Реконструкция электроснабжения колхоза "Прогресс"

Содержание

Аннотация

Введение

1. Характеристика предприятия и электроснабжения

1.1 Краткая характеристика предприятия и его электроснабжения

1.2 ТЗ на проектирование электроснабжения колхоза «Прогресс»

2. Расчет электроснабжения отделения «Медведово»

2.1 Исходные данные для проектирования

2.2 Определение центра электрических нагрузок предприятия

2.3 Выбор числа и мощности трансформаторов

2.4 Расчет потерь мощности в выбранных трансформаторах

2.5 Выбор и расчёт сечений линий электропередачи 0,4 кВ

2.6 Конструкция линий электропередачи напряжением 0,38 кВ

3. Выбор оборудования и защиты линий сети электроснабжения

3.1 Выбор предохранителей в сети 0,38 кВ и проверка защиты

3.2 Расчёт токов короткого замыкания в сети 0,38 кВ

3.3 Проверка кабельной линии на термическую стойкость

3.4 Выбор трансформаторной подстанции

3.5 Расчёт релейной защиты подстанции

4. Молниезащита и заземление электрооборудования подстанции

4.1 Защита подстанции от перенапряжений

4.2 Защита подстанции от прямых ударов молнии

4.3 Расчёт заземляющего устройства подстанции

5. Организация эксплуатации электрооборудования

5.1 Обоснование и расчёт структуры электротехнической службы

5.2 Надёжность проектируемой системы электроснабжения

5.3 Организация технического обслуживания и текущего ремонта

6. Безопасность жизнедеятельности и экология

6.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

6.2 Защита от поражения электрическим током

6.3 Защита от электрической дуги

6.4 Защита от механических травм

6.5 Мероприятия по пожарной безопасности

6.6 Мероприятия обеспечения безопасности при авариях

6.7 Мероприятия по производственной санитарии

6.8 Мероприятия по защите окружающей среды

7. Экономическая часть

7.1 Анализ выбора оптимальной схемы электроснабжения

7.2 Расчет сметной стоимости

7.3 Расчёт основной и дополнительной заработной платы

7.4 Расчёт сметы годовых затрат на содержание оборудования и сетей

7.5 Технико-экономические показатели электроснабжения

Заключение

Литература



Аннотация

Дипломный проект по теме «Реконструкция электроснабжения колхоза «Прогресс» Клинцовского района выполнен на 85 страницах машинописного текста и включает введение, 7 разделов, заключение и список использованной литературы из 16 источников. Графическая часть проекта содержит 8 листов формата А1 и служит иллюстрацией разработанных проектных решений. В основных разделах дипломного проекта обоснована схема электроснабжения и выполнены все необходимые расчёты, подтверждающие работоспособность элементов разработанной системы электроснабжения.



Введение

Основными потребителями электрической энергии являются промышленность, транспорт, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство городов и поселков. На сельское хозяйство приходится около 30 % потребления электроэнергии, поэтому вопросам электроснабжения сельскохозяйственных предприятий уделяется большое внимание.

Развитие народного хозяйства и требования научно-технического прогресса диктуют необходимость совершенствования сельскохозяйственной электроэнергетики путем внедрения автоматизации технологических процессов, систем электроснабжения сельскохозяйственных предприятий и решения проблемы энергосбережения и экономии электрической энергии.

Главной проблемой на этом этапе является создание рациональных систем электроснабжения сельскохозяйственных предприятий. Созданию таких систем способствует следующее:

- выбор и применение рационального трансформирования энергии;

- выбор рациональных напряжений, что значительно снижает потери электрической энергии при её распределении;

- правильный выбор мест размещения подстанций, что минимизирует годовые приведенные затраты;

- совершенствование методики определения электрических нагрузок;

- рациональный выбор числа и мощности трансформаторов, а также схем электроснабжения и их параметров, что ведет к сокращению потерь электроэнергии, повышению надежности;

- решение задачи симметрирования электрических нагрузок.

Общая задача оптимизации систем электроснабжения включает рациональные решения по выбору сечений проводов и жил.

В настоящее время сельское хозяйство Брянской области, как и по всей России, испытывает определённые трудности, связанные с изменениями экономических отношений. Во многих хозяйствах наблюдается значительный спад сельскохозяйственного производства, что, конечно, вызывает снижение потребления электроэнергии, появление в связи с этим недогрузки электрооборудования сельских трансформаторных подстанций и линий электропередачи. Одновременно с этим, в связи с изменениями экономических отношений в сторону рыночных, значительно возросли требования к надёжности электроснабжения тех сельскохозяйственных объектов, от бесперебойной работы которых зависит экономическое и финансовое благополучие сельскохозяйственных предприятий. В первую очередь это следует отнести к отрасли молочного животноводства, как отрасли, способной поставлять продукцию круглый год, практически без сезонных изменений количества и качества производимого молока.

Данный дипломный проект посвящен реконструкции электроснабжения колхоза «Прогресс» Клинцовского района с целью повышения надёжности электроснабжения молочно-товарной фермы отделения «Медведово», сокращения недоотпуска электроэнергии и снижения потерь продукции.



1. Характеристика предприятия и электроснабжения

1.1 Краткая характеристика предприятия и его электроснабжения

Колхоз «Прогресс» расположен в Клинцовском районе Брянской области. За хозяйством закреплено около 3000 га земли, в том числе 2480 га сельскохозяйственных угодий, из которых под пашню выделено 2157 га, сенокосы 136 га и пастбища 187 га.

