Разработка системы электроснабжения завода по производству металлообрабатывающих станков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Энергетика, как отрасль народного хозяйства, занимает ведущие позиции в экономики любого государства. Около 70% всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии потребляется промышленными предприятиями.

Для обеспечения питания промышленных электроприемников создаются системы электроснабжения промышленных предприятий. Согласно [1], системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией.

Задача электроснабжения промышленных предприятий возникла одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов [2].

По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ. Появляется необходимость широкого внедрения систем автоматизации.

Специалисты в области электроснабжения должны иметь глубокие знания целого комплекса вопросов проектирования и эксплуатации электроустановок промышленных предприятий, так как именно при проектировании формируется структура электроснабжения, и закладываются основные свойства, определяющие ее технические, эксплуатационные и экономические показатели.

Целью данного дипломного проекта является разработка экономичной, надежной, удобной в эксплуатации и безопасной системы электроснабжения завода по производству металлообрабатывающих станков. В проекте рассмотрены вопросы определения электрических нагрузок элементов СЭС, выбора числа и мощности цеховых трансформаторов, расчета компенсации реактивной мощности, определения условного центра электрических нагрузок.

На основании полученных данных разработана схема электроснабжения предприятия на напряжение выше 1 кВ и схема сетей до 1 кВ, связующих трансформаторные подстанции. Далее выполнен расчет токов короткого замыкания, выбор сечений токоведущих элементов и электрических аппаратов напряжением выше 1 кВ.

Отдельное внимание при проектировании уделено определению технико-экономических показателей сравниваемых вариантов СЭС, расчету системы релейной защиты и автоматики, электрическим измерениям, вопросам учета и экономии электроэнергии, охране труда на предприятии.

В качестве спецвопроса в дипломном проекте рассматривается возможность снижения расхода электроэнергии на нерегулируемый электропривод производственных механизмов за счет замены малонагруженных асинхронных электродвигателей, поскольку эффективное функционирование электрического хозяйства любого предприятия невозможно без решения задач экономии электроэнергии.

1. Краткое описание технологического процесса

Завод по производству металлообрабатывающих станков специализируется на выпуске высокопроизводительного металлорежущего оборудования по индивидуальным заказам для предприятий машиностроительной отрасли. В состав завода входят основные производственные цеха, вспомогательные цеха и склады. Генплан предприятия с сетью напряжением выше 1 кВ и картограммой нагрузок представлен на листе 1 графической части.

Исходные материалы на склады завода поступают автомобильным транспортом. Схема основных технологических потоков завода приведена на рисунке 1.

Рисунок 1.1 - Схема основных технологических потоков завода по производству металлообрабатывающих станков

В металлообрабатывающем цехе производится обработка деталей и узлов оборудования, изготавливаемого на заводе. Рассматриваемый цех имеет размеры 60 Ч80 м.

Необходимые материалы, металл и отливки поступают в металлообрабатывающий цех со склада металла. Изготовленные и обработанные в отделениях механического цеха детали, части и узлы передаются в инструментальный и сварочный цех завода.

В сборочном цехе осуществляются сборка, испытания, отделочные операции. Детали и узлы к месту сборки подаются рельсовыми передаточными тележками, кран-балками и электрокарами.

Сварочный цех предназначен для изготовления деталей и узлов изделий, имеющих неразъемные соединения, выполненные преимущественно сваркой. Размеры рассматриваемого цеха 70 Ч 90 м. Основным исходным материалом для производства металлоконструкция служит прокат металлов. Могут выполняться комбинированные конструкции из поковок, отливок, проката. После сварки изделия могут проходить комплекс дополнительной обработки: механическую и термическую обработки, гидравлические испытания и окраску. Передача металлоконструкций на соответствующие участки производится кранами. Готовые изделия поступают в сборочный цех.

Инструментальный цех относятся к группе вспомогательных цехов завода. В производственные функции инструментального хозяйства входит проектирование и изготовление инструмента, получение готового стандартизированного инструмента от других предприятий, хранение и выдача, контроль ремонт и восстановление инструмента. Инструментальный цех находится в ведении инструментального отдела завода.

В состав блока вспомогательных цехов входят ремонтно-механический и электроремонтный цех. Ремонтное хозяйство предназначено для выполнения совокупности работ по техническому обслуживанию, текущему, среднему и капитальному ремонту заводского оборудования для обеспечения наиболее эффективного его использования. Ремонт встроенного станочного электрооборудования осуществляется совместно с ремонтом станков.

2. Характеристика потребителей электроэнергии предприятия

Проектирование СЭС предприятий требует анализа электроприемников и потребителей электроэнергии, на основе которого определяются условия их рационального электроснабжения, схемы и конструктивное выполнение электрических сетей, рассчитываются электрические нагрузки.

Потребители электроэнергии могут быть классифицированы по множеству эксплуатационно-технических признаков, основными из которых являются: назначение и место в производственном процессе, режим работы, мощность и напряжение, род тока, территориальное размещение, надежность электроснабжения, стабильность расположения. При проектировании СЭС достаточно систематизировать потребителей электроэнергии по надежности электроснабжения, режимам работы, мощности и напряжению, роду тока, а остальные признаки использовать как вспомогательные [3].

Большинство потребителей электроэнергии предприятия питаются переменным трехфазным током промышленной частоты 50 Гц на номинальном напряжении 0,4 кВ и работают в продолжительном режиме.

Лампы электрического освещения и сварочные установки представляют собой однофазную нагрузку, распределенную по фазам трехфазной сети. Их наличие приводит к неравномерному распределению нагрузок по фазам трехфазной сети и несимметрии напряжения. Несимметрию и колебания напряжения вызывают также трехфазные дуговые печи литейного цеха.

На предприятии имеются установки повышенной частоты, которые используются для плавки металлов в литейном цехе, нагрева под закалку в термическом цехе, нагрева под ковку и штамповку в кузнечно-прессовом цехе.

Мостовые кран, кран-балки, тельферы, конвейеры и транспортеры, а также электросварочные установки работают в повторно-кратковременном режиме. В кратковременном режиме работает подавляющее большинство электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков.

Прокатные станы, дуговые электрические печи, кузнечные машины, штамповочные прессы, сварочные установки и подъемно транспортные устройства относятся к потребителям с резкопеременными и толчкообразными нагрузками. Их наличие вызывает необходимость принятия мер по снижению колебаний напряжения.

В соответствии с [1], по надежности электроснабжения электроприемники делятся на три категории.

К первой категории относятся электроприемники, нарушении 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.

