Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Развитие электроэнергетики в России, и ее перспективы.

1.2 Характеристика, цеха и потребителей электроэнергии

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1Определение действительной нагрузки Потребителей

2.2 Выбор статистических, технико-экономических коэффициентов нагрузок потребителей

2.3 Расчёт нагрузок по часам суток

2.4 Расчёт постоянных и переменных потерь мощности

2.5 Построение суточного графика потребителей

2.6 Расчёт и построение годового графика подстанции

2.7 Коэффициент заполнения графика нагрузок и перегрузочная способность трансформатора

2.8 Определение реактивной мощности трансформаторов подстанции

2.9 Выбор числа и мощности трансформаторов на ТП

2.10 Выбор принципиальной схемы ТП

2.11 Расчёт питающей линии к ТП

2.12 Расчёт и выбор коммутационной и защитной аппаратуры. Токи к.з. и их расчёт

2.13 Мероприятия по повышению коэффициента мощности

2.14 Расчет заземляющего устройства

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Развитие электроэнергетики в России и ее перспективы

В современной отечественной публицистике доминируют две крайних точки зрения на процесс электрификации нашей страны. Сторонники первой, назовём её традиционной, точки зрения полностью отрицают значимость достижений на этой ниве дореволюционной России. С целью подтверждения истинности такого взгляда на проблему, зачастую, занижаются данные об объёме производства электроэнергии, допускаются манипуляции критериями сравнения, датами, и размерностями величин. Однако, сложно доказать недоказуемое, электроэнергетика в дореволюционной России существовала, тем или иным образом потребителями электроэнергии являлись до 20% населения страны, по производству электроэнергии Россия занимала восьмое место в мире.

Вторая точка зрения состоит в том, что высокие предреволюционные темпы развития российской электроэнергетики произвольным образом экстраполируются на будущие периоды. Сторонники этой точки зрения оперируют умозрительными планами развития отрасли безотносительно оценки возможности их реализации в условиях дореволюционной системы хозяйствования. Не берутся в расчет выдающиеся способности новой администрации по концентрации усилий в ключевых отраслях экономики, а так же в определении этих ключевых отраслей.

Обе эти точки зрения видятся порочными по своей сути, так как нарушают принцип непрерывности истории, отрицают преемственность и последовательность в развитии электроэнергетики страны. Нам кажется, более взвешенным следующий взгляд на вещи: динамичному развитию электроэнергетики в России был нанесен удар началом Первой Мировой Войны, а затем оно было прервано последовательностью социально-политических катаклизмов, потрясших сами устои российской государственности. Этот период, продолжавшийся примерно до конца 1920 года, характеризуется деградацией отрасли несмотря на усилия энергетиков и ряда функционеров новой власти направленные на ее сохранение. Однако в последующие годы эти усилия стали приносить свои плоды. Следует отметить, что в целом восстановление электроэнергетики возглавляли те же кадры, которые осуществляли дореволюционную электрификацию России. Именно, благодаря их опыту и организаторским способностям, а также решительности представителей новых властей, в рамках принятого в декабре 1921 года плана ГОЭЛРО к 1925 году был достигнут предвоенный уровень производства электроэнергии. Реализации этого плана и истории развития электроэнергетики СССР до начало Великой Отечественной Войны.

После прихода к власти в октябре 1917 года, большевикам пришлось сразу столкнуться с проблемой снабжения крупных городов и промышленных предприятий энергоносителями. Учитывая возникшие сложности с подвозом угля из донецкого бассейна, нефти и нефтепродуктов с бакинских и грозненских промыслов, новые власти рассматривали электрификацию Москвы и Петрограда, как способ компенсировать дефицит традиционных энергоносителей. В марте 1918 года с целью улучшения снабжения электроэнергией столиц было запланировано строительство пяти электростанций, однако, в силу ряда причин летом того же года удалось только возобновить строительство Волховской и приступить к строительству Каширской и Шатурской электростанций. Но реализация и этих, сильно урезанных относительно планов, начинаний, была поставлена под угрозу развернувшейся Гражданской Войной - рабочие мобилизовывались на военную службу, материальное обеспечение осуществлялось по остаточному принципу, в результате этого первенцы советской энергетики были введены в строй лишь в 1922 (Каширская) и в 1926 (Волховская) годах уже в рамках принятого в 1921 году плана ГОЭЛРО. На фоне такого казенного долгостроя наблюдалось любопытное явление - строительство местных электростанций и локальная электрификация силами местных жителей в сельской местности - наиболее известный (но не единичный) пример - Ярополецкая ГЭС на реке Ламе, дававшая электроэнергию нескольким близлежащим деревням вплоть до оккупации территории немцами в ходе Великой Отечественной Войны.

В феврале 1920 года была начата разработка советского перспективного плана развития народного хозяйства базирующегося на электрификации страны. Работой комиссии по созданию будущего плана ГОЭЛРО руководил Г.М. Кржижановский. В комиссию входили крупнейшие специалисты в области электротехники и энергетики, такие как Г.О. Графтио, К.А. Круг, М.А. Шателен и другие, в общем 22 ученых - постоянных членов комиссии и более 200 специалистов из всех отраслей хозяйства привлекавшихся к ее работе по мере необходимости. При работе над планом использовались принципиальные соображения о развитии электрификации в России сформулированные еще до революции профессором К. Кленегсборгом. Стоит отметить, счастливое для отрасли стечение обстоятельств - глава комиссии Г.М. Кржижановский помимо того, что являлся личным другом В.И. Ленина и одним из старейших членов РСДРП(б), был еще и крупным электроинженером, сотрудником «Общества электрического освещения 1886 года» с 1907 года, соратником

Р.Э. Классона в постройке первой районной электростанции на торфе - «Электропередача». В том числе и этот факт обусловил высокую эффективность работы комиссии, которая позволила ей уже к декабрю 1920 года представить основные положения плана ГОЭЛРО 8-му Всероссийскому съезду Советов, который их единодушно одобрил. Начались работы по популяризации и реализации плана. В декабре 1921 года 9-й Всероссийский съезд Советов утвердил постановление правительства о конкретных сроках реализации плана, что придало ему силу закона.

Особенность плана ГОЭЛРО состоит в том, что помимо арифметического наращивания мощностей по производству электроэнергии он предполагал комплексное развитие экономики страны на базе новой движущей силы - электричества, объединение его производителей сначала в ряд крупных локальных сетей, а затем, в перспективе, в глобальную энергетическую сеть, чье функционирование направлено на бесперебойное снабжение энергией предприятий тяжелой промышленности, транспорта и других отраслей народного хозяйства России. Для осуществления энергетических взаимосвязей предусматривалось широкое строительство высоковольтных линий электропередачи, недостаток которых являлся одним из узких мест дореволюционной электроэнергетики. (Здесь, справедливости ради, следует отметить, что эта концепция - концепция единой энергетической системы ведет свое начало от соединения в 1915 году на параллельную работу двух электростанций, в Москве и Подмосковье, линией электропередачи на 70КВ, длиной 76 км - к сожалению единственной высоковольтной ЛЭП империи.) План ГОЭЛРО вообще является первым планом развития экономики крупной страны на основе новых технологий, которыми на тот период являлись электротехнические. Его базовые положения - опережающее развитие электрификации на основе концентрации мощностей и централизации электроснабжения сохранили свою значимость для энергетической отрасли страны до сегодняшнего дня, именно от них происходит «блеск и нищета» отечественной электрификации.

Но вернемся к плану ГОЭЛРО, принятому к исполнению в декабре 1921 года. Этот план предусматривал доведение к 1935 году суммарной мощности электростанций до 1750 МВт, а годовое производство электроэнергии до 8,8 млрд. КВтч. Для достижения этих результатов планировалось ввести в действие 30 крупных электростанций (включая уже строящиеся), в т.ч. 10 ГЭС. Первые из них были введены в строй уже в следующем 1922 году, это были уже упоминавшаяся Каширская ГРЭС и электростанция «Красный Октябрь» в Петрограде. В 1924 году введена в эксплуатацию Кизеловская ГРЭС, в 1925 - Нижегородская и Шатурская станции, работавшие на местном торфе. К тому же 1925 году относится начала использования в Москве напряжения бытовой электросети в 220 В. В декабре 1926 года наконец введена в строй Волховская ГЭС. В этом же году в Москве создана первая диспетчерская энергетическая служба. В 1927 году начато строительство крупнейшей в Европе гидроэлектростанции - ДнепроГЭСа. Идея строительства ГЭС на Днепровских порогах витала в воздухе еще с начала века. Первый проект их затопления был создан еще в 1905 году инженерами Г.О. Графтио (упоминавшимся выше, как один из разработчиков позднейшего плана ГОЭЛРО) и С.П. Максимовым. Этот проект предусматривал строительство на участке от Днепропетровска до современного Запорожья трех ГЭС общей мощностью до 90000КВт. Тогда этот проект не был осуществлен, но уже 10 августа 1921 года, т.е. еще до утверждения 9-м Съездом Советов сроков реализации плана ГОЭЛРО было принято постановление СНК «об освобождении земель, подлежащих затоплению при строительстве гидроэлектростанции у города Александровска (Запорожье)». Земли под затопление освобождались в соответствии с проектом созданным И.Г. Александровым по заданию на проектирование выданное 5 марта 1921 года. Проект был высоко оценен, использовал опыт строительства и эксплуатации таких ГЭС, как «Куинстон» на Ниагаре и «Ла-Габель» на реке Св. Лаврентия. Однако в обстоятельствах 1922 года немедленно приступить к воплощению в жизнь этого проекта было невозможно. Отечественная промышленность не производила энергоагрегатов требуемой мощности, а экономическая изоляция Советской России еще не была полностью преодолена. Переговоры о приемлемых условиях поставки оборудования затягивались. Все же в 1927 году в основание будущей ГЭС легла закладная пластина. Надвигающийся экономический кризис помог решить проблему с поставкой оборудования - американцы предложили полный цикл строительства ГЭС, вплоть до сдачи ее заказчику, однако было принято паллиативное решение - строительство вели отечественные кадры, но под наблюдением американских консультантов. Первый блок был запущен 1 мая 1932 года, т.е. уже после того, как в 1931 году план ГОЭЛРО был выполнен по основным показателям. После вывода ДнепроГЭСа на полную проектную мощность он стал самой мощной ГЭС в Европе - 560000 КВт.

В 1933 году введена в строй линия электропередачи напряжением 220Кв - Нижнесвирская ГЭС - Ленинград. Начато объединение в единую сеть электростанций Горького и Иваново.

В конце 20-х - начале тридцатых годов электричество все шире входило в быт, проводились любопытные эксперименты по бытовому применению электроэнергии. Вот, например, что писала в вечернем выпуске от 23 января 1928 года «Красная газета»: "Откомхоз приступил к рассмотрению вопроса о применении электричества в домашнем быту... Намечено установить в нескольких квартирах ряд электрических приборов... Для точного выявления выгодности применения электричества эти квартиры попеременно одну неделю будут отапливаться дровами, вторую _ электроэнергией. Недельные данные покажут, дешевле ли электричество для отопления квартир, чем дрова, какой тариф должен быть установлен на отпуск электроэнергии для домашнего потребления".

Итак, план ГОЭЛРО был выполнен досрочно. К плановому сроку его реализации, 1935 году, установленная мощность электростанций составила 6800 МВт, выработка электроэнергии в соответствующем году достигла 26,3 млрд. КВтч. (для сравнения, в 1920 году этот показатель равнялся 0,5 млрд. КВтч.). В 1936 году СССР вышел на третье место в мире, после Германии и США, по выработке электроэнергии. В соответствии с принципами, положенными в основу плана ГОЭЛРО отечественная энергетика продолжала развиваться все ускоряющимися темпами, так в 1937 году производство электроэнергии достигло 36,173 млрд. КВтч. при мощности всех станций в 8235 МВт, а в 1940 году соответствующие показатели составили уже 48,309 млрд. КВтч. и 11193 МВт. Одновременно возрастала экономичность тепловых электростанций составлявших основу энергетики, так если в 1913 году для производства одного КВтч. электроэнергии затрачивалось 1060 г. условного топлива, то к 1940 году этот показатель снизился до 598 г.Электроэнергетика распространялась на Восток страны вместе с развитием восточных промышленных районов. В предвоенные и военные годы быстрыми темпами развивалась энергетика Урала, Сибири и Средней Азии. Именно это позволило компенсировать разрушение в ходе Великой Отечественной Войны 60 только крупных электростанций общей мощностью 6000 МВт, и выйти в 1945 году почти на уровень предвоенных показателей. В этом году было произведено 43,257 млрд. КВтч. электроэнергии на электростанциях общей мощностью 11124 МВт.

Подводя итог этому периоду электрификации России следует отметить, что это был период «большого скачка» электроэнергетики нашей страны, который вывел СССР на ведущие роли в мире по производству электроэнергии, однако уже в то время были заложены и те негативные черты, которые к сегодняшнему дню вылились в деформированность отрасли, вызванную чрезмерной централизацией, гигантоманией и ориентированность на абсолютные цифры в ущерб экологичности энергии и интересам мелкого потребителя.

1.2 Характеристика цеха и потребителей электроэнергии

Цех обработки древесины деревообрабатывающего комбината является отдельным самостоятельным подразделением, он предназначен для обработки древесины, придания ей соответствующих размеров и форм.

Для выполнения этих работ в цехе установлены станки и оборудование, которые являются потребителями электроэнергии.

К общепромышленным установкам относятся вентиляторы, насосы, компрессоры, воздуходувки и т. п. В них применяются асинхронные и синхронные двигатели трехфазного переменного тока частотой 50 Гц, на напряжениях от 127 В. до 10 кВ, а там, где требуется регулирование производительности,-- двигатели постоянного тока. Диапазон их мощностей различен -- от долей киловатта (электродвигатели задвижек, затворов, насосов подачи смазки и т. п.) до десятков мегаватт (воздуходувки доменных печей, кислородные турбокомпрессоры). Характер нагрузки ровный, толчки ее наблюдаются только при пуске. Основным агрегатам (насосы, вентиляторы и т.п.) присущ продолжительный режим работы.

Электросварочное оборудование, служащее для сваривания металлических изделий питается напряжением 380 или 220 В. переменного тока промышленной частоты. Дуговая электросварка на переменном токе выполняется с помощью одно- или трехфазных сварочных трансформаторов или машинных преобразователей. На постоянном токе применяются сварочные двигатель-генераторы. Для контактной сварки используются одно или трехфазные сварочные установки.

Электросварочное оборудование работает в повторно-кратковременном режиме. Однофазные сварочные приемники (трансформаторы и установки) дают неравномерную нагрузку по фазам трехфазной питающей сети. Коэффициент их мощности колеблется в пределах 0,3--0,7. Сварочные установки по степени надежности относятся к второй категории.

Транспортёры, краны, тельферы - необходимы для подъёма и перемещения тяжёлых деталей к месту их обработки или складирования.

Мощность электроприводов подъемно-транспортных устройств определяется условиями производства и колеблется от нескольких до сотен киловатт. Для их питания используется переменный ток 380 и 660 В. и постоянный ток 220 и 440 В. Режим работы повторно-кратковременный. Нагрузка на стороне переменного трехфазного тока -- симметричная. Коэффициент мощности меняется соответственно загрузке в пределах от 0,3 до 0,8. По надежности электроснабжения подъемно-транспортное оборудование относится к первой или второй категории (в зависимости от назначения и места работы).

Электрические осветительные установки являются в основном однофазными приемниками. Лампы светильников имеют мощности от десятков ватт до нескольких киловатт и питаются на напряжениях до 220 В. Светильники общего освещения (с лампами накаливания или газоразрядными) питаются преимущественно от сетей 220 или 380 В. Светильники местного освещения с лампами накаливания на 12 и 36 В. питаются через понижающие однофазные трансформаторы. Равномерная загрузка фаз трехфазной сети достигается путем группировки светильников по фазам. Характер нагрузки -- продолжительный. Коэффициент мощности для светильников с лампами накаливания-- 1,0, с газоразрядными лампами -- 0,96.

Деревообрабатывающие предприятия характеризуются наличием большого количества деревообрабатывающих станков, в которых потребители электроэнергии -- это электрические двигатели. Средняя мощность приводов станков массового машиностроения 5--25 кВт.

Прецизионные настольные станки имеют мощность приводов, измеряющуюся в долях киловатт, а мощности приводов крупных станков превышают тысячу киловатт, причем мощность главного привода может быть 300 кВт и выше.

Обработка древесины служат для придания соответствующих размеров и форм изделиям из металла. Специальные станки служат для обеспечения особенностей технологического процесса.

Питание станков осуществляется в основном при напряжении 380 В. с нормальной частотой 50 Гц. Для небольшой группы шлифовальных, фрезерных и сверлильных станков, требующих повышенной скорости вращения, применяется повышенная частота. Некоторые станки, характеризующиеся частыми пусками и реверсами, питаются постоянным током напряжением 440 В.

Для станков поточно-массового производства характерен повторно-кратковременный режим.

Приемниками электроэнергии в деревообрабатывающей промышленности могут быть также различного типа печи, сварочные агрегаты, компрессоры.

Цех обработки древесины по степени надёжности электроснабжения относится к потребителям первой категории.

Таблица 1. Цех обработки древесины

№п/п	Потребители	Рп,кВт	Количество и мощность
1	Деревообрабатывающие станки	60	4х10+1х20
2	Специальные станки	120	4х20+2х10+4х5
3	Металлорежущие станки	200	6х20+8х10
4	Краны и тельферы	30	2х10+2х5
5	Вентиляторы, кондиционеры	50	10х5
6	Насосы, прессы	600	12х50
7	Сварочное оборудование.	60	1х40+2х10
8	Нагреватели, сушильные камеры	42	2х20+1x2
9	Компрессоры	40	1х40
10	Транспортеры	60	6х10
11	Освещение	25	5 щитков

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Определение действительных нагрузок Потребителя

Согласно Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей система управления электрохозяйством потребителя электроэнергии является составной частью управления энергохозяйством, интегрированной в систему управления потребителя в целом.

У потребителя должен быть организован анализ технико-экономических показателей работы электрохозяйства и его структурных подразделений для оценки состояния отдельных элементов и всей системы электроснабжения, режимов их работы, соответствия нормируемых и фактических технико-экономичечских показателей функционирования электрохозяйства, эффективности проводимых организационно-технических и организационно-технологических мероприятий.

На основании анализа должны проектироваться и разрабатываться, выполнится действия, мероприятия по модернизации, безопасности электроснабжения объекта (организации) и его структурных подразделений . У потребителя должно быть разработана и действовать система стимулирования персонала по повышении эффективности функционирования электрического хозяйства, включая систему подготовки и переподготовки персонала(кадров). Расчет нагрузки провожу методом коэффициента спроса, так как в цехе установлено большое количество потребителей электрической энергии, расчет ведем в табличной форме.

В практике эксплуатации действительные нагрузки меньше суммарной установленной мощности. Это обстоятельство учитывается коэффициентом одновременности и коэффициентом загрузки.

Расчет нагрузок ведем методом коэффициента спроса. Этот метод применяется, когда цех имеет много потребителей, и отдельные крупные потребители не влияют на пусковые токи. Коэффициент спроса определяется на основании опыта эксплуатации однотипных потребителей и приводится в справочной литературе по электроснабжению, как статистический, технико-экономический параметр энергопотребления электроэнергии технологическими установками цеха.

Технико-экономические параметры Кс и cos? выбираю из справочной литературы по электроснабжению и заношу в таблицу 2.

Продолжительность включения выбираю из справочников по электроприводу и заношу в таблицу 2.

Таблица 2. Расчет нагрузок

Потребители	Рп,кВт	ПВ,%	сos?	Рн,кВт	Кс	Рмах,кВт
Деревообрабатывающие станки	60	-	0,15	60	0,14	8,4
Специальные станки	120	-	0,8	120	0,55	66
Краны и тельферы	30	25	0,5	15	0,09	1,35
Компрессоры	40	-	0,8	40	0,75	30
Вентиляторы, кондиционеры	50	-	0,8	50	0,75	37,5
Насосы, прессы	600	-	0,8	600	0,7	420
Транспортеры	60	30	0,8	32,8	0,85	27,8
Нагреватели, сушильные камеры	42	-	0,75	42	0,6	25,5
Сварочное оборудование.	60	60	0,45	20,8	0,4	8,35
Металлорежущие станки	200	-	0,4	200	0,12	24
Освещение	25	-	0,99	25	0,95	23,75
ИТОГО:	1287			1205,71		672,74

2.2 Выбор статистических, технико-экономических коэффициентов нагрузок потребителей

Величины ПВ, cos ?, Кс выбираем из справочника.

Для всех потребителей кроме кранов, сварочного оборудования, лебедок (транспортеров)

Рн=Рп (1)

Для кранов и тельферов Рн находим по формуле:[2,с.26]

(2)

где Рп - паспортная активная мощность двигателя, кВт.

Для сварочного оборудования:

Расчетная нагрузка Рmax по формуле: [2,c.103]

Рmax= Рн · Кс, (3)

где Кс - коэффициент спроса;

Рmax - максимальная активная мощность, кВт.

Производим расчет Рmax по формуле (3) и заполняем таблицу 2.

Рmax1=

Для остальных потребителей определяем аналогично. Результаты расчетов заносим в таблицу 2.

электроэнергия потребитель трансформатор подстанция

2.3 Расчет нагрузок по часам суток

На основании режима работы насосной станции составляем таблицу нагрузок по часам суток.

Таблица 3 Нагрузки Рн по часам суток.

Потребители	0-2	2-4	4-6	6-8	8-10	10-12	12-14	14-16	16-18	18-20	20-22	22-24
Деревообраба- тывающие станки	-	-	-	-	8,4	8,4	4,2	8,4	8,4	8,4	4,2	8,4
Специальные станки	-	-	-	-	6,6	6,6	3,3	6,6	6,6	6,6	3,3	6,6
Краны и тельферы	-	-	-	-	1,3	1,3	0,65	1,3	1,3	1,3	0,65	1,3
Компрессоры	-	-	-	-	30	30	15	30	30	30	15	30
Вентиляторы, кондиционеры	18,7	18,7	18,7	18,7	37,5	37,5	18,7	37,5	37,5	37,5	18,7	37,5
Насосы, прессы	100	100	100	100	420	420	210	420	420	420	210	420
Транспортеры	-	-	-	-	27,8	27,8	13,9	27,8	27,8	27,8	13,9	27,8
Нагреватели, сушильные камеры	12,7	12,7	12,7	12,7	25,5	25,5	12,7	25,5	25,5	25,5	12,7	25,5
Сварочное оборудование.	-	-	-	-	8,3	8,3	4,1	8,3	8,3	8,3	4,1	8,3
Металлорежущие станки	-	-	-	-	24	24	12	24	24	24	12	24
Освещение	11,8	11,8	11,8	11,8	23,7	23,7	11,8	23,7	23,7	23,7	11,8	23,7
Итого	143,25	143,25	143,25	143,25	613,1	613,1	336,35	613,1	613,1	613,1	336,35	613,1

2.4 Расчет постоянных и переменных потерь мощности

Определяем потери мощности и строим графики потерь.

Постоянные потери ?Рпост не зависят от нагрузки и составляют 1% от максимальной мощности Рmax

Рmax - максимальное значение мощности из таблицы 3.

?Рпост=, (4)

?Рпост=

Переменные потери зависят от нагрузки и составляют 5% от Рmax. Потери определяем по формуле: [2, с.112]

?Рперем1=, (5)

где ?Рперем - переменные потери мощности, кВт;

Рmax - нагрузка на каждые 2 часа суток, кВт.

При Рmax=143,25 кВт, ?Рперем=

При Рmax=336,35 кВт, ?Рперем=

При Рmax= 613,1кВт, ?Рперем=

Постоянные потери - это потери на нагрев железа трансформатора (или потери в стали) Переменные потери - это потери на нагрев обмоток трансформатора и проводов эл.сети (потери в стали).

Суммируем постоянные и переменные потери с помощью потребителей по часам суток (на основании результатов таблицы) и строим график подстанции.

?Р= Рmax+ ?Рперем+ ?Рпост, (6)

?Р=143,25+7,16+6,131=156,5кВт

?Р=613,1+30,6+6,131=649,8кВт

?Р=336,35+16,8+6,131=359,2кВт

2.5 Построение суточного графика Потребителя

На основании таблицы 3 и расчёту Рпост. и Рперекл. составляем суточный график потребителей.

Рисунок 1 - Суточный график потребителей.

2.6 Расчет и построение годового графика подстанции

На основании суточного графика производим расчет и строим годовой график активной мощности подстанции.

Определяем число рабочих часов.

Работа ведется в 2 смены. Количество дней в году 365(из них 114 нерабочие, выходные и праздники) переводим в часы.

часов

Итоговая нагрузка в году составляет всего 6024часа.

На основании расчетов строим годовой график подстанции.

Рисунок 2 - Годовой график подстанции.

2.7 Коэффициент заполнения графика нагрузок и перегрузочная способность трансформатора

1. Определяем коэффициент загрузки или коэффициент заполнения графика по формуле: [2, с.100]

Кн=Кз.г.=, (7)

где Рmax берется из суточного графика.

Кн=Кз.г.=

3. По суточному графику подстанции снимаем tmax в часах - это время использования максимальной нагрузки в сутки.

tmax= 12ч

по годовому графику tmax= 3012ч

4. По величинам коэффициента заполнения графика Кз.г.= 0,6 и времени использования максимума tmax= 3012ч по кривым кратности допустимых нагрузок трансформатора находим коэффициент перегрузки

Кпер=1,10

2.8 Определение реактивной мощности трансформаторов подстанции

5. Определяем активную мощность трансформатора по формуле: [2, с.113]

Ртр=, (8)

где Ртр - активная мощность, кВт;

Рmax - максимальная мощность по годовому графику подстанции, кВт.

6. Определяем средневзвешенный коэффициент мощности нагрузки cos?ср.взв по формуле: [2, с.114]

cos ?ср.взв=,

где P1-n - паспортная мощность потребителей, кВт

cos ? - коэффициент мощности из таблицы 2 (9)

cos?ср.взв=

cos ?ср.взв=0,68

sin ?=0,73

По сos? определяем tg ? =1,08

Определяем реактивную мощность трансформатора Qтр по формуле:

[2, с.92]

Qтр=Ртр tg?, (10)

Qтр=

2.9 Выбор числа и мощности трансформаторов подстанции

Третья категория электроснабжения, поэтому выбираем один трансформатора без схемы АВР (автоматического включения резерва).

Мощность трансформатора выбираем с учетом графика нагрузки в следующей последовательности:

1. Находим среднесуточную мощность по формуле: [2, с.99]

Рср.сут.=, (11)

где Асут - площадь суточного графика, кВт час

Асут=?Р t, (12)

Определяем полную мощность трансформатора Sтр по формуле:

[2, с.92]

Sтр=, (13)

где Sтр - полная мощность, кВА

Sтр=

По величине Sтр выбираем трансформатор мощностью 10/0,4 кВА.

Проверяем по допустимой перегрузке в послеаварийном режиме.

Отсюда видно, что трансформатор сможет пропустить потребляемую мощность,при отключении одного из трансформаторов. Коэффициент 1,4 учитывает допустимую предельную перегрузку в послеаварийном режиме.

Его данные заносим в таблицу 4.

Таблица 4. Характеристики трансформатора

Тип	U1, кВ	U2, кВ	S, кВА	Uк.з,%	Iх.х, %	Рк.з., кВт	Рх.х.,кВт
ТC3-1600	10	0,4	1600	5,5	1,5	16	4,2
ТС3-1600	10	0,4	1600	5,5	1,5	16	4,2

2.10 Выбор принципиальной схемы трансформаторной подстанции

Выбираем схему комплексной трансформаторной подстанции 10/0,4кВ. С двумя трансформаторными мощностью 1600кВА каждый. На вводах распределительного устройства по высокой стороне 10кВ устанавливаем масляные выключатели на колёсиках со втачными контактами. Далее устанавливаем разъединитель для создания видимого разрыва цепи. Силовой трансформатор служит для понижения напряжения с 10кВ до 0,4кВ. По низкой стороне 0,4 кВ устанавливаем автоматические выключатели, служащие для коммутаций, отключения токов К.З. и токов перегрузок. Далее устанавливаем трансформаторы тока для подключения измерительных приборов - амперметров, счетчиков и т. д. Для отключения подстанции на каждом фидере служат автоматические выключатели.

Рисунок 3 - Схема подстанции.

2.11 Расчёт питающей линии к трансформаторной подстанции

Производим расчет питающей линии к ТП.

Для трансформатора находим ток нагрузки Iн по формуле: [2, с.151]

Iн=, (14)

где Sтр - полная табличная мощность, кВА;

U1 -напряжение по высокой стороне, кВ.

Iн=

По справочным таблицам находим экономическую плотность тока jэк, А/мм2. Для кабеля алюминиевого jэк=1,4 А/мм2

Экономическое сечение кабеля находим по формуле: [4, с.131]

sэк=, (15)

где sэк - экономическое сечение кабеля, мм2

sэк=

По величине Sэк выбираем стандартное сечение кабеля.

По произведенным расчетам выбираем кабель и записываем в табличной форме.

Таблица 5 Технические данные кабелей.

Тип	S, мм2	хо, Ом/км	ro, Ом/км	Iдоп, А
АСБ 3х70	70	0,08	0,44	130

r0- рассчитывают по формуле:

Кабель проверяем по току.

Кабель должен соответствовать условию

IнагрIдоп; 92,37А130А

Проверяем кабель по потере напряжения по формуле: [6, с.159]

?U=Iнагр?(rocos?+хоsin?), (16)

где ?- длина питающей кабельной линии, км;

ro - активное сопротивление, Ом/км;

хо - реактивное сопротивление, Ом/км;

?U - потери напряжения в трансформаторе, В.

?U=

Определяем потери напряжения ?U в процентном отношении:

?U%=, (17)

По ПУЭ кабельная линия должна удовлетворять норме по потере напряжения, не больше 6%.

0,59% < 6%

Кабель подходит.

2.12 Расчет и выбор коммутационной и защитной аппаратуры. Токи К.З. и их расчёт

Так как сеть выше 1 кВ, то расчет сопротивления цепи К.З. ведем в базисных величинах, при этом учитываем только индуктивное сопротивление основных элементов.

10/0,4 кВ трансформатор на S= 1600 кВА. КЛ=0,5 км

Питающая энергосистема S= 1000 МВА

За базисные напряжения Uб1 и Uб2 принимаем генераторное напряжение ступени трансформатора 10/0,4 кВ.

Uб1=10,5кВ Uб2=0,4кВ

Приводим схему электроустановки с указанием основных элементов и строим схему замещения (рисунок 4 и 5).

По формулам определяем сопротивление всех элементов системы.

Сопротивление сети х1 определяем по формуле: [6, с.73]

х1=х*н.с, (18)

Определяем индуктивное сопротивление кабельной линии х2 по формуле: [6, с.73]

х2=хо?, (19)

где хо - реактивное сопротивление на единицу длины линии, Ом/км.



Рисунок 4 - Схема установки Рисунок 5 - Схема замещения

Находим индуктивное сопротивление трансформатора х3 по формуле: [6, с.73]

х3=х*бтр=, (20)

где Uкз - напряжение короткого замыкания трансформатора из таблицы 4, %;

Sн.т - номинальная мощность трансформатора, кВА.

Находим результирующее сопротивление для точек К.З.

Для К-1 > хрез=х1+х2,

хрез(К-1)=

Для К-2 > хрез=х1+х2+х3,

хрез(К-2)=

Производим расчет токов К.З. для точек К-1 и К-2. Для этого находим базисный ток по формуле: [2, с.82]

Iб=, (21)

Для точки К-1:

Iб1==

Для точки К-2:

Iб2==

Находим токи короткого замыкания по формуле: [6, с.82]

Iкз=I?=, (22)

Для точки К-1:

Iкз=

Для точки К-2:

Iкз=

Находим ударный ток по формуле: [6, с.83]

iуд=КудIкз (23)

где iуд - ударный ток, кА;

Куд - ударный коэффициент.

Принимаем Куд=1,8 для цепи, когда не учитывается активное сопротивление.

Для точки К-1 > iуд=

Для точки К-2 > iуд=

Находим мощность К.З. по формуле: [6, с.72]

Sкз=, (24)

где Sкз - полная мощность К.З., МВА.

Для точки К-1 > Sкз=

Для точки К-2 > Sкз=

Данные по токам К.З. заносим в таблицу.

Таблица 6 Данные по расчету токов К.З.

Точка К.З.	Iкз, кА	I?, кА	iуд, кА	Sкз, МВА
К-1	25,5	25,5	63,45	476,1
К-2	40,02	40,02	101,57	27,7

Производим выбор электрооборудования со стороны 10 кВ и со стороны 0,4кВ. Выбор аппаратов, шин и изоляторов производим по номинальным данным Iн и Uн. Аппараты 10 кВ проверяем по режиму К.З. в точке К-1, а на стороне 0,4 кВ в точке К-2.

1. Выключатель нагрузки 10кВ

2. Шины РУ 10кВ

3. Опорные изоляторы для шин

4. Шины 0,4кВ

5. Автомат на главном фидере 0,4кВ

6. Трансформаторы тока 0,4кВ

1. Выбор выключателей нагрузки.

- По номинальному напряжению и току Uн=10 кВ Iн= 36,4 A;

- По роду установки и конструкции;

Выбираю выключатель нагрузки ВНз-16 и его данные заносим в таблицу.

Таблица 7. Технические данные выключателя нагрузки

Тип	Uн,кВ	Iн, А	Iампл, кА	It, кА	t,сек	Iоткл, кА
ВНПЭ-10	10	630	80	10	5	31,5

Проверяем по току отключения:

IотклIкз ,

31,5кА 25,5кА

Условие выполняется.

Проверяем на динамическую устойчивость

Iамплiуд,; 80кА 63,45кА

Выключатель нагрузки динамически устойчив.

Проверяем на термическую устойчивость

, кА2с

где t - время, в течении которого допускается заводом изготовителем действия тока It.

800 кА2с >650,25кА2с

Выключатель нагрузки термически устойчив.

2. Выбор шин РУ 10кВ.

Сечение шин выбираем по току. На практике на РУ 10кВ токи не значительны, на напряжение 10кВ выбираем шины не менее, как Ал. 60х6, S=360мм2, Iдоп=1720А

Выбранные шины проверяем на динамическую устойчивость по формуле: [2, с.84]

?расч=, (25)

где ? - динамическая устойчивость, кг/см3;

? - расстояние между опорными изоляторами шинной конструкции (по ПУЭ), см;

а - расстояние между осями смежных фаз, см;

W - момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию усилия, см3. Определяется по формуле: [6, с.84]

W=, (26)

где b - толщина шины, см;

h - ширина шины, см.

W=

?расч=

Шины механически прочны, если выполняется условие

?расч ?доп,

где ?доп - допустимое механическое напряжение в материале шин.

По справочным данным для алюминиевых шин ?доп= 700 кг/см2

574 кг/см2 700 кг/см2

Условие выполняется.

Проверяем шины на термическую устойчивость.

Находим минимальное сечение шинопровода по термической стойкости по формуле: [6, с.86]

Smin=, мм2 , (27)

где I? - установившийся ток, кА;

tпр - приведенное время К.З.(из справочника), сек;

С - термический коэффициент.

Находим tпр из графика ( по величинам t, ?II)

?II==1,

где ? - отношение начального сверхпереходного тока к установившемуся в месте К.З.

Определяем время действия К.З. по формуле:

t= tз +tв =0,1+1,2=1,3

где tз - время действия защиты, сек;

tв - время действия выключающей аппаратуры, сек.

tпр= 1с

По формуле (27) находим минимальное сечение:

Smin=

Smin<S , 0,28мм2<360 мм2

Шины термически устойчивы.

3. Выбираем опорные изоляторы для шин:

Изоляторы выбираем по номинальному напряжению Uн=10 кВ.

Выбираем изолятор типа ОНШ 10-500, Uн=10 кВ, Fразр= 500 кг. с

Проверяем на механическую нагрузку разрыва по формуле: [2, с.84]

Fрасч=1,76, кгс (28)

где Fрасч - расчетное усилие на головку изолятора.

Fрасч=

Изоляторы проверяем на разрушающее воздействие от ударного тока К.З. по формуле

Fрасч,

где 0,6 - коэффициент запаса,

Fразр - разрушающая нагрузка на изгиб, кгс.

257,84 ? 300 кг. с

Изоляторы подходят.

5. Выбор разъединителя.

Выбираю разъединитель РВ-10/1000.

Uн =10 кВ, Iн=1000 А, I ампл.=100 кА,

Проверяем на динамическую устойчивость

Iамплiуд,;

100 63,45

Разъединитель динамически устойчив

6. Выбор шин РУ 0,4кВ

Сечение шин выбираем по току. Находим номинальный ток по формуле:

(29)

Шины должны удовлетворять условию , поэтому выбираем медные шины Ш 80х10, S=800мм2, Iдоп=3990А

2738A<3990A- условие выполняется

Проверяем выбранные шины на динамическую устойчивость по формуле 25:

?расч=

W=

По справочным данным для алюминиевых шин ?доп= 700 кг/см2

684 кг/см2 700 кг/см2 - условие выполняется.

Проверяем шины на термическую устойчивость.

Smin=

Smin<S; Smin=1200мм2; 0,44мм2<360 мм2

Шины термически устойчивы.

6. Выбор трансформаторов тока на 0,4кВ.

Трансформаторы тока выбираю по номинальному напряжению, номинальному току, роду установки и классу точности.

Выбираю трансформатор тока ТНШ-0,66; Uн=0,66кВ, Iн1=3000А, Iн2=5А; Sн2=20 ВА, Кt=120, Кд=90

Кt и Кд - допустимая кратность термической и динамической стойкости.

Проверяю трансформатор тока по нагрузке вторичной цепи Sн2Sрасч,

где Sн2 - допустимая (номинальная) нагрузка вторичной стороны трансформатора тока, ВА;

Sрасч - расчетная нагрузка вторичной обмотки трансформатора тока в нормальном (рабочем) режиме, ВА.

Расчетная нагрузка во вторичной цепи определяется по формуле:

[6, с.90]

Sрасч2=Sпр+(rпр+rк), ВА (30)

где Iн2 - номинальный ток вторичной обмотки, А;

Sпр - мощность подключаемых приборов, ВА;

rпр - сопротивление соединительных проводов (rпр=0,06), Ом;

rк - сопротивление контактов (rк=0,1), Ом.

Sрасч2=

16ВА<20ВА-условие выполняется.

Трансформаторы тока подходят по нагрузке по вторичной цепи.

Проверяем на термическую устойчивость по формуле:

Кt ;

Iн - из технических данных, I?=Iкз на низкой стороне

Условие выполняется.

Проверяем на динамическую устойчивость, должно удовлетворятся условие:

Кд

Условие выполняется. Трансформатор тока подходит.

7. Выбор автомата на главном фидере 0,4кВ.

Выбор автоматических выключателей, установленных в шкафах ввода низкого напряжения, осуществляется по номинальному току и напряжению, по роду установки.

Выбираем автоматический выключатель марки Э-40

Iн=4000А , Iампл=160кА, Uн=0,4кВ Проверяем на динамическую устойчивость

Iамплiуд; 160кА?101,57кА

Условие выполняется.

Проверяем на термическую устойчивость

It2 t I?2 tпр; 115200кА2с<1601,6 кА2с

Автомат подходит.

Вычерчиваем схему электроснабжения цеха с учетом схемы 0,4 кВт выбранной подстанции.

В качестве схемы электроснабжения выбираем наиболее распространенную на практике «смешанную» электрическую схему, в которую входят магистральные и радиальные (фидерные) линии. Такое решение принимаем в целях наиболее рационального использования проводникового материала (шинопроводов, кабелей и проводов) при дальнейшем удобстве в эксплуатации, обслуживании и ремонте электрических сетей цеха и оборудования.

Таким образом, крупные и ответственные потребители получают питание по радиальной схеме электроснабжения, прочие - по магистралям.

Фидеры 1,2,3 -К этим фидерам подключены по 4 насоса с двигателями мощностью по50 кВт и щит освещения на 5 кВт.

Фидер 4- подключены 4 деревообрабатывающих станка с двигателями мощностью 10 кВт и 1 по 20 кВт, так же 4 специальных станка мощностью 20 кВт и 2 по 10 кВт и 4 по 5 кВт, щит освещения на 5 кВт

Фидер 5- подключены металлорежущие станки мощностью 20кВт в количестве 6 штук и 8станков по 10 кВт, так же щит освещения на 5 кВт

Фидер 6 -подключены 2 крана по 10 кВт,2 по 5 кВт; компрессор мощностью 40 кВт, вентиляторы 10 штук по 5кВт,6 транспортеров по 10кВт.

Фидер 7- подключены 2 сушилки мощностью по 20 кВт и 1 на 2кВт,сварочное оборудование 1 на 40кВт и 2 на 10кВт

Расчет сетей цеха ведем по номинальному току электроприемника по формуле - для электродвигателей

Iн= , (31)

где ? - КПД данного типа двигателя, величина безразмерная.

- для РЩ по формуле:

Iн= , (32)

Для сетей освещения применяем четырехжильные кабели. До РЩ прокладываем кабели в коробе, от РЩ- в полу по трубам.

Находим токи и подбираем кабеля к оборудованию.

Параметры кабеля определяем из условия IдопIн.

По мощности потребителей выбираем электродвигатели, их данные заносим в таблицу.

Таблица 8. Данные электродвигателей

Тип потребителя	Тип двигателя	Рп, кВт	п, Об/мин	I н, А	,%	Cos	Кол-во	Iп/Iном
Деревообрабатывающие станки	4А132М2У3 4А100S2У3	11 22	2900 2940	21,1 41	88 88,5	0,9 0,91	4 1	7,5 7,5
Специальные станки	4А1802У3 4А132М2У3 4А100S2У3	22 11 5,5	2940 2000 2880	41 21,1 10,5	88,5 88 87,5	0,91 0,9 0,91	4 2 4	7,5 7,5 7,5
Краны и тельферы	MTKF311-6 MTKF012-6	11 5	910 895	130 53	77,5 74	0,76 0,74	2 2	- -
Компрессоры	4A200L2У3	45	2945	83,6	91	0,9	1	7,5
Вентиляторы, кондиционеры	RA132S4	5,5	2880	10,5	87,5	0,91	10	7,5
Насосы	4А225М2У3	55	2945	100	91	0,92	12	7,5
Транспортеры	4А132М2У3	11	1900	21,1	88	0,90	6	8,5
Металлорежущие станки	4А180М2У3 4А132М2У3	22 11	2940 2900	21,1 1	88,5 88	0,9 0,9	6 8	7,5 7,5

Для 4А132М2У3

Iн= ,

Для 4А1802У3

Iн=

Для 4А100S2У3

Iн=

Для 4A200L2У3

Iн=

Потери напряжения в кабелях.

U1 = 1,73 . 35 . 0,01 . (4,62. 0,9)=2,517 В

U2 = 1,73 . 45 . 0,01 . (3,08. 0,9)=2,158 В

U3 = 1,73 . 80 . 0,01 . (1,15. 0,9)=1,432 В

U4 = 1,73 . 100 . 0,01 . (0,74. 0,92)=1,17 В

U5 = 1,73 . 35 . 0,01 . (4,62. 0,99)=2,76 В

U%1 =

0,66

U%2 =

0,566

U%3 =

0,376

U%4 =

0,3076

U%5 =

0,726

- для РЩ по формуле:

Iн= , (32)

Сушилки

Iн=

Сварочное оборудование

Iн=

Iн=

Освещение

Iн=

Параметры кабеля определяем из условия IдопIн.

Определяем активное сопротивление кабелей.

Таблица 9. Данные кабелей

№ фидера	Iн, А	Марка кабеля	S,мм2	Iдоп,А	r 0 Ом/км
Фидер №1-№7	100	ВВГ	25	100	0,74

2.13 Мероприятия по повышению коэффициента мощности

Повышение коэффициента мощности электроустановок промышленных предприятий имеет большое народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителю электроэнергии. Повышение коэффициента мощности на 0,01 в масштабе страны дает возможность дополнительного полезного отпуска электроэнергии в 500 млн. кВтч в год. Потребители электроэнергии, например, асинхронные двигатели, для нормальной работы нуждаются как в активной, так и в реактивной мощностях, которые вырабатываются, как правило, синхронными генераторами и передаются по системе электроснабжения трехфазного переменного тока от электростанции к потребителям.

Принимаем решение о повышении cos? с cos?ср.вз. = 0,88 (определен в п.2.2) до норм ПУЭ cos? = 0,95, задается энергосистемой.

Мероприятия, проводимые по компенсации реактивной мощности эксплуатируемых или проектируемых электроустановок потребителей, могут быть разделены на следующие группы: 1. Не требующие применения компенсирующих устройств.

а) упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования, а, следовательно, и к повышению коэффициента мощности;

б) переключение статорных обмоток асинхронных двигателей напряжением до 1000 В с треугольника на звезду, если их загрузка составляет менее 40%;

в) установление режима работы асинхронных двигателей без нагрузки (на холостом ходу), когда продолжительность межоперационного периода превышает 10 мин.;

г) замена, перестановка и отключение трансформаторов, загружаемых в средней менее чем на 30% от их номинальной мощности;

д) замена мало загруженных двигателей двигателями меньшей мощности при условии, что изъятие избыточной мощности влечет за собой уменьшение суммарных потерь активной энергии в энергосистеме и двигателе;

е) замена асинхронных двигателей синхронными той же мощности, где это возможно по технико-экономическим показателям;

ж) применение синхронных двигателей для всех новых установок электропривода, где это приемлемо по технико-экономическим показателям;

з) регулирование напряжения, подводимого в электродвигателю при тиристорном управлении;

и) повышение качества ремонта двигателей с сохранением их номинальных данных.

2. Связанные с применением компенсирующих устройств.

Для повышения cos? искусственным путем принимаем решение по установке конденсаторов. Лучшим способом размещения конденсаторов является централизованная компенсация, то есть установка конденсаторов на шины ТП со стороны 0,4 кВ. Потребляемая мощность конденсаторов определяется по формуле: [6,с.202]