Электроснабжение завода продольно-строгальных станков

@Yu Gothic UI Semilight Greek;

@Yu Gothic UI Semilight Tur;Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Электроснабжение завода продольно-строгальных станков

Абакан 2014

Содержание

Задание

Введение

1.Краткие характеристики предприятия

2.Расчет электрической нагрузки предприятия

2.1. Приближенный расчет осветительных установок цехов методом удельной нагрузки на единицу площади цеха.

2.2. Определение расчетных электрических нагрузок ЭП до 1 кВ в целом по предприятию (корпусу)

2.3. Расчет числа цеховых трансформаторов.

2.3.1. Расчет удельной плотности нагрузки низкого напряжения (НН) на территории размещения электроприемников предприятия и выбор желаемой номинальной мощности трансформаторов цеховых подстанций (ЦТП).

2.3.2. Расчет минимально-допустимого числа цеховых трансформаторов по условию передачи активной мощности на напряжение 0,4 кВ

2.4. Определение мощности компенсирующих устройств НН и распределение комплектных конденсаторных установок (ККУ) НН по ЦТП

2.5. Расчет потерь активной и реактивной мощности в цеховых трансформаторах Определение результирующих нагрузок на стороне 6 - 10 кВ цеховых трансформаторах, с учетом ККУ НН и потерь в трансформаторах.

2.7. Расчет электрических нагрузок на напряжении 6-10 кВ

2.7.1. Выбор номинального напряжения для высоковольтных электроустановок. Предварительная привязка потребителей 6-10

2.7.2. Определение расчетной нагрузки на сборных шинах 6-10 кВ РУ или ГПП методом коэффициентов расчетной активной нагрузки (в соответствии с РТМ 36.18.32.4-92).

3. Проектирование схемы внешнего электроснабжения.

3.1. Выбор рационального напряжения связи предприятия с электроэнергетической системой (ЭЭС).

3.1.1. Определение расчетного напряжения связи предприятия с районной подстанцией.

3.1.2. Разработка вариантов внешнего электроснабжения предприятия с выбором сечений ВЛЭП и номинальной мощности трансформаторов ГПП.

3.1.3. Расчет потерь мощности в ВЛЭП и трансформаторах ГПП.

3.1.4. Технико-экономическая оценка вариантов внешнего электроснабжения.

3.2. Расчет баланса реактивной мощности на границе балансового разграничения с

3.3. Корректировка мощности трансформаторов ГПП учетом дополнительных средств КРМ.

3.4. Разработка схем ввода электроэнергии на территорию предприятия с выбором места расположения ГПП или ЦРП

4. Проектирование схемы канализации электроэнергии по территории предприятия

4.1. Построение картограммы электрических нагрузок цехов и обособленных подразделений предприятия.

4.2. Распределение нагрузок ниже 1000 В совокупности цехов и подразделений предприятия.

4.3. Разработка вариантов схем канализации электроэнергии по КТП с учетом требований по резервированию электроснабжения, как по высокому, так и низкому напряжению

4.4. Выбор параметров схем канализации электроэнергии на предприятии

4.4.1. Выбор кабелей, питающих ЦТП

4.4.2. Выбор кабелей резервирования по низкой стороне ЦТП

4.5. Технико-экономическое сравнение вариантов канализации электроэнергии на предприятии

5. Выбор оборудования и его проверка по токам короткого замыкания (т.к.з.)

5.1. Выбор оборудования

5.2. Расчет токов к.з. в сети напряжением выше 1000 В

5.3. Проверка оборудования по токам к.з.

6. Качество электроэнергии в сети напряжением выше 1000 В

6.1. Расчет потерь напряжения в сети напряжением выше 1000 В и цеховых трансформаторах

6.2. Оценка отклонения напряжения на зажимах высоковольтных потребителей электроэнергии и шинах низкого напряжения цеховых трансформаторов.

6.3. Выбор схемы пуска высоковольтных двигателей.

7. Конструктивное исполнение системы электроснабжения

8. Расчет устройств заземления и грозозащиты подстанции.

9. Проектирование цехового электроснабжения

9.1. Характеристика цеха и технические показатели электроприемников.

9.2. Определение центра электрических

9.3. Светотехнический и электротехнический расчет осветительной сети.

9.4. Разработка вариантов схем цехового электроснабжения.

9.4. Определение расчетных электрических нагрузок и пиковых токов для выбора параметров защитных аппаратов и токоведущих элементов цеховой сети.

9.4.1 Расчет первого уровня электроснабжения

9.4.2. Расчет второго уровня электроснабжения

9.5. Расчет параметров элементов электроснабжения для вариантов схем электроснабжения цеха.

9.5.1. Выбор марок распределительных пунктов и шинопроводов.

9.5.2. Выбор параметров коммутационно - защитных аппаратов и уставок их защиты.

9.5.3. Выбор сечений проводов и кабельных линий.

9.6. Технико-экономическое сравнение вариантов схемы цеховой сети.

9.7. Проверка оборудования в сети напряжением ниже 1000 В на отключающую способность и чувствительность к токам КЗ.

9.7.1. Расчет токов трехфазного к.з. в сети напряжением ниже 1000 В.

9.7.2. Проверка защитных аппаратов сети напряжением ниже 1000 В на отключающую способность.

9.7.3. Расчет токов однофазного к.з. в сети напряжением ниже 1000 В.

9.7.4. Проверка защитных аппаратов сети напряжением ниже 1000 В на чувствительность к токам КЗ.

9.8. Расчет потерь напряжения в цеховой сети.

9.9. Анализ качества напряжения цеховой сети и расчет отклонения напряжения для характерных режимов силовых электроприемников (самого мощного и самого удаленного)

9.10. Конструктивное исполнение цеховой сети

10. Проверка перегрузочной способности трансформаторов пусковыми токами

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



Задание

электроснабжение завод проектирование схема

Тема "электроснабжение завода тяжелого машиностроения"

Исходные данные на проектирование:

1. Схема генерального плана завода (генплан № 33, с. 53).

2. Сведения об электрических нагрузках по цехам завода.

3. Питание может быть осуществлено от подстанции энергосистемы неограниченной мощности, на которой установлены два трехобмоточных трансформатора мощностью 40 МВА, напряжением 115/37/10,5 кВ. Реактивное сопротивление системы на стороне 115 кВ, отнесенное к базисной мощности 100 МВА, 0,2. Работа трансформаторов раздельная.

4. Расстояние от подстанции энергосистемы до завода 73 км.

5. Стоимость электроэнергии за 1 кВт-ч задается по уровню тарифа, установленному Федеральной службой по тарифам.

6. Предприятие работает в две смены.

Таблица 1 - Электрические нагрузки завода тяжелого машиностроения

Наименование	Количество электроприем-ников	Установленная мощность электроприемников, кВт
		одного	суммарная
1 . Главный механический корпус	450	1-150	6800
2. Блок вспомогательных цехов	180	1-50	3000
3. Цех цветных металлов	См. прил. 2Д вар 1
4. Моторный цех	150	1-100	2500
5. Литейный цех:
а) электродуговые печи 15т	2	По каталогу
б) 0,4 кВ	50	1-80	2100
6. Экспериментальный цех	30	1-20	750
7. Термический цех	100	1-120	2100
8. Компрессорная:
а)0,4кВ	8	2-50	208
б) синхронный двигатель 10 кВ	3	1200	3600
9. Склад	5	2-10	40
10, Кислородная	10	10-50	320
11. Насосная второго объема:
а) 0,4 кВ	10	6-20	140
б) синхронный двигатель 6 кВ	6	500	3000
12. Склад регенерации масел	15	1-30	70
13. Склад химикатов	2	10	20
14. Паровозное депо	5	10-20	60
15. Столовая, заводоуправление	20	1-30	350

Освещение цехов территории определить по площади.