Ко второй категории относятся электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта.

К третьей категории относятся все остальные электроприемники.

Понятие категории относится к электроприемникам, а не к цехам и предприятию в целом. Подавляющее большинство потребителей электроэнергии: технологические линии, производственные участки и цехи представляют собой комплексы электроприемников различных категорий в определенных сочетаниях. Если имеется относительно небольшое число ответственных электроприемников, то способы их надежного питания необходимо разрабатывать отдельно, не допуская отнесения других электроприемников к высшим категориям, что приведет к неоправданным дополнительным капитальным вложениям.

К первой категории относятся компрессоры, насосы, вентиляторы, прокатные станы, ответственные подъемно-транспортные устройства, аварийное освещение. Кратковременный перерыв электроснабжения компрессорной станции, снабжающей сжатым воздухом литейный цех завода, приводит к остановке цеха на время до одного часа [3].

Электродвигатели приводов компрессоров и насосов составляют подавляющую часть нагрузки компрессорной и должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервируемых источников питания, а перерыв их электроснабжения может быть допущен лишь на время действия устройства автоматического включения резерва (АВР).

Основная масса электроприемников механизмов производственных цехов относится ко второй категории по надежности электроснабжения. Ко второй категории относятся также все плавильные печи, поскольку они обладают значительной тепловой инерцией, а также нагревательные установки промышленной и повышенной частоты. Эти электроприемники рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаиморезервирующих источников питания. При нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустим перерыв их питания на время, необходимое для включения резервного источника дежурным персоналом или оперативно-выездной бригадой. Допускается осуществлять питание потребителей второй категории от одного трансформатора при наличии централизованного резерва, если восстановление электроснабжения может быть выполнено не более чем за сутки.

Большинство электроприемников блока вспомогательных цехов и инструментального цеха предприятия относится к третьей категории по надежности электроснабжения. Эти электроприемники могут иметь один источник питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены отказавшего элемента СЭС, длятся не более суток.

3. Определение электрических нагрузок

Определение силовых электрических нагрузок осуществляется методом расчетных коэффициентов. По данному методу расчетная активная силовая нагрузка цеха определяется по выражению:

, (3.1)

где - коэффициент расчетной нагрузки;

- коэффициент использования i-ой группы однородных электроприемников;

- мощность i-ой группы однородных электроприемников, кВт;

N - количество групп электроприемников.

Величина принимается по ([4], табл. П7),

, (3.2)

где - эффективное число электроприемников;

- групповой коэффициент использования;

- постоянная времени нагрева; для шин до 1 кВ цеховых трансформаторов ч.

Эффективное число электропремников можно определить по выражению:

(3.3)

где - номинальная мощность самого мощного электропиемника группы, кВт.

Групповой коэффициент использования

(3.4)

Расчетная реактивная силовая нагрузка цеха определяется по выражению:

, (3.5)

где - среднее значение коэффициента реактивной мощности i-ой группы электроприемников.

Нагрузку освещения определяем по методу коэффициента спроса. По данному методу расчетная активная нагрузка освещения цеха

(3.6)

где - коэффициент спроса на освещение;

- удельная мощность общего равномерного освещения, Вт/м2;

- площадь цеха, м2 ;

n - количество этажей.

Поскольку удельная мощность общего равномерного освещения приводится в справочниках для освещенности = 100 лк, коэффициента запаса = 1,5 и КПД светильника 100%, надо произвести пересчет по выражению

(3.7)

где - нормируемое значение освещенности, лк;

- нормируемое значение коэффициента запаса;

- КПД светильника.

Расчетная реактивная нагрузка освещения определяется по выражению:

, (3.8)

где - значение коэффициента реактивной мощности освещения.

Расчетная активная мощность цеха в целом

. (3.9)

Расчетная реактивная мощность цеха в целом

. (3.10)

Полная расчетная мощность цеха

(3.11)

3.1 Выбор мощности оборудования и его параметров

Выбор оборудования, его мощности, а также максимальной мощности (мощность самого крупного электропиемника) осуществляется с учетом специфики цехов. Все оборудование разбивается на группы с одинаковыми и . Результаты выбора сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Выбор оборудования цехов и его параметров

Цех	Pуст, кВт	Оборудование	P, кВт	Рн.max, кВт
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Склад металла и дополнительного оборудования	500	Вентиляторы	100	100	0,65	0,8	0,75
			Кран-балки	300		0,1	0,5	1,73
			Конвейер	250		0,4	0,75	0,88
2	Металлообрабатывающий цех	2800	Вентиляторы	400	250	0,65	0,80	0,75
			Горизонтально-ковочные машины, ковочные молоты, штамповочные молоты	1000		0,16	0,50	1,73
			Станки токарно-револьверные, карусельные, горизонтально-расточные, продольно-фрезерные, зубофрезерные, обрезные прессы	500		0,25	0,65	1,17
			Мостовые краны, электротельферы, контрольное оборудование	700		0,10	0,50	1,73
			Машины стыковой и точечной сварки	200		0,35	0,50	1,73
3	Сварочный цех	2400	Вентиляторы	400	250	0,65	0,80	0,75
			Прессы гидравлические	500		0,25	0,65	1,17
			Сварочные трансформаторы для автоматической дуговой сварки и резки металлов	1150		0,35	0,50	1,73
			Мостовые краны, электротельферы, кран-балки, контрольное оборудование	350		0,10	0,50	1,73
4	Окрасочный цех и гальванопокрытий	3300	Вентиляторы	400	300	0,65	0,8	0,75
			Линия гальванопокрытий	1200		0,7	0,8	0,75
			Мостовые краны, электротельферы, кран-балки, контрольное оборудование	500		0,1	0,5	1,73
			Сушильное оборудование	550		0,5	0,85	0,62
			Ванны ультразвуковой очистки, моечные машины	650		0,7	0,7	1,02
5	Сборочный цех	3500	Вентиляторы	950	110	0,65	0,8	0,75
			Прессы гидравлические	1200		0,7	0,8	0,75
			Станки балансировочные, регулировочные, испытательные стенды, краны мостовые, консольно-поворотные, кран-балки	500		0,1	0,5	1,73
			Электрические масляные ванны	550		0,5	0,85	0,62
			Кран-балки, электротельферы	650		0,7	0,7	1,02
6	Компрес- Сорная	2200	Компрессоры	1800	200	0,70	0,85	0,62
			Вентиляторы	400		0,65	0,80	0,75
7	Насосная	500	Вентиляторы	100	100	0,65	0,80	0,75
			Насосы	250		0,70	0,85	0,62
			Компрессоры	150		0,70	0,85	0,62
8	Склад готовой Продукции	1700	Вентиляторы	150	70	0,65	0,80	0,75
			Кран-балки	200		0,10	0,50	1,73
			Транспортеры	250		0,40	0,75	0,88
			Тельферы	100		0,10	0,50	1,73
9	Заводоуправление (3 этажа)	600	Вентиляторы	100	50	0,65	0,80	0,75
			Компьютеры, Оргтехника	80		0,30	0,90	0,48
			Нагревательные приборы	120		0,50	0,85	0,62
			Насосы	130		0,70	0,85	0,62
			Кондиционеры	70		0,65	0,80	0,75
10	Инстру-ментальный	1700	Станки (токарный, шлифовальный, фрезерный)	1000	200	0,16	0,50	1,73
			Кран-балки	200		0,10	0,50	1,73
			Прессы	150		0,17	0,65	1,17
			Вентиляторы	350		0,65	0,80	0,75
11	Ремонтно-механический цех	1200	Прессы	90	100	0,17	0,65	1,17
			Вентиляторы	100		0,65	0,80	0,75
			Сварочные трансформаторы	260		0,35	0,50	1,73
			Ванна моечная	150		0,60	0,85	0,62
			Металлорежущие станки мелкосерийного производства	400		0,16	0,50	1,73
			Кран-балки	200		0,10	0,50	1,73

