Электроснабжение завода по производству КТП в металлической оболочке

РЕФЕРАТ

Дипломный проект: 126 с., 28 рис., 66 табл., 20 ист..

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ, КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ

МОЩНОСТИ, ТРАНСФОРМАТОРЫ, КАРТОГРАММЫ НАГРУЗОК, ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ.

Объектом исследования является электроснабжение завода по производству КТП в металлической оболочке.

Цель проекта – разработка системы электроснабжения на основе исходной информации.

В процессе дипломного проектирования разрабатывалась система электроснабжения завода: определены расчетные нагрузки, произведён выбор цеховых трансформаторов и расчёт компенсации реактивной мощности, выбран оптимальный вариант схемы электроснабжения, выбрано оборудование и проверено на динамическую стойкость.

При разработке системы электроснабжения применены типовые решения с использованием серийно выпускаемого комплектного оборудования.

Областью возможного практического применения являются:

проектирование, строительство и эксплуатация новых производств и ныне существующих.

Студент-дипломник подтверждает, что приведенный в дипломном проекте расчетно-аналитический материал объективно отражает состояние разрабатываемого объекта, все заимствованные из литературных и других источников теоретические и методологические положения и концепции сопро- вождаются ссылками на их авторов.

Ведомость объема дипломного проекта

№ строки Формат

Обозначение Наименование

Кол.листов

Примеч.

1 Документация общая

2

3 А4 Задание по дипломному проекту 1

4 А4 Расчетно-пояснительная записка 132

5 А1 ДП-1060341907-2023-01 Генплан предприятия с сетью 1

6 напряжением выше 1 кВ и

7 картограммой нагрузок

8 А1 ДП-1060341907-2023-02 Электрические нагрузки предприятия 1 9 А1 ДП-1060341907-2023-03 Схема электроснабжения предприятия 1 10 А1 ДП-1060341907-2023-04 Схема сетей до 1 кВ, связывающих ТП 1 11 А1 ДП-1060341907-2023-05 Планы и разрезы по установке 1

12 оборудования в РП

13 А1 ДП-1060341907-2023-06 Релейная защита и автоматика элемента 1

14 системы электроснабжения

15 А1 ДП-1060341907-2023-07 Технико-экономические показатели 1 16 А1 ДП-1060341907-2023-08 Спецвопрос: Назначение, конструктивное 1

17 исполнение, принцип действия и условия

18 выбора устройства защитного отключения

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

ДП-1060341913-2023-РП3 Изм Лист № докум. Подпись Дата

Разраб. Хонимов

Ведомость объема дипломного проекта

Лит. Лист Л ис то в

Пров. Журавлев У 1

Т. контр. Тихно

1-43 01 03 БНТУ, г. Минск Н. контр. Тихно

Утв. Дерюгина

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ... 8

1 КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ... 9

2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРЕДПРИЯТИЯ ... 3

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ... 13

4 Выбор цеховых трансформаторов и расчет компенсации реактивной мощности ... 25

4.1 Выбор цеховых трансформаторов ... 25

4.2. Расчет компенсации реактивной мощности ... 28

4.3 Определение нагрузок на шинах РП 10 кВ ... 31

4.4 Определение целесообразности дополнительной установки БНК ... 35

5 ПОСТРОЕНИЕ КАРТОГРАММЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВНОГО ЦЕНТРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ... 40

6 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ И РАСЧЕТ РАСПРЕДИЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1 кВ ... 45

6.1 Определение нагрузок на РП ... 48

6.2 Выбор кабелей ... 49

6.3 Технико-экономическое сравнение двух вариантов ... 52

7. ВЫБОР СХЕМЫ СЕТЕЙ ДО 1 КВ, СВЯЗЫВАЮЩИХ ТП ... 61

7.1 Выбор схемы резервирования до 1 кВ ... 61

7.2 Выбор питающих цеха кабелей и защитных аппаратов напряжением до 1 кВ ... 63

8 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯОшибка! Закладка не определена. 8.1 Расчет токов КЗ в сетях напряжением выше 1 кВОшибка! Закладка не определена. 8.2 Расчет токов КЗ в сетях напряжением до 1 кВОшибка! Закладка не определена. 9 ВЫБОР СЕЧЕНИЙ ТОКОВЕДУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ РП И ТП ... Ошибка! Закладка не определена. 9.1 Проверка сечений жил кабелей 10кВ на термическую стойкостьОшибка! Закладка не определена. 9.2 Выбор шин напряжением выше 1 кВ .. Ошибка! Закладка не определена. 9.3 Выбор электрических аппаратов напряжением выше 1 кВОшибка! Закладка не определена. 9.4 Выбор электрических аппаратов 0,4 кВ цеховых трансформаторовОшибка! Закладка не определена. 9.5 Проверка сечений кабелей до 1 кВ по токам короткого замыканияОшибка! Закладка не определена. 10 РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА ЭЛЕМЕНТА СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ... 98

10.1 Выбор устройств релейной защиты и автоматики элементов электроснабжения завода ... 102

10.2 Расчёт секционного выключателя ... 103

11 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ, УЧЕТ И ЭКОНОМИЯ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ... 106

12 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ... 110

12.1 Организация управления энергохозяйством ... 110

12.2 Технико-экономические показатели ... 113

13 ОХРАНА ТРУДА ... 117

13.1 Меры безопасности при эксплуатации и ремонте трансформаторов 11713 13.2 Меры безопасности при тушении загораний трансформаторов ... 116

14. СПЕЦВОПРОС: НАЗНАЧЕНИЕ, КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСЛОВИЯ ВЫБОРА УСТРОЙСТВОЗАЩИТНОГО ОТКЛЛЮЧЕНИЯ ... Ошибка! Закладка не определена. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ... 131

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ... 132

ВВЕДЕНИЕ

Целью данного дипломного проекта является разработка системы электроснабжение завода по производству КТП в металлической оболочке.