Производственное направление колхоза зерновое с развитым животноводством, включая свиноводство, молочное и мясо - молочное животноводство и коневодство.

В структуре посевных площадей сельхозпредприятия зерновые не превышают 60%, кормовые - 39%. Численность работников, занятых в основном производстве, составляет 123 человека, из них механизаторы - 21 человек, животноводы - 42 человека. Имеется 14 тракторов, 6 зерновых, картофеле- и свеклоуборочных комбайнов, 13 грузовых автомобилей.

Основные производственные фонды колхоза составляют 16845 тыс. рублей, общая рентабельность по хозяйству - 34%.

Центральное отделение колхоза «Прогресс», расположенное в селе Медведово Клинцовского района, занимается производством молока - основного вида продукции совхоза - на молочно-товарной ферме с дойным стадом 800 голов. На ферме имеются два коровника по 200 голов и один коровник на 400 голов дойных коров, четыре телятника по 120 голов, помещение для ремонтного и откормочного молодняка на 180 голов, родильное отделение на 50 мест, конюшня на 80 голов, вспомогательные помещения и сооружения. Электрические нагрузки по объектам фермы приведены в таблице 1.1, а в таблице 1.2 сведены данные по расходу электрической энергии в основных подразделениях отделения «Медведово».



Таблица 1.1 - Электрические нагрузки по объектам фермы

№	Наименование объекта	Дневная нагрузка	Вечерняя нагрузка	Коэффициент сезонности
		кВт	квар	кВт	квар	Зима	Весна	Лето	Осень
1	Дом животновода с ветеринарно-фельдшерским пунктом	6	-	8	-	1,0	0,8	0,7	0,9
2	Коровник привязного содержания с механизированным доением, уборкой навоза и электроводонагревателем на 400 голов	45	32	45	32	1,0	0,8	0,7	0,9
3	Родильное отделение на 50 мест	6	-	6	-	1,0	0,9	0,5	0,8
4	Коровник привязного содержания с механизированным доением, уборкой навоза и электроводонагревателем на 200 голов	20	16	20	16	1,0	0,8	0,7	0,9
5	Телятник на 150 голов	5	3	8	5	1,0	0,8	0,4	0,8
6	Конюшня на 80 голов	3	-	3	-	0,8	0,2	0,2	0,8
7	Помещение ремонтного, откормочного молодняка на 180 голов	10	-	3	-	1,0	0,6	0,3	0,9
8	Телятник на 120 голов	5	3	8	5	1,0	0,8	0,4	0,8
9	Телятник на 120 голов	5	3	8	5	1,0	0,8	0,4	0,8
10	Телятник на 120 голов	5	3	8	5	1,0	0,8	0,4	0,8
11	Овощехранилище на 1000 т	5	3	2	-	1,0	0,5	0,4	1,0
12	Весовая	1	-	-	-	1,0	0,5	0,2	0,8
13	Сенохранилище	10	8	-	-	0,5	0,5	1,0	1,0
14	Водонасосная станция	10	8	10	8	1,0	0,9	0,8	1,0
15	Коровник привязного содержания с механизированным доением, уборкой навоза на 200 голов	20	16	20	16	1,0	0,8	0,7	0,9
Суммарная нагрузка	156	95	149	92
Суммарная полная мощность	183 кВА	175 кВА



Электроснабжение отделения «Медведово» осуществляется от трёх трансформаторных подстанций, распределение нагрузок которых также видно из таблицы 2. Подстанции питаются от независмых воздушных линий напряжением 10 кВ через масляные выключатели типа МВ-10 от шин 10 кВ подстанций Киваи 35/10 кВ и Логоватое 35/10 кВ. Длина линии 10 кВ от подстанции Киваи 10,7 км, от подстанции Логоватое - 9 км. Линия 10 кВ от подстанции Киваи управляется линейным разъединителем ЛР-1, а от подстанции Логоватое - комплектным разъединителем КР-2.

Таблица 1.2 - Расход электрической энергии в 2005 году, кВт·часов

Месяц	Кормоцех	Ферма	Коровник
	ТП-2	ТП-1	ТП-3
январь	11700	9600	-
февраль	9900	8800	-
март	12900	8800	-
апрель	15000	10000	-
май	10800	8000	-
июнь	9000	8000	-
июль	8100	6000	-
август	9300	5200	-
сентябрь	9300	5200	-
октябрь	8400	5600	1360
ноябрь	7800	6000	6680
декабрь	9000	9200	6970
Сумма по ТП	112290	90400	15010
Годовое потребление	217700 кВт·ч

Несмотря на наличие резервной линии электроснабжения, надёжность обеспечения потребителей на молочно-товарной ферме электроэнергией оказалась низкой. Расстояние между разъединителями ЛР-1 и КР-2 составляет около 1050 м. В результате при аварии на основной снабжающей линии электропередачи 10 кВ вторая, резервная линия 10 кВ подключается не сразу, имеет место длительный перерыв в электроснабжении, что приводит к значительным потерям производимой продукции из-за недоотпуска электроэнергии.

Другой недостаток существующей схемы электроснабжения заключается в использовании масляных выключателей, которые обладают невысокими эксплуатационными показателями и низкой надёжностью. Эти выключатели также ухудшают надёжность электроснабжения сельхозпредприятия.