3.2 Определение расчетных электрических нагрузок по цехам

Порядок расчета электрических нагрузок рассмотрим на примере металлообрабатывающего цеха предприятия (цех №2). По выражению (3.4) определяем значение группового коэффициента использования

.

Согласно (3.3) эффективное число электроприемников

.

Определив значения и , по ([1], табл. П7) методом линейного интерполирования находим значение коэффициента расчетной нагрузки

.

По выражению (3.1) определяем расчетную активную силовую нагрузку

кВт.

По выражению (3.5) определяем расчетную реактивную силовую нагрузку

квар.

Для определения нагрузок освещения необходимы следующие данные:

- площадь цеха, м2;

- нормируемое значение освещенности цеха, принимаем лк;

- коэффициент запаса, .

Принимаем для установки в цехе светильники типа ГСП04-400 с ДРИ-400 , для которых по ([5], табл. 6.6) тип кривой света Д, КПД 60%. При высоте подвеса 8-12 м и площади свыше 1500 м2 по ([5], табл. 8.8) удельная мощность общего равномерного освещения Вт / м2.

По выражению (3.7) производим пересчет удельной мощности

Вт / м2.

Для производственных зданий, состоящих из отдельных крупных пролетов, по ([4], стр. 195) коэффициент спроса .

По выражению (3.6) определяем активную нагрузку освещения

кВт.

Принимаем по [6] (). Тогда, согласно выражению (3.8), расчетная реактивная нагрузка освещения

квар.

По выражению (3.9) определяем расчетную активную нагрузку цеха

кВт.

По выражению (3.10) определяем расчетную реактивную нагрузку цеха

квар.

Полная расчетная нагрузка цеха

кВ•А.

Результаты расчета электрических нагрузок для остальных цехов сведены в таблицы 3.2, 3.3 и 3.4.

Таблица 3.2 - Результаты расчета силовых нагрузок

№ цеха	Название				, кВт	, квар
1	Склад металла и дополнительного оборудования	0,300	13	0,85	165,75	207,79
2	Металлообрабатывающий цех	0,245	22	0,82	561,7	946,83
3	Сварочный цех	0,343	19	0,85	699,13	1208,8
4	Цех окрасочный и гальванопокрытий	0,570	22	0,87	1635,6	1700,8
5	Сборочный цех	0,581	70	0,80	1995,8	2680,9
6	Компрессорная	0,691	22	0,90	1073,5	1738,9
7	Насосная	0,690	10	0,90	216,0	172,93
8	Склад готовой продукции	0,325	20	0,85	193,38	234,61
9	Административное здание	0,571	20	0,87	248,39	206,86
10	Инструментальный цех	0,255	25	0,82	355,06	563,43
11	Ремонтно-механический цех	0,288	24	0,83	286,60	468,08

Таблица 3.3 - Результаты расчета осветительных нагрузок

№ цеха	, лк			F, м2	Тип светильников	Выс. подв., м	з, %		, Вт / м2	, Вт / м2	, кВт	, квар
1	75	1,4	0,95	1350	ГСП04-400	15	65	1,73	2,5	2,69	3,45	5,97
2	200	1,6	0,95	4800	ГСП04-400	15	60	1,73	2,2	7,82	35,69	61,71
3	200	1,6	0,95	6300	ГСП04-400	15	65	1,73	2,2	7,22	45,49	78,70
4	300	1,4	0,95	6300	ГСП18-400-005	10	75	1,73	2,2	8,8	55,44	164,1
5	300	1,5	0,95	1800	ГСП18-400-005	10	75	1,73	2,2	8,8	15,9	46,87
6	150	1,5	0,95	1800	ГСП18-400-005	10	75	1,73	2,2	4,4	7,93	23,44
7	150	1,5	0,95	1350	ГСП18-400-005	10	75	1,73	2,6	5,2	7,02	20,78
8	75	1,4	0,95	1350	ГСП18-400-005	15	75	1,73	5,5	5,13	6,93	20,51
9	400	1,4	0,9	1500	ЛВП05-4Ч65-003	3	60	0,43	2,7	16,8	25,2	11,59
10	300	1,4	0,95	2700	ГСП18-400-005	15	75	1,73	2,2	8,21	22,18	64,64
11	400	1,4	0,95	1440	ГСП18-400-005	15	75	1,73	2,2	10,95	29,57	87,52

Таблица 3.4 - Результаты расчета электрических нагрузок цехов

№ цеха	Название	, кВт	, Квар	, кВт	, квар	, кВт	, квар	, кВ•А
1	Склад металла и дополнительного оборудования	165,75	207,79	3,45	5,97	169,2	213,77	272,7
2	Металлообрабаты-вающий цех	561,7	946,83	35,69	61,71	597,37	1008,5	1172,2
3	Сварочный цех	699,13	1208,8	45,49	78,70	744,61	1287,5	1487,3
4	Цех окрасочный и гальванопокрытий	1635,6	1700,8	55,44	164,1	1691	1864,9	2532,9
5	Сборочный цех	1995,8	2680,9	15,9	46,87	1805,8	2042,7	2730,4
6	Компрессорная	1073,5	1738,9	7,93	23,44	1375,9	1096,9	1763,6
7	Насосная	216,0	172,93	7,02	20,78	223,02	193,7	298,63
8	Склад готовой продукции	193,38	234,61	6,93	20,51	200,31	255,12	325,68
9	Административное здание	248,39	206,86	25,2	11,59	273,59	218,48	351
10	Инструментальный цех	355,06	563,43	22,18	64,64	377,24	629,07	735,26
11	Ремонтно-механический цех	286,60	468,08	29,57	87,52	316,17	555,6	641,23