Подстанции предназначены для приема, преобразования и распределения электрической энергии трехфазного переменного тока частотой 50 Гц, номинального напряжения 6(10)/0,4 кВ в сетях электроснабжения промышленных предприятий, сельских и городских населенных пунктах.

КТП изготавливаются согласно опросному листу, составленному для каждого заказчика индивидуально, с детальной проработкой основного, и дополнительного оборудования, учитывая все пожелания заказчика.

Системы электроснабжения промышленных предприятий, представляющие собой совокупность электроустановок, предназначены для обеспечения электроэнергией промышленных потребителей. Они оказывают значительное влияние на работу разнообразных электроприёмников и на производственный процесс в целом.

В данном проекте рассмотрены вопросы определения электрических нагрузок, произведен выбор трансформаторов и расчет реактивной мощности цехов. Была разработана схема электроснабжения завода выше 1кВ, а также уделено внимание вопросам электрических измерений и учета электроэнергии, приведено технико-экономическое обоснование выбранного варианта схемы электроснабжения, освещены вопросы охраны труда и релейной защиты.

При разработке системы электроснабжения применены типовые решения с использованием серийно выпускаемого комплектного оборудования, а так же с использованием современной вычислительной техники. Приведенные в проекте расчеты и графическая часть базируются на действующей нормативной и справочной информации и литературе.

1 КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА Завод по производству КТП в металлической оболочке специализируется на выпуске трансформаторный подстанции

КТП на напряжение 6(10)/0,4 кВ мощностью от 100 кВА до 2500 кВА применяются для электроснабжения промышленных предприятий, предприятий добывающей промышленности, объектов инфраструктуры и с/х производства. Оборудование может транспортироваться любым видом транспорта, благодаря чему его удобно использовать в районах со слабо развитой инфраструктурой.

Для питания собственных нужд в отсеке РУ предусмотрен щит собственных нужд (ЩСН), который запитывается от РУНН (в случае КТП) или ячейки с трансформаторами собственных нужд. ЩСН обеспечивает освещение и обогрев отсеков РУ освещение отсеков силовых трансформаторов; освещение, обогрев и питание вторичных цепей ячеек КСО. ЩСН имеет встроенный АВР- 0,4 кВ и питается от двух вводов (в случае двухтрансформаторной КТП). В случае применения в составе РУВН шкафа оперативного тока, освещение, обогрев, питание вторичных цепей ячеек КСО и цепей оперативного тока выполняется от него. Для обеспечения нормальных условий работы оборудования в отсеках РУ установлены обогреватели. Обогреватели работают в автоматическом режиме. По желанию заказчика могут устанавливаться:

вольтметры, амперметры, счетчики, блоки АСКУЭ, щит уличного освещения и другое вспомогательное оборудование.

2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРЕДПРИЯТИЯ

Согласно литературе потребитель электрической энергии – электроприёмник или группа электроприёмников, объединённых технологическим процессом и размещающихся на определённой территории.

Приёмник электрической энергии (электроприёмник) – аппарат, агрегат и др., предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии.

Электроприёмники (ЭП) характеризуются рядом показателей, которые определяют условия их электроснабжения:

1) режим работы по нагреву;

2) номинальная мощность;

3) номинальное напряжение;

4) род тока;

5) частота тока;

6) категория электроприёмников по надёжности электроснабжения;

7) стабильность расположения оборудования;

8) удельный расход электроэнергии.

Из множества режимов работы в электроснабжении выделяют три основных:

– продолжительный (S1);

– кратковременный (S2);

– повторно-кратковременный (S3).

Продолжительный режим – это режим, в котором при включении электроприёмника температура его отдельных частей возрастает по экспоненте и достигает установившегося значения, но не превышает допустимой. На данном заводе электротехнических изделий в этом режиме работает большинство электродвигателей (ЭД) основных технологических агрегатов и механизмов, насосы, компрессоры, вентиляторы, с кратковременными отключениями работают двигатели станков, прессов, молотов и т.д.

Кратковременный режим – это режим, в котором температура отдельных частей электроприёмника при включении возрастает, но не достигает установившегося значения, а при отключении снижается до температуры окружающей среды (ОС). В этом режиме работают электродвигатели вспомогательных механизмов обрабатывающих станков, ЭД приводов открывания заслонок, затворов, фрамуг и т.д.

Повторно-кратковременный режим – это режим, при котором температура отдельных частей электроприёмника повышается во время работы, но не превосходит допустимой, и снижается во время пауз, но не достигает температуры ОС. В данном режиме работают ЭД крановых установок, тельферов, некоторые печи сопротивления, сварочные установки и т.п.

Для электродвигателей под номинальной мощностью понимается

мощность, развиваемая на валу двигателя при номинальном напряжении, а для других электроприёмников – мощность, потребляемая из сети при номинальном напряжении. Номинальная мощность плавильных печей, сварочных установок равна мощности питающих их трансформаторов. На данном заводе представлены электроприёмники широкого диапазона мощностей: от сотен киловатт у приводов компрессоров до нескольких ватт у источников света и электродвигателей вспомогательных механизмов.

Номинальное напряжение – напряжение, на которое спроектирована электрическая сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики. Для внутрицеховых электрических сетей принимаем систему переменного трёхфазного напряжения 400/230 В, для внутризаводских сетей – 10000 В.