Рисунок 1- Ген план.

Механический цех

Потребителей ЭЭ

Механический цех предназначен для серийного nроизводства изделий.

Он является всnомогательным цехом и выполняет заказы основных цехов.

Станочное отделение выnолняет nодготовительные оnерации (обдирку) изделий для дальнейшей обработки их на анодно-механических станках. Для этой цели установлено основное оборудование: обдирочные, шлифовальные, анодно-механические станки и др.

В цехе nредусмотрены nроизводственные, всnомогательные, служебные и бытовые nомещения.

Количество рабочих смен - 2.

Потребители цеха относятся к 2 и 3 категории надежности ЭСН, работают в нормальной окружающей среде. Грунт в районе цеха - песок с темnературой +20 °С.

Каркас здания механического цеха смонтирован из блоков-секций длиной 6 м каждый.

Размеры цеха Ах В хН= 48 х30 х 9 м.

Вспомогательные, бытовые и служебные помещения двухэтажные высотой 4 м.

Перечень оборудования цеха дан в таблице.

Мощность электропотребления (Рэп) указана для одного электроприемника.

Расnоложение основного оборудования показано на nлане.

Таблица 2 - Перечень ЭО механического цеха тяжелого машиностроения.

№ на плане	Наименование ЭО	Вариант №1
		Рэп,кВт
1…5	Шлифовальные станки	88,5
6, 16, 18…20	Обдирочные станки типа РТ-341	45
17	Кран мостовой	60 кВ*А
21…23, 29…31	Обдирочные станки типа РТ-250	35
24…28, 34…36	Анодно-механические станки типа МЭ-31	18,4
7…15	Анодно-механические станки типа МЭ-12	10
32	Вентилятор вытяжной	28
33	Вентилятор приточный	30

Рисунок 2 - План расположения ЭО механического цеха.



Введение

Надежное и экономичное обеспечение промышленных предприятий электрической энергией надлежащего качества в соответствии с графиком ее потребления является важной задачей. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных электроприемников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электросварочные и осветительные установки и др.

Инженерный проект - это модель будущей системы электроснабжения, представленная в схемах, чертежах, таблицах и описаниях, которые созданы в результате логического анализа исходных данных и на основе расчетов и сопоставления вариантов. Система электроснабжения, как в схемах, так и в конструктивных чертежах должна обеспечивать без существенной ее реконструкции возможность роста электроснабжения объектами предприятия. Схема электроснабжения должна строиться так, чтобы все ее элементы постоянно находились под нагрузкой, а при аварии или плановом ремонте оставшиеся в работе могли принять на себя нагрузку, обеспечив после необходимых переключений функционирование основных производств предприятия.

В условиях действующих предприятий особую заботу для энергетиков представляют задачи экономии электрической энергии, особенно в части нормирования и регулирования электроснабжения.

Задача данного курсового проекта - спроектировать систему электроснабжения завода продольно-строгальных станков.

Данная система электроснабжения должна соответствовать самым современным требованиям к системам, таким как надежность, экономичность, безопасность для человека и окружающей среды.



1. Краткая характеристика предприятия

Завод тяжелого машиностроения предназначен для серийного производства деталей, запчастей машин.

Завод располагает 14 цехами, в которых протекает связанный технологический процесс, начиная от литейного производства и заканчивая сборкой изделий.

Завод получает питание от подстанции энергосистемы неограниченной мощности, на которой установлены два трехобмоточных трансформатора мощностью по 40 МВА, напряжением 150/37/10,5 кВ. Трансформаторы работают раздельно. Расстояние от подстанции энергосистемы до завода 73 км.

Завод работает в 2 смены.

Механический цех является всnомогательным цехом и выполняет заказы основных цехов.

Станочное отделение выnолняет nодготовительные оnерации (обдирку) изделий для дальнейшей обработки их на анодно-механических станках. Для этой цели установлено основное оборудование: обдирочные, шлифовальные, анодно-механические станки и др.

Потребители цеха относятся к 2 и 3 категории надежности ЭСН, работают в нормальной окружающей среде. Грунт в районе цеха - песок с темnературой +20 °С.

Каркас здания механического цеха смонтирован из блоков-секций длиной 6 м каждый.

Проектируемый цех имеет размеры 48Ч30 м общей площадью 1440 м2. Всего в цехе установлено 36 электроприемников.

Характеристика электроприемников:

По производственному назначению: все электроприемники относятся к двигателям силовых общепромышленных установок и производственных механизмов. К этой группе относятся вентиляторы, подъемно-транспортировочные устройства, станки общепромышленного назначения.

По режиму работы электроприемники разделяются на две группы: работающие в длительном режиме и повторно-кратковременном.

В продолжительном режиме с постоянной нагрузкой работают двигатели вентиляторов; в повторно-кратковременном режиме работают станочное оборудование, краны и сварочные аппараты.

Все приемники электроэнергии рассчитаны на трехфазный переменный ток и напряжение 380 В промышленной частоты 50 Гц.

По стабильности расположения: все электроприемники имеют стационарное расположение и по площади участка распределены равномерно.

По надежности электроснабжения приемники электроэнергии цеха относятся к потребителям II категории.

Характеристика помещения:

Микроклимат в цехе нормальный, т.е. температура не превышает +30°С, наличие вредных веществ находящихся в воздухе соответствует нормам ПДК, отсутствует технологическая пыль, газы и пары, способные нарушить нормальную работу оборудования.

По пожароопасности помещение цеха относится к классу П-IIа - не пожароопасное; по взрывоопасности к классу В-IIа - не взрывоопасное. По степени доступности - общедоступное.

Остановка отдельных электроприемников на общий технологический процесс существенно не влияет, но может привести к повреждению оборудования и к экономическому ущербу.



2. Расчет электрической нагрузки предприятия

Электрические сети служат для передачи и распределения электрической энергии к цеховым потребителям промышленных предприятий. Потребители электроэнергии присоединяются через внутрицеховые подстанции и распределительные устройства при помощи защитных и пусковых аппаратов.

Электрические сети промышленных предприятий выполняются внутренними (цеховыми) и наружными. Наружные сети напряжением до 1 кВ имеют весьма ограниченное распространение, так как на современных промышленных предприятиях электропитание цеховых нагрузок производится от внутренних встроенных или присоединенных трансформаторных подстанций.

2.1 Приближенный расчет осветительных установок цехов методом удельной нагрузки на единицу площади цеха

Предварительно определим осветительную нагрузку по упрощенным формулам, согласно площадям цехов.