Произведем анализ полученных результатов. Электрические нагрузки насосной, административного здания, сборочного, сварочного цехов и складов невелики, что позволяет запитать их от трансформаторных подстанций (ТП) соседних цехов. Выполним пересчет нагрузок данных объектов с учетом того, что значения коэффициентов расчетных нагрузок в этом случае принимаются как для питающих сетей напряжением до 1 кВ ([4], табл. П6). Результаты пересчета нагрузок сводим в таблицу 4.5.

Таблица 3.5 - Результаты пересчета электрических нагрузок

№ цеха	Название	, кВт	, квар	, кВт	, Квар	, кВт	, квар	, кВ•А	, А
1	Склад металла и дополнительного оборудования	195,0	188,9	3,45	5,97	198,5	194,9	278,7	401,5
7	Насосная	345,0	222,3	7,02	20,78	352,0	243,1	427,8	617,5
8	Склад готовой продукции	227,5	213,3	6,93	20,5	234,4	233,8	331,1	477,9
9	Административное здание	285,5	188,1	25,2	11,6	310,7	199,7	369,3	533,1
10	Инструментальный цех	433	512,2	22,2	65,6	455,2	577,8	735,7	961,7

Значения токов, полученных в результате пересчета нагрузок, показывают, что питание всех перечисленных цехов можно осуществить на напряжении 0,4 кВ с помощью кабелей. Запитаем столовую от блока вспомогательных цехов, конструкторское бюро и заводоуправление - от термического цеха, склады готовой продукции, металла и полуфабрикатов - от кузнечно-прессового цеха, склады леса, пиломатериалов, шихтовых и формовочных материалов - от модельного цеха.

Рассчитаем нагрузку наружного освещения:

(3.12)

(3.13)

где - удельная мощность осветительных установок в Вт / м;

L - суммарная длина линий наружного освещения, м.

Для нормированного значения средней освещенности Е = 4 лк, ширины дорожного покрытия d = 11,25 м, шага светильников h = 40 м, мощности ламп типа ДРЛ Р = 250 Вт Вт / м ([5], талбл.12.3).

кВт;

квар.

С учетом схемы расположения цехов целесообразно присоединить нагрузку наружного освещения к трансформаторной подстанции сборочного цеха (цех №7).

Таблица 3.7 - Итоговая таблица расчетных электрических нагрузок цехов

№ цеха	Название	, кВт	, квар	, кВ•А
1+2	Склад материалов + металообрабатывающий цех	766,57	1222,31	1444,89
5+8	Склад готовой продукции +сборочный цех	2006,15	2297,79	3056,08
3	Сварочный цех	744,61	1287,50	1487,32
4	Окрасочный цех	1691,04	1864,95	2532,89
6+7	Насосная + компрессорная	1598,94	1290,61	2062,27
9+10+11	Административный цех + ремонтно-механический цех + инструментальный цех	966,99	1403,15	1727,49

Определив электрические нагрузки цехов, можно перейти к выбору цеховых трансформаторов и расчету компенсации реактивной мощности.

4. Выбор цеховых трансформаторов и расчет компенсации реактивной мощности

При проектировании СЭС промышленных объектов выбор числа и мощности силовых трансформаторов, как правило, осуществляется в процессе расчета компенсации реактивной мощности.

4.1 Выбор цеховых трансформаторов

Выбор мощности трансформаторов осуществляется на основе технико-экономического расчетов, исходя из полной расчетной нагрузки объекта, удельной плотности нагрузки, затрат на питающую сеть до 1 кВ, стоимости потерь электроэнергии в трансформаторах и питающей сети до 1 кВ и других факторов [4]. При рассредоточенной нагрузке единичная мощность цехового трансформатора ориентировочно может быть принята по величине удельной плотности нагрузки

, (4.1)

где Sр - расчетная полная мощность нагрузки объекта, кВ•А;

F - производственная площадь объекта, м2.

Минимальное число трансформаторов, необходимое для питания расчетной активной нагрузки,

, (4.2)

где - номинальная мощность трансформаторов, кВ•А;

- коэффициент загрузки трансформаторов, принимаемый в зависимости от категории электроприемников по надежности электроснабжения.

Рассмотрим порядок расчета числа и мощности трансформаторов сварочного цеха завода. Согласно (4.1)

кВ•А / м2.

Для удельной плотности нагрузки кВ•А / м2 при открытой установке КТП в цехе рекомендуется применять трансформаторы с единичной мощностью 1600 кВ•А [7]. Примем к установке в сварочном цехе трансформаторы типа ТМГ12-1250/10 номинальной мощностью 1250 кВ•А.

При коэффициенте загрузки , в соответствии с (4.2), минимальное число трансформаторов, необходимое для питания расчетной активной нагрузки,

Принимаем .

Результаты расчетов по остальным цехам сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Результаты выбора цеховых трансформаторов

№ цеха	, кВт	, квар	, кВ•А	вT	ST, кВ•А
2	766,57	1222,31	1444,89	0,82	1250	0,75	1
3	2006,15	2297,79	3056,08	0,8	1250	2,01	2
4	744,61	1287,50	1487,32	0,8	1250	0,85	1
5	1691,04	1864,95	2532,89	0,8	1250	1,69	2
6	1598,94	1290,61	2062,27	0,65	1250	1,97	2
11	966,99	1403,15	1727,49	0,82	1000	1,18	2

Технические характеристики выбранных трансформаторов приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Технические характеристики трансформаторов

Тип	Номинальная мощность, кВ•А	Потери, кВт	Напряжение короткого замыкания , %	Ток холостого хода , %
		холостого хода	короткого замыкания
ТМГ12-1000/10	1000	1,1	10,5	5,5	0,5
ТМГ12-1250/10	1250	1,35	13,25	6	0,5

4.2 Расчет компенсации реактивной мощности

Реактивная мощность, которую можно передать через трансформатор из сети

, (4.3)

где 1,1 - коэффициент, учитывающий допустимую систематическую перегрузку трансформатора.