В соответствие с все электроприёмники делятся на три категории по надёжности электроснабжения:

− электроприёмники І категории – электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства;

− электроприёмники ІІ категории – электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей;

− электроприёмники ІІІ категории – все остальные электроприёмники, не подходящие под определения І и ІІ категорий.

Электроприёмники І категории должны иметь два независимых взаиморезервирующих источника питания с автоматическим включением резерва (АВР). Перерыв в электроснабжении допускается на время действия устройств АВР.

Из состава электроприёмников І категории выделяется особая группа электроприёмников, которая должна иметь третий независимый взаиморезервирующий источник питания (аккумулятор, дизель-генератор, собственный генерирующий источник).

Электроприёмники ІІ категории рекомендуется снабжать ЭЭ от двух независимых взаиморезервирующих источников питания. Перерыв в электроснабжении допускается на время, необходимое для включения резервного источника действиями дежурного персонала или оперативно- выездной бригады, но не более суток.

Электроприёмники ІІІ категории могут иметь один источник питания при условии, что перерыв электроснабжения, необходимый для ремонта или замены отказавшего элемента длится не более суток.

На данном заводе по выпуску распределительных устройств до 1 кВ к особой группе ЭП І категории относятся устройства средств пожаротушения и дистанционного управления технологическими процессами, к І – приводы компрессоров, аварийное освещение. Большинство же электроприёмников относятся ко ІІ и ІІІ категориям по надёжности электроснабжения. Т.к. в каждом цехе имеются группы ЭП, относящиеся к разным категориям, то система электроснабжения проектируется таким образом, чтобы обеспечить преимущественно два независимых источника питания.

Определение удельного расхода ЭЭ позволяет оценивать эффективность работы оборудования, а также определять целесообразность проведения мероприятий по внедрению энергосберегающих технологий.

Проектируемое предприятие по суммарной установленной активной мощности электроприёмников можно отнести к категории средних с установленной мощностью в пределах от 5 до 75 МВт.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Выбор всех элементов СЭС и определение параметров режима работы электрических сетей проводится на основе расчетных электрических нагрузок.

Электрические нагрузки характеризуют электропотребление отдельных электроприемников, групп и предприятия в целом. Расчёт силовых нагрузок произведём по методу коэффициента расчётной нагрузки.

По данному методу расчётная активная нагрузка цеха определяется по выражению:

pc p и ном

1 N

i i

i

P K K P

=

= 



где Кр – коэффициент расчетной мощности;

Киi – коэффициент использования группы однородных электроприемников;

Рномi – мощность группы однородных электроприемников, кВт;

N – число групп электроприемников.

p = ( ,э и,Tо)

K f n K , (3.2)

где nэ – эффективное число электроприемников;

Ки – групповой коэффициент использования;

То – постоянная времени нагрева (учтена в таблице).

Kp принимается по табл. П2.3 [1], на шинах цеховых трансформаторов и по табл. П2.2 [1], для питающих сетей напряжением до 1 кВ.

Эффективное число электроприемников можно определить по выражению:

ном 1 э

ном.max

2

= ,



=



i

P

n Р (3.3)

где Рном.max– номинальная мощность самого мощного электроприемника, кВт.

Средневзвешенный коэффициент использования можно определить по выражению:

и ном

1 и

ном 1 n

i i

i N

i i

К Р К

Р

=

=



=





Расчетная реактивная силовая нагрузка цеха определяется по выражению:

рc р и ном 1

N

i i

i

Q К К Р tg i

=

= 



Нагрузку освещения определяем по удельной мощности на единицу производственной площади. По данному методу расчетная активная нагрузка освещения цехов, для которых не производится полный светотехнический расчет, определяется по выражению:

3

ро c у 10 ,

Р = К р F   ⁻

(3.6) где Кс – коэффициент спроса на освещение;

ру – удельная мощность общего равномерного освещения, Вт/м²; F – площадь цеха, м².

Так как ру дается в справочниках при освещенности 100 лк и КПД светильника 100%, надо произвести пересчет по выражению:

з.факт

у утаб

з.табл

100 , р р Е k

 k

=  

  ^(3.7)

где Е – освещенность, лк;

kз.факт – фактический коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности в процессе эксплуатации светового прибора. Принимается по табл. 2.1 [2],;

η – КПД светильника;

kз.табл – табличный коэффициент запаса.

Расчетная реактивная нагрузка освещения цеха определяется по выражению:

ро ро о

Q =Р tg  , (3.8)

где tgφо – значение коэффициента реактивной мощности освещения.

Расчетную активную мощность цеха можно определить по выражению:

рн рс ро

Р =Р +Р . (3.9)

Расчетную реактивную мощность цеха можно определить по выражению:

рн рc ро

Q =Q +Q . (3.10) Полная расчетная мощность цеха определяется по формуле:

2 2

pн pн pн .

S = P +Q (3.11)

Расчетный ток нагрузки цеха найдем по выражению:

рн рн

ном

3 . I S

= U

 (3.12)

Исходные данные для расчета электрических нагрузок

электроприемников сведены в таблицу 3.1. Для каждой группы электроприемников определяем коэффициент использования и средний коэффициент мощности, полученные данные заносим в таблицу 3.1.

Приведенные в таблице коэффициенты и взяты из [1, табл. П2.1].

Таблица 3.1- Исходные данные для расчета электрических нагрузок Наимено-

вание цеха

Установленное оборудование

PΣ, кВт

Руст.