Таблица 3 - Осветительная нагрузка цехов

	Наименование потребителя	F, м2	д, Вт/м2	Ксо	Рро, кВт	cosц	tgц	Qро, кВар
1	Главный мех. Корпус	13542	16	0,95	205,83	0,65	1,17	240,83
2	Блок вспомогательных цехов	3542	17	0,95	57,20	0,7	1,02	58,34
3	Механический цех	2552	16	0,95	38,79	0,8	0,75	29,09
4	Моторныйй цех	4991	16	0,95	75,87	0,75	0,88	66,91
5	Литейный цех	3724	16	0,95	56,60	0,8	0,75	42,45
6	Экспериментальный цех	938	16	0,95	14,25	0,7	1,02	14,54
7	Термический цех	3333	16	0,95	50,67	0,65	1,17	59,24
8	Компрессорная	382	16	1	6,11	0,8	0,75	4,58
9	Склад	760	16	0,6	7,29	0,8	0,75	5,47
10	Кислородная	208	16	1	3,33	0,8	0,75	2,50
11	Насосная второго объема	208	6	1	3,33	0,8	0,75	2,50
12	Склад регенерации масел	152	16	0,6	1,46	0,6	1,33	1,94
13	Склад химикатов	325	16	0,6	3,12	0,6	1,33	4,17
14	Паровозное депо	260	16	0,6	2,50	0,6	1,33	3,33
15	Столовая, заводоуправление	1823	16	0,9	26,25	0,9	0,48	12,71
ИТОГО				552,61		0,99	548,61

Po=S*kc.o.*д

S- определено из схемы,

kc.o. - коэффициент спроса.

2.2 Определение расчетных электрических нагрузок

ЭП до 1кВ в целом по предприятию(корпусу) методом коэффициентов расчетной активной нагрузки(в соответствии с РТМ 36.18.32.4-92). Определение расчётной электрической нагрузки цеха обработки цветных металлов. Последовательность расчета электрических нагрузок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 4 - Подробно проектируемый цех

Исходные данные	Расчетные величины	Эффективное число ЭП	Коэффициент расчетной нагрузки Kр	Расчетная мощность	Расчетный ток, А
Наименование ЭП	Количество ЭП n, шт.	Номинальная мощность, кВт	Коэффициент использования Kи	Коэффициент реактивной мощности	Kи·Рном	Kи·Рном·tg ц	n·р2ном			активная, кВт	реактивная, квар	полная, кВА
		одного ЭП	общая Рном=?(n·рном)		cos ц	tg ц				nэ=2·?Рном /рном,max
		рном										Рр=Kр·?(Kи·Рном)	Qp=Kр·?(Kи·Рном·tg ц)
		рном,min	рном,max
Шлифовальные станки	5		88,5	442,5	0,3	0,65	1,17	132,75	155	39161	5	1	132,8	155
Обдирочные станки типа РТ-341	5		45	225	0,17	0,65	1,17	38,25	45	10125	5	1,1	42,08	49
Кран мостовой	1		60	60	0,05	0,5	1,73	3	5	3600	1	2,67	8,01	14
Обдирочные станки типа РТ-250	6		35	210	0,17	0,65	1,17	35,7	42	7350	6	1	35,7	42
Анодно-механические станки типа МЭ-31	8		18,4	147,2	0,17	0,6	1,33	25,024	33	2708	8	1	25,02	33
Анодно-механические станки типа МЭ-12	9		10	90	0,17	0,6	1,33	15,3	20	900	9	0,9	13,77	18
Вентилятор вытяжной	1		28	28	0,65	0,8	0,75	18,2	14	784	1	1,3	23,66	18
Вентилятор приточный	1		30	30	0,65	0,8	0,75	19,5	15	900	1	1,3	25,35	19
Итого	36		314,9	1232,7	0,23		1,14	287,724	329	65529	23	0,85	245	280

Эффективное (приведенное) число ЭП - это такое число однородных по режиму работы ЭП одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума Рм , что и группа ЭП, различных по мощности и режиму работы

Средневзвешенный коэффициент использования принимаем по формуле:

Коэффициент максимума Kр определяется по табл. в функции эффективного числа электроприемниковnэ и средневзвешенного Ки,Kр=0,8

Расчетная активная мощность подключенных к узлу питания:

Pр = Kр

Расчетная реактивная мощность электроприемников, подключенных к узлу питания:

Полная расчетная мощность, расчетный ток:

Таблица 5 - Расчет нагрузки 0,4 кВ

Исходные данные	Расчетные величины	Эффективное число ЭП	Коэффициент расчетной нагрузки Kр	Расчетная мощность
Наименование ЭП	Количество ЭП n, шт.	Номинальная мощность, кВт	Коэффициент использования Kи	Коэффициент реактивной мощности	Kи·Рном	Kи·Рном·tg ц			активная, кВт	реактивная, квар	полная, кВА
		одного ЭП	общая Рном=?(n·рном)		cos ц	tg ц			nэ=2·?Рном /рном,max
		рном									Рр=Kр·?(Kи·Рном)	Qp=Kр·?(Kи·Рном·tg ц)
		рном,min	рном,max												Рро, кВт	Р+Рро, кВт
Главный производственный корпус:
Главный меанический корпус	450	1	150	6800	0,3	0,65	1,17	2040	2385	91	0,7	1428	1670	2197	205,83	2245,83
Блок вспомогательных цехов	180	1	50	3000	0,3	0,7	1,02	900	918	120	0,7	630	643	900	57,20	957,20
Механический цех	36	0	314,9	1232,7	0,35	0,8	1,14	631	692	8	0,91	393	448	595	38,79	670,24
Моторный цех	150	1	100	2500	0,35	0,75	0,88	875	772	50	0,7	613	540	817	75,87	950,87
Литейный цех: 0,4 кВ	50	1	80	2100	0,7	0,8	0,75	1470	1103	50	0,8	1176	882	1470	56,60	1526,60
Экспериментальный цех	30	1	20	750	0,2	0,7	1,02	150	153	30	0,65	98	99	139	14,25	164,25
Термический цех	100	1	120	2100	0,5	0,65	1,17	1050	1228	35	0,75	788	921	1212	50,67	1100,67
Компресорная: 0,4 кВ	8	2	50	208	0,6	0,8	0,75	124,8	94	8	0,92	115	86	144	6,11	130,91
Склад	5	2	10	40	0,3	0,8	0,75	12	9	5	1	12	9	15	7,29	19,29
Кислородная	10	10	50	320	0,60	0,8	0,75	192	144	10	0,9	173	130	216	3,33	195,33
Насосная второго объема: 0,4 кВ	10	6	20	140	0,6	0,8	0,75	84	63	10	0,9	76	57	95	3,33	87,33
Склад регенгерации масел	15	1	30	70	0,3	0,6	1,33	21	28	5	1	21	28	35	1,46	22,46
Склад химикатов	2	0	10	20	0,30	0,6	0,00	0	0	2	1,9	0	0	0	3,12	3,12
Паровозное депо	5	10	20	60	0,3	0,6	1,33	18	24	5	1	18	24	30	2,50	20,50
Столовая, заводоуправление	20	1	30	350	0,4	0,9	0,48	140	68	20	0,85	119	58	132	26,25	166,25
Итого	1000		200	18641	0,40		0,98	7422	7261	186	0,71	5269	5155	7132	552,61	8060,86

2.3 Расчет числа цеховых трансформаторов

Для выбора мощности цеховых трансформаторов на предприятии определим мощность одного трансформатора и с учетом этой мощности будем вести дальнейшие расчеты. Для этого определим удельную плотность нагрузки.

2.3.1 Расчет удельной плотности нагрузки низкого напряжения (НН) на территории размещения электроприемников предприятия и выбор желаемой номинальной мощности трансформаторов цеховых подстанций (ЦТП)

Объединим цеха предприятия в группы и наметим ориентировочно расположение цеховых трансформаторных подстанций для этих групп цехов.

Удельная плотность нагрузки определяется по формуле:

,

Где Sм - полная мощность; S - площадь предприятия.

= 8842,2/92812,5=0,095кВА/м2 следовательно, рекомендуемая мощность трансформаторов равна 630 кВА.

2.3.2 Расчет минимально допустимого числа цеховых трансформаторов по условию передачи активной мощности на напряжение 0,4 кВ

Находим число трансформаторов для предприятия:

где Рm - расчетная активная мощность технологически связанных нагрузок

(обычно принимается среднее Рсм за наиболее загруженную смену), МВт; т - рекомендуемый коэффициент загрузки трансформатора; Sн.тр - номинальная мощность одного трансформатора, МВА

К установке надо принять 14 трансформаторов мощностью по 630 кВА каждый.

2.4 Определение мощности компенсирующих устройств НН и распределение комплектных конденсаторных установок (ККУ) НН по ЦТП

Определим реактивную мощность, потребляемую предприятием:

Qвн=v((1,1*Sн.тр.*N*вp)2-PP2)=v((1,1*630*14*0,7)2-60202)=3143,68 кВар.

Определим мощность компенсирующих устройств напряжения 0,4 КВ:

QKH1=Qp-QВН=6477-3143,68=3334 кВар.

С учетом потерь в трансформаторе для обеспечения загрузки трансформатора в пределах 0,7-0,8 принимается мощность компенсирующего устройств напряжения 0,4 кВ равной 630 кВар с установкой на каждой из 14 подстанций ККУ марки АУКРМ-ЭМ 0,4-240-10.

2.5 Расчет потерь активной и реактивной мощности в цеховых трансформаторах. Определение результирующих нагрузок на стороне 6-10 кВ цеховых трансформаторах, с учетом ККУ НН и потерь в трансформаторах

Таблица 6 - Результирующие электрические нагрузки

Наименование	Коэф. реактивной мощности tgf	Расчетная нагрузка	Количество и мощность трансформ. шт. ґ кВА
		кВт	кВАр	кВА
		Рр	Qp	Sp
ТП корпуса
Силовая нагрузка 0,4 кВ	0,98	5269	5155	7372
Осветительная нагрузка	1,3265	552,6	733
Итого		5822	5888
Потери в сети 0,4 кВ		197,9	588,8
Итого на стороне 0,4 кВ без КУ		6020	6477	8842,2
Мощность КУ нанапряжении 0,4 кВ			-3360
Итого на стороне 0,4 кВ с учетом КУ	0,5178	6020	3117	6778,6	14*630
Потери в трансформаторах	kз=0,77	86,8	468
Итого на стороне ВН	0,59	6106	3585	7080,9

2.7 Расчёт электрических нагрузок на напряжении 6-10 кВ

2.7.1 Выбор номинального напряжения для высоковольтных электроустановок. Предварительная привязка потребителей 6-10 кВ (электродвигателей, трансформаторных понижающих подстанций, преобразовательных подстанций и установок, термических электроустановок) к распределительным или главным понижающим подстанциям, исходя из их территориального расположения и надежности электроснабжения

Расчет электрических нагрузок ЭП напряжением выше 1 кВ производится в целом аналогично расчету, приведенному в п. 2.2, с учетом следующих особенностей:

2.3.1. При получении от технологов коэффициентов, характеризующих реальную загрузку электродвигателей, в графу 5 заносится вместо Кизначение Кз, в графу 7 - значение КзРн.

2.3.2. Расчетная нагрузка цеховых трансформаторных подстанций (с учетом осветительной нагрузки и потерь в трансформаторах (см. п. 3.4) заносится в графы 7 и 8.

2.3.3. Определяется число присоединений 6 - 10 кВ на сборных шинах РП, ГПП (графа 2 итоговой строки). Резервные ЭП не учитываются.

2.3.4. Эффективное число ЭП nэне определяется и графы 9 и 10 не заполняются.

2.3.5. В зависимости от числа присоединений и группового коэффициента использования КиРн/Рн, занесенного в графу 5 итоговой строки, по табл. 3 определяется значение коэффициента одновременностиКо. Значение Ко заносится в графу 11 (при этом Кр =1, см. п. 2.11).

2.3.6. Расчетная мощность (графы 12 - 14) определяется по выражениям

Рр = КоКиРн;

Qр = КоКиРнtg = Ррtg;

2.4 Результирующий расчет нагрузок для каждой трансформаторной подстанции и выбор мощности трансформаторов рекомендуется выполнять по форме Ф202-90

Результирующая нагрузка на стороне высокого напряжения определяется с учетом средств КРМ и потерь мощности в трансформаторах.

Для выбора номинальной мощности трансформаторов питающих завод металлорежущих инструментов, принимаем, что потребители относятся ко второй категории по бесперебойности электроснабжения. Выбор трансформаторов ГПП производим по средней мощности за наиболее загруженную смену. На данной стадии проектирования можно допустить, что потери в трансформаторах и линиях одинаковы для максимальных и средних нагрузок. Кроме того, для средних нагрузок применение коэффициента разновременности максимума нагрузок недопустимо.

Далее расчет производим аналогично режиму максимальных нагрузок по методу коэффициента использования:

2.7.2 Определение расчетной нагрузки на сборных шинах 6-10 кВ РУ или ГПП методом коэффициентов расчетной активной нагрузки (в соответствии с РТМ 36.18.32.4-92)

Таблица 7 - Расчет результирующей нагрузки ГПП

Наименование	Коэф. реактивной мощности tgj	Расчетная нагрузка	Количество и мощность трансформ. шт. ґ кВА
		кВт	кВАр	кВА
		Рр	Qp	Sp
Результирующие нагрузки ГПП
ГПП 110/10 кВ
Электр. нагрузка предприятия на стороне 10 кВ	0,3	14860	8301	17022
Электр. нагрузка предприятия на стороне 10 кВ с учетом невозможного равномерного распределения нагрузки по секциям сборных шин ТП третей категории	0,3	17832	3217	18120
Итого на стороне 10 кВ	0,3	17832	3217	18120
Математ. ожидание нагрузки		16049	2895	16308	2*16000
Потери в трансформаторе	kз=0,51	41,11	548,97
Итого на стороне 110 кВ	0,21	16090	3444	16454

Выбрали трехфазный двухобмоточный трансформатор 110 кВ ТДН 16000/110.

Таблица 8 - Расчет электрических нагрузок 6-10 кВ

Исходные данные	Расчетные величины	Эффективное число ЭП	Коэффициент расчетной нагрузки Kр	Расчетная мощность
Наименование ЭП	Количество ЭП n, шт.	Номинальная мощность, кВт	Коэффициент использования Kи	Коэффициент реактивной мощности	Kи·Рном	Kи·Рном·tg ц	n·р2ном			активная, кВт	реактивная, квар	полная, кВА
		одного ЭП	общая Рном=?(n·рном)		cos ц		tg ц				nэ=2·?Рном /рном,max
		рном											Рр=Kр·?(Kи·Рном)	Qp=Kр·?(Kи·Рном·tg ц)
		рном,min	рном,max
ТП 1-14 предприятие	14			19193				0,59	6106,3	3584,83
Эл дуг печи	2		7380	14760	0,6	0,82	0,60939	0,70	8856	6181,53
Компрессорная СД 10 кВ	3		1200	3600	0,7	1		0,00	2520	0
Трансформаторы 10/6,3 для синхронных двигателей 6 кВ	2		1600	3000	0,65	1		0,00	1969,6	108
Итого	19			37553,3	0,47			0,56	17482,3	9766			0,85	14860	8301	17022

3. Проектирование схемы внешнего электроснабжения

3.1 Выбор рационального напряжения связи предприятия с электроэнергетической системой (ЭЭС)

В ряде случаев выбор напряжения питающих и распределительных сетей предопределяется источником питания и не возникает необходимости в технико-экономическом сравнениях вариантов. Последнее необходимо, если от источника питания имеется возможность получения электроэнергии при двух и более напряжениях. В этом случае расчетное значение напряжения питающей линии находится по формуле Илларионова, кВ:

,

где l - длина линии, соответствующая расстоянию от предприятия до подстанции энергосистемы, км; Pр - расчетная активная мощность предприятия на границе балансового раздела с энергосистемой , МВт.

кВ.

Выбираем стандартное значение номинального напряжения:Uном = 110 кВ.

3.2 Расчет баланса реактивной мощности на границе балансового разграничения с энергосистемой и оценка необходимости дополнительных средств компенсации реактивной мощности (КРМ) на предприятии по величине предельного значения коэффициента реактивной мощности

Расчетная мощность на шинах НН ГПП без учета потерь в трансформаторах ГПП:

Pp=16090 кВт

Qp=3444 кВар

Sp=16454 кВА.

Расчеты в п.2.4 показали, что установка ККУ требуется. На каждой из 6-ми подстанций установлены на каждую секцию по одной ККУ типа АУКРМ-ЭМ 0,4-240-10 номинальной мощностью 630 кВар.

3.3 Корректировка мощности трансформаторов ГПП с учетом дополнительных средств КРМ

Учитывая фактическую суммарную мощность ККУ, полная расчетная мощность завода будет равна:

Мощность трансформатора ГПП выбирается по формуле:

Где Sp'- полная расчетная мощность завода, кВА; Кз- коэффициент загрузки трансформаторов; nm- число трансформаторов.

Выбираем два трансформатора 16000/110.

3.4 Расчет потерь мощности в ВЛЭП и трансформаторах ГПП

Потери мощности в трансформаторах двухтрансформаторной ГПП достаточно точно можно определить по выражениям:

Тогда расчетная полная мощность предприятия со стороны высшего напряжения трансформаторов ГПП будет равна:

3.5 Разработка схем ввода электроэнергии на территорию предприятия с выбором места расположения ГПП или ЦРП

Намечаем возможные схемы внешнего электроснабжения. Аппаратура и оборудование подстанций (ГПП, ПГВ, РП) выбирается ориентировочно, исходя из рассчитанной электрической нагрузки предприятия. Возможная схема ввода электроэнергии на территорию завода представлена на рисунке.

Рисунок 1 - Схема питания предприятия от энергосистемы при напряжении 35-110-220 кВ; 1 - электростанции или подстанции энергосистемы; 2 - ЛЭП 35-110-220 кВ; 3 - ГПП или ПГВ предприятия

3.6 Разработка вариантов внешнего электроснабжения предприятия с выбором сечений ВЛЭП и номинальной мощности трансформаторов ГПП

Определяем сечения линий связи предприятия с ЭЭС.

В режиме максимальных нагрузок:

В послеаварийном режиме:

В соответствии с нормами технологического проектирования (1-я редакция) НТП ЭПП-94 пунктом 7.9.1. Годовой расход активной энергии, потребляемой предприятием, следует определять по выражению:

Где - математическое ожидание расчетной активной мощности(нагрузки) на границе балансового разграничения с энергосистемой. Допускается принимать , где Pp- расчетная нагрузка; TM- годовое число часов использования максимума активной мощности, определяемое в зависимости от сменности предприятия. Для 1,2 и 3-сменных предприятий TM соответственно следует принимать 1900, 3600 и 5100 ч, для непрерывного производства- 7650 ч.

Сечения проводов ЛЭП и сечения кабелей в сетях выше 1000 В выбираются по экономической плотности тока, соответствующее режиму максимальных нагрузок:

Где IM- расчетный ток одной линии в нормальном режиме работы, т.е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается;

jэк- экономическая плотность тока для заданных условий работы.

Для алюминиевых неизолированных проводов экономическая плотность тока равна:jэк = 1.1 А/мм2.

Тогда SЭК будет равно:

Ближайшее стандартное для 110 кВ сечение - 70 мм2.

По [9] выбираем сталеалюминевый провод АС-70 с длительным допустимым током нагрузки 265 А.

Фактический длительный ток нагрева в послеаварийном режиме (когда отключается одна из параллельных цепей) равен 60 А, следовательно выбранное сечение проходит по допустимому току нагрева в рабочих режимах.



4. Проектирование схемы канализации электроэнергии по территории предприятия

4.1 Построение картограммы электрических нагрузок цехов и обособленных подразделений предприятия

В целях экономии металла и электроэнергии важно, чтобы трансформаторные и преобразовательные подстанция всех мощностей и напряжений располагались возможно ближе к центру питаемых ими групп нагрузок.

Координаты центра электрических нагрузок (ЦЭН) определяются из соотношений

, ,

где рi-мощность i-го электроприемника, хi и уi - его координаты (оси ординат можно наносить на план цеха или завода произвольно).

При нахождении ЦЭН предприятия под рi подразумевают расчетную нагрузку i-го цеха, а под хi и уi - координаты ЦЭН i-го цеха. Т.к. ЦЭН каждого цеха не рассчитываются, то приближенно полагаем, что ЦЭН каждого цеха расположен в геометрическом центре плоской фигуры цеха.

Для наглядного представления распределения нагрузок по территорий завода и выбора мощности и типа ТП и РП, применяем картограмму нагрузок, которая представляет собой размещенные на генплане предприятия окружности, причем площади ограниченные этими окружностями, в выбранном масштабе равны расчетным нагрузкам цехов. Дня каждого цеха наносится своя окружность, центр которой совпадает с центров нагрузок цеха, радиус окружности определяется из выражения

где Pmi - расчетная нагрузка i -го цexa; m - масштаб для определения площади круга (постоянный для всех цехов предприятия).

Силовую нагрузку до и выше 1000 В изобразим отдельными кругами.

Произведем расчет радиусов и диаметров окружностей, характеризующих величины нагрузок соответствующих цехов, а также ЦЭН.

Таблица 9 - Расчет радиусов и диаметров окружностей, характеризующих величины нагрузок соответствующих цехов, а также ЦЭН

	х	у	Рро, кВт	Qро, кВар	PpХi	PpYi	QpXi	QpYi	m	Ri	Di
1	156,25	177,08	205,83	281,68	32161,47	36449,66	44012,33	49880,64	0,05	36	72
2	47,92	177,08	57,20	78,27	2740,74	10128,81	3750,64	13861,07	0,05	19	38
3	283,33	158,33	38,79	53,09	10990,96	6142,01	15040,91	8405,21	0,05	16	31
4	133,33	60,42	75,87	103,82	10115,74	4583,70	13843,19	6272,70	0,05	22	44
5	308,33	62,50	56,60	77,46	17452,96	3537,76	23884,03	4841,36	0,05	19	38
6	387,50	125,00	14,25	19,50	5521,88	1781,25	7556,58	2437,61	0,05	10	19
7	341,67	177,08	50,67	69,34	17311,09	8972,21	23689,89	12278,30	0,05	18	36
8	229,17	12,50	6,11	8,36	1400,45	76,39	1916,48	104,54	0,05	6	12
9	387,50	204,17	7,29	9,98	2825,53	1488,72	3866,68	2037,28	0,05	7	14
10	47,92	33,33	3,33	4,56	159,72	111,11	218,57	152,05	0,05	5	9
11	47,92	54,17	3,33	4,56	159,72	180,55	218,57	247,08	0,05	5	9
12	437,50	202,08	1,46	2,00	638,02	294,71	873,12	403,30	0,05	3	6
13	437,50	150,00	3,12	4,28	1367,18	468,75	1870,96	641,47	0,05	4	9
14	387,50	18,75	2,50	3,42	968,76	46,88	1325,73	64,15	0,05	4	8
15	283,33	208,33	26,25	12,71	7437,51	5468,76	3602,15	2648,64	0,05	13	26
Итого	552,61	733,03	111251,72	79731,25	145669,83	104275,38
Координаты ЦЭН предприятия			201,32	144,28	198,72	142,25
			Xp	Yp	Xq	Yq

4.2 Распределение нагрузок ниже 1000 В совокупности цехов и подразделений предприятия между цеховыми трансформаторными подстанциями, с корректировкой числа и мощности трансформаторов по критерию оптимальности загрузки активной мощностью цехов или подразделений, с учетом ограничений по численности номенклатуры мощностей КТП

Объединим цеха предприятия в группы и наметим ориентировочно расположение цеховых трансформаторных подстанций для этих групп цехов.

Определим местоположение цеховых подстанций.

Распределим нагрузку цехов по трансформаторным подстанциям и находим для каждой место для установки, исходя из ЦЭН для данной группы цехов.

Активная нагрузка, приходящаяся на один цеховой трансформатор, может быть определена как

==602,09 кВт.

Число трансформаторов Ni, которое следует установить в том или ином цехе, определяется делением нагрузки этого цеха на P1:

Для 1-ой группы зданий:

Распределяем нагрузку цехов по трансформаторным подстанциям и находим для каждой место установки, исходя из ЦЭН для данной группы цехов.

Таблица 10 - Нагрузка цехов по трансформаторным подстанциям

ТП1/ТП2	х	у	Рро, кВт	Qро, кВар	PpХi	PpYi	QpXi	QpYi	m	Ri
Главный мех. Корпу	156,3	177,1	205,8	281,7	32161,5	36449,66	44012,3	49880,7	0,05	36
Координаты ЦЭН предприятия					156,3	129,4015

Таблица 11 - Нагрузка цехов по трансформаторным подстанциям

ТП3	х	у	Рро, кВт	Qро, кВар	PpХi	PpYi	QpXi	QpYi	m	Ri
Блок вспомогательных цехов	47,92	177,08	57,20	78,27	2740,7	10128,8	3750,6	13861,1	0,05	19
Координаты ЦЭН предприятия					47,9	129,5

Таблица 12- Нагрузка цехов по трансформаторным подстанциям

ТП4	х	у	Рро, кВт	Qро, кВар	PpХi	PpYi	QpXi	QpYi	m	Ri
Моторный цех	133,3	60,42	75,87	103,8	10115,7	4583,7	13843,2	6272,7	0,05	22
Компрессорная	229,2	12,50	6,11	8,36	1400,45	76,39	1916,48	104,54	0,05	6
Кислородная	47,92	33,33	3,33	4,56	159,72	111,11	218,57	152,05	0,05	5
Насосная второго объема	47,92	54,17	3,33	4,56	159,72	180,55	218,57	247,08	0,05	5
Итого			88,65	121,3	11835,6	4951,8
Координаты ЦЭН предприятия					133,52	40,82

Таблица 13 - Нагрузка цехов по трансформаторным подстанциям

ТП5	х	у	Рро, кВт	Qро, кВар	PpХi	PpYi	QpXi	QpYi	m	Ri
Литейный цех	308,3	62,5	56,6	77,46	17452,9	3537,8	23884,0	4841,3	0,05	19
Паровозное депо	387,5	18,8	2,5	3,42	968,8	46,9	1325,7	64,2	0,05	4
Итого			59,1	80,9	18421,7	3584,6
Координаты ЦЭН предприятия					311,68	44,32

Таблица 14 - Нагрузка цехов по трансформаторным подстанциям

ТП6	х	у	Рро, кВт	Qро, кВар	PpХi	PpYi	QpXi	QpYi	m	Ri
Механический цех	283,3	158,3	38,79	53,09	10990,9	6142,	15040,9	8405,2	0,05	16
Столовая, заводоуправление	283,3	208,3	26,25	12,71	7437,5	5468,8	3602,2	2648,6	0,05	13
Итого			65,04	65,80	18428,5	11610,8
Координаты ЦЭН предприятия					283,33	176,46

Таблица 14 - Нагрузка цехов по трансформаторным подстанциям

ТП7	х	у	Рро, кВт	Qро, кВар	PpХi	PpYi	QpXi	QpYi	m	Ri
Экспериментальный цех	387,5	125,0	14,3	19,5	5521,9	1781,3	7556,6	2437,6	0,05	10
Термический цех	341,8	177,1	50,7	69,3	17311,1	8972,2	23689,9	12278,3	0,05	18
Склад	387,5	204,1	7,3	9,9	2825,5	1488,7	3866,6	2037,3	0,05	7
Склад регенерации масел	437,5	202,1	1,5	2,0	638,0	294,7	873,1	403,3	0,05	3
Склад химикатов	437,5	150,0	3,1	4,3	1367,2	468,8	1870,9	641,5	0,05	4
Итого			76,8	105,1	27663,7	13005,6
Координаты ЦЭН предприятия					360,2	123,8



4.3 Разработка вариантов схем канализации электроэнергии по КТП с учетом требований по резервированию электроснабжения, как по высокому так и по низкому напряжению

Вариант 1.

Применим радиальную схему питания цеховых ТП (рисунок 2) с глухим присоединением ТП к шинам ГПП.

Рисунок 2 - Радиальная схема присоединений

Вариант 2.

Применим магистральную схему питания цеховых ТП (рисунок 3).

Рисунок 3 - Магистральная схема питания цеховых ТП

4.4 Выбор параметров схем канализации электроэнергии на предприятии

4.4.1 Выбор кабелей, питающих ЦТП

Сечения кабелей в сетях выше 1000 В выбираются по экономической плотности тока, соответствующее режиму максимальных нагрузок:

Где IM- расчетный ток одной линии в нормальном режиме работы, т.е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается;

jэк- экономическая плотность тока для заданных условий работы.

В режиме максимальных нагрузок для ТП 1:

В послеаварийном режиме:

Для алюминиевых неизолированных проводов экономическая плотность тока равна:jэк = 1.4 А/мм2.

Тогда SЭК будет равно:

Ближайшее стандартное для 10 кВ сечение - 50 мм2.

Выбираем бронированный силовой кабель ААШВх50мм2 с бумажной изоляцией жил и с защитной оболочкой из выпрессованного алюминия с длительным допустимым током нагрузки 140 А.

Фактический длительный ток нагрева в послеаварийном режиме (когда отключается одна из параллельных цепей) равен 57,7 А, следовательно выбранное сечение проходит по допустимому току нагрева в рабочих режимах.

Таблица 15 - Выбор кабелей ВН

Вариант - 1

Таблица 16 - Выбор кабелей ВН

Вариант - 2

4.5 Технико-экономическое сравнение вариантов канализации электроэнергии на предприятии

Для технико-экономического сравнения вариантов необходимо рассчитать капитальные затраты на сооружение внутренней электрического сети предприятия и затраты на ее эксплуатацию.

Экономическим критерием эффективности варианта является минимум приведенных затрат:

где Ен=1/Ток-(зависит от срока возврата инвестиций и обратно пропорциональна ему); Е- единовременные капитальные затраты; И- ежегодные эксплуатационные издержки; ущерб от перерывов электроснабжения не считаем, так как неизвестна зависимость ущерба от качества электроэнергии.

Эксплуатационные издержки определяются:

Стоимость потерь электроэнергии определяется по формуле:

Где в-стоимость потерь 1 кВт*ч электроэнергии.

Определение издержек:

где И%- процентное отчисление на амортизацию, ремонт и обслуживание;

В-стоимость потерь одного киловатт в час электроэнергии;

где ф-время максимальных потерь, ч/год.

где Тм- время использования max потерь, ч/год.

Потери энергии в цеховой распределительной сети определяются исходя из следующих условий: цеха работают в две смены: Тм = 3600 ч/год (см. п.3.1.2).

ф = 2000 ч/год (по номограмме).

Для первого варианта потери мощности и энергии:

.

Для второго варианта аналогично:

.



Таблица 17 - Расчет стоимости высоковольтного оборудования

Наименование	Тип	Цена, тыс.руб/(руб/м)	Кол-во, шт/м	Число параллельных линий	ВСЕГО тыс.руб
1 вариант
КЛ	ААШвУ-10(3х50)	1050	63	1	66150
	ААШвУ-10(3х25)	1015	60	1	60900
	ААШвУ-10(3х25)	1015	208	1	211120
	ААШвУ-10(3х50)	1050	167	1	175350
	ААШвУ-10(3х50)	1050	130	1	136500
	ААШвУ-10(3х25)	1015	130	1	131950
	ААШвУ-10(3х50)	1050	210	1	220500
Ячейка КРУ	ВМП-10-1000-20	80	12		960
Предохранители	ПКТ-103-10-350-12,5 У3	15	14		210
Выключатели нарузки	ВН-11УЗ	55	12		660
ИТОГО	1004300
КЛ	ААШвУ-10(3х50)	1050	63	1	66150
	ААШвУ-10(3х25)	1015	146	1	148190
	ААШвУ-10(3х25)	1015	208	1	211120
	ААШвУ-10(3х50)	1050	167	1	175350
	ААШвУ-10(3х50)	1050	130	1	136500
	ААШвУ-10(3х25)	1015	130	1	131950
	ААШвУ-10(3х50)	1050	210	1	220500
Ячейка КРУ	ВМП-10-1000-20	80	14		1120
Предохранители	ПКТ-103-10-350-12,5 У3	15	14		210
Выключатели нагрузки	ВН-11У3	55	14		660
ИТОГО	1091750

Результирующие издержки:

И1 = 0,09*1004300 + 67200*3,5 = 325587 руб/год.

И2 = 0,09*1091750 + 115800*3,5 =503557,5 руб/год.

Определяем приведенные затраты:

З1 = 0,12*1004300 + 325587 = 446103 руб/год.

З2 = 0,12*1091750 + 503557,5=634567,5 руб/год.

Расхождение по затратам:

Расхождение между затратами составляет 29 % > 5%, следовательно, варианты неравноценны и выбираем вариант 1 с наименьшими затратами.



5. Выбор оборудования и его проверка по токам короткого замыкания

5.1 Выбор оборудования

На напряжение 10 кВ устанавливаем выключатели ВМП-10-1000-20 У3, выбор которых производится в зависимости от величины тока в послеаварийном режиме.

5.2 Расчет токов к.з. в сети напряжением выше 1000 В

Все электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения, должно быть устойчивым к токам КЗ и выбираться с учетом величин этих токов.

При расчете токов КЗ в относительных единицах (на стороне 6-10 кВ) все расчетные данные приводятся к базисному напряжению и базисной мощности. За базисную мощность SБ может быть выбрана мощность системы, суммарная номинальная мощность генераторов станции или трансформаторов.

Рассчитаем токи к.з. на стороне 10 кВ с учетом подпитывающего влияния СД, определим сопротивления двигателя.

Схема замещения системы электроснабжения (рисунок 5) выше 1000 В представляет собой совокупность схем замещения ее отдельных элементов( в основном в виде индуктивных сопротивлений), соединенных между собой в той же последовательности, что и на расчетной схеме. Источники питания (синхронные генераторы и электрическая система) во внешней схеме электроснабжения кроме собственных реактивностей, имеют также и ЭДС (Рисунок 5.1)

Рисунок 5 - Схема системы электроснабжения выше 1000В

Рисунок 5.1 - Схема замещения системы электроснабжения выше 1000В

Исходные данные для расчета:

ТР1, ТР2(ТМН-16000/110)	ВЛ1, ВЛ2(АС-70)	СД1-4(СДН)
Sн=16 МВА;	rуд=0.428 Ом/км	PН=1,25 МВт
Uк=10,5%;	xуд=0.444 Ом/км	xd''=0.13 о.е.
КТР=110/10	l=73 км	cos ?=0.9 о.е.

В качестве базисных величин произвольно выбираем базисную мощность SБ=1000МВА и базисное напряжение, приравниваемое к среднему номинальному (по шкале средних напряжений) той ступени напряжения, на которой рассматривается к.з.:

UБ=Uср=115 кВ; 10.5 кВ.

Базисный ток будем определять по формуле:

Для приведенных ступеней напряжения базисные токи будут соответственно равны:

На данном этапе расчета необходимо определить токи к.з. в точках К1 и К2.

Определим параметры схемы замещения:

ВЛ:

Определяем результирующие сопротивления для точки К1:

о.е.

о.е.

Определяем ток трехфазного короткого замыкания в точке К1:

кА

Трансформаторы ТР1 и ТР2:

Сопротивление и ЭДС системы:

; Ec=1,0 о.е.

На данном этапе целесообразно рассмотреть только одну секцию, поскольку для другой секции расчет будет идентичен.

Сопротивления трансформаторов повышающей подстанции, воздушных линий и сопротивления системы соединены последовательно, поэтому сопротивление эквивалентное им будет равно:

Определяем ток трехфазного короткого замыкания в точке К2.

кА.

Значение тока трехфазного КЗ в точке 2 определим как суммарное значение сверхпереходных токов со стороны сети внешнего электроснабжения и подпитывающего влияния двигателей :

Определяем сопротивления кабелей КЛ до синхронных двигателей:

Определяем результирующие сопротивления для точки К3:

Рисунок 5.2 - Преобразованная схема

Сопротивления двигателей СДН 10 кВ:

;

Определим сопротивление КЛ2 до СДН 10 кВ.

, о.е.

, о.е.

Преобразуем схему:

Рисунок 5.3 - Преобразованная схема

Определим результирующее сопротивление «внутренней» части схемы:

о.е.

Определим подпитывающий ток двигателей в точке К3:

Таким образом, сверхпереходной ток КЗ равен:

кА.

Наибольшее мгновенное значение полного тока КЗ (ударный ток) определим по выражению[15]:

где Ку и Ку.дв.-ударные коэффициенты внешней сети и двигателей. Величина Ку зависит от отношения то Ку=1,0. Величина Ку.дв. зависит от мощности двигателя и может быть найден по кривым Ку.дв.=f(Pном) для синхронных двигателей.

Ку.дв.=1,08 при мощности СД-1,2 МВт.

Определим ток трехфазного короткого замыкания:

Ударный ток короткого замыкания, кА:

где kуд=1.2 - ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени To.

5.3 Проверка оборудования по токам короткого замыкания

ВМП-10-1000-20

По напряжению электроустановки:

; (5.1)

По длительному току:

; (5.2)

.

По несиметричному току отключения:

, (5.3)

где;

.

По апериодической составляющей расчетного тока:

. (5.4)

=0,01+0,02=0,03 с,

где- собственное время отключения выключателя с приводом;

- условное наименьшее время срабатывания релейной защиты;

- содержание апериодической составляющей.

.

По предельному сквозному току к.з. на электродинамическую устойчивость:

;

;

; (5.5)

.

По допустимому току термической устойчивости:

; (5.6)

где и - ток и время термической устойчивости.

, (5.7)

где=0,1с - время отключения линии;

=0,01 - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока к.з.

. Выключатель подходит по результатам проверки.

Проверка кабеля 10 кВ (проверяется один самый нагруженный по току кабель, т.к. все сечения одинаковые).

Минимальное сечение проводника должно отвечать требованиям по термической стойкости:

; (5.8)

Минимальное сечение проводника, :

, (5.9)

где - импульс квадратичного тока к.з., ;

С = 98 - тепловая функция при номинальных условиях

Импульс квадратичного тока к.з., :

. (5.10)

= 754507 ;

= 28,3 ; ; , следовательно, кабель подходит.



6. Качество электроэнергии в сети напряжением выше 1000 В

6.1 Расчет потерь напряжения в сети напряжением выше 1000 В и цеховых трансформаторах

Произведем расчет отклонения напряжения для электроприемника ТП №1 в максимальном режиме работы.

Определяем падение напряжения в высоковольтной воздушной линии ВЛ1:

(6.1)

Определяем напряжение в конце воздушной линии 110 кВ.

, В (6.2)

Определим параметры трансформатора для определения потери напряжения в нем:

Ом;

Ом.

Определяем потери напряжения в трансформаторе ГПП:

13,3 В

Определяем напряжение на низкой стороне трансформатора ГПП, приведенное к высокой стороне:

В.

Определим отклонение напряжения в на шинах 10 кВ ГПП.

% (6.3)

Определяем падение напряжения в высоковольтной кабельной линии КЛ1:

Определяем напряжение в конце кабельной линии 10 кВ:

В

Определим отклонение напряжения в конце кабельной линии 10 кВ.

Определим параметры трансформатора для определения потери напряжения в нем:

Определяем потерю напряжения в трансформаторе:

Определяем напряжение на низкой стороне трансформатора приведенное к высокой стороне:

Определим отклонение напряжения на низкой стороне трансформатора:

6.2 Оценка отклонения напряжения на зажимах высоковольтных потребителей электроэнергии и шинах низкого напряжения цеховых трансформаторов

Расчеты для КТП и высоковольтных электроприемников сведем в таблицу 18.

В минимальном режиме работы расчетная нагрузка равна

Таблица 18 - Определение отклонения напряжения в максимальном режиме работы

№ КТП/электроприемника	ТП-1
1	2
Режим макс/мин/ПА	макс
напряжение в узле, В.	10500
отклонение напряжения, %	5
параметры кабеля 10 кВ	r, ом/км	0,59
	х, ом/км	0,09
	L, км	0,15
нагрузка кабеля	Р, кВт.	1202,6
	Q, кВАр.	925,5
напряжение в узле, В.	10499,9
отклонение напряжения, %	4,99
параметры т-ра	r, ом	1,3
	х, ом	5,5
нагрузка т-ра	Р, кВт.	1202,6
	Q, кВАр.	925,5
напряжение в узле, В.	10484,1
отклонение напряжения, %	4,86

Таблица 19 - Определение отклонения напряжения в минимальном режиме работы

№ КТП/электроприемника	ТП-1
1	2
Режим макс/мин/ПА	макс
напряжение в узле, В.	10000
отклонение напряжения, %	0
параметры кабеля 10 кВ	r, ом/км	0,59
	х, ом/км	0,09
	L, км	0,15
нагрузка кабеля	Р, кВт.	360,7
	Q, кВАр.	277,7
напряжение в узле, В.	9998,2
отклонение напряжения, %	-0,018
параметры т-ра	r, ом	1,3
	х, ом	5,5
нагрузка т-ра	Р, кВт.	360,7
	Q, кВАр.	277,7
напряжение в узле, В.	9978,2
отклонение напряжения, %	-0,218

Таблица 20 - Определение отклонения напряжения в послеаварийном режиме работы

№ КТП/электроприемника	ТП-1
1	2
Режим макс/мин/ПА	макс
напряжение в узле, В.	10500
отклонение напряжения, %	5
параметры кабеля 10 кВ	r, ом/км	0,59
	х, ом/км	0,09
	L, км	0,15
нагрузка кабеля	Р, кВт.	2405,2
	Q, кВАр.	1851
напряжение в узле, В.	10499,9
отклонение напряжения, %	4,99
параметры т-ра	r, ом	1,3
	х, ом	5,5
нагрузка т-ра	Р, кВт.	2405,2
	Q, кВАр.	1851
напряжение в узле, В.	10487,3
отклонение напряжения, %	4,87

6.3 Выбор схемы пуска высоковольтных двигателей

Синхронные двигатели получили широкое распространение в промышленности для электроприводов, работающих с постоянной скоростью (компрессоров, насосов и т.д.). В последнее время, вследствие появления преобразовательной полупроводниковой техники, разрабатываются регулируемые синхронные электроприводы.

Достоинства синхронных электродвигателей

Синхронный двигатель несколько сложнее, чем асинхронный, но обладает рядом преимуществ, что позволяет применять его в ряде случаев вместо асинхронного.

1. Основным достоинством синхронного электродвигателя является возможность получения оптимального режима по реактивной энергии, который осуществляется путем автоматического регулирования тока возбуждения двигателя. Синхронный двигатель может работать, не потребляя и не отдавая реактивной энергии в сеть, при коэффициенте мощности (cosф) равным единице. Если для предприятия необходима выработка реактивной энергии, то синхронный электродвигатель, работая с перевозбуждением, может отдавать ее в сеть.

2. Синхронные электродвигатели менее чувствительны к колебаниям напряжения сети, чем асинхронные электродвигатели. Их максимальный момент пропорционален напряжению сети, в то время как критический момент асинхронного электродвигателя пропорционален квадрату напряжения.

3. Синхронные электродвигатели имеют высокую перегрузочную способность. Кроме того, перегрузочная способность синхронного двигателя может быть автоматически увеличена за счет повышения тока возбуждения, например, при резком кратковременном повышении нагрузки на валу двигателя.

4. Скорость вращения синхронного двигателя остается неизменной при любой нагрузке на валу в пределах его перегрузочной способности.

Способы пуска синхронного электродвигателя

Возможны следующие способы пуска синхронного двигателя: асинхронный пуск на полное напряжение сети и пуск на пониженное напряжение через реактор или автотрансформатор.

Асинхронный пуск синхронного электродвигателя

Схема возбуждения синхронного двигателя с глухоподключенным возбудителем довольно проста и может применяться в том случае, если пусковые токи не вызывают падения напряжения в сети больше допустимого и статистический момент нагрузки Мс < 0,4 Мном.

Асинхронный пуск синхронного двигателя производится присоединением статора к сети. Двигатель разгоняется как асинхронный до скорости вращения, близкой к синхронной.

В процессе асинхронного пуска обмотка возбуждения замыкается на разрядное сопротивление, чтобы избежать пробоя обмотки возбуждения при пуске, так как при малой скорости ротора в ней могут возникнуть значительные перенапряжения. При скорости вращения, близкой к синхронной, срабатывает контактор КМ (цепь питания контактора на схеме не показана), обмотка возбуждения отключается от разрядного сопротивления и подключается к якорю возбудителя. Пуск заканчивается.