Суммарная мощность батарей низковольтных конденсаторов (БНК) для данной группы трансформаторов

. (4.4)

Если QНК1 < 0, то следует принять QНК1 = 0 и БНК не устанавливать.

Величина QНК1 распределяется между цеховыми трансформаторами прямо пропорционально их реактивным нагрузкам. Затем выбираются стандартные номинальные мощности БНК для каждого трансформатора.

Покажем на примере определение мощности БНК для сварочного цеха. Значение реактивной мощности, которое может быть передано через трансформатор в сеть до 1кВ по выражению (4.3)

квар.

Суммарная мощность БНК по формуле (4.4)

квар.

Мощность БНК, приходящаяся на один трансформатор,

; (4.5)

квар.

По ([8], табл. 1) выбираем конденсаторные установки типа АКУ 0,4-500-20У3. Аналогично образом производим выбор БНК для остальных цехов завода. Результаты сводим в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 - Выбор БНК по критерию минимума числа трансформаторов

№ цеха	РРН, кВт	QРН, квар	SТ, кВ•А	NТ	QТ, квар	, квар	, квар	Тип батарей на один трансформатор	Суммарная мощность БНК с учетом NТ, квар
2	766,57	1222,3	1250	1	826,8	395,5	395,5	АКУ 0,4-375-20У3	375
3	2006,2	2297,8	1250	2	903,0	1394,8	1394,8	АКУ 0,4-350-20У3	1300
4	744,61	1287,5	1250	1	809,7	477,8	477,8	АКУ 0,4-420-20У3	420
5	1691,0	1864,9	1250	2	1407,3	457,7	228,8	АКУ 0,4-240-25У3	240
6	1598,9	1290,6	1250	2	799,1	491,5	245,8	АКУ 0,4-275-25У3	275
11	966,99	1403,2	1000	2	1522,9	-119,8	-59,9	-	-
	2620

Для расчета экономического значения реактивной мощности, потребляемой предприятием из энергосистемы, необходимо определить потери мощности в трансформаторах и найти нагрузку на шинах РП.

4.3 Определение потерь мощности в трансформаторах

Коэффициент загрузки трансформатора с учетом компенсации реактивной мощности

, (4.6)

где - расчетная нагрузка цеха с учетом компенсации реактивной мощности.

, (4.7)

где - суммарная номинальная мощность конденсаторных установок с учетом числа трансформаторов, квар.

Потери активной мощности в трансформаторе

. (4.8)

Потери реактивной мощности в трансформаторе

. (4.9)

Согласно выражениям (4.6) и (4.7) для сварочного цеха завода получим:

кВ•А;

Тогда потери активной и реактивной мощности в трансформаторах цеха по формулам (4.8) и (4.9) будут следующими:

кВт;

квар.

Аналогичным образом производим расчет потерь мощности в трансформаторах для остальных цехов завода. Полученные результаты сводим в таблицу 4.4.

Таблица 4.4 - Расчет потерь мощности в трансформаторах

№ цеха	РРН, кВт	QРН, квар	QНК1, квар	SРН, кВ•А	NТ	SТ, кВ•А	вТ	?PТ, кВт	?QТ, квар
2	766,57	1222,3	375	1142,6	1	1250	0,90	12,13	67,27
3	2006,2	2297,8	1300	2240,6	2	1250	0,90	9,53	66,49
4	744,61	1287,5	420	1143,2	1	1250	0,91	12,43	63,76
5	1691,0	1864,9	250	2338,3	2	1250	0,94	12,94	71,86
6	1598,9	1290,6	275	1894,2	2	1250	0,82	8,19	56,92
11	966,99	1403,2		1704,1	2	1000	0,85	10,97	48,56
Сумма	66,2	374,9

4.4 Определение расчетных нагрузок РП

Расчетные активная и реактивная нагрузки на шинах РП с учетом потерь мощности в трансформаторах определяется по формулам:

; (4.10)

(4.11)

где m - число присоединений на сборных шинах 10 кВ РП;

Киi - среднее значение коэффициента использования i-го присоединения;

Pномi - суммарная номинальная мощность электроприемников i-го присоединения;

PроУ и QроУ - расчетные суммарные активная и реактивная нагрузки освещения;

ДPТУ и ДQТУ - суммарные потери активной и реактивной мощности в трансформаторах;

PсмУ и QсмУ - наибольшие средние значения активной и реактивной мощности силовых электроприемников за наиболее загруженную смену;

tgцi - среднее значение коэффициента реактивной мощности i-го присоединения;

Ко - коэффициент одновременности максимумов нагрузок, который определяется в зависимости от средневзвешенного коэффициента использования Ки.ср и числа присоединений на сборных шинах РП m.

Значение средневзвешенного коэффициента использования определяется по формуле:

(4.12)

Для определения наибольших средних значений активной и реактивной мощности силовых электроприемников за наиболее загруженную смену составим таблицу 4.5.

Таблица 4.5 - Расчетная таблица и

№ цеха	Название	Pном, кВт	Kи	Pсм, кВт	Qрс, квар	Kр	Qсм, квар
2	Металообрабатывающий цех	3450	0,603	880	2178,7	0,85	2563,1
8	Сборочный цех	4550	0,377	2465	1239,6	0,7	1770,8
3	Сварочный цех	2400	0,253	822,5	738,8	0,677	1091,2
4	Окрасочный цех	3300	0,349	1880	822,3	0,7	1174,7
7	Компрессорная	2700	0,360	1865	610,9	0,85	718,7
11	Ремонтно-механический цех	3400	0,580	1063,8	1978,1	0,842	2349,3

Используя результаты, полученные при предыдущих расчетах, сформируем таблицу 4.6.

Таблица 4.6 - Расчетная таблица нагрузок РП

№ цеха	Название	Pном, кВт	Рсм, кВт	Qсм, квар	Pрo, кВт	Qрo, кВт	?PТ, кВт	?QТ, квар
2	Металообрабатывающий цех	3450	880	2563,1	35,69	61,71	12,1	67,27
8	Сборочный цех	4550	2465	1770,8	45,49	78,70	9,53	66,49
3	Сварочный цех	2400	822,5	1091,2	55,44	164,1	12,4	63,76
4	Окрасочный цех	3300	1880	1174,7	15,9	46,87	12,9	71,86
7	Компрессорная	2700	1865	718,7	7,93	23,44	8,19	56,92
11	Ремонтно-механический цех	3400	1063,8	2349,3	29,57	87,52	10,9	48,56
Сумма	19800	8976,3	8046,4	254,71	586,9	66,2	374,86

По формуле (4.12) определяем средневзвешенный коэффициент использования

При и числе присоединений от 5 до 8 на сборных шинах РП значение коэффициента одновременности ([4], табл. П8).