общ, кВт

Pнмах,кВ т

Ки cos φ

tgφ

1 2 3 4 5 6 7 8

1. Гальванический цех

Кран-балки, тельферы, ленточные конвейеры (ПВ=40%)

360 0

450 500 0,1 0,5 1,7 3

Нагреватели гальванических

ванн

115 0

0,6 1 0,0 0 Агрегаты

гальванических покрытий

120 0

0,6 0,78 0,8 0

Воздуходувки 550 0,6 0,7 1,0

2

Вентиляторы 250 0,6

5

0,8 0,7 5

2. Сварочный цех

Крановые установки (ПВ=40%)

135 0

200 200 0,1 0,5 1,7 3

Вентиляторы 200 0,8 0,8 0,7

5 Сварочные

трансформаторы

150 0,3 0,5 1,7

3

Конвейеры 150 0,5

5

0,75 0,8 8 Металлорежущие

станки крупносерийного

производства

350 0,1

6

0,65 1,1 7 Печи

сопротивления с неавтоматическо

й нагрузкой

300 0,5 0,95 0,3

3 3. Штамповочный Конвейеры 500 150 30 0,5 0,75 0,8

Наимено- вание цеха

Установленное оборудование

PΣ, кВт

Руст.

общ, кВт

Pнмах,кВ т

Ки cos φ

tgφ

1 2 3 4 5 6 7 8

цех 5 8

Вентиляторы 100 0,8 0,8 0,7

5 Вспомогательное

оборудование

200 0,1

4

0,5 1,7 3 Крановые

установки (ПВ=40%)

50 0,1 0,5 1,7

3

4. Окрасочный цех

Сушильные печи 900 250 80 0,6 0,75 0,8 8

Конвейеры 100 0,5

5

0,75 0,8 8 Крановые

установки (ПВ=40%)

120 0,1 0,5 1,7

3 Камеры

окрасочные

350 0,3 0,5 1,7

3

Вентиляторы 80 0,8 0,8 0,7

5

5.

Административны й корпус

Компьютерное оборудование

125 0

400 20 0,4 0,7 1,0 2 Кондиционеры

бытовые

300 0,7 0,8 0,7

5 Нагревательные

приборы

150 0,5 0,95 0,3

3

Вентиляторы 280 0,8 0,8 0,7

5

Лифты 120 0,1

5

0,55 1,5 2

Продолжение таблицы 3.1

1 2 3 4 5 6 7 8

6. РМЦ

Насосы 435 60 30 0,7 0,85 0,62 Металлообрабатывающие

станки

100 0,14 0,5 1,73 Сварочные

трансформаторы 180 0,35 0,5 1,73

Вентиляторы 20 0,65 0,8 0,75

Крановые установки (ПВ=40%)

75 0,1 0,5 1,73

7. Сборочный цех

Вентиляторы 800 100 80 0,65 0,8 0,75 Крановые установки

(ПВ=40%)

230 0,1 0,5 1,73 Вспомогательное

оборудование

140 0,14 0,5 1,73 Стеллажи

механизированные

230 0,4 0,75 0,88 Кондиционеры бытовые 100 0,8 0,7 1,02

8.

Испытательный цех

Прокатное и отделочное отделение

1200 130 200 0,4 0,8 0,75 Металлорежущие станки

мелкосерийного производства

150 0,17 0,65 1,17 Сварочные машины

шовные 125 0,3 0,7 1,02

Сварочные машины стыковые и точечные

125 0,3 0,6 1,33

Прессы 150 0,17 0,65 1,17

Кран-балки, тельферы (ПВ=40%)

175 0,1 0,5 1,73

Конвейеры 125 0,55 0,75 0,88

Вентиляторы 50 0,8 0,8 0,75

Сушильные шкафы 120 0,8 0,95 0,33

Насосы 50 0,7 0,85 0,62

9. Склад готовой продукции

Вентиляторы 400 50 50 0,65 0,8 0,75 Крановые установки

(ПВ=40%)

100 0,1 0,5 1,73 Вспомогательное

оборудование

120 0,14 0,5 1,73 Стеллажи

механизированные

70 0,4 0,75 0,88 Кондиционеры бытовые 60 0,7 0,8 0,75

Определяем расчетные силовые нагрузки и нагрузки освещения для каждого из цехов. Так как расчет нагрузок аналогичен для всех цехов, приведем пример расчета (группа №1).

Для группы №1 определим групповой коэффициент использования по выражению (3.4), предварительно определив знаменатель:

∑ 𝑃_ном𝑖 = 450 + 1150 + 1200 + 550 + 250 = 3600 кВт;

𝑁

𝑖=1

K_и=450∙0,1+1150∙0,6+1200∙0,6+550∙0,6+250∙0,65

3600 =0,541.

По формуле (3.3) определяем эффективное число электроприемников:

𝑛_эф =2∙(450+1150+1200+550+250)

500 =14,4;

Принимаем По найденным значениям и по табл.П2.3 [1], находим значение :

К_р = 0,87.

По выражению (3.1) определяем расчетную активную силовую нагрузку цеха:

𝑃_р = 0,87 ∙ (450 ∙ 0,1 + 1150 ∙ 0,6 + 1200 ∙ 0,6 + 550 ∙ 0,6 + 250 ∙ 0,65)

= 1695,272 кВт.

По формуле (3.5) определяем расчетную реактивную силовую нагрузку:

𝑄_р = 0,87 ∙ (450 ∙ 0,1 ∙ 1,73 + 1150 ∙ 0,6 ∙ 0 + 1200 ∙ 0,6 ∙ 0,8 + 550 ∙ 0,6 ∙ 1,02 + 250 ∙ 0,65 ∙ 0,75) = 1114,127 квар.

Для остальных групп расчет электрических нагрузок производится аналогично. Результаты расчета нагрузок сведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Результаты расчета силовых нагрузок

№ групп

ы

∑Рномi

, кВт

∑Рномi

∙Киi, кВт

∑Рномi∙ Киi∙tgφi,

квар

Рmax ,

кВт

nэ Ки Кр Ррс, кВт

Qрс, квар 1 3600 1947,5 1114,127 500 14 0,541 0,87 1695,3 969,8 2 1350 513,5 420,115 200 13 0,38 0,85 436,5 357,1 3 500 195,5 189,916 30 33 0,391 0,75 146,6 142,4 4 900 386 431,443 80 22 0,429 0,85 328,1 366,7 5 1250 687 540,717 20 125 0,55 0,775 532,3 418,9 6 435 139,5 182,138 30 29 0,321 0,75 104,6 136,6 7 800 279,6 285,288 80 20 0,35 0,85 237,7 242,5 8 1200 435,25 361,071 200 12 0,363 0,85 370 306,9 9 400 129,3 126,988 50 16 0,323 0,85 109,9 107,9

Нагрузку освещения определяем по удельной мощности на единицу производственной площади. Для определения нагрузки освещения нам понадобятся следующие данные:

– площадь цеха F =6452 м² , которую нашли по чертежу согласно масштабу;

– нормируемая освещенность цеха, принимаем Ен = 300 лк, согласно табл. П1.1 [2],.

Для главного корпуса принимаем светильники СД с лампами типа ДРИ, для которых характерен тип кривой силы света Д, КПД светильника η =75%, высота подвеса 10-15 м, по [2, табл. П1.1].

В соответствии с табл. 8.9 [2], в зависимости от высоты подвеса, принимаем 8,4 метра, типа КСС и площади определяем удельную мощность общего равномерного освещения ру.таб = 1,5625 Вт/ м².

По выражению (3.7) произведем пересчет удельной нагрузки:

𝑝_у = 1,5625∙ 300∙1,6

100∙0,75∙1,5=6,333 Вт/ м². Коэффициент спроса принимаем 0,95, [3, стр.67].

По формуле (3.6) определяем расчетную активную нагрузку освещения:

𝑃_ро =0,95∙6,333∙6452∙10^-3=40,863 кВт;

По выражению (3.8) определяем расчетную реактивную нагрузку освещения:

𝑄_ро = 0,329∙40,863=13,431 квар;

Результаты расчета нагрузок освещения для всех цехов заносим в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 – Результаты расчета осветительных нагрузок Номер

цеха Ен,лк

рудСД, Вт/м2

Тип

светильника КПД cosφ Кз Кс

Руд,

Вт/м2 F,м2

h,

высота Рро,кВт Qро,квар

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1 300 1,5625 СД 0,75 0,95 1,6 0,95 6,333 6452 8,4 40,863 13,431 2 200 1,5625 СД 0,75 0,95 1,4 0,95 3,694 4821 8,4 17,811 5,854 3 200 1,5625 СД 0,75 0,95 1,4 0,95 3,694 2684 8,4 9,916 3,259 4 300 1,5625 СД 0,75 0,95 1,4 0,95 5,542 2684 8,4 14,874 4,889 5 300 1,5625 СД 0,75 0,95 1,6 0,95 6,333 5800 8,4 36,733 12,074 6 75 1,5625 СД 0,7 0,95 1,4 0,95 1,484 4089,6 7 6,071 1,995 7 75 1,5625 СД 0,7 0,95 1,4 0,95 1,484 12000 7 17,813 5,855 8 200 1,5625 СД 0,75 0,95 1,6 0,95 4,222 7468 8,4 31,532 10,364 9 75 1,5625 СД 0,7 0,95 1,4 0,95 1,484 5200 7 7,719 2,537 Наружное

освещение по площади

4 0,12 СД 0,95 1,5 0,12 7200 8 0,864 0,284

Наружное освещение

по периметру

4 0,6 СД 0,95 1,5 0,6 9500 8 5,7 1,873

Наружное освещение. Учитывая, что коэффициент спроса для наружного освещения принимается равным единице, активная расчетная нагрузка наружного освещения:

Ррон = ру. 𝑙 ⋅ 𝐿 ⋅ 10⁻³, (3.13) где F – суммарная площадь линий наружного освещения, м²;

py.l – удельная мощность осветительной установки, Вт/м². Расчетная реактивная мощность наружного освещения:

𝑄рон = 𝑃рон ⋅ 𝑡𝑔𝜑. (3.14) Найдем активную нагрузку наружного освещения. По табл. 12.3,[2].

принимаем нормированное значение средней освещенности 4 лк при мощности ламп ЖСП01 150 Вт, находим py.l=0,6 Вт/м. По схеме расположения цехов согласно масштабу L=9500 м, тогда по формуле (3.13):

𝑃_рон = 0,6 ∙ 9500 ∙ 10⁻³ = 5,7 кВт.

Расчетная реактивная нагрузка наружного освещения, т.к. cosφ=0,95 для ДНаТ (tgφ=0,33):

𝑄_рон = 5,7 ∙ 0,33 = 1,873 квар.

Аналогично рассчитаем наружное освещение по площади.

Запитаем наружное освещение от цеха №1.

Активная расчетная нагрузка для цеха №1 по формуле (3.9):

𝑃_р = 1695,272 + 40,863 + 0,864 + 5,7 = 1742,698 кВт.

Реактивная расчетная нагрузка по (3.10):

𝑄_р = 969,832 + 13,431 + 0,284 + 1,873 = 985,421 квар.

Полная расчетная нагрузка (3.11):

𝑆_р = √1742,698²+ 985,421² = 2002,012 кВ∙А

Результаты расчета нагрузок для всех цехов заносим в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 - Расчетные нагрузки цехов с учетом освещения Номер

группы

Номера цехов группы

Ки nэ Кр Pрс,

кВт

Qрс, квар

Pро, кВт

Qро, квар

Pр, кВт

Qр, квар

Sр, кВ∙А 1 1 0,541 14 0,87 1695,3 969,8 40,863 13,431 1742,698 985,421 2002,012 2 2 0,38 13 0,85 436,5 357,1 17,811 5,854 454,286 362,952 581,472 3 3 0,391 33 0,75 146,6 142,4 9,916 3,259 156,541 145,696 213,851 4 4 0,429 22 0,85 328,1 366,7 14,874 4,889 342,974 371,615 505,697 5 5 0,55 125 0,775 532,3 418,9 36,733 12,074 569,021 431,021 713,837 6 6 0,321 29 0,75 104,6 136,6 6,071 1,995 110,696 138,598 177,378 7 7 0,35 20 0,85 237,7 242,5 17,813 5,855 255,473 248,35 356,292 8 8 0,363 12 0,85 370 306,9 31,532 10,364 401,494 317,274 511,723 9 9 0,323 16 0,85 109,9 107,9 7,719 2,537 117,624 110,477 161,37

Так как полная расчётная мощность цехов №3, №6, №7, №9 меньше 400 кВА, то экономически целесообразно запитать их от ТП ближайшего цеха.

Таким образом цех №7 запитаем от ТП цеха №2, цех №3, №9 запитаем от ТП цеха №4, цех №6 запитаем от ТП цеха №5 (первый вариант). №3, №9 запитаем от ТП цеха №4, цех №6 запитаем от ТП цеха №5, цех №7 запитаем от ТП цеха

№8 (второй вариант). Произведем пересчет электрической нагрузки для группы объединённых цехов №2, №7.

Для этого в первую очередь по таблице П2.2[1] выберем другое значение коэффициента К_р для цеха №7: К_иср=0,35, nэ=20 =˃ К_р=1. Пересчитаем нагрузки цеха №7:

𝑃_рн7 = 𝐾_р∙ ∑ 𝑃_н𝑖𝐾_И𝑖+ 𝑃_р.о. = 1 ∙ 279,6 + 17,813 = 297,413 кВт;

𝑛

𝑖=1

𝑄_рн7 = 𝐾_р ∙ ∑ 𝑃_н𝑖𝐾_И𝑖𝑡𝑔_𝜑 + 𝑃_р.о. = 285,288 + 5,855 = 291,143 квар;

𝑛

𝑖=1

𝑆_р.н7 = √𝑃_р.н7² + 𝑄_р.н7² = √297,413²+ 291,143² = 416,195 кВ∙А;

𝐼_р7 = 𝑆_р.н7

√3 · 𝑈_ном = 416,195

√3 · 0,4 = 600,726 А.

Коэффициент использования объединённых цехов равен: Ки2+7=0,369.

Эффективное число электроприёмников:

𝑛э₂₊₇ =2 · (𝑃_уст+ 𝑃_уст)

𝑃𝑚𝑎𝑥₂₊₇ =2 · (1350 + 800)

200 = 21 .

По найденным значениям Ки2+7 и nэ2+7 по [1, табл. П2.3] находим значение коэффициента расчетной нагрузки для объединенных цехов Кр2+7=0,85.

𝑃р₂₊₇ = 𝐾р₂₊₇ · (𝑃_𝑐+ 𝑃_𝑐) + (𝑃_ро + 𝑃_ро) =

= 0,85 ∙ (513,5 + 279,6) + (17,811 + 17,813) = 709,758 кВт;

𝑄р₂₊₇ = 𝐾р₂₊₇· (𝑄_𝑐 + 𝑄_𝑐) + (𝑄_ро+ 𝑄_ро) =

= 0,85 ∙ (420,115 + 285,288) + (5,854 + 5,855) = 611,302 квар;

𝑆_р.н2+7 = √𝑃_р.н2+7² + 𝑄_р.н2+7² = √709,758²+ 611,302² = 936,721 кВ∙А;

𝐼_р2+7 = 𝑆_р.н2+7

√3 · 𝑈_ном = 936,721

√3 · 0,4 = 1352,041 А.

Итоговые нагрузки цехов сведены в таблицы 3.5 и 3.6.

Таблица 3.5 - Расчетные нагрузки цехов после объединения в группы (1 вариант) Группа Цех, № Ки nэ Кр Ррс,

кВт

Qрс, квар

Pро, квар

Qро, квар

Ррн, кВт

Qрн, квар

Sрн, кВ∙А

Iрн, А 1 1 0,541 14 0,87 1695,272 969,832 40,863 13,431 1742,698 985,421 2002,012 2889,655 2 2+7 0,369 21 0,85 674,135 599,593 35,623 11,709 709,758 611,302 936,721 1352,041 3 4+3+9 0,395 45 0,75 533,1 561,260 32,508 10,685 565,608 571,945 804,384 1161,028 4 5+6 0,491 112 0,745 615,951 538,709 42,804 14,069 658,755 552,778 859,954 1241,237 5 8 0,363 12 0,85 369,963 306,91 31,532 10,364 401,494 317,274 511,723 738,608 Таблица 3.6 - Расчетные нагрузки цехов после объединения в группы (2 вариант)