Кроме того, трансформаторные подстанции открытого типа, используемые в существующей схеме электроснабжения, значительно уступают по многим показателям, и, в первую очередь, по эксплуатационным и по надёжности подстанциям закрытого типа.

Ещё один недостаток существующей схемы электроснабжения связан с изменениями потребления электрической энергии.

Снижение потребления электроэнергии на производственные нужды привело к падению загрузки подстанций. Следовательно, снизилась эффективность использования электрооборудования подстанций, повысились относительные потери электроэнергии непроизвоственного характера, выросли относительные потери на холостой ход трансформаторов.

В связи с падением сельскохозяйсвенного производства и соответствующим снижением потребления электроэнергии центр тяжести потребления электроэнергии сместился в сторону однофазных потребителей - жилых домов с. Медведово. По этой причине резко возросла несимметрия нагрузки во внутренней сети отделения «Медведово», снизились качественные показатели электроэнергии и, как следствие, возросла аварийность электрооборудования трансформаторных подстанций ТП1, ТП2 и ТП3.

Рост аварийности на подстанциях привел к снижению надёжности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. Выросли потери колхоза за счёт недополученной продукции в связи с отключениями электроэнергии. Так по данным экономической службы колхоза «Прогресс» при отключении электроэнергии и срыве доения продуктивность коров снижается в первый день на 20%, во второй - на 10% и в третий - на 5%. В результате недополучения молока колхоз теряет за три дня при дневном надое на ферме 7723 кг молока 18372 рублей. Если учесть, что зимой таких отключений электроэнергии бывает не одно и не два, то можно представить насколько сильно снижается эффективность производства, падает рентабельность производства.

Наконец, наличие трёх действующих трансформаторных подстанций приводит к неоправданным эксплуатационным затратам, которые ложатся тяжёлым бременем на плечи сельскохозяйсвенного предприятия, что также снижает как эффективность производства и его рентабельность.

1.2 Техническое задание на проектирование электроснабжения колхоза «Прогресс» Клинцовского района

Исходные данные для проектирования электроснабжения:

1. Генеральный план молочно-товарной фермы с нанесенной на него существующей схемой электроснабжения.

2. Электроснабжение фермы осуществляется от подстанции Киваи 35/10кВ по воздушной линии напряжением 10 кВ (основное питание). Резервное питание от подстанции Логоватое 35/10кВ по воздушной линии 10 кВ длиной 9 км.

3. Расстояние проектируемой подстанции закрытого типа от подстанции Киваи - 10,7 км.

4. Расчетные нагрузки объектов приведены в таблице 1.1.

5. Напряжение всех электроприемников - 380/220 В.

6. Электроприемники I категории - пожарные насосы на ферме суммарной мощностью 50 кВт.

7. Предусмотреть автоматическое включение резервного электроснабжения.

8. Район по толщине стенки гололеда - 1.

9. Роза ветров - преимущественно юго-западное направление.

10. Коррозийная активность грунта - низкая.

11. Тариф на электроэнергию двухставочный: основная плата за 1 кВт заявленной мощности 59,5 руб. (1 кВт/мес.), дополнительная плата 52 коп./кВт·ч.

12. Потребители с суммарной максимальной нагрузкой Р_макс= 184 кВт при коэффициенте мощности соsц = 0,876.

13. Выполнить замену трансформаторных подстанций ТП-1, ТП-2 и ТП-3 одной подстанцией закрытого типа ЗТП 10/0,4 с двумя трансформаторами по 160 кВА.



2. Расчет электроснабжения отделения «Медведово»

2.1 Исходные данные для проектирования

Объект проектирования представляет собой производственную зону отделения «Медведово» и включает потребители, перечисленные с максимальными дневными нагрузками в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Нагрузочные характеристики потребителей

№	Наименование потребителя	Максимальные нагрузки
		РДн, кВт	QДн, квар
1.	Дом животновода с ветпунктом	6	-
2.	Коровник на 400 голов	45	32
3.	Родильное отделение на 50 мест	6	-
4.	Коровник на 200 голов	20	16
5.	Телятник на 150 голов	5	3
6.	Конюшня на 80 голов	3	-
7.	Помещение для молодняка на 180 голов	10	-
8.	Телятник на 120 голов	5	3
9.	Телятник на 120 голов	5	3
10.	Телятник на 120 голов	5	3
11.	Овощехранилище на 1000 тонн	5	3
12.	Весовая	1	-
13.	Сенохранилище	10	8
14.	Водонасосная станция	10	8
15.	Коровник на 200 голов	20	16
Суммарная нагрузка	156	95
Полная мощность	SДн = 184 кВА

В хозяйстве по степени надежности и бесперебойности электроснабжения большая часть электроприемников относится ко II и III категории.

По степени поражения людей электрическим током в отделении имеются помещения с повышенной опасностью, сырые и пыльные.