По формулам (4.10) и (4.11) находим расчетные нагрузки на шинах РП с учетом потерь мощности в трансформаторах:

кВт;

квар.

Получив значения расчетных нагрузок на шинах РП, можно перейти к определению экономического значения реактивной мощности, потребляемой предприятием из энергосистемы.

4.5 Определение экономического значения реактивной мощности, потребляемой из энергосистемы

Расчет производится по математическим ожиданиям активной и реактивной нагрузок на границе балансового раздела электрических сетей предприятия и энергосистемы.

Математические ожидания расчетных нагрузок потребителя:

(4.13)

(4.14)

где k - коэффициент приведения расчетной нагрузки к математическому ожиданию, k = 0,9,

кВт;

квар.

Экономическое значение реактивной мощности, потребляемой предприятием из энергосистемы в часы больших нагрузок,

(4.15)

где - нормативное значение коэффициента реактивной мощности, которое определяется по выражению

(4.16)

где tgцБ - базовый коэффициент реактивной мощности, принимаемый равным 0,25; 0,3 и 0,4 для сетей 6-20кВ, присоединенных к шинам подстанции с высшим напряжением соответственно 35, 110 и 220-330кВ. В нашем случае tgцБ = 0,3;

dmax - отношение потребления энергии в квартале максимума нагрузки энергосистемы к потреблению ее в квартале максимума нагрузки предприятия (при отсутствии необходимых данных принимают dmax=1);

aд - действующая основная ставка тарифа на активную мощность, aд=949833 руб / (кВт•год);

bд - действующая дополнительная ставка тарифа на активную энергию, bд=735,45 руб / кВт·ч;

k1 - коэффициент изменения цен на конденсаторные установки, принимаемый равным увеличению ставки двухставочного тарифа на электроэнергию:

(4.17)

где a - основная ставка тарифа на активную мощность на момент принятия методики, a = 60 руб / (кВт•год);

b - дополнительная ставка тарифа на активную энергию на момент принятия методики, b = 1,8 коп / кВт·ч;

Тmax - число часов использования максимальной нагрузки предприятия.

Для станкостроительных заводов при двухсменном режиме работы можно принять Тmax = 4000 часов в год ([4], табл. П3). Тогда значение коэффициента увеличения тарифа на электроэнергию по выражению (4.17)

.

Нормативное значение экономического коэффициента реактивной мощности согласно (4.16)

.

Экономически целесообразное значение реактивной мощности, потребляемой из энергосистемы, находим по выражению (4.15):

квар.

Произведем анализ баланса реактивной мощности на границе раздела электрических сетей предприятия и энергосистемы:

; (4.18)

квар.

Так как , надо искать пути получения недостающей реактивной мощности. Для одно-, двух- и трехсменных предприятий рассматривается целесообразность дополнительной установки БНК.

4.6 Определение целесообразности установки дополнительных БНК

Для определения целесообразности установки дополнительных БНК необходимо найти значение экономически целесообразной реактивной мощности Qтэ, которая может быть передана через цеховые трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ.

При потреблении реактивной мощности из энергосистемы, превышающем экономическое значение

; (4.19)

где Знк - удельные затраты на компенсацию реактивной мощности установками БНК, руб / квар;

СQП - удельная стоимость потребления реактивной мощности и энергии при превышении экономического значения, руб / (квар·год);

А - расчетная величина, характеризующая затраты на потери активной мощности при передаче реактивной мощности в сеть напряжением до 1 кВ.

Произведем расчет удельных затрат на компенсацию реактивной мощности установками:

(4.20)

где Снк - удельная стоимость низковольтных конденсаторных батарей;

Зрнк - удельные затраты на потери активной мощности в установках БНК, руб. / квар.

, (4.21)

где - базовая удельная стоимость БНК; принимается из диапазона 7,5-10,5 руб / квар (меньшие значения соответствуют большим мощностям конденсаторных установок). Примем руб / квар.

Удельные затраты на потери активной мощности в БНК

(4.22)

где Срг - удельная стоимость потерь активной мощности в компенсирующих установках, руб / кВт.

- удельные потери активной мощности в БНК; кВт / квар.

, (4.23)

где Тг - годовой фонд рабочего времени, при двухсменной работе принимают Тг = 4000 ч ([4], табл. 5.2).

Удельная стоимость потребления дополнительной реактивной мощности и энергии при превышении экономического значения определяется по формулам:

- при наличии на предприятии приборов учета максимальной реактивной мощности

(4.24)

- при их отсутствии

 (4.25)

где С2 - плата за 1 квар потребляемой реактивной мощности, превышающей экономическое значение; принимаем С2 = 3,6 руб / (кваргод);

d2 - плата за 1 кварч потребляемой реактивной энергии, которую принимают равной:

- при расчете по формуле (4.24) d2 = 0,09 коп / кварч;

- при расчете по формуле (4.25) d2 = 0,2 коп. / кварч;

TмQП - годовое число часов использования максимальной реактивной мощности при потреблении, превышающем экономическое значение.

Величина TмQП определяется в зависимости от соотношения степени компенсации и отношения натуральной минимальной нагрузки к натуральной максимальной нагрузке Км по следующим выражениям:

- при (4.26)

- при . (4.27)

Степень компенсации

, (4.28)

где Qпэ - величина потребляемой из энергосистемы реактивной мощности, превышающей экономическое значение, Qпэ = Q'.

При двухсменной работе принимают Км = 0,8 ([4], табл. 5.2).

По формуле (4.21) удельная стоимость низковольтных конденсаторных батарей

руб / квар.

Согласно (4.23) удельная стоимость потерь активной мощности в компенсирующих установках

руб / квар.

Удельные затраты на потери мощности в БНК по выражению (4.22)

руб / квар.

Удельные затраты на компенсацию реактивной мощности установками БНК по формуле (4.20)

руб / квар.

Степень компенсации согласно выражению (2.28)

.

Так как (0,759 < 0,8), то годовое число часов использования максимальной реактивной мощности при потреблении, превышающем экономическое значение, определяется по формуле (4.26):

ч.

Удельная стоимость потребления дополнительной реактивной мощности и энергии определяется по формуле (4.24), поскольку на предприятии имеются приборы учета максимальной реактивной мощности:

руб / квар.