Группа Цех, № Ки nэ Кр Ррс, кВт

Qрс, квар

Pро, квар

Qро, квар

Ррн, кВт

Qрн, квар

Sрн, кВ∙А

Iрн, А 1 1 0,541 14 0,87 1695,272 969,832 40,863 13,431 1742,698 985,421 2002,012 2889,655 2 2 0,38 13 0,85 436,475 357,098 17,811 5,854 454,286 362,952 581,472 839,283 3 4+3+9 0,395 45 0,75 533,1 561,26 32,508 10,685 565,608 571,945 804,384 1161,028 4 5+6 0,491 112 0,745 615,951 538,709 42,804 14,069 658,755 552,778 859,954 1241,237 5 8+7 0,357 20 0,85 607,623 549,405 49,344 16,219 656,967 565,624 866,911 1251,279

4 ВЫБОР ЦЕХОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ И РАСЧЕТ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

В качестве источников реактивной мощности на данном предприятии планируем использовать в первую очередь батареи низковольтных конденсаторов (БНК) напряжением до 1 кВ. Учитывается также реактивная мощность, которую можно получать из энергосистемы.

Расчёт компенсации реактивной мощности выполняем в несколько этапов. Первоначально предприятие, состоящее из отдельных зданий, разбиваем на несколько технологически концентрированных групп цеховых трансформаторов одинаковой единичной мощности. В пределах каждой группы все трансформаторы должны иметь одинаковый коэффициент загрузки и один вид компенсирующих устройств. Предварительно необходимо определить расчетные нагрузки трансформаторов, учитывая предельные возможности передачи мощности по линиям до 1кВ.

Для каждой группы трансформаторов принимаем единичную номинальную мощность и коэффициент загрузки, после чего определяем минимальное число трансформаторов. Затем производим расчёт установленной мощности батарей низковольтных конденсаторов в сетях до 1кВ каждого цехового трансформатора, а также для предприятия в целом. После этого уточняем активную и реактивную нагрузки предприятия с учетом потерь мощности в трансформаторах и вычисляем экономическое значение реактивной мощности, потребляемой из энергосистемы. Анализ баланса реактивной мощности на границе раздела предприятия и энергосистемы определяет дальнейший порядок расчётов.

4.1 Выбор цеховых трансформаторов

Выбор единичной мощности цеховых трансформаторов можно производить по величине удельной плотности нагрузки s_y,определяемой по выражению:

𝑠_y =^𝑆р.н

𝐹 , (4.1) где S_{р н.} - расчётная полная мощность нагрузки цеха на напряжение до 1 кВ, кВ∙А;

F - производственная площадь цеха, электроснабжение которого осуществляется от трансформаторов, м².

Для отдельно стоящих КТП в цехе при Sу˂0,2 кВ·А/м² принимаем трансформаторы с единичной мощностью до S=1000кВ·А; при 0,2˂Sу˂0,5

кВ·А/м² трансформаторы мощностью S=1600кВ·А; при 0,5˂Sу кВ·А/м² трансформаторы мощностью 1600, 2500кВ·А. При открытой установке принимают масляные трансформаторы, а сухие трансформаторы, при установке в отдельных помещениях.

Для каждой группы цеховых трансформаторов одинаковой мощности определяем их минимальное число:

. min =



р н T

Т Т

N P

 S ^{, (4.2)}

где Рр.н. – расчётная активная нагрузка цеха, кВт;

т – коэффициент загрузки трансформаторов, определяемый в зависимости от категории электроприёмников по надёжности электроснабжения;

Sт – принятая минимальная мощность одного трансформатора, кВ·А.

Результаты расчета нагрузок групп цехов сведены в таблицы 4.1 и 4.2.

Таблица 4.1 - Расчетные нагрузки групп (1 вариант) Номе

р групп

ы

Номер а цехов

Р_рс, кВт

Qрс, квар

Р_ро, кВт

Qро, квар

Р_рн, кВт

Qрн, квар

Sрн, кВ∙А

1 1 1695,27

2 969,832 40,863 13,431 1742,69

8 985,421 2002,01 2 2 2+7 674,135 599,593 35,623 11,709 709,758 611,302 936,721 3 4+3+9 533,1 561,26 32,508 10,685 565,608 571,945 804,384 4 5+6 615,951 538,709 42,804 14,069 658,755 552,778 859,954 5 8 369,963 306,91 31,532 10,364 401,494 317,274 511,723 Таблица 4.2 - Расчетные нагрузки групп (2 вариант)

Номе р групп

ы

Номер а цехов

Ррс, кВт

Qрс, квар

Рро, кВт

Qро, квар

Ррн, кВт

Qрн, квар

Sрн, кВ∙А

1 1 1695,27

2 969,832 40,863 13,431 1742,69

8 985,421 2002,01 2 2 2 436,475 357,098 17,811 5,854 454,286 362,952 581,472 3 4+3+9 533,1 561,26 32,508 10,685 565,608 571,945 804,384 4 5+6 615,951 538,709 42,804 14,069 658,755 552,778 859,954 5 8+7 607,623 549,405 49,344 16,219 656,967 565,624 866,911

Рассмотрим расчет числа трансформаторов на примере первой группы цехов 1 варианта. Мощность трансформатора определяем по (4.1):

𝑠_у = 2002,012

6452 = 0,31 кВ ∙ А/м². Принимаем βт=0,8, Sт=1250 кВ∙А. По формуле (4.2):

𝑁_𝑚𝑖𝑛 = 1742,698

0,8 ∙ 1250 = 1,743.

Принимаем число трансформаторов равным 2.

Результаты остальных расчетов сведем в таблицы 4.3 и 4.4.

Таблица 4.3 - Выбор трансформаторов (1 вариант) Группа Рр,

кВт

Qр, квар

Sр,

кВ∙А βТ

y, s

кВ∙А/м²

SТ,

кВ∙А NТmin NТ

1 1742,698 985,421 2002,012 0,8 0,31 1250 1,743 2 2 709,758 611,302 936,721 0,9 0,056 1000 0,789 1 3 565,608 571,945 804,384 0,8 0,076 1000 0,707 1 4 658,755 552,778 859,954 0,8 0,087 1000 0,823 1 5 401,494 317,274 511,723 0,8 0,069 630 0,797 1 Таблица 4.4 - Выбор трансформаторов (2 вариант)

Группа Рр, кВт

Qр, квар

Sр,

кВ∙А βТ

y, s

кВ∙А/м²

SТ,

кВ∙А NТmin NТ

1 1742,698 985,421 2002,012 0,8 0,310 1250 1,743 2 2 454,286 362,952 581,472 0,9 0,121 630 0,801 1 3 565,608 571,945 804,384 0,8 0,076 1000 0,707 1 4 658,755 552,778 859,954 0,8 0,087 1000 0,823 1 5 656,967 565,624 866,911 0,8 0,045 1000 0,821 1

Для установки выбираем трансформаторы ТМГ33-630/10, ТМГ33-1000/10 и ТМГ33-1600/10 ,параметры которых приведены в таблице 4.5.

Таблица 4.5 - Каталожные данные трансформаторов Тип трансформатора Sн,кВ∙А ∆Pхх,

кВт

∆Pкз,

кВт Uкз, % Ixx,%

ТМГ33-630 630 0,68 6,135 5,5 0,35

ТМГ33-1000 1000 0,955 9,54 5,5 0,2

ТМГ33-1250 1250 1,33 13,1 6 0,18

4.2. Расчет компенсации реактивной мощности

Передача по электрическим сетям реактивной мощности снижает пропускную способность линий и трансформаторов по активной мощности и вызывает дополнительные потери активной мощности и напряжения.

Существует много способов для снижения потребляемой реактивной мощности (установка высоковольтных синхронных двигателей, конденсаторные установки и т.д.). На данном предприятии для снижения потребляемой реактивной мощности предусмотрим установку батарей низковольтных конденсаторов (БНК).

Наибольшее значение реактивной мощности, которое может быть передано через трансформаторы в сеть до 1кВ при принятом коэффициенте загрузки трансформаторов βТ, определяется по следующему выражению (для масляных трансформаторов) в квар:

(

)

=    −

т Т Т Т рн

Q S  N Р , (4.3) где коэффициент 1,1 учитывает допустимую систематическую перегрузку.

Суммарная мощность блока низковольтных конденсаторов БНК по критерию выбора минимального числа трансформаторов:

1= − ,

нк рн т

Q Q Q (4.4) где Qрн – расчётная реактивная нагрузка до 1кВ рассматриваемой группы трансформаторов, квар.

Если Q_нк1< 0, то следует принять Q_нк1= 0.

Величина Qнк1 распределяется между трансформаторами прямо пропорционально их реактивным нагрузкам. Затем выбираются стандартные номинальные мощности БНК для сети до 1кВ каждого трансформатора.

Мощность БНК, приходящаяся на один трансформатор:

нк1 min

нк1 =Q

Q N . (4.5) Расчет мощности БНК покажем на примере для группы №1. Наибольшее значение реактивной мощности, которую можно передать через трансформатор ТМГ33-1250/10 в сеть до 1кВ по (4.3):

𝑄_т = √(1,1 ∙ 1250 ∙ 0,8 ∙ 2)²− 1742,698² = 1342,759 квар.

Суммарная мощность БНК по (4.4):

𝑄_нк1 = 985,421 − 1342,759 = −357,339 квар.

𝑄_нк^′ = −357,339

2 = −178,669 квар.

БНК не нужны.

Для остальных цехов выбор БНК аналогичен и сведен в таблицы 4.6 и 4.7.

Таблица 4.6 - Выбор БНК (1 вариант) Групп

а

Ррн, кВт

Qрн, квар

Sт,

кВ·А NТ Qт, квар

Qнк1, квар

Qнк1 (1т-

р), квар Тип БНК

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 1742,6 98

985,42

1 1250 2 1342,7 59

- 357,33

9

-178,669 - 2 709,75

8

611,30

2 1000 1 690,17

6 -78,874 -78,874 - Продолжение таблицы 4.6

1 2 3 4 5 6 7 8 9

3 565,60 8

571,94

5 1000 1 674,15 7

- 102,21

2

-102,212 - 4 658,75

5

552,77

8 1000 1 583,47

4 -30,697 -30,697 - 5 401,49

4

317,27

4 630 1 382,31

1 -65,037 -65,037 - Таблица 4.7 - Выбор БНК (2 вариант)

Групп а

Ррн, кВт

Qрн, квар

Sт,

кВ·А NТ Qт, квар

Qнк1, квар

Qнк1 (1т-

р), квар Тип БНК 1 1742,6

98

985,42

1 1250 2 1342,7 59

- 357,33

9

-178,669 - 2 454,28

6

362,95

2 630 1 427,34

8 -64,395 -64,395 - 3 565,60

8

571,94

5 1000 1 674,15 7

- 102,21

2

-102,212 - 4 658,75

5

552,77

8 1000 1 583,47

4 -30,697 -30,697 - 5 656,96

7

565,62

4 1000 1 585,48

7 -19,863 -19,863 - Суммарная установленная мощность БНК предприятия для первого

варианта Qнкф=0 квар, д