нагрузка потребителей 10 кВ
Наименование
Кол-во
P_НОМ, кВт
tg?
K_И
P_Р, кВт
Q_Р, квар
S_Р, кВА
I_Р, А
ДА304-560 SB4
4
1600
0,5
0,8
5120
2560
5724,33
330,5

     3.2 Расчёт потерь в цеховых трансформаторах
     Для расчёта потерь мощности в трансформаторах используем их паспортные данные, приведённые в таблице № 2,4.
     Потери активной мощности в трансформаторах:
     ?P_Т=(?P_ХХ+k_(З.Ф.)^2??P_КЗ )?n_Т,
(3.5)
где    ?P_ХХ – потери мощности холостого хода трансформатора, кВт;
     ?P_КЗ – потери мощности короткого замыкания, кВт;
     k_(З.Ф.) – коэффициент загрузки трансформатора.
     
     Потери реактивной мощности в трансформаторах:
     ??Q?_Т=(?(((I_ХХ?S_(НОМ.Т))/100)^2-??P?_ХХ^2 )+k_(З.Ф.)^2?(u_К?S_(НОМ.Т))/100)?n_Т, 
(3.6)
где    I_ХХ – ток холостого хода трансформатора, %;
     U_К – напряжение короткого замыкания, %;
     S_(НОМ.Т) – номинальная мощность цехового трансформатора, кВА.
     
     Произведём расчёт на примере цеха №1
     Потери активной мощности в трансформаторах цеха №1:
     ?P_Т=(?P_ХХ+k_(З.Ф.)^2??P_КЗ )?n_Т=(1,9+?0,65?^2?10,5)?6=38,02 кВт.
     Потери реактивной мощности в трансформаторах:
     ??Q?_Т=(?(((I_ХХ?S_(НОМ.Т))/100)^2-??P?_ХХ^2 )+k_(З.Ф.)^2?(u_К?S_(НОМ.Т))/100)?n_Т=
     =(?(((1,15?1000)/100)^2-?1,9?^2 )+?0,65?^2?(5,5?1000)/100)?6=207,48 квар.
     Аналогичные расчеты производим для остальных цехов. Результаты расчетов сводим в таблицу 3.2
     
Таблица  3.2 – Потери мощности в цеховых ТП
№ ТП
S_(НОМ.Т), кВА
?P_ХХ, кВт
?P_КЗ, кВт
u_К, %
I_ХХ, %
k_(З.Ф.)^ 
n_Т, шт
?P_Т, кВт
??Q?_Т, квар
ТП-1,2,3
1000
1,9
10,5
5,5
1,15
0,65
6
38,02
207,48
ТП-4,5
1000
1,9
10,5
5,5
1,15
0,56
4
20,77
114,36
ТП-6,7,8,9,10
1000
1,9
10,5
5,5
1,15
0,69
10
69
375,27
ТП-11,12,13
1000
1,9
10,5
5,5
1,15
0,62
6
35,62
194,9
ТП-14,15
1000
1,9
10,5
5,5
1,15
0,81
4
35,16
189,71


Продолжение таблицы 3.2
ТП-16,17,18
2500
3,85
23,5
6,5
1
0,69
6
90,23
618,12
ТП-19,20,21
1000
1,9
10,5
5,5
1,15
0,58
6
32,59
179,06
ТП-22,23,24
1600
2,75
18
6,5
1,3
0,69
6
67,92
420,79
Итого







389,29
2299,7
     
     3.3 Определение расчётных нагрузок на стороне 10 кВ
     Активная, реактивная и полная нагрузка на напряжение 10 кВ завода определяется по следующим выражениям:
P_??РЗ=?_(i=1)^n?P_РЦ +?_(i=1)^m?P_РВП +?_(i=1)^k???P_Т ?;
     (3.7)
     P_РЗ=K_РМ?P_??РЗ; 
(3.8)
     Q_??РЗ=?_(i=1)^n?Q_РЦУ +?_(i=1)^m?Q_РВП +?_(i=1)^k???Q_Т ?;
(3.9)
     S_РЗ=?(P_РЗ^2+Q_РЗ^2 ),
(3.10)
где    P_РЦ, Q_РЦУ – активная и реактивная расчётные мощности низковольтных потребителей;
     P_РВП, Q_РВП – активная и реактивная мощности высоковольтных потреби-телей;
     ?P_Т, ?Q_Т – потери активной и реактивной мощности в трансформаторах цеховых подстанций;
     K_РМ=0,9 – коэффициент разновременности максимумов нагрузки;
     n – число цехов, шт;
     m – число высоковольтных потребителей, шт;
     k – число цеховых трансформаторов, шт.
     Результаты расчётов нагрузок на стороне 10 кВ сводим в таблицу 3.3
     
Таблица 3.3 – Нагрузки на стороне 10 кВ
№ ТП
P_РЦ, кВт
Q_РЦУ, квар
?P_Т, кВт
?Q_Т, квар
P_РВП, кВт
Q_РВП, квар
P_??РЗ, кВт
Q_??РЗ, квар
Цех №1
3700
1409
38,02
207,48


3738,02
1616,48
Цех №2
1900
1158
20,77
114,36


1920,77
1272,36
Цех №3
5700
4047
69
375,27


5769
4422,27
Цех №4
3330
1701
35,62
194,9


3365,62
1895,9
Цех №5
2600
1950
35,16
189,71


2635,16
2139,71
Цех №6,7
9680
3660
90,23
618,12


9770,23
4278,12

Продолжение таблицы 3.3
Цех №8
3200
1360
32,59
179,06


3232,59
1539,06
Цех №9
5680
3464
67,92
420,79
5120
2560
10867,92
3884,79
итого






41299,3
23609,7
     
     Активная мощность с учётом коэффициента разновременности максимумов нагрузок:
     P_РЗ=K_РМ?P_??РЗ=0,9?41299,3=37169,37 кВт.
     Полная нагрузка:
     S_РЗ=?(P_РЗ^2+Q_РЗ^2 )=?(?37169,37?^2+?23609,7?^2 )=44033,85 кВА.
     
     3.4 Решение вопросов компенсации РМ на стороне 10 кВ
     Основными типами компенсирующих устройств в сетях 10 кВ промыш-ленных предприятий являются конденсаторные установки и синхронные электродвигатели.
     Для решения вопроса компенсации реактивной мощности рекомендуется использовать высоковольтные конденсаторные батареи.
     Энергосистемой задается экономически оптимальное значение коэффициента мощности предприятия tg?=0,5. Экономически оптимальное значение реактивной мощности, которая может быть передана предприятию в период максимальной нагрузки энергосистемы, определяется по выражению:
     Q_Э=P_РЗ??tg??_Э=37169,37 ?0,5=18584,69 квар.
     Суммарная расчетная мощность высоковольтных конденсаторных установок определяется из условия баланса реактивной мощности:
     Q_ВК=Q_??РЗ-Q_Э=23609,7-18584,69=5025,015 квар.
     В качестве компенсирующих устройств применяем комплектные конденсаторные установки типа УКРМ-10,5-1350 в количестве 4 штук. Суммарная мощность установок:
     Q_КУ=1350?4=5400 квар.
     Суммарная реактивная нагрузка на шинах 10кВ:
     Q_УРЗ=Q_РЗ-Q_КУ=23609,7-5400=18209,7 квар.
     Уточняем значение полной расчетной мощности:
     S_РЗ=?(P_РЗ^2+Q_УРЗ^2 )=?(?37169,37?^2+?18209,7?^2 )=41390,28 кВА.
     
     3.5 Выбор числа и мощности трансформаторов ГПП
     На предприятии преобладают потребители II категории, но также имеются потребители I категории, поэтому ГПП предприятия выполняется двухтрансформаторной. Номинальная нагрузка каждого трансформатора двухтрансформаторной подстанции, как правило, определяется аварийным режимом работы подстанции: при установке двух трансформаторов их мощность выбирается такой, чтобы при выходе из работы одного из них, оставшийся в работе трансформатор с допустимой аварийной перегрузкой мог обеспечить нормальное электроснабжение потребителей.
     При аварийных режимах допускается перегрузка трансформаторов на 40% на время максимума, общей суточной продолжительностью не более 6 ч в течение не более 5 суток. На время перегрузки должны быть приняты меры по усилению охлаждения трансформатора (включены вентиляторы дутья, резервные охладители и т.д.).
     Выбор номинальной мощности трансформатора производится с учетом его перегрузочной способности:
     S_(НОМ.Т)?S_(Р.Т),
(3.11)
где    S_(НОМ.Т) – номинальная мощность трансформатора, кВА;
     S_(Р.Т) – расчётная мощность трансформатора, кВА;
     S_(Р.Т)=S_РЗ/(n_Т?k_ЗТ ),
(3.12)
где    S_(Р.З) – полная расчётная мощность трансформатора, кВА;
     n_Т – количество трансформаторов на ГПП, шт;
     k_ЗТ – коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме работы (принимаем k_ЗТ=0,7 так как завод имеет потребителей I категории).
     Коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме:
     k_ЗТН=S_РЗ/(n_Т?S_(НОМ.Т) ).
(3.13)
     Коэффициент загрузки трансформатора в аварийном режиме:
     k_ЗТА=S_РЗ/S_(НОМ.Т) .
(3.14)
     Расчётная мощность трансформатора:
     S_(Р.Т)=S_РЗ/(n_Т?k_ЗТ )=(41390,28  )/(2?0,7)=29564,49 кВА.

     Из ряда стандартных мощностей трансформаторов выбираем трансфор-матор типа ТРДН-32000/110 номинальной мощностью S_(НОМ.Т)=32 МВА.
     Технические данные трансформатора приведены в таблице 3.4
     Коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме:
     k_ЗТН=S_РЗ/(n_Т?S_(НОМ.Т) )=(41390,28 )/(2?32000)=0,65.
     
     Коэффициент загрузки трансформатора в аварийном режиме:
     k_ЗТА=S_РЗ/S_(НОМ.Т) =(41390,28  )/32000=1,29.
     
     
Таблица 3.4 – Технические данные трансформатора ГПП
Тип ТР
S_(НОМ.Т), МВА
n_Т, шт.
Напряжение обмоток, кВ
Потери мощности, кВт
U_К, %
I_ХХ, %
РПН



ВН
НН
?P_ХХ
?P_КЗ



ТРДН-32000/110
32
2
115
11
25
160
10,5
0,28
±9?1,78%
     4 Картограмма нагрузок. Выбор места расположения ГПП
     
     Правильный выбор типа и мощности трансформаторов, а также правильное размещение подстанции на предприятии является основой для рационального построения схемы распределения электрической энергии.
     Особенно важен вопрос о размещении ГПП, которая определяет схему предприятия. В этом случае проектирование систем электроснабжения осуществляется на основе генерального плана предприятия, на который нанесены все производственные цеха и отдельные участки предприятия. Расположение цехов на генеральном плане предприятия определяется технологическим процессом производства, а также архитектурно-строительными и эксплуатационными требованиями.
     Место расположения ГПП определяется геометрическим центром нагрузок предприятия. Для определения геометрического центра нагрузок строится картограмма нагрузок.
     Предполагается, что нагрузки цехов равномерно распределены по площади цеха, тогда расчетную нагрузку можно совместить с геометрическим центром цеха.
     Для наглядности нагрузку цехов изображают с помощью кругов. Центр круга совмещают с геометрическим центром цеха, а радиус круга находят по выражению:
     r_Ц=?(S_РЦ/(??m)),
(4.1)
где    ?=3,14;
     m  – маштаб нагрузки; (принимаем маштаб m=0,5 кВА/м^2).
     Для 0,4 кВ принимаем маштаб m=0,5 кВА/м^2;
     Для 10 кВ принимаем маштаб m=1 кВА/м^2.
     Геометрические координаты центра электронагрузок завода для размещения источника питания (ГПП) определяется по выражению:
     
(4.2)
     
(4.3)
где   X_Ц, Y_Ц – координаты центров нагрузки цехов;
     n – число цехов.
     Результаты расчётов сводим в таблицу 4.1.
     
Таблица 4.1 – Построение картограммы электрических нагрузок
Наименование
S_РЦ, кВА
X_Ц, м
Y_Ц, м
r_Ц, м
S_Ц?X_Ц, кВА?м
S_Ц?Y_Ц, кВА?м
0,4 кВ
Цех №1
3959,2
165
625
49,87
644344,8
2440700
Цех №2
2225,1
82,5
425
37,65
183570,8
945667,5
Цех №3
6990,58
310
370
66,57
2156720
2574149
Цех №4
3739,29
755
570
48,6
2799517,35
2113542,9
Цех №5
3250
570
530
45,5
1852500
1722500
Цех №6
975
340
75
24,92
331500
73125
Цех №7
10348,82
90
135
77,88
856980
1285470
Цех №8
6652,94
680
50
47,1
2364367
173880,5
Цех №9
3959,2
680
210
65,3
4552566
1405939,5
10 кВ
ДА304-560 SB4
5724,33
680
210
42,7
3892544
1202109,3
Итого
46438,64



19634610
13937054

     Центр нагрузок находится в точке с координатами:
     м.
     м.



     По расчетным данным центр нагрузок предприятия находится близко к цеху №3. Поэтому ГПП смещаем в ближайшее свободное место. Новые координаты центра ГПП: X_0^'=490,Y_0^'=320.
     

Рисунок 4.1 – Картограмма нагрузок

















     5 Выбор схемы электроснабжения завода
     
     5.1 Выбор вариантов схем электроснабжения завода
     Сети определяется наличием данных категорий потребителей п.......................