По формуле (4.19) значение экономически целесообразной реактивной мощности, которая может быть передана через цеховые трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ,

то есть < 0, а значит получать реактивную мощность из энергосистемы невыгодно. Следовательно, целесообразна установка дополнительных БНК. Принимаем квар.

Находим общую расчетную мощность БНК предприятия:

; (4.29)

квар.

Распределяем Qнк2 прямо пропорционально реактивным нагрузкам цехов:

. (4.30)

Расчетная мощность БНК на один трансформатор

. (4.31)

Исходя из этой величины выбираем БНК с ближайшей стандартной мощностью.

Например, для сварочного цеха

квар.

Расчетная мощность БНК на один трансформатор

квар.

Устанавливаем на каждый трансформатор по одной батарее типа АКУ 0,4-350-25У3. Для остальных цехов предприятия расчет выполняется аналогичным образом. Результаты расчета сведены в таблицу 4.7.

Таблица 4.7 - Распределение мощности БНК между цеховыми ТП

№ цеха	Название	NТ	Qрн, квар	Qнк1, квар	Qнк2, квар	Q'нк2, квар	Тип батарей	Суммарная мощность БНК с учетом NТ, квар
2	Металообрабаты-вающий цех	1	1222,3	800	140,46	500	2xАКУ 0,4-275-25У3	550
8	Сборочный цех	2	2297,8	480	165,4	712,5	2xАКУ 0,4-380-20У3	1520
3	Сварочный цех	1	1287,5	420	143,80	545	2xАКУ 0,4-325-25У3	650
4	Окрасочный цех	2	1864,9	350	267,70	237,5	АКУ 0,4-240-25У3	480
7	Компрессорная	2	1290,6	175	168,35	212,5	АКУ 0,4-200-20У3	400
11	Ремонтно-механический цех	2	1403,1	700	232,59	100	АКУ 0,4-100-25У3	200
3800

Согласно таблице 4.7 фактическая суммарная мощность БНК предприятия:

квар.

Произведем анализ баланса реактивной мощности на границе раздела с энергосистемой:

; (4.32)

квар.

Теперь определим расчетные электрические нагрузки с учетом принятых конденсаторных батарей, найдем действительные коэффициенты загрузки трансформаторов, произведем пересчет потерь мощности в трансформаторах с учетом действительных коэффициентов загрузки. Необходимые расчетные формулы приведены в пункте 4.3, каталожные данные трансформаторов - в таблице 4.2. Результаты расчетов сводим в таблицы 4.8 и 4.9.

Таблица 4.8 - Расчетные нагрузки с учетом компенсации реактивной мощности

№ цеха	Название	РРН, кВт	QРН, квар	QНК, квар	SРН, кВ•А	NТ	SТ, кВ•А	вт
2	Металообрабатывающий цех	766,57	1222,3	550	1019,6	1	1250	0,82
8	Сборочный цех	2006,1	2297,8	1520	2151,6	2	1250	0,86
3	Сварочный цех	744,61	1287,5	650	980,23	1	1250	0,78
4	Окрасочный цех	1691,0	1864,9	480	2185,8	2	1250	0,87
7	Компрессорная	1598,9	1290,6	400	1830,2	2	1250	0,73
11	Ремонтно-механический цех	966,99	1403,1	200	1543,6	2	1000	0,77

Коэффициент загрузки трансформаторов компрессорной, относящейся к первой категории по надежности электроснабжения, составляет 0,73, что допустимо, поскольку используемая методика дает несколько завышенные значения расчетных нагрузок.

Согласно [4] значения коэффициентов загрузки трансформаторов двухтрансформаторных подстанций, питающих преимущественно электроприемники второй категории, в нормальном режиме должны находиться в пределах 0,85-0,9. Загрузка трансформаторов окрасочного и сборочного цехов соответствует данному требованию. В послеаварийном режиме неответственные электроприемники указанных цехов подлежат отключению.

Электроприемники металлообрабатывающего и сварочного цеха питаются от однотрансформаторных подстанций. Резервирование электроснабжения в данном случае осуществляется по стороне 0,4 кВ.

Таким образом, коэффициенты загрузки трансформаторов всех ТП предприятия имеют допустимые значения.

Таблица 4.9 - Потери мощности в трансформаторах и расчетные нагрузки

№ цеха	Название	NТ	SТ, кВ•А	вт	?PТ, кВт	?QТ, квар	С учетом потерь и компенсации
							Рр, кВт	Qр, квар	Sр, кВ•А
2	Металообрабатываю-щий цех	1	1250	0,82	10,2	56,2	766,57	1222,3	1019,62
8	Сборочный цех	2	1250	0,86	22,3	123,6	2006,15	2297,7	2151,64
3	Сварочный цех	1	1250	0,78	9,5	52,4	744,61	1287,5	980,23
4	Окрасочный цех	2	1250	0,87	23,0	127,2	1691,04	1864,9	2185,80
7	Компрессорная	2	1250	0,73	16,9	92,9	1598,94	1290,6	1830,25
11	Ремонтно-механический цех	2	1000	0,77	14,7	75,5	966,99	1403,1	1543,58

5. Построение картограммы и определение условного центра электрических нагрузок

При определении мест установки ТП, РП и компенсирующих устройств реактивной мощности необходимо иметь информацию о распределении электрических нагрузок по территории промышленного объекта. С этой целью строят картограмму электрических нагрузок. Картограмма нагрузок размещается на плане предприятия в виде окружностей, площади которых в определенном масштабе отображают величины электрических нагрузок. При этом центры окружностей совпадают с условными центрами электрических нагрузок соответствующих цехов.

Как правило, строится картограмма активных нагрузок. При этом для каждого i-го цеха расчетная активная нагрузка

, (5.1)

где - расчетные активные силовая и осветительная нагрузки i-го цеха.

Для каждого цеха радиус круга находится из условия равенства активной мощности нагрузки площади круга:

(5.2)

где m - принятый масштаб картограммы, кВт/мм2.

Из выражения (5.2) радиус круга

(5.3)

Каждый круг разделяется на секторы, соответствующие осветительной и силовой нагрузкам. Угол сектора осветительной нагрузки в градусах вычисляется по формуле

. (5.4)

Угол сектора силовой нагрузки в градусах

. (5.5)

Величины осветительной и силовой нагрузок указываются на картограмме.

