Разработка схемы электроснабжения

					ДП 010200.56.13.007.ПЗ
Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата
Разработал	Орлов И.А.				Литера	Лист	Листов
Проверил	Дудник Е.А.
Н.контр.					РИИ гр. ПМ-61
Утв.

СОДЕРЖАНИЕ

1 ВВЕДЕНИЕ

1.1 Назначение и основные положения систем электроснабжения

1.2 Краткая характеристика предприятия и его электроприемников

2 ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет электрических нагрузок цеха и предприятия.

Картограмма. Центр электрических нагрузок

2.1.1 Расчет электрических нагрузок механо-сварочного цеха

2.1.2 Расчет электрических нагрузок завода тяжелого электросварочного

оборудования

2.1.3 Картограмма. Центр электрических нагрузок

2.2 Выбор рационального напряжения сети

2.3 Выбор числа, мощности трансформаторов и места расположения

цеховых подстанции

2.4 Компенсация реактивной мощности. Расчет и выбор компенсирующих устройств

2.5 Выбор схемы электроснабжения предприятия

2.6 Расчет и выбор числа, мощности трансформаторов главной понизительной подстанции. Конструктивная схема, конструктивное исполнение главной понизительной подстанции

2.7 Расчет токов короткого замыкания на стороне высшего напряжения

2.8 Выбор и проверка оборудования на главной понизительной подстанции

2.8.1 Выбор оборудования на стороне высшего напряжения

2.8.2 Выбор оборудования на стороне низшего напряжения

2.8.3 Выбор комплектных распределительных устройств и типов выключателей для них

2.8.4 Выбор измерительных трансформаторов напряжения

2.8.5 Выбор разъединителей и предохранителей для цеховых трансформаторных подстанций

2.8.6 Выбор трансформаторов собственных нужд

2.8.7 Расчет и выбор сечения кабелей

2.9 Расчет и выбор силовой сети и аппаратов защиты цеховых электроприемников

2.10 Расчет токов короткого замыкания на стороне низкого напряжения

2.10.1 Расчет тока трехфазного короткого замыкания на шинах 0,4 кВ

2.10.2 Расчет тока однофазного короткого замыкания наиболее мощного из наиболее удаленных приемников

2.11 Выбор защит трансформаторов главной понизительной подстанции Расчет защиты кабельной линии и синхронного двигателя

3 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Определение затрат на покупную электроэнергию

3.2 Организация ремонта

3.3 Определение численности ремонтного и эксплуатационного

персонала

3.4 Организация заработной платы персонала. Расчет затрат на зарплату

3.5 Определение потребности в материалах и запасных частях

3.6 Определение себестоимости электроэнергии на предприятии

4 ОХРАНА ТРУДА И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

4.1 Расчет освещение механо-сварочного цеха

4.1.1 Светотехническая часть

4.1.2 Электротехнический расчет

4.2 Расчет заземления цеховой подстанции. Расчет молниезащиты

главной понизительной подстанции

4.2.1 Расчет заземления трансформаторной подстанции ТП8

4.2.2 Расчет молниезащиты главной понизительной подстанции

4.3 Требования к электротехническому персоналу

5 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

5.1 Расчет и выбор воздушной линии

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Электрические нагрузки механо-сварочного цеха

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Электрические нагрузки завода тяжелого электросварочного оборудования

1 ВВЕДЕНИЕ

1.1 Назначение и основные положения систем электроснабжения

Электрическая энергия находит широкое применение во всех областях народного хозяйства и в быту. Этому способствуют такие ее свойства, как универсальность и простота использования, возможность производства в больших количествах промышленным способом и передачи на большие расстояния.

Одновременно с началом использования электрической энергии для работы электроприводов различных технологических установок возникла задача передачи и распределения электрической энергии. Для практического решения этих вопросов используется система электроснабжения, представляющая собой совокупность устройств, необходимых для производства, передачи и распределения электроэнергии электрифицированным технологическим процессам.

Для передачи и распределения электроэнергии в необходимом количестве и соответствующего качества от энергосистем промышленным объектам, установкам, устройствам и механизмам служат системы электроснабжения промышленных предприятий, состоящие из системы внешнего электроснабжения, внутризаводского и цехового распределения электрической энергии.

Все потребители электроэнергии имеют свои особенности. Схема электроснабжения промышленных предприятий должна удовлетворять следующим требованиям - удобство и безопасность в эксплуатации, качество электроэнергии, надежность питания в нормальном и послеаварийном режимах, резервирование и защита отдельных элементов. Поэтому на стадии проектирования нужно задаться необходимым уровнем надежности и качества электрической энергии соответствующим той или иной категории потребителей. В проекте следует проводить тщательный анализ характера и состава подключаемой нагрузки. Требования, предъявляемые к электроснабжению предприятия, зависят от - технологического процесса, занимаемой площади и установленной электрической мощностью.

Целью дипломного проекта является разработка схемы электроснабжения, которая обеспечит бесперебойное и качественное снабжение электрической завода тяжелого электросварочного оборудования.

1.2 Краткая характеристика предприятия и его электроприемников

Завод тяжелого электросварочного оборудования относится к электротехнической промышленности. Данный завод выпускает разнообразную продукцию.

Основной продукцией являются: оборудование для контактной сварки, рельсосварочные машины, оборудование для дуговой сварки, клещи сварочные, полуавтоматы, сварочные трансформаторы, зарядное устройство для аккумуляторов электрокар, устройство для запуска двигателей и автомобилей и тракторов, радиаторы отопления, пневмоцилиндры, сварочные пневмопистолеты. Работа на заводе организована в две смены.

На территории предприятия располагаются 11 цехов, 2 склада, а также заводоуправление, столовая и компрессорная.

В составе нагрузки цехов имеются потребители I, II, и III категории электроснабжения.

Основными потребителями в большинстве цехов являются электроприемники II категории надежности электроснабжения, отключение которых может привести к расстройству технологического процесса и массовому недоотпуску продукции.

В число потребителей I категории входят: литейный цех и компрессорная. Перебой в электроснабжении потребителей I категории может привести к нарушению технологического процесса, в результате чего предприятие может понести крупные убытки, а также возникнуть угроза для жизни людей.

К потребителям III категории относятся: заводоуправление, столовая, склад готовой продукции и материальный склад.

2 ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет электрических нагрузок цеха и предприятия. Картограмма. Центр электрических нагрузок

Первым этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок. Правильное определение электрических нагрузок является решающим фактором для всего последующего расчета и выбора элементов системы электроснабжения.

Расчет нагрузок выполняется согласно «Указаниям по расчету электрических нагрузок» РТМ 36.18.324-92, введенных с 1 января 1993 года. Сначала рассчитываем нагрузку для механо-сварочного цеха, затем для завода в целом.

При расчете нагрузок учитываем, что нагрузка объектов (цеха, предприятия) состоит из силовой и осветительной. Силовая нагрузка рассчитывается методом коэффициентов использования и расчетной нагрузки. Нагрузка электрического освещения рассчитывается по удельной мощности в зависимости от требуемой освещенности.

2.1.1 Расчет электрических нагрузок механо-сварочного цеха

Расчет электрических нагрузок электроприемников напряжением до 1 кВ проводим для каждой группы электроприемников.

Для установки в цехе намечаем одну шиносборку и шесть распределительных шкафов. По [1] (стр.88, приложение Д1), для каждого присоединенного к шиносборке и распределительным шкафам электроприемников нахожим коэффициент использования K_и и коэффициент активной мощности cosц.

Общая установленная мощность определяется:

Р_н. = п · Р_н, (2.1)

где n - количество электроприемников одной мощности,

Р_н - мощность станка, кВт.

Р_н. = 1 · 9 = 9 кВт

Если электроприемник задан полной мощностью в S кВ•А, то для однотипности расчетов по ней необходимо определить активную мощность Р по формуле:

Р_н. = S · cosц_н, (2.2)

Например: сварочный трансформатор (ЭП №42) S = 32 кВ•А, cosц_н = 0,7

Р_н. = 32 · 0,7 = 22,4 кВт.

При подключении однофазного электроприемника на фазное напряжение он учитывается эквивалентной мощностью:

Р_н. = 3 · Р_н.о, (2.3)

Например: сварочный трансформатор (ЭП №42) Р_н.о = 22,4 кВт

Р_н. = 3 · 22,4 = 67,2 кВт.

Средняя активная мощность для группы электроприемников в количестве п определяется по формуле:

Р_с = К_и · п · Р_н, (2.4)

где К_и - коэффициент использования активной мощности электроприемника;

п - количество однотипных электроприемников;

Р_н - мощность станка, кВт.

Для вентиляционной установки (ЭП №41): Р_с = 0,7· 1 · 9 = 6,3 кВт

Средняя реактивная мощность для группы электроприемников определяется по формуле:

Q_c=К_и · п · Р_н · tgц = P_c· tgц, (2.5)

где tg ц - коэффициент реактивной мощности станка, который определяется по формуле:

, (2.6)

где cos ц - коэффициент активной мощности.

Для вентиляционной установки (ЭП №41): Q_c= 6,3· 0,62 = 3,91 квар.

Эффективное число электроприемников участка определяется по выражению:

, (2.7)

где УР_н - суммарная мощность всех электроприемников, установленных на участке, кВт;

Уn·P_н² - сумма квадратов номинальных активных мощностей отдельных групп электроприемников участка, кВт.

Групповой коэффициент использования определяется по формуле:

, (2.8)

где УР_с - суммарная средняя активная мощность электроприемников, установленных на участке, кВт;

УР_н - суммарная мощность всех электроприемников, установленных на участке, кВт.

Групповой коэффициент использования для ШР1:

Эффективное число электроприемников равно:

шт.

Расчетная активная мощность, подключенных к узлу питания электроприемников определяется по формуле:

Р_Р = К_Р ? УРс, (2.9)

где К_р - коэффициент расчетной нагрузки, определяется по [6](стр.23, табл.1), в зависимости от группового коэффициента использования и эффективного числа электроприемников.

УP_c - суммарная средняя активная мощность электроприемников, установленных на участке, кВт.

Расчетные мощности ШР1:

К_р=?(К_и , n_э) = 2,5

Р_р=2,5 • 39,9= 99,75 кВт

Расчетная реактивная мощность определяется в зависимости от эффективного числа электроприемников, следующим образом:

при n_э ?10 Q_P=1,1 · УQ_c, (2.10)

при n_э>10 Q_p=УQ_c, (2.11)

где УQ_с - суммарная средняя реактивная мощность электроприемников, установленных на участке, квар.

При n_э = 2 Q_P=1,1 · 38,18 = 42 квар.

Полная расчетная мощность определяется по формуле:

, (2.12)

где Р_р и Q_P - расчетная активная и реактивная мощность электроприемников участка, кВт и квар.

кВ·А

Значение расчетной токовой нагрузки, по которой выбирается сечение линии по допустимому нагреву, определяется по выражению:

, (2.13)

где S_р - полная расчетная мощность участка, кВ•А,

U_н = 0,38 кВ - номинальное напряжение сети.

А

Используя спецификацию оборудования цеха (приложение А), производим расчет мощности цеха. Результаты расчета заносим в таблицу 2.1.

Для остальных электроприемников, ШР2, ШР3, ШР4, ШР5, ШР6, ШС1 расчет аналогичен, своим его в таблицу 2.1.

При определении n_э в целом по цеху используется следующая формула:

, (2.14)

где ?Р_н - суммарная активная нагрузка электроприемников, установленных в цехе, кВт;

Р_н.мах - номинальная максимальная активная мощность электроприемника, установленного в цехе, кВт.

Найденное по формуле n_э округляется до ближайшего меньшего целого числа. Если расчетное эффективное число электроприемников получается больше фактического числа электроприемников, то эффективное число электроприемников принимается равным фактическому числу электроприемников.



Значение коэффициента расчетной нагрузки определяется по [6] (стр.24., табл.2) или по (стр.23, табл.1) при n_э ? 25 единиц и Р_с ? 250 кВт.

К_р= ?(К_и, n_э).

К_р = 1,0.

Реактивная мощность по цеху определяется по формуле:

Q_p = P_p·tgц, (2.15)

где Р_р - расчетная активная мощность цеха, кВт;

tgц - коэффициент реактивной мощности.

(2.16)

квар.

Результат расчета сводим в таблицу 2.1.

2.1.2 Расчет электрических нагрузок завода электросварочного оборудования

При расчете нагрузок по предприятию необходимо учитывать не только силовую нагрузку цехов, но и осветительную нагрузку цехов и наружное освещение территории предприятия. Нагрузка электрического освещения определяется по удельной мощности Р_уд, Вт/м² , коэффициенту спроса, площади цехов и территории завода. Расчет предполагает выбор для каждого цеха наиболее целесообразного источника света.

Расчетная активная нагрузка освещения определяется по формуле:

Р_p.o. = Р_у. ·К_с, (2.17)

где Р_у - активная мощность освещения цеха, кВт;

К_с - коэффициент спроса, принимаемый по [1] (стр.92., приложение Е).

Мощность освещения цеха определяется по формуле:

Р_у = Р_уд • S_ц , (2.18)

где Р_у - плотность осветительной нагрузки данного цеха, кВт/м²;

S_ц- площадь цеха, м².

Для цеха №1 (главный корпус):

Р_у = 16 • 14700 = 235,2 кВт;

Р_p.о. = 235,2 ·0,9 = 211,68 кВт.

Значения площадей цехов предприятия определяются по генплану завода.

Расчетная реактивная нагрузка освещения определяется по формуле:

Q_p.o. = Р_р.о. · tgц, (2.19)

где tg ц определяется по [4] (стр.14. табл.4).

Q_p.o. = 211,68 · 1,73 = 366,21 квар.

При расчете освещения учитывается и наружное освещение предприятия.

Р_н.о. = Р_уд ·(S_n -?S_ц,) • К_с, (2.20)

где S_п = 340440 м² - площадь завода.

Р_н.о. = 1,0 ·(340440 -123330) • 1,0 = 127,11 кВт.

Расчет осветительной нагрузки цехов сводим в таблицу 2.2.

Расчет нагрузок цехов завода произвожу, используя следующие формулы (2.4), (2.5), (2.6), (2.9), (2.14), (2.15). Расчет заносим в таблицу 2.3.

Таблица 2.2 - Осветительные нагрузки цехов

Цех	Площадь S,м2	Рyд, Вт/ /м2	Тип источ ника света	Ру, кВт	Кс	cosц/tgц	Расчетная величина
							Рр.о, кВт	Qр.о, квар
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1.Главный корпус (механосборочный)	14700	16	ДРИ	235,2	0,9	0,5/1,73	211,68	366,21
2.Заготовительно-сварочный	10800	15	ДРИ	162	0,9	0,5/1,73	145,8	252,23
З.Механический	6075	16	ДРИ	97,2	0,9	0,5/1,73	87,48	151,34
4.Цех нормалей	10125	16	ДРИ	162	0,95	0,5/1,73	153,9	266,25
5.Обмоточный	17325	16	ДРИ	277,2	0,9	0,5/1,73	249,48	431,6
6.Штамповочный	3600	16	ДРИ	57,6	0,9	0,5/1,73	51,84	89,68
7.Кузнечный	10125	17	ДРИ	172,13	0,8	0,5/1,73	137,7	238,22
8.Склад готовой продукции	3600	8	ЛН	28,8	0,7	1,0/0,0	20,16	0
9.Материальный склад	4500	8	ДРЛ	36	0,7	0,5/1,73	25,2	43,59
10.Литейный	23625	15	ДРЛ	354,38	0,8	1,0/0,0	283,5	0
11.Механо-сварочный	1440	17	ДРИ	24,48	0,95	0,5/1,73	23,26	40,24
12.Электроцех	1440	16	ДРИ	23,04	0,95	0,5/1,73	21,89	37,87
13.Заводоуправление, столовая	3150	18	ЛЛ	56,7	0,85	0,8/0,75	48,19	36,14
14.Инструментальный	10125	20	ДРИ	202,5	0,9	0,5/1,73	182,25	315,29
15.Компрессорная а) 0,4 кВ б) СД 10 кВ	2700	12	ЛН	32,4	0,95	1,0/0,0	30,78	0
16.Наружное освещение	217110	1,0	ДРЛ	217,11	1,0	0,5/1,73	217,11	375,6

Нагрузка от высоковольтных электроприемников в цехах определяется с учетом следующего момента:

- при количестве высоковольтных электроприемников n > 2, расчетные мощности равны средним, и для них n_э = n, а Кр = 1

Р_p. =Р_с.р. = К_и • Р_н, (2.21)

Q_p. = Q_с.p. = Р_с.р. · tgц (2.22)

Нагрузки от синхронных электродвигателей приводов механизмов рассчитываются с учетом следующего: значения в графы 8 и 13 таблицы 2.3 заносятся со знаком «минус», так как синхронные двигатели являются источниками реактивной мощности.

Групповой коэффициент использования для строки «Итого по заводу» определяется по формуле (2.8):

^.

Определяю число присоединений N (10 кВ) на сборных шинах главной понизительной подстанции. Пока не разработана схема электроснабжения N можно принять в диапазоне 9-25. По найденному К_и и числу присоединений N определяется значение коэффициента одновременности К_о по [6] (стр.25. табл. 3).

К_о = 0,85

Расчетные активные и реактивные мощности определяются по выражениям:

, (2.23)

(2.24)

кВт;

квар.

Чтобы определить полную мощность электрической нагрузки завода необходимо учесть потери в цеховых трансформаторах. Потери в трансформаторах обычно по каждому цеху не определяются, а определяются в целом по заводу.

Потери определяются по формулам:

, (2.25)

, (2.26)

где S'_P - расчетная мощность нагрузки низковольтной и высоковольтной, питающейся через трансформаторы, за исключением нагрузки от высоковольтных электродвигателей, которые подключаются к внутризаводской сети без трансформаторов, кВ•А.

Для определения S'_р находим коэффициент реактивной мощности в целом по заводу по формуле (2.16).

Расчетные мощности для вычисления потерь в трансформаторах находим по формулам:

, (2.27)

, (2.28)

кВт;

квар;

кВ•А;

кВт;

квар.

Активные и реактивные потери в трансформаторах суммируем со среднерасчетными и расчетными нагрузками завода. Расчеты заносим в таблицу 2.3.

2.1.3 Картограмма. Центр электрических нагрузок

При выборе места расположения главной понизительной подстанции необходимо учесть структуру нагрузок и геометрию их взаимного расположения. Это помогает сделать картограмма нагрузок.

Картограмма нагрузок предприятия представляет собой размещенные по генеральному плану окружности, площади которых в выбранном масштабе равны расчетным нагрузкам цехов. Для каждого цеха наносится своя окружность, центр которой совпадает с центром нагрузок цеха. Центр окружности соответствует геометрическому центру площади цеха, для цехов с прямоугольной планировкой он находится на пересечении диагоналей. Главную понизительную подстанцию следует располагать как можно ближе к центру нагрузок. Это позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электрической энергии и значительно сократить протяженность распределительных сетей.

Площадь окружности в принятом масштабе соответствует нагрузке:

, (2.29)

откуда радиус окружности определяется по формуле:

, (2.30)

где P_pi - расчетная активная мощность цеха, кВт;

т - масштаб, кВт/мм², т = 0,2 кВт/мм²;

р =3,14.

Для цеха №1: мм.

Центр активной нагрузки определяется по формулам:

, (2.31)

где P_pi - расчетная активная нагрузка, i-го цеха, кВт;

x_i и y_i - координаты центра электрических нагрузок i-го цеха, м.

Расчет центра нагрузки сведем в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 - Расчет центра активной нагрузки

Наименование цеха	Рсил0,4кВ Рсил10кВ, кВт	Росв, кВт	Ррi, кВт	Хi, м	Yi, м	Ppi хi, кВт?м	Ppi yi, кВт?м	бocв град	ri, мм
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1.Главный корпус	178,5	211,68	390,18	524	60	204454,3	23410,8	195,3	24,9
2.Заготовительно-свароч-ный	2437,5	145,8	2583,3	84	165	216997,2	426244,5	20,32	64,1
3.Механический	168	87,48	255,48	594,01	160,1	151757,7	40904,9	123,27	20,2
4.Цех нормалей	357	153,9	510,9	673,85	338,1	344270	172745,5	108,44	28,5
5.Обмоточный	126	249,48	375,48	509,2	301,5	191194,4	113207,2	239,19	24,4
6.Штамповочный	536	51,84	587,84	516,7	429	303736,9	252183,4	31,75	30,6
7. Кузнечный	320	137,7	457,7	358,32	322,5	164003,1	147608,3	108,31	27
8.Склад гото-вой продукции	58,1	20,16	78,26	294	105	23008,44	8217,3	92,74	11,2
9.Материальный склад	22,62	25,2	47,82	201	60	9611,82	2869,2	189,71	8,72
10.Литейный	472,5	283,5	756	136,5	352,5	103194	266490	135	34,7
11.Механо-сварочный	271,52	23,26	294,78	39	45	11496,42	13265,1	28,4	21,7
12.Электроцех	57,12	21,89	79,01	69	45	5451,69	3555,45	99,74	11,2
13.Заводоуправление, столовая	280	48,19	328,19	292,5	15	95995,58	4922,85	53,86	22,8
14.Инстру-ментальный	142,38	182,25	324,63	613,64	338,1	199206	109763,9	202,11	22,7
15.Компрессорная а) 0,4 кВ б) 10 кВ	130 2304	30,78	2464,78	231	187,5	569364,2	462146,3	4,5 336,52	62,6
Сумма	7861,24	1673,11	9534,35	-	-	2593742	2047535	-	-

м, м

Угол сектора каждой нагрузки определяется по формуле:

, (2.32)

где Р_р - расчетная активная мощность силовой, осветительной или высоковольтной нагрузки цеха, кВт;

P_pi - расчетная активная нагрузка, i-го цеха, кВт.

Для цеха №1:

2.2 Выбор рационального напряжения сети

Рациональное построение схемы электроснабжения во многом зависит от правильного выбора напряжения питания. Оно зависит от мощности завода, его удаленности от источника питания, номинального напряжения и свободных мощностей на источнике питания, перспективы развития энергосистемы и предприятия. При выборе напряжения учитывается также характер нагрузок.

На заводе, в основном, все электроприемники в цехах рассчитаны на питание от трехфазной сети напряжением 380 В, а сети освещения - на 220 В, следовательно напряжение 380/220 В наиболее целесообразно для внутрицехового электроснабжения.

Выбор внутризаводского электроснабжения в большей степени обусловлен наличием высоковольтных электроприемников. На заводе имеются синхронные двигатели на напряжение 10 кВ, поэтому выбираем это напряжение на внутризаводское электроснабжение.

При выборе напряжения внешнего электроснабжения учитывается: расчетная мощность предприятия, длина питающей линии.

Расчет номинального напряжения внешнего электроснабжения определяется по эмпирической формуле:

, (2.33)

где Р_р - активная расчетная мощность завода, МВт;

l- расстояние до источника питания, км.

Для S_р > 10000 кВ•А расчет ведется на напряжение 110 кВ и 220 кВ.

При 110 кВ принимаем l = 20 км, 220 кВ l = 35 км

кВ;

кВ.

Из вышеприведенных расчетов видно, что экономически выгоднее принять напряжение внешнего электроснабжения U_р = 110 кВ (длина линии электропередачи на U_p=220 кВ на 15 км больше)

2.3 Выбор числа, мощности трансформаторов и места расположения цеховых подстанций

Выбор числа и мощности трансформаторов и места расположения цеховых подстанций определяется по категории надежности электропотребителей каждого цеха, расчетной нагрузки, удельной мощности, сведений об условиях окружающей среды.

Однотрансформаторные подстанции рекомендуется применять для питания потребителей Ш категории и для питания потребителей II категории при наличии взаимного резервирования между подстанциями на низшем напряжении.

Двухтрансформаторные подстанции применяются при преобладании электроприемников I и II категории, а также для питания ЭП II и III категории в энергоемких цехах с удельной плотностью нагрузи более 0,4 кВ•А/м².

Удельная плотность нагрузки цеха определяется:

(2.34)

где S_p - расчетная мощность цеха, кВ•А;

F - площадь цеха, м².

Для цеха №1 (главный корпус):

кВ•А/м².

В [2] (стр.19) даются рекомендации о целесообразности применения трансформаторов определенной мощности S_Т в зависимости от удельной плотности нагрузки цеха:

при S_уд.< 0,2 кВ•А/м2 S_Т = 630-1000 кВ•А;

при S_уд.? 0,2 - 0.3 кВ•А/м2 S_Т = 1600 кВ•А;

при S_уд.> 0,3 кВ•А/м2 S_Т = 2500 кВ•А.

Эти рекомендации справедливы при нагрузке цеха свыше 2500-3000 кВ•А.

При решении вопроса электроснабжения объектов с небольшими нагрузками (до 150-200 кВ•А), чтобы не проектировать подстанции с трансформаторами малой мощности, допускается присоединять эти нагрузки к подстанции ближайшего цеха. Оценить целесообразность присоединения указанных нагрузок к подстанции с учетом расстояния L между подстанцией и присоединяемой нагрузкой S_р можно по приближенной эмпирической формуле:

 кВ•А•м (2.35)

Номинальную мощность S_ном или количество трансформаторов N с учетом коэффициента загрузки К_з можно определить по формулам:

или (2.36)

Проверка выбранной мощности трансформаторов с учетом требований взаимного резервирования и допустимой аварийной перегрузки производится по формуле:

(2.37)

где К_1,2 =0,9 - доля электроприемников I и II категории в расчетной нагрузке;

К_за = 1,4 - допустимый коэффициент загрузки трансформаторов в аварийном режиме.

Коэффициент загрузки К_з принимается:

- для двухтрансформаторных подстанций при преобладании нагрузок I категории 0,65 - 0,75, при преобладании нагрузок II категории 0,7 - 0,8;

- для однотрансформаторных подстанций с учетом взаимного резервирования нагрузок II категории К_з = 0,7 - 0,85, а при нагрузках III категории 0,85-0,95.

Указанные коэффициенты загрузки должны находиться в указанных пределах после проведения мер по компенсации реактивной мощности. Поэтому выбор количества и мощности трансформаторов осуществляется в два этапа.

Таблица 2.5 - Выбор трансформаторов цеховых подстанций.

Цех	Расчет нагрузки	Удельная мощность, Sуд , кВ·А/ /м2	Категория электроснабжения потребителя	Количество и мощность транс-форматора NxSТР	Коэффициент загрузки
	Рр, кВт	Qp, квар	Sp. кВ·А				Кз	Кз.а.
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1. Главный корпус (ТП1)	390,18	523,29	652,74	0,044	II-III	2 х 630	0,69	1,24
2.Заготовительно-сварочный (ТП2)	2583,3	3494,11	4345,37	0,4	II-III	3 х 2500	0,63	0,85
3. Механический	255,48	299,18	393,42	0,06	II-III	к ТП4
4. Цех нормалей (ТП3)	510,9	630,39	811,42	0,08	II-III	2 х 630	0,64	1,16
5.Обмоточный (ТП4)	375,48	560,12	674,33	0,05	II-III	3 х 630	0,68	0,92
6. Штамповочный (ТП5)	587,84	491,68	766,36	0,21	II-III	2 х 630	0,61	1,09
7.Кузнечный (ТП6)	457,7	564,62	726,84	0,07	II-III	2 х 630	0,58	1,03
8. Слад готовой продукции	78,26	27,89	88,08	0,02	III	к ТП2
9. Материальный склад	47,82	66,66	82,04	0,018	III	к ТП2
10.Литейный (ТП7)	756	354,38	831,15	0,035	I-II	2 х 630	0,66	1,19
11.Механо-сва-рочный (ТП8)	294,78	230,44	374,16	0,26	II-III	2 х 400	0,61	1,1
12. Электроцех	79,01	80,71	112,94	0,08	II-III	к ТП8
13.Заводоуправле-ние, столовая (ТП9)	328,19	170,54	369,86	0,12	III	1 х 400	0,92
14.Инструмента-льный (ТП10)	324,63	422,07	532,47	0,05	II-III	2 х 400	0,67	1,2
15.Компрессорная	160,78	80,6	179,85	0,067	I-II	к ТП2
16. Наружное освещение	217,11	375,6	433,83		III	к ТП1 к ТП4

Пример расчета: выбор трансформаторов для главного корпуса

кВ•А. Принимаем 2 х 400 кВ•А.

Далее расчет аналогичен. Результаты выбора трансформаторов цеховых подстанций сводим в таблицу 2.5.

2.4 Компенсация реактивной мощности. Расчет и выбор компенсирующих устройств

Компенсация реактивной мощности является неотъемлемой частью задачи расчета электроснабжения промышленного предприятия. Компенсация реактивной мощности одновременно с улучшением качества электроэнергии в сетях промышленных предприятий является одним из основных способов сокращения потерь электроэнергии.

Передача значительного количества реактивной мощности от энергосистемы к потребителям не рациональна, так как возникают дополнительные потери активной мощности во всех элементах системы электроснабжения и дополнительные потери напряжения в питающих сетях, поэтому электроснабжающая организация ограничивает потребление реактивной мощности из сети. Следовательно, реактивную мощность необходимо вырабатывать в местах ее потребления и снижать ее передачу по элементам сети.

Источниками реактивной мощности могут быть синхронные двигатели и низковольтные конденсаторные батареи. Не скомпенсированная реактивная нагрузка покрывается на шинах 10 кВ.

Необходимость в компенсации реактивной мощности возникает тогда, когда ее величина превосходит значения заданные энергосистемой в часы максимальных активных нагрузок, т.е. экономически обоснованной величины реактивной мощности Q_э1. Для расчета необходимой мощности компенсирующих устройств необходимо знать полную расчетную мощность Р_р, Q_p и S_p по заводу с учетом потерь мощности в трансформаторах и главной понизительной подстанции. Потери мощности в трансформаторах главной понизительной подстанции определяются с учетом мощности и коэффициента загрузки трансформаторов.

кВт, (2.38)

квар, (2.39)

Уточняем расчетную нагрузку завода и коэффициент реактивной мощности на границе раздела между предприятием и энергоснабжающей организацией.

кВт, (2.40)

квар, (2.41)

, (2.42)

Экономическая величина определяется по формуле:

, (2.43)

где Р_р.у -- уточненная расчетная активная нагрузка завода, кВт

tg ц_э1 определяется по формуле:

(2.44)

где tg ц_б =0,5 - базовый коэффициент реактивной мощности, принимаемый для сетей 110 кВ;

d_max - отношение потребления активной энергии к потребителям в квартале максимальной нагрузки системы к потреблению в квартале его максимальной нагрузки;

к - коэффициент, учитывающий отчисление стоимости электроэнергии в различных энергетических системах;

Для энергетических систем Алтайэнерго к = 0,8 при отсутствии конкретных данных принимаем d_max = 1.

Q_э1 = 10006,39 • 0,62 = 6203,96 квар

Необходимая мощность компенсирующих устройства в целом для завода находится:

Q_ку=Q_р.у - Q_э1 = 9908,01-6203,96=3704,05 квар, (2.45)

Найденную величину компенсирующих устройств необходимо распределить в сетях напряжением 10 кВ и 0,4 кВ.

Для нахождения мощности компенсирующих устройств, подключаемых к шинам 10 кВ, определяется tg ц_в:

, (2.46)

Т.к. tg ц_в < tg ц_э1, то размещение компенсирующих устройств на шинах 10 кВ не целесообразно. Все компенсирующие устройства размещаются на стороне низшего напряжения (Q_КУН=Q_КУ).

Компенсирующие устройства на стороне низшего напряжения распределяются пропорционально расчетным реактивным нагрузкам подстанции:

, (2.47)

где Q_КУН = 3704,05 квар, ?Q_НН = 8372,28 квар

Q_{РН i} - расчетная реактивная мощность i подстанции.

Для подстанции №1: квар.

Принимаем к установке комплектные конденсаторы из стандартного ряда, для данной подстанции Q_бк1 = 2 х 75 + 2 х 100 = 350 квар.

Аналогично выполняем расчеты и для других подстанций, результаты расчетов заносим в таблицу 2.6.

Таблица 2.6 - Выбор компенсирующих устройств

Номер цеха	Расчетные нагрузки	Qфакт N x QБК, квар	Уточненное N x SТР/Кз
	Рр, кВт	Qp, квар до комп/после комп	Sp, кВ•А до комп/после комп
1	2	3	4	5	6
1+н.о. (ТП1)	498,735	711,09 / 361,09	869,655 / 615,73	350 2 х (75+100)	2 х 400/0,77
2+8+9+15 (ТП2)	2870,16	3669,3 / 2069,3	4695,34 / 3538,31	1600 2 х (200+600)	2х2500/0,71
4 (ТП3)	510,9	630,39 / 330,39	811,42 / 608,42	300 2 х (50+100)	2 х 400/0,76
5+3+н.о (ТП4)	739,515	1067,1 / 617,1	1284,665 / 963,17	450 2 х (75+150)	2 х 630/0,76
6 (ТП5)	587,84	491,68 / 241,68	766,36 / 635,58	250 2 х (50+75)	2 х 400/0,79
7 (ТП6)	457,7	564,62 / 364,62	726,84 / 585,18	200 2 х 100	2 х 400/0,73
10 (ТП7)	756	354,38 / 204,98	831,15 / 783,14	150 2 х 75	2 х 630/0,62
11+12 (ТП8)	373,79	311,15 / 161,15	487,1 / 400	150 2 х 75	2 х 250/0,8
13 (ТП9)	328,19	170,54 / 95,54	369,86 / 341,81	75 1 х 75	1 х 400/0,85
14 (ТП10)	324,63	422,07 / 222,07	532,47 / 393,32	200 2 х 100	2 х 250/0,79
				5825

Марки конденсаторных батарей сводим в таблицу 2.7.

Таблица 2.7 - Конденсаторные батареи.

Марка конденсаторной батареи	Uн, кВ	QКУ, квар
УК2-0,38-50 У3	0,38	50
УК3-0,38-75 У3	0,38	75
УК4-0,38-100 У3	0,38	100
УКБН-0,38-150 50 У3	0,38	150
УКБН-0,38-200 50 У3	0,38	200
УКЛН-0,38-600-150 У3	0,38	600

Для трансформаторных подстанций выбираем трансформаторы типа ТМЗ (трехфазные масляные с усиленной защитой) по [16].

Таблица 2.8 - Выбор трансформаторов подстанций

Номер подстанции	Марка трансформатора	Номинальная мощность Sном, кВ•А	Номинальное напряжение обмоток, кВ	Потери, кВт	UКЗ, %	IХХ,%
			ВН	НН	?РХХ	?РКЗ
ТП8,ТП10	ТМЗ-250 / 10	250	10	0,4	0,74	3,7	4,5	2,3
ТП1,ТП3,ТП5,ТП6,ТП9	ТМЗ-400 / 10	400	10	0,4	0,95	5,5	4,5	2,1
ТП4,ТП7	ТМЗ-630 / 10	630	10	0,4	1,31	7,6	5,5	1,8
ТП2	ТМЗ-2500/ 10	1000	10	0,4	3,75	24	6	0,8

2.5 Выбор схемы электроснабжения предприятия

При проектировании схемы электроснабжения предприятия следует учитывать такие факторы как надежность, экономичность, удобство в эксплуатации, характер размещения нагрузок на территории предприятия, потребляемую мощность, особенности технологии производства, климатические условия, загрязненности окружающей среды и др.

Для учета этих факторов при проектировании необходимо руководствоваться следующими принципами: источник высшего напряжения максимально приближается к потребителям электрической энергии (или к центру электрических нагрузок завода завода); выбор элементов схемы осуществляется из условий постоянной работы под нагрузкой всех элементов сети и предусматривается раздельная работа параллельных элементов схемы (линий электропередач, трансформаторов и т.д.).

Для питания завода сооружается главная понизительная подстанция. Внешнее электроснабжение осуществляется по магистральной схеме.

Выбор схемы электроснабжения осуществляется по радиальным и магистральным схемам. Каждая из этих схем обладает рядом преимуществ и имеет свои недостатки. Достоинством радиальных схем являются: простота выполнения, надежность эксплуатации, возможность применения простой и надежной защиты. Преимущество магистральных схем: снижение капитальных затрат за счет уменьшения длины питающих линий, уменьшение количества высоковольтных аппаратов, применение при питании цеховых трансформаторных подстанций малой мощности, располагаемых вдоль цеха.

Рассмотрим два варианта:

1) радиальная схема электроснабжения;

2) радиально - магистральная схема электроснабжения.

При расчете вводим ряд допущений:

1) не учитываем стоимость высоковольтного оборудования и электрических аппаратов;

2) учитываем только кабельные линии, отходящие от главной понизительной подстанции;

3) выбор сечения кабельных линий осуществляем по длительно допустимому току;

4) затраты на прокладку кабельных линий считаем для обоих вариантов равными.

Длительно допустимый ток определяем по формуле:

(2.48)

Затраты на обслуживание:

, (2.49)

где Е_н = 0,12 - нормативный коэффициент эффективности;

К - капитальные вложения, руб.;

И_э - ежегодные эксплуатационные издержки, руб.

, (2.50)

где И_а - ежегодные амортизационные отчисления от капитальных затрат, руб;

И_эр - издержки на эксплуатацию и ремонт сетей, руб.;

С_э - стоимость потерь электроэнергии в сетях, руб.

, (2.51)

где Р_а = 0,063 - норма амортизационных отчислений.

, (2.52)

где Р_эр = 0,1 - норма отчислений на эксплуатацию и ремонт.

, (2.53)

где Са = 0,5609 - стоимость расходов, руб/кВт•ч;

??W_л - суммарные потери в кабельных линиях, кВт•ч.

, (2.54)

где I - ток линии в нормальном режиме, А;

R - активное сопротивление кабельной линии, Ом;

ф - время максимальных потерь, час/год.

ф определяем по [2] (стр.64, рис. 1) в зависимости от числа часов использования максимума нагрузки (Т_макс). Для завода тяжелого электросварочного оборудования Т_макс = 4280 ч., ф = 2100 ч/год.

Вариант 1. Радиальная схема электроснабжения

Расчет капиталовложений в радиальную схему сведен в таблицу 2.9.

кВт•ч.;

руб.;

руб.;

руб.;

руб.;

руб.

Вариант 2. Радиально - магистральная схема электроснабжения

Расчет капиталовложений в радиально - магистральную схему сведен в таблицу 2.10.

кВт•ч.;

руб.;

руб.;

руб.;

руб.;

руб.

При сравнении затрат двух вариантов системы электроснабжения выбираем вариант с минимальными затратами. То есть для внутреннего электроснабжения принимается радиально-магистральная схема электроснабжения. Высоковольтные двигатели подключаются непосредственно к главной понизительной подстанции. Питание цеховых трансформаторов и высоковольтных двигателей осуществляется по кабельным линиям, проложенным преимущественно в земле (в туннелях или траншеях).

2.6 Расчет и выбор числа, мощности трансформаторов главной понизительной подстанции. Конструктивная схема, конструктивное исполнение главной понизительной подстанции

В большинстве случаев на главной понизительной подстанции промышленных предприятий устанавливаются два трансформатора. Выбор мощности трансформаторов производится на основании расчетной нагрузки предприятия S_p c учетом проведенной компенсации реактивной мощности.

Если устанавливаются два трансформатора, то расчетная мощность каждого из них определяется по условиям:

кВ•А, (2.55)

При получившейся расчетной мощности из ряда номинальных мощностей трансформаторов выбираем ближайшее стандартное значение трансформатора и проверяем его на дополнительную перегрузку в послеаварийном режиме при отключении одного из трансформаторов с учетом ограничения потребителей III категории.

, (2.56)

кВ•А

Выбираем для рассмотрения трансформаторы с мощностью 6300 кВ•А и 10000 кВ•А.

8820 ? 9188,28 - условие не выполняется;

14000 ? 9188,28 - условие выполняется;

Выбираем два трансформатора ТДН 10000 / 110 по [16]. Данные трансформатора заносим в таблицу 2.9.

Таблица 2.11 - Данные трансформаторов

Марка трансформатора	Номинальная мощность Sном, кВ•А	Номинальное напряжение обмоток, кВ	Потери, кВт	UКЗ, %	IХХ,%
		ВН	НН	?РХХ	?РКЗ
ТДН-10000/110	10000	115	11	14	58	10,5	0,9

Главной понизительной подстанцией называется подстанция, получающая питание от энергосистемы, преобразующая и распределяющая электроэнергию на более низком напряжении по предприятию или по отдельным его районам. Главная понизительная подстанция состоит из открытого распределительного устройства и закрытого распределительного устройства.

На подстанции устанавливаем ячейки типа КМ-1Ф-10-20У3 с выключателями марки ВБЧЭ 10-40.

Питание подстанции осуществляется по воздушным линиям 110 кВ через разъединители, отделители и короткозамыкатели. Питание стороны низшего напряжения производится по схеме с одной рабочей секционированной системой сборных шин с выключателями в цепях трансформаторов и межсекционным выключателем для обеспечения бесперебойного электроснабжения.

2.7 Расчет токов короткого замыкания на стороне высшего напряжения

Основной причиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения является возникновение короткого замыкания в сети или в элементах электрооборудования вследствие повреждения изоляции или неправильных действий обслуживающего персонала.

Короткими замыканиями называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или землей, при котором токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая допустимый ток продолжительного режима.

Расчет токов короткого замыкания необходим для выбора и проверки коммутационных аппаратов по отключающей способности, на динамическую и термическую стойкость, на стойкость к токам короткого замыкания кабельных линии и силового оборудования, для расчета токов срабатывания и коэффициентов чувствительности устройств релейной зашиты.

Для расчета токов короткого замыкания составляем схему замещения, в которую вводят все участвующие в питании короткого замыкания источники тока и все элементы с их связями с местом короткого замыкания и между собой.

					ДП 010200.56.13.007.ПЗ
Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата
Разработал	Орлов И.А.				Литера	Лист	Листов
Проверил	Дудник Е.А.
Н.контр.					РИИ гр. ПМ-61
Утв.

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема Рисунок 2.2 - Схема замещения

Данные для расчета токов короткого замыкания: S_К.З = 1500 MB·A, l_wl = 20 км.

Токи короткого замыкания определяем в следующих точках: на вводе силового трансформатора со стороны питания (точка К₁); за выключателем пассивного элемента на стороне низшего напряжения (точка К₂) (рисунок 2.1 и рисунок 2.2).

Расчет ведется в относительных единицах, для чего принимаем базисные величины:

S_Б = 1000 MB·А, U_Б1 = 115 кВ, U_Б2 = 10,5 кВ

Базисные токи определяются:

кА, (2.57)

, (2.58)

Параметры элементов схемы замещения определяем по следующим формулам:

для энергосистемы

о.е. (2.59)

для воздушной линии:

, (2.60)

где X_уд -- удельное индуктивное сопротивление воздушной линия, Ом/км;

l_wl -- длина линии, км.

о.е.

для двухобмоточного трансформатора:

, (2.61)

где U_k -- напряжение короткого замыкания, %;

S_h.t -- номинальная мощность трансформатора, МВ•А.

о.е.

Ток короткого замыкания в точке К1 определится:

, (2.62)

где E_*GS = 1.

кА

Амплитудное значение ударного тока с учетом апериодической составляющей определяется по следующей формуле:

, (2.63)

где К_УД = 1,7 - ударный коэффициент, принимаемый по [16] (стр.127, табл.2.15)

кА

Значения токов короткого замыкания в точке К₂ определяются с учетом токов подпитки при коротком замыкании от синхронных электродвигателей.

Ток короткого замыкания от энергосистемы определяется по формуле:

, (2.64)

кА

Ток подпитки от синхронных электродвигателей:

, (2.65)

где E_*MG = 1,05?1,07;

X”_d = 0,15.

А, (2.66)

А ? 1,32 кА

Действующее значение суммарного тока короткого замыкания в точке К₂ будет равняться:

, (2.67)

кА.

Значение ударного тока короткого замыкания в точке К2:

, (2.68)

, (2.69)

кА

2.8 Выбор и проверка оборудования на главной понизительной подстанции

Выбору по максимальным рабочим токам и проверки на стойкость токам короткого замыкания подлежат:

- сборные шины;

- коммутационно-защитные аппараты: выключатели, разъединители, отделители, короткозамыкатели, предохранители;

- измерительные трансформаторы тока и напряжения;

- определение минимальных допустимых сечений проводов и кабелей по термической стойкости.

Выбор и проверка оборудования производится на основании результатов расчета номинального и аварийного режима, токов короткого замыкания и сравнение полученных данных с каталожными данными того или иного оборудования.

2.8.1 Выбор оборудования на стороне высшего напряжения

Для выбора разъединителей, отделителей и короткозамыкателей определяется рабочий утяжеленный ток силового трансформатора.

А, (2.70)

Выбор аппаратов защиты производится по [16] и заносится в таблицу 2.12

Таблица 2.12 - Выбор аппаратов защиты

Условие выбора	Расчетная величина	Разъединитель	Отделитель	Короткозамыкатель
Uн ? Up, кВ	110	110	110	110
Iн ? Ip.ут, А	73,48	1000	1000	-
iдин ? iуд, кА	10,06	80	80	51
Iтерм ? I(3)п.о., кА	3,95	31,5	31,5	12,5
Тип	РНД-110/1000 У1	ОДЗ-110/1000 УХЛ1	КЗ-110 УХЛ1

Для защиты от перенапряжений изоляций и трансформаторов аппаратуры, напряжением выше 1 кВ, применяют ограничители перенапряжения.

Таблица 2.13 - Выбор ограничителей перенапряжения.

Тип разрядника	Класс напряжения, кВ	Наибольшее Uдл.доп., кВ
ОПН-У.УХЛ1/TEL-110/77	110	77
ОПН-У.УХЛ1/TEL-35/40,5	35	40,5

Выбор трансформатора тока сводим в таблицу 2.14.

Таблица 2.14 - Выбор трансформатора тока.

Условие выбора	Расчетные данные	Каталожные данные
Uн ? Up, кВ	110	110
Iнт ? Ip.ут, А	73,48	75
Iтерм ? I(3)п.о., кА	3,95	20
Тип	ТВ 110-I У1
Вариант исполнения	200/5

2.8.2 Выбор оборудования на стороне низшего напряжения

Трансформатор тока выбираются по номинальному току и напряжению, мощности нагрузки катушек, класса точности и допускаемой погрешности, а также проверяют на термическую и динамическую устойчивость к токам короткого замыкания.

Номинальная мощность вторичной обмотки трансформатора должна быть не менее суммы мощности, потребляемой приборами и мощности теряемой в проводах и переходных контактах (таблица 2.15). Расчет производится для класса точности 0,5.

Рабочие утяжеленные токи рассчитываются:

для ввода: А, (2.71)

для наиболее загруженной линии (ГПП-ТП2):

А

для секционного выключателя:

А, (2.72)

Номинальная мощность вторичной обмотки определяется по формуле:

, (2.73)

где z_расч - суммарное расчетное сопротивление вторичной цепи.

, (2.74)

, (2.75)

где ?Р_приб - суммарная мощность приборов, подключенных ко вторичной обмотке трансформаторов тока.

Таблица 2.15 - Нагрузка трансформаторов тока

Наименование прибора	Фаза А	Фаза В	Фаза С
Амперметр	0,1	-	-
Электрический счетчик активной энергии	2,5	-	2,5
Электрический счетчик реактивной энергии	2,5	-	2,5
ИТОГО	5,1	-	5,0

Ом.

Для подключения приборов по условиям механической прочности выбираем алюминиевый провод, сечением S = 2,5 мм², удельное сопротивление с_Al = 0,028 Ом•мм²/м. Длина провода для вводимых ячеек l₁ = 15 м, для отходящих линий l₂ = 6 м.

Сопротивление проводов определяется по формуле:

, (2.76)

Для ввода: Ом

Для отходящих линий: Ом

Сопротивление контактов принимается z_конт = 0,1 Ом.

Для ввода:

z_расч = 0,204 + 0,168 + 0,1 = 0,472 Ом;

Р_расч = 5² • 0,472 = 11,8 В•А.

Для отходящих линий:

z_расч = 0,204 + 0,067 + 0,1 = 0,371 Ом;