Электрооборудование, установленное в производственных помещениях, работает от трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Основная его часть рассчитана для работы на напряжении 380/220 В. Краткая характеристика основных потребителей электроэнергии по категориям бесперебойности электроснабжения и среды производственных помещений в сответствии с ПУЭ приведена в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Характеристика производственных помещений по ПУЭ

№ по ген. плану	Наименование объекта	Класс среды помещений	Категория надежности по ПУЭ
1.	Дом животновода с ветпунктом	Нормальное	III
2.	Коровник на 400 голов	Влажное	II
3.	Родильное отделение на 50 мест	Влажное	III
4.	Коровник на 200 голов	Влажное	II
5.	Телятник на 150 голов	Влажное	III
6.	Конюшня на 80 голов	Влажное	III
7.	Помещение для молодняка на 180 голов	Влажное	III
8.	Телятник на 120 голов	Влажное	III
9.	Телятник на 120 голов	Влажное	III
10.	Телятник на 120 голов	Влажное	III
11.	Овощехранилище на 1000 тонн	Влажное	III
12.	Весовая	Нормальное	III
13.	Сенохранилище	Пыльное	III
14.	Водонасосная станция	Влажное	III
15.	Коровник на 200 голов	Влажное	II

2.2 Определение центра электрических нагрузок предприятия

Воспользуемся математическим методом, который позволяет аналитически определить центр электрических нагрузок (ЦЭН) объект по координатам отдельных его потребителей.

Если считать нагрузки равномерно распределенными по площади объекта, что характерно для нашего случая, то центр нагрузок можно принять совпадающим с геометрическим центром фигуры, изображающей объект на генплане. Геометрическим центром фигуры, в свою очередь, является место пересечения её диагоналей.

Для определения ЦЭН предприятия на его генплане (рис. 2.1) произвольно наносим оси координат х и y, графически по плану определяем координаты ЦЭН каждого потребителя и заносим в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Определение ЦЭН отделения «Медведово»

№	Наименование потребителя	Ррi, кВт	Хi, м	Yi, м
1.	Дом животновода с ветпунктом	6	280	280
2.	Коровник на 400 голов	45	280	190
3.	Родильное отделение на 50 мест	6	370	210
4.	Коровник на 200 голов	20	440	220
5.	Телятник на 150 голов	5	440	140
6.	Конюшня на 80 голов	3	460	110
7.	Помещение для молодняка на 180 голов	10	420	60
8.	Телятник на 120 голов	5	520	160
9.	Телятник на 120 голов	5	520	70
10.	Телятник на 120 голов	5	440	8
11.	Овощехранилище на 1000 тонн	5	280	10
12.	Весовая	1	240	110
13.	Сенохранилище	10	200	60
14.	Водонасосная станция	10	110	90
15.	Коровник на 200 голов	20	38	95

Координаты ЦЭН предприятия х_о и y_о определяются по формулам:

; ,

где х_i; y_i - соответвствующие координаты центра i-нагрузки;

Р_р.ц.i - активная расчетная мощность i-ой нагрузки.

Определяем координаты



;

м;

;

м.

Следует учитывать, что размещение подстанции на территории молочно-товарной фермы должно быть выполнено с соблюдением следующих условий:

1) необходимо располагать трансформаторную подстанцию как можно ближе к ЦЭН предприятия;

2) подвод линий внешнего электроснабжения должен быть осуществлен безпересечения с путями внутрифермского транспорта;

3) подстанция и воздушные линии 10 кВ следует распололагать в зоне минимального загрязнения изоляции.

С учётом вышеуказанных условий размещаем подстанцию 10/0,4кВ на генплане предприятия вблизи пересечения линий 10кВ, как показано на рис. 2.2. у северо-восточного угла ограждения фермы.

2.3 Выбор числа и мощности трансформаторов

Для данного объекта - молочно-товарной фермы центрального отделения колхоза «Прогресс» экономически целесообразно принять одну трансформаторную подстанцию вместо трёх подстанций в существующей схеме электроснабжения фермы.

При выборе числа, мощности и типа силовых трансформаторов для питания электроприемников фермы и жилых домов отделения «Медведово» будем руководствоваться следующими положениями, изложенными в СН-174-75:

1. Мощность трансформаторов должна выбираться с учетом допустимой нагрузки в нормальном и послеаварийном режиме работы.

2. Число трансформаторов определяется исходя из обеспечения надежности питания с учётом категории потребителей.

3. Двухтрансформаторные подстанции сооружаются при сосредоточении значительных нагрузок в месте установки подстанций. Электроснабжение электроприемников II категории должно иметь резервирование.

4. Должна учитываться возможность расширения или развития подстанций с установкой более мощных трансформаторов на тех же фундаментах.

В качестве критерия выбора числа и мощности трансформаторов принимаем удельную плотность нагрузки фермы:

s_уд = S_p/F,(2.1)

где S_p - полная расчетная мощность электроприемников, кВА;

F - площадь помещений фермы, определяемая по генплану, м²;

s_уд - удельная плотность электрической нагрузки на ферме, кВА/м².

По данным таблицы 2.1 полная расчетная мощность электроприемников молочно - товарной фермы составляет S_p = 210 кВА. Из генплана на рис. 2.2 находим F = 5680 м². Тогда удельная плотность нагрузки фермы составит

s_уд = 184/5680 = 0,032 кВА/м².

Ориентировочную номинальную мощность трансформаторов выбираем по плотности нагрузки из данных, представленных в таблице 2.4. Эта мощность для основного и резервного трансформаторов составляет 160 кВА.

Таблица 2.4 - Зависимость мощности трансформатора от плотности нагрузки []

sуд, кВА/м2	? 0,04	? 0,05	? 0,1	? 0,2
Sт, кВА	160	250	400	630

Минимальное число трансформаторов i-го потребителя N_0.i определим по формуле:

,(2.2)

где Р_см.i - активная средняя мощность за наиболее загруженную смену электроприемников фермы, кВт, определяемая по формуле:

;(2.3)

S_Т.i - номинальная мощность i-го трансформатора, кВА;

B_Н.i - нормативный коэффициент загрузки трансформатора, выбираемый согласно СН174-75 по категориям нагрузок (II-B_н=0,7…0,8; III-B_н=0,9-0,95);

K_м.i - коэффициент максимума нагрузки (принимаем K_м.i=1,1 - нагрузка нередко непостоянная).

Имеем из таблицы 2.1 P_p = 184 кВт. Принимаем B_н=0,75. Тогда

Р_см = 184/1,1 = 167,3 кВт

и минимальное число трансформаторов с учётом потребителей II категории

= 1,39.

Полученное значение N₀ округляем до большего целого числа, т.е. принимаем N₀ = 2. При выборе мощности трансформаторов необходимо учитывать возможность их перегрузки в послеаварийном режиме до 40% продолжительностью не более 6 ч в течение 5 суток. При этом коэффициент заполнения суточного графика нагрузки трансформатора в условиях его перегрузки в соответствии с ПУЭ должен быть не более 0,8.

Коэффициент загрузки трансформаторов по 160 кВА предварительно составляет

К_{з.основн.} =184/2/160 = 0,58.

С учётом этого на случай послеаварийного электроснабжения фермы принимаем второй, резервный трансформатор мощностью 160 кВА. В случае отказа основного трансформатора 160 кВА, перегрузка резервного трансформатора при питании потребителей II категории (коровники S_II = 140 кВА) составит

К_{з.резерв.} = 140/160 = 0,875.

Резервный трансформатор в послеаварийном режиме будет недогружен.

Таким образом, выбранные трансформаторы мощностью по 160 кВА удовлетворяют и по степени загрузки, и по надёжности электроснабжения.

Одновременно с выбором трансформаторов производим выбор мощности компенсирующих устройств в сети электроснабжения фермы.

Реактивная мощность дневного максимума составляет согласно таблице 2.1 Q = 95 квар, активная - Р = 157 кВт, коэффициент мощности в сети фермы cosц₁ = 0,876. Наибольшая реактивная мощность Q_Вн.i, которая может быть внесена из распределительной сети 10 кВ в сеть 0,4 кВ i-го приемника без превышения предусмотренного значения коэффициента загрузки, определяется по формуле:

.(2.4)

При расчетной реактивной низковольтной нагрузке Q_Р.i для максимального перетока мощности конденсаторной установки необходимо обеспечить получение следующего значения реактивной мощности:

Q_ку.i= Q_р.i - Q_Вн.i,(2.5)

где Q_ку.i - реактивная мощность i-й конденсаторной установки, квар.

Полученное значение Q_ку.i уточняется до величины Q_бк стандартной конденсаторной установки.

Далее проверяют фактический коэффициент В_ф.i загрузки i -го трансформатора после компенсации по условию:

В_ф.i = ? В_н.i.(2.6)

Если это условие не соблюдается, следует увеличить мощность трансформатора. После этого уточняют величину реактивной мощности, передаваемую из сети 10 кВ в сеть 0,4 кВ по формуле:



Q_Вн.i =Q_р.i - Q_бк.i(2.7)

Проведем расчет компенсации реактивной мощности потребителей фермы. Определяем наибольшую реактивную мощность Q_Вн, которая может быть внесена из распределительной сети 10 кВ в сеть 0,4 кВ объекта

квар.

Расчетная реактивная нагрузка Q_Р, подлежащая компенсированию

Q_Р = Р_рtgц₁,

где tgц₁= 0,55 - тангенс угла сдвига фаз в сети до компенсации реактивной мощности, соответствующий cosц₁ = 0,876.

Q_Р = 157·0,55 = 86,4 квар.

Реактивная мощность конденсаторной установки

Q_ку = 181,5 - 86,4 = 95,1 квар.

Полученное значение Q_ку уточняем до величины Q_бк стандартной конденсаторной установки. Принимаем Q_бк = 75 квар.

Фактический коэффициент В_ф загрузки трансформатора после компенсации реактивной мощности

В_ф = = 0,59.



Это значение меньше принятого В_н = 0,75. Следовательно, корректировать расчёт установки для компенсации реактивной мощности нет необходимости.

Принимаем к установке на проектируемом объекте закрытую трансформаторную подстанцию Биробиджанского трансформаторного завода.

Таблица 2.5 - Параметры сети электроснабжения фермы и электрооборудования трансформаторной подстанции и компенсирующей установки

№	Наименование	Значение
1.	Трансформаторная подстанция КТП №1	ЗКТПБ/М/
2.	Активная расчётная нагрузка, кВт	157
3.	Реактивная расчётная нагрузка, квар	95
4.	Полная расчётная нагрузка, кВА	184
5.	Общая площадь объекта, м2	5680
6.	Категория электроприёмников	II и III
7.	загрузки транс-ра,
8.	Удельная плотность мощности, кВА/м2	0,034
9.	Тип и мощность трансформатора: Основного Резервного	ТМ - 160 ТМ - 160
10.	Вносимая реактивная мощность, квар	181,5
11.	Мощность компенсирующей установки, квар	100

2.4 Расчет потерь мощности в выбранных трансформаторах

Расчет потерь мощности в выбранных трансформаторах необходим для определения затрат на возмещение потерь электроэнергии.

Потери активной (кВт) и реактивной (квар) мощностей в трансформаторах определяют по формулам:



,(2.8)

,(2.9)

где и - потери холостого хода и короткого замыкания, кВт;

- ток холостого хода трансформатора, %;

u_кз - напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

N - количество трансформаторов;

- фактический коэффициент загрузки трансформаторов.

Уточняем нагрузку в сети 0,4 кВ с учетом реальных потерь в выбранных трансформаторах:

. (2.10)

Из справочных данных находим для трансформатора ТМ160/10 мощностью 160 кВА с первичным напряжением 10 кВ его параметры:

ДР_хх = 0,56 кВт; ДР_кз = 2,65 кВт; i_xx = 2,4%; u_кз = 4,5%.

Рассчитаем потери активной мощности в трансформаторах:

ДР_Т1+Т2 = 2(0,56 + 2,65·0,55) = 4,04 кВт.

Потери реактивной мощности:

ДQ_T1+Т2 = 2·160(0,024+0,045·0,55) = 14,02 квар.

Результаты расчёта потерь вносим в таблицу 2.6.

Уточним нагрузку фермы с учетом реальных потерь в выбранных трансформаторах. В нормальном режиме работы сети 0,4 кВ с исходными данными:

Расчётные мощности потребителей от трансформатора Т1

Р_р1 = 112 кВт; Q_р1 = 85 квар (см. табл. 2.1)

ДР_Т1 = 2,02 кВт; ДQ_T1 = 7,01 квар.

Максимальная нагрузка на трансформатор Т1

кВА.

Таблица 2.6 - Расчет потерь мощности в трансформаторах

№ nn	Параметр	Трансформаторы Т1,Т2
		ТМ 160/10
1.	Количество, n, шт Мощность, ST, кВА	2 160
2.	Потери холостого хода, ДPхх, кВт	0,56
3.	Потери короткого замыкания, ДPкз, кВт	2,65
4.	Ток холостого хода, iхх, %	2,4
5.	Напряжение КЗ, uкз, %	4,5
6.	Коэффициент загрузки, Вф	0,55
7.	Активные потери, ДРТi, кВт	2х2,02
8.	Реактивные потери, ДQTi, квар	2х7,01
Потери в нормальном режиме, ДРТ1/ДQT1	2,02 кВт/7,01 квар
Потери в поставарийном режиме, ДРТ1/ДQT2	2,02 кВт/7,01 квар

Расчётные мощности потребителей от трансформатора Т2

Р_р2 = 72 кВт; Q_р2 = 10 квар (см. табл. 2.1)

ДР_Т2 = 2,02 кВт; ДQ_T2 = 7,01 квар.



Максимальная нагрузка на трансформатор Т2

кВА.

В послеаварийном режиме работы сети 0,4 кВ только для потребителей II категории надёжности (работает только Т1):

Р_р1 = 112 кВт; Q_р1 = 85 квар (см. табл. 2.1)

ДР_Т1 = 2,02 кВт; ДQ_T1 = 7,01 квар.

Максимальная нагрузка на трансформатор Т1

кВА.

Полученные данные расчетов сводим в таблицу 2.7.

Таблица 2.7 - Расчётные нагрузки с учетом реальных потерь в трансформаторах

№ nn	Параметр	Режим работы сети
		Нормальный	Послеаварийный
		Т1	Т2	Т1	Т2
1.	Активная мощность, Рр, кВт	112	72	112	-
2.	Активные потери, ДРТi, кВт	2,02	2,02	2,02	-
3.	Реактивная мощность, Qp, квар	85	10	85	-
4.	Реактивные потери, ДQTi, квар	7,01	7,01	7,01	-
5.	Мощность БК, Qбк, квар	75	75	75	-
6.	Полная мощность, Sp, кВА	146,5	76	146,5	-

2.5 Выбор и расчёт сечений линий электропередачи 0,4 кВ

Определение числа линий электропередачи 0,4 кВ

В настоящее время приняты следующие основные принципы построения схем внутреннего электроснабжения:

Число отходящих от трансформаторной подстанции линий не должно превышать 4-х.

Работа линий и трансформаторов должна быть раздельной, так как параллельная работа приводит к увеличению токов КЗ, удорожанию релейной защиты, особенно на коротких линиях внутри объекта.

Воздушные линии напряжением 0,38 кВ располагают преимущественно вдоль одной стороны дорог.

Распределение электроэнергии по рекомендациям СН-174-75 может быть выполнено радиальной, магистральной или смешанной схемой. Выбор зависимости от территориального размещения нагрузок, их величины, от требуемой степени надёжности питания и других характерных особенностей проектируемого объекта.

В практике проектирования электроснабжения предприятий крупные и ответственные потребители обычно подсоединяются к источнику электроэнергии по радиальным схемам. Средние и мелкие потребители группируются, а их электроснабжение проектируется по магистральному принципу. Такое решение позволяет создать схему внутреннего электроснабжения с наилучшими технико-экономическими показателями.

Основываясь на принципах построения внутренних сетей предприятия и учитывая особенности проектирования электроснабжения фермы, принимаем смешанную схему сети 0,38 кВ из 4-х линий. Две линии (схема на рис. 2.3) 1 и 4 от трансформатора Т1 питают 4 коровника (потребители II категории №№ 2, 4 и 15), родильное отделение (№3), телятник (№8) и водонасосную станцию (№14). Другие две линии 2 и 3 снабжают электроэнергией сенохранилище и хранилище сочных кормов (потребители №13 и 11), весовую, 3 телятника, откормочное и конюшню (№ № 5-7, 9, 10) от Т2.

Выбор расчётной схемы сети 0,38 кВ и расчёт нагрузок линий

Расчётную схему линий 0,38 кВ составим для дневных нагрузок, используя генплан фермы на рис. 2.2, и покажем на рисунке 2.3.

С учётом коэффициента к_о одновременности активную расчётную нагрузку i-й линии определим по выражению:

Р_Л.i = к_о·,(2.11)

где Р_Д.i - дневная нагрузка i-го потребителя в данной линии. Если нагрузки потребителей различаются более чем в 4 раза, наименьшие нагрузки Р_Д.j складываем без учёта коэффициента одновременности в соответствии с формулой:

Р_Л.i = к_о·+.(2.12)

Полная расчётная мощность определяется с учётом коэффициента мощности нагрузок

S_р = Р_Л.i/cosц.(2.13)

В соответствии с расчётной схемой определим расчётные нагрузки линий.

Линия 1:к_о = 0,85;cosц_14,15 = 0,78;

Р_Л.1 = 0,85(10 +20) = 25,5 кВт;

S_рЛ1 = 25,5/0,78 ? 33 кВА.

Линия 2: к_о = 0,85;cosц₁₃ = 0,78; cosц₁₁ = 0,86;

Р_Л.2 = 0,85(10 + 5)= 12,8 кВт;

S_рЛ2 = 8,5/0,78 +4,25/0,86 ? 16 кВА.

Линия 3:к_о = 0,8;cosц_6,7,12 =1; cosц_5,9 = 0,86;

Р_Л.3 = 0,8(10+5+5)+(3 +1) = 20 кВт;

S_рЛ3 =10+10/0,86+3+1 ? 28 кВА.

Линия 4:к_о=0,85; cosц_1,3=1; cosц₂=0,82; cosц₄=0,78; cosц₈=0,86;

Р_Л.4 = 0,85(45+20)+(6 +6 +5) = 72,25 кВт;

S_рЛ4 =6+6+45/0,82+20/0,78+5/0,86 ? 88 кВА.

Линию 1, проходящую вблизи воздушных линий 10кВ, выполним кабелем, чтобы избежать пересечения воздушных линий. Остальные линии принимаем воздушными линиями электропередачи.

Выбор сечения проводов и расчёт потерь напряжения

Прокладку кабеля по территории фермы осуществляем в воздухе. Предусматриваем применение кабеля марки ААШв с алюминиевыми жилами в алюминиевой защитной оболочке с наружным покровом из поливинилхлоридного шланга.

Выбор сечения кабельной линии осуществляем по экономической плотности тока i_эк с дальнейшей проверкой по техническим условиям. К техническим условиям относят проверку сечений по нагреву расчётным током в режиме наибольших нагрузок и послеаварийном режиме.

Нестандартное экономически целесообразное сечение кабеля F_э выбираем по экономической плотности тока по формуле:

F_Э = I_p/i_Эк,(2.14)

гдеI_р - расчётный ток кабельной линии, А.

Согласно ПУЭ [3] при годовом максимуме нагрузки Т_макс< 5000 ч и использовании в качестве проводника - алюминия i_Эк =1,4 А/мм².

Расчётный ток кабельной линии определяем по формуле:

, А(2.15)

гдеS_p - полная расчётная мощность электроприёмников в линии, кВА.

Расчётный ток линии 1

= 50,1 А.

Сечение жилы кабеля линии 1

F_Э.Л1 = 50,1/1,4 = 35,8 мм².

Полученное значение сечения жилы округляем до меньшего стандартного значения. Принимаем [2] F_Э.ст= 35 мм² (r₀=0,89 Ом/км; х₀=0,064 Ом/км).

Так как кабель проложен в воздухе, то для данного сечения кабеля

I_доп = 65 А.

Найденное по справочнику сечение проверяем по нагреву.

В нормальном рабочем режиме:

К_t· К_аI_доп ? I_р,(2.16)

гдеК_t - коэффициент учёта температуры среды, отличной от расчётной;

К_а - коэффициент учёта расстояния в свету между кабелями, проложенными рядом и их количеством;

I_доп - длительный допустимый ток для кабеля, А.

Принимаем К_t=1, т.к. длительно допустимая температура жилы кабеля с бумажной изоляцией на напряжение 0,66 кВ составляет +65⁰С, а температура среды составляет +15^о С. Тогда в соответствии с формулой (2.16) имеем

65А > 50А,

следовательно, сечение жил кабеля проходит в нормальном рабочем режиме. В послеаварийном режиме, учитывая возможность 30 % перегрузки линии:

1,3 К_t· К_аI_доп ? I_п/ав,(2.17)

гдеI_п/ав - максимальное значение тока кабеля в послеаварийном режиме, которое определяется для однотрансформаторной подстанции с резервированием формулой:

.(2.18)

Максимальное значение тока кабеля в послеаварийном режиме

? 60 А.

Условие (2.17) для послеаварийного режима

1,3·65 = 84,5 А > 60 А.

Данное условие также выполняется.

К техническим условиям относят также проверку по потере напряжения:

в рабочем режиме:

? 5%(2.19)

в послеаварийном режиме:

? 10%(2.20)

гдеl - длина кабельной линии, км;

х₀, r₀ - удельные активное и индуктивное сопротивления жилы кабельной линии, Ом/км.

Находим потерю напряжения в кабеле в рабочем и послеаварийном режимах:

= 2,1% < 5%.

Проверка сечений по термической стойкости проводится после расчётов токов короткого замыкания.

Далее определяем потери в кабельной линии:

-активной мощности

, кВт(2.21)

-реактивной мощности

, квар(2.22)

-активной электроэнергии

, МВтч/год,(2.23)

где - потери в изоляции кабеля, определяемые как

.(2.24)

Так как, - величина сравнительно небольшая и в расчётах учитывается только при высоких напряжениях;

- время максимальных потерь, определяемое по формуле:

, ч(2.25)

где Т_м=4500 ч - для двухсменной работы при продолжительности смены равной 8 часов. Тогда ч.

Определяем потери активной мощности в кабельной линии 1:

Р_кл1 = 3·50,1·0,12·0,89 = 0,016 кВт.

Потери реактивной мощности в этой же линии 1:

Q_кл1 = 3·50,1·0,12·0,064 = 0,001 вар.

Потери активной электроэнергии в кабельной линии 1:

ДW_Кл1 = 0,016·2846 = 45,5 кВт·ч/год.

Рассчитаем сечения проводов воздушных линий электропередачи и потери напряжения в них, используя для участка линии формулу:

ДU_{участка} = ДU_уд·S_{расч.участка}·l_{участка}.

Принимая провод 3А35+А35 (r₀ = 0,83 Ом/км) для участка ДU_2-1-11 и провод 3А50+А50 (r₀ = 0,588 Ом/км) для остальных участков, рассчитаем потери напряжения на участках линии 2:



ДU_2-1-11= 0,83·5·0,104 = 0,43%;

ДU_2-2-1 = 0,588·16·0,132 = 1,24%;

ДU_2-2-1-13 = 0,588·10,9·0,031 = 0,2%.

Наибольшая потеря напряжения в линии 2 составит сумму потерь на участках:

ДU_2макс = ДU_2-2-1+ ДU_2-1-11;

ДU_2макс = 1,24+ 0,43 = 1,67% < ДU_доп= 5%.

Следовательно, выбранные сечения проводов удовлетворяет условию по допустимой потере напряжения в линии 2. Принимаем провод 3А35+А35 на участках ДU_3-3-9, ДU_3-3-7, ДU_3-3-6, ДU_3-2-5, ДU_3-1-12, остальные участки выполним проводом 3А50+А50 (r₀ = 0,588 Ом/км). Потери напряжения на участках линии 3:

ДU_3-3-9= 0,83·4,6·0,036 = 0,14%;

ДU_3-3-7 = 0,83·10·0,025 = 0,21%;

ДU_3-3-6 = 0,83·3·0,015 = 0,04%;

ДU_3-2-3-3= 0,588·17,6·0,062 = 0,64%;

ДU_3-2-5 = 0,83·4,7·0,085 = 0,33%;

ДU_3-1-3-2 = 0,588·27,2·0,105 = 1,68%;

ДU_3-1-12 = 0,83·0,8·0,016 = 0,01%;

ДU_3-3-1 = 0,588·28·0,121 = 1,99%.

Наибольшая потеря напряжения в линии 3 состоит из потерь на участках:

ДU_3макс = ДU_3-3-1+ ДU_3-1-3-2+ ДU_3-2-3-3+ ДU_3-3-7;

ДU₃ = 1,99 + 1,68 + 0,64 + 0,21 = 4,52% < ДU_доп= 5%.

Принимаем провод 3А70+А70 (r₀ = 0,42 Ом/км) для участков ДU_4-4-1, ДU_4-1-4-2, ДU_4-2-4-2-1, ДU_4-2-1-2-2, для ДU_4-1-2, ДU_4-1-2 и ДU_4-2-2-4 - провод 3А50+А50 и провод 3А35+А35 - для ДU_4-2-2-8, ДU_4-2-1-3. Тогда потери напряжения на участках линии:

ДU_4-2-2-8= 0,83·5·0,049 = 0,20%;

ДU_4-2-2-4 = 0,42·21,8·0,042 = 0,38%;

ДU_4-2-1-2-2 = 0,42·26,8·0,038 = 0,43%;

ДU_4-2-1-3= 0,83·6·0,042 = 0,21%;

ДU_4-2-4-2-1 = 0,42·32,8·0,121 = 1,67%;

ДU_4-2-1 = 0,588·6·0,015 = 0,05%;

ДU_4-1-4-2 = 0,42·38,8·0,095 = 1,55%;

ДU_4-1-2 = 0,588·46,7·0,035 = 0,96%;

ДU_4-4-1 = 0,42·85,5·0,046 = 1,65%.

Наибольшая потеря напряжения в линии 4 складывается из потерь на участках:

ДU_4макс = ДU_4-4-1+ ДU_4-1-4-2+ ДU_4-2-4-2-1+ ДU_4-2-1--_2-2;

ДU₄ = 1,65 + 1,55 + 1,67 + 0,43 = 4,47% < ДU_доп= 5%.