Условный центр электрических нагрузок (ЦЭН) находят для определения места размещения РП. Для этого предварительно на план предприятия, состоящего из п цехов, наносится декартова система координат и определяются координаты X и Y каждой нагрузки Ррi. После этого искомые координаты условного ЦЭН предприятия определяют по следующим формулам:

(5.6)

. (5.7)

Расположение заводского РП выбирается на генплане предприятия по возможности смещенным от ЦЭН в сторону ИП так, чтобы не было обратных потоков мощности по линиям 10 кВ.

Принимаем минимальный визуально различимый радиус окружности мм. Данному радиусу, согласно таблице 3.4, соответствует минимальная расчетная нагрузка кВт (склад шихтовых и формовочных материалов).

Пользуясь формулой (5.2), вычисляем масштаб картограммы

кВт / мм2.

Полученный масштаб равен : кВт / мм2.

Расчетная активная нагрузка литейного цеха в соответствии с (5.1)

кВт.

Радиус круга, соответствующего данной нагрузке, по (5.3)

мм.

По формулам (5.4) и (5.5) определяем углы секторов осветительной и силовой нагрузок литейного цеха:

Производим аналогичные расчеты для остальных цехов. Результаты сводим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Углы секторов осветительных и силовых нагрузок

№ цеха	Название	Ррс, кВт	Рро, кВт	Рр, кВт	, мм	, град	, град
1	Склад металла и дополнительного оборудования	165,7	3,45	169,2	6,7	8	352
2	Металлообрабатывающий цех	561,7	35,69	597,4	12,6	23	337
3	Сварочный цех	699,13	45,49	744,6	14,1	22	338
4	Цех окрасочный и гальванопокрытий	1635,6	55,44	1691,0	21,2	12	348
5	Сборочный цех	1995,8	15,9	1805,8	21,9	4	356
6	Компрессорная	1073,5	7,93	1375,9	19,1	3	357
7	Насосная	216,0	7,02	223,0	7,7	12	348
8	Склад готовой продукции	193,4	6,93	200,3	7,3	13	347
9	Административное здание	248,4	25,2	273,6	8,5	34	326
10	Инструментальный цех	355,1	22,18	377,2	10,0	22	338
11	Ремонтно-механический цех	286,6	29,57	316,2	9,2	3	357

Картограмма электрических нагрузок представлена на генплане предприятия. В таблице 5.2 приведены координаты центров электрических нагрузок цехов, определенные по генплану завода.

Таблица 5.2 - Координаты центров электрических нагрузок цехов предприятия

№ цеха	Название	Рр, кВт	X, м	Y, м	Х•Рр, кВт•м	Y•Рр, кВт•м
1	Склад металла и дополнительного оборудования	169,2	84,4	377,8	14287,49	63919,77
2	Металлообрабатывающий цех	597,4	183,7	352,9	109730,8	210823,6
3	Сварочный цех	744,6	334,1	111,8	248738,4	83210,64
4	Цех окрасочный и гальванопокрытий	1691,0	334,1	217,7	564891,9	368071,8
5	Сборочный цех	1805,8	322,4	117,9	582275	212872,4
6	Компрессорная	1375,9	84,4	235,4	116182,7	323822,8
7	Насосная	223,0	84,4	151,3	18831,81	33731,78
8	Склад готовой продукции	200,3	318,1	82,2	63717,02	16467,07
9	Административное здание	273,6	218,5	82,2	59783,79	22491,42
10	Инструментальный цех	377,2	190,3	225,1	71772,92	84915,82
11	Ремонтно-механический цех	316,2	218,5	143,5	69088,81	45376,29
Сумма	774,3	-	-	1919301	1465703

Координаты ЦЭН предприятия по формулам (5.6) и (5.7):

м;

м.

ЦЭН с соответствующими координатами указан на генплане предприятия. Разместим РП в цехе №4, сместив его от центра электрических нагрузок в сторону источника питания.

6. Разработка схемы электроснабжения предприятия и расчет распределительной сети напряжением выше 1 кВ

В соответствии с заданием на проектирование электроснабжение завода осуществляется от подстанции 110/10 кВ энергосистемы, находящейся за территорией предприятия. На подстанции установлены два трансформатора типа ТРДН с единичной номинальной мощностью 63 МВ•А.

Для приема и распределения электроэнергии на напряжении 10 кВ на заводе предусмотрен РП, который комплектуется камерами типа КСО. РП запитывается от подстанции 110/10 кВ трехжильными кабелями марки ААБл (с алюминиевой жилой в алюминиевой оболочке с броней из стальных лент). Длина питающей линии составляет 1,2 км.

В СЭС предусмотрена раздельная работа линий и трансформаторов, что позволяет снизить значения токов короткого замыкания, упростить схемы коммутации и релейной защиты.

Распределительная сеть напряжением 10 кВ выполняется кабелями мраки ААШвУ (с алюминиевой жилой в алюминиевой оболочке с пропитанной бумажной изоляцией с защитным покровом в виде выпрессованного ПВХ шланга), проложенными открыто в воздухе и в кабельных сооружениях. Кабели прокладываются вдоль зданий и проездов с учетом наименьшего их расхода.

Распределение электрической энергии на напряжении 10 кВ может осуществляться по радиальным, магистральным и смешанным схемам в зависимости от расположения потребителей, их мощности и требуемой степени бесперебойности питания. Наибольшее распространение на практике получили смешанные схемы электроснабжения, при которых питание крупных и ответственных приемников осуществляется по радиальной схеме, а средних и мелких, при упорядоченном расположении ТП, - по магистральным линиям. Такие схемы внутреннего электроснабжения, как правило, имеют лучшие технико-экономические показатели.

Магистральные схемы обычно строятся с использованием одиночных, питающих однотрансформаторные ТП, и двойных сквозных магистралей, питающих двухтрансформаторные ТП. В нормальном режиме трансформаторы двухтрансформаторных ТП работают раздельно, а при повреждении одной из магистралей питание автоматически переводится на оставшуюся в работе магистральную линию с помощью устройства АВР. Взаимное резервирование однотрансформаторных подстанций осуществляется при помощи кабельных или шинных перемычек на вторичном напряжении. Пропускная способность перемычек составлять 20…30% номинальной мощности трансформатора.

При применении магистральных схем электроснабжения силовые трансформаторы присоединяются к линиям 10 кВ через выключатели нагрузки. При радиальных схемах питания допускается глухое присоединение трансформаторов к линиям 10 кВ.

Задача разработки схемы электроснабжения и конфигурации распределительной сети многокритериальная. Схема электроснабжения должна с наименьшими затратами обеспечить необходимую надежность электроснабжения, требуