Расчет электрических нагрузок для группы цехов машиностроительного завода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание: Выполнить расчт электрических нагрузок для группы цехов машиностроительного завода.

Для определения расчетных нагрузок по методу коэффициента спроса необходимо знать установленную мощность Р_ном группы приемников, коэффициенты мощности и спроса данной группы, определяемые по справочным материалам. Определение расчетной силовой нагрузки по установленной мощности и коэффициенту спроса является приближенным методом расчета, поэтому его применение рекомендуют для предварительных расчетов и определения общезаводских нагрузок.

Расчет будем вести в табличной форме, алгоритм приведен ниже (на примере участка чугунного литья).

Алгоритм расчета

1. Номинальная мощность участка .

2. Количество участков, ;

3. По справочному материалу определяем величину коэффициента спроса , а так же

4. Находим расчетную мощность участка чугунного литья исходя из того что:

Для КТП, находящихся в цехе задается коэффициент загрузки.



Зная для КТП и находим расчетную мощность.

- цех цветного литья.

ТСЗ-630/10

- цех компрессорной станции

ТМС-1000/10

Аналогично проводим расчет со всеми нагрузками заданного цеха. Находим суммарную мощность заданного цеха. Суммируем нагрузки всех цехов для нахождения мощности всего машиностроительного завода. После этого находим расчетную мощность с учетом коэффициентов разновременности максимумов.

Эту мощность используем для выбора силовых трансформаторов ГПП. Расчет ведем в табличной форме.

1. Цех цветного литья	Наименование
	Участок чугунного литья	650	4	0,6		0,8	0,75	1560	1170
	Участок цветного литья	720	3	0,55		0,8	0,75	1188	891
	КТП	630	2		0,72	0,8	0,75
	Итого по цеху							3666,77	2750,08
	С учетом							3483,43	2475,07	4273,2
2. Компрессорная станция	СД	1000	6	0,8		0,86	0,58	4800	-2784
	КТП	1000	3		0,85	0,8	0,75
	Итого по цеху							7383,04	-717,6
	С учетом							7013,89	-645,84	7043,56
3. Прокатно-штамповочный цех	Участок прокатки прутков	8200	1	0,6		0,8	0,75	4920	3690
	Штамповочный участок	3800	1	0,75		0,8	0,75	2850	2137,5
	ЭПС	1900	1	0,85		0,95	0,33	1615	529,72
	Индукционные установки	1200	1	0,8		0,8	0,75	960	720
	Итого по цеху							10345	7606,94
	С учетом							9827,75	6846,24	11977,3
4.Механический цех	Участок механической обработки изделий	3600	1	0,16		0,5	1,732	576	997,63
	Сварочный участок	7500	1	0,4		0,6	1,333	3000	3999
	Сборочный участок	5000	1	0,6		0,6	1,333	3000	3999
	Итого по цеху							6576	8995,63
	С учетом							12576	8096,1	14956,69
5.Технологическая насосная	Высоковольтные АД	400	5	0,7		0,88	0,49	1400	686
	КТП	1000	2		0,8	0,8	0,75	1620,01	1215,01
	Итого по цеху							3020,01	1901,01
	С учетом							2869,01	1710,91	3340,42
Итого по заводу	35770,1	18482,5	40262,9

Поскольку в составе потребителей находятся потребители первой категории то проектируем двухтрансформаторную подстанцию.

Найдем :

Т.к. , следовательно, требуется компенсация реактивной мощности.



Выберем КУ (с учетом двухтрансформаторной подстанции):

Технико-экономическое сравнение выбора трансформаторов

Мощность трансформатора определяется по полной расчетной нагрузке:

где N - количество трансформаторов; - коэффициент загрузки.

Примем возможную перспективу роста в 10%. При это получим

Возможно несколько вариантов выбора номинальной мощности трансформаторов. Проанализируем оба варианта и выберем наиболее экономически целесообразный. Анализ будем вести по минимуму приведенных затрат.

ТРДН-32000/110



- нормативный коэффициент =0,125

- стоимость трансформатора, =285 тыс. грн.

Найдем коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме:

Найдем реактивные потери в трансформаторах:

Найдем активные потери в трансформаторах



При однотрансформаторном режиме:

Трансформатор при аварийном режиме не перегружен.

Если учесть рост нагрузок на 10%

При аварийном режиме трансформатор также не перегружен.

Определим потери в трансформаторе в послеаварийном режиме:

Проверим



Найдем потерю электроэнергии в трансформаторах:

- приведенные потери короткого замыкания, кВт;

- приведенные потери холостого хода, кВт;

- время максимальных потерь, ч.

- сумма часов в году, ч.

Стоимость потерянной электроэнергии:

- стоимость 1 кВтч потери электроэнергии.

ТРДН-40000/110



- нормативный коэффициент =0,125

- стоимость трансформатора, =327 тыс. грн.

Найдем коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме:

Найдем реактивные потери в трансформаторах:

Найдем активные потери в трансформаторах

При однотрансформаторном режиме:



Трансформатор при аварийном режиме не перегружен.

Если учесть рост нагрузок на 10%

Трансформатор проверку по послеаварийному режиму проходит.

Определим потери в трансформаторе в послеаварийном режиме:

Проверим

Найдем потерю электроэнергии в трансформаторах:



Выбираем трансформатор ТРДН-32000/110, т.к. вариант при технико-экономическом сравнении по затратам и капиталовложениям оказался дешевле.

Проектируем план расположения цехов. План представлении на рисунке 1. Цеха равномерно распределены по территории завода. Предварительно рассчитав мощности нагрузок каждого цеха находим ЦЕН. (Центр цеха - пересечение диагоналей соответствующего прямоугольника). Кабельные линии прокладываем в кабельных траншеях.

Рисунок 1. План завода. Расчет ЦЕН

Таблица 1. Расчет ЦЕН

Наименование цеха
Цех цветного литья	3483,43	65	65	226422,95	226422,95
Компрессорная станция	7013,89	12	60	84166,68	420833,4
Прокатно-штамповочный цех	9827,75	122	60	1198985,5	589665
Механический отдел	12576	111	14	1395936	176064
Технологическая насосная	2869,01	26	14	74594,26	40166,14
Суммарные	35770,08	83,3	40,62	2980105,38	14531451,49

Наносим координаты ЦЕН на план завода. В районе ЦЕН проектируем ГПП. От ГПП к соответствующим цехам прокладываем кабельные лини (в траншеях). Задавшись масштабом на плане 1мм10 м измеряем длины проложенных кабельных линий и вычисляем их длины. Имеем:

Таблица 2. Расчет длин кабелей

Наименование линии	Нагрузка КЛ	Длина на плане, мм	Реальная длина КЛ, м
КЛ-1	Цех цветного литья	33	330
КЛ-2	Компрессорная станция	75	750
КЛ-3	Прокатно-штамповочный цех	40	400
КЛ-4	Механический отдел	14	140
КЛ-5	Технологическая насосная	65	650

Для каждого цеха проектируем свой РП. Всю нагрузку завода равномерно распределяем по двум трансформаторам. Упрощенная схема электроснабжения представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Упрощенная однолинейная схема электроснабжения завода



Выбор кабелей к РП

Сечения проводников должны быть проверены по экономической плотности тока. Экономически целесообразное сечение s, мм², определяется из соотношения

где I_р - расчетный ток в час максимума энергосистемы, А;

j_э - нормированное значение экономической плотности тока, А/мм², для заданных условий работы, выбираемое по таблице.

Выбираем кабели с бумажной изоляцией с алюминиевыми жилами (отсюда ).

Сечение, полученное в результате указанного расчета, округляется до ближайшего стандартного сечения. Расчетный ток принимается для нормального режима работы, т. е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается.

КЛ-1

В нормальном режиме кабели КЛ-1 питают половину нагрузки РП-1.

()

Зная величину тока и экономическую плотность тока находим расчетное сечение кабельной линии.

В послеаварийном режиме кабели КЛ-1 питают всю нагрузку РП. За послеаварийный принимаем полный ток нагрузки на РП-3.

максимальный рабочий ток, протекающий через кабели;

коэффициент, учитывающий наличие параллельно проложенных кабелей;

коэффициент, учитывающий отличие расчетной температуры от номинальной;

коэффициент, учитывающий возможную перегрузку кабелей, принимаем 1,31

количество параллельно проложенных кабелей.

Принимаем

При одном кабеле в траншее

Принимаем



Выбираем 1 алюминиевый кабель сечением 95 мм².

Кабель проверку проходит

Проверим кабель по допустимой потере напряжения:

длна кабельной линии, км;

погонное активное и реактивное сопротивление кабелей,

количество параллельно проложенных кабелей.

Потеря напряжения не превосходит допустимого значение (5%), кабель проходит проверку по потере напряжения.

Аналогичный расчет производим для остальных кабельных линий, а результат сводим в таблицы 3, 4.

Таблица 3. Выбор кабельных линий. Проверка кабелей по послеаварийному режиму

Тип
КЛ-1	4273,2	123,36	88,11	1	95	205	95	264,45	246,7	1	95	264,45	95
КЛ-2	7043,56	203,33	145,2	1	150	275	150	354,75	406,66	1	185	433,2	185
КЛ-3	11977,3	345,73	246,9	2	150	275	300	638,55	691,5	3	150	957,83	450
КЛ-4	14956,69	431,76	308,4	3	120	240	360	789,48	863,52	4	120	990,72	480
КЛ-5	3340,42	96,42	68,87	1	70	165	70	212,85	192,86	1	70	212,85	70

Таблица 4. Проверка кабельных линий по потере напряжения

Тип
КЛ-1	246,7	0,33	1	0,405	0,057	33,29	0,33
КЛ-2	406,66	0,75	1	0,256	0,056	79,91	0,79
КЛ-3	691,5	0,4	3	0,256	0,056	70,99	0,71
КЛ-4	863,52	0,14	4	0,32	0,057	38,72	0,39
КЛ-5	192,86	0,65	1	0,56	0,057	70,56	0,71

Выбор воздушных линий Л-1.

Найдем нагрузку на высокой стороне трансформаторов (с учетом потерь в трансформаторах).

а) метод экономической плотности тока

Найдем токи, протекающие по каждой из линий:

при , алюминиевых проводах

Зная токи и плотность тока найдем сечение по формуле:



Выбираем повод марки АС-120

Найдем ток, протекающий в послеаварийном режиме и сравним его с длительно-допустимым.

б) метод токовых интервалов

Найдем токи, протекающие по каждой из линий:

при ,

Найдем рабочий ток

При двухцепных железобетонных опорах, 1-2 район по гололеду выбираем АС-95.

Выбираем АС-95.

Ном. параметры СД и АД

СД

СДН-15-59-63У3



АД

ДАЗО4-85/62-8У1

Расчет токов КЗ

Расчет ведем в относительных единицах приближенном приведении. Произвольно выбираем базисную мощность: , . Схема для расчета представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема для расчета токов КЗ

Расчет параметров схемы замещения



При КЗ за трансформатором двигатели не учитываем

К1

Рисунок 4. Схема для расчета токов КЗ в точке К1

К2

Рисунок 5. Схема для расчета токов КЗ в точке К2



Рисунок 6. Схема для постоянных времени для точки К2

К3

Рисунок 7. Схема для расчета токов КЗ в точке К3



Разнесем сопротивление по ветвям источника бесконечной мощности и ветвями АД и СД.

Рисунок 8. Преобразованная схема для расчета токов КЗ в точке К6



К4

Рисунок 9. Схема для расчета токов КЗ в точке К3

Разнесем сопротивление по ветвям источника бесконечной мощности и ветви с АД.



Рисунок 10. Преобразованная схема для расчета токов КЗ в точке К3

К5

Рисунок 11. Схема для расчета токов КЗ в точке К3

Разнесем сопротивление по ветвям источника бесконечной мощности и ветви с СД.



Рисунок 12. Преобразованная схема для расчета токов КЗ в точке К3

К6

Рисунок 13. Схема для расчета токов КЗ в точке К3



Разнесем сопротивление по ветвям источника бесконечной мощности и ветвями АД и СД.

Рисунок 14. Преобразованная схема для расчета токов КЗ в точке К6



К7

Рисунок 15. Схема для расчета токов КЗ в точке К3

Разнесем сопротивление по ветвям источника бесконечной мощности и ветвями АД и СД.



Рисунок 16. Преобразованная схема для расчета токов КЗ в точке К6

Таблица 5. Результаты расчетов токов КЗ

Точка КЗ
К1	22,36	-	22,36
К2	16	3,16	20,3
К3	15,25	3,14	19,43
К4	15,27	3,23	19,5
К5	14,44	2,94	18,52
К6	16,1	3,16	20,3
К7	15,7	3,1	19,7



Расчет теплового импульса среднеквадратического тока

Рисунок 17. Упрощенная схема для расчета теплового импульса

Для проверки кабельных линий от ГПП к РП необходимо рассчитать тепловой импульс на шинах ГПП. По величине этого импульса проверяем кабель по термической стойкости к токам КЗ. За расчетный ток принимаем ток в точке К2.

При подпитке от системы и синхронных двигателей тепловой импульс среднеквадратического тока составит:

периодическая составляющая тока к.з. от системы, кА;

периодическая составляющая тока к.з. от двигателей, кА;

время отключения КЗ, с;



время действия релейной зашиты, принимаем 0,5 с.

собственное время выключателя (время от подачи сигнала на отключающий электромагнит до полного погашения дуги между полюсами). Для вакуумных выключателей принимаем 0,1с.

постоянная времени затухания периодической составляющей тока КЗ от двигателей, принимаем 0,07 с.

постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ схемы, определяемая по формуле:

постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з. от системы, равная

постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з. от двигателей, принимаем

Определяем минимальное сечение кабеля по тепловому импульсу:

теповой импульс среднеквадратического тока,

температурный коэффициент. Для алюминиевых жил

Таблица 6. Проверка кабельных линий по тепловому импульсу

Тип			Результат
КЛ-1	95	145,73	не проходит	1	150	150
КЛ-2	185	145,73	проходит	-	-	-
КЛ-3	3·150	145,73	проходит	-	-	-
КЛ-4	4·120	145,73	проходит	-	-	-
КЛ-5	70	145,73	не проходит	1	150	150

Компенсация реактивной мощности

Источник реактивной мощности-БК

приведенные затраты на потребление и генерацию РМ;

затраты, связанные с передачей РМ, (стоимость потерь);

затраты, связанные с сооружением ИРМ;

затраты, связанные с платой за потребленную РМ.



потребляемая реактивная мощность;

время максимальных потерь;

тариф по активной энергии;

номинальное напряжение;

сопротивление параллельно работающих трансформаторов.

нормативный коэффициент капиталовложений;

амортизационные отчисления;

реактивная мощность нагрузки;

мощность компенсирующих устройств;

удельный коэффициент.

потребленная РМ;

время максимальной НГ;

средний тариф по активной энергии;

коэффициент, зависящий от коэффициента мощности потребителя

экономический коэффициент.

Приведенные затраты состоят из трех составляющих, зависящих от . Поскольку это функция, то для нахождения ее минимума (наиболее экономически эффективного результата) необходимо взять первую производную по и приравнять ее нулю.



величины реактивной мощности, которую целесообразно потреблять потребителю.

Из двух корней выбираем положительный корень (т.к. отрицательный свидетельствует о генерации РМ в сеть, а это не выгодно).

Пользуясь полученными графиками рис 5 и табличными расчетами, полученными в среде Excel имеем:

Работаем на прямом участке кривой суммарных капиталовложений. Детально разберем промежуток от 15000 до 20000 квар (прямой участок, переходящий после 20000 квар в неэкономически целесообразную зону.

Таблица 7. Зависимость суммарных капиталовложений от передаваемой мощности

	15000	15500	16000	16500	17000	17500
	862087,8	864197,6	866574,6	869231,5	872180,7	875435
	18000	18500	19000	19500	20000
	879000,8	882908,8	887153,5	891753,5	896721,3

Проанализировав кривые и табличные расчеты приходим к выводу о целесообразной реактивной мощности, переданной потребителю:

мощность, которую целесообразно потреблять потребителю.



Из ряда стандартных БК набираем требуемую мощность

силовой трансформатор электроэнергия

Размещено на Allbest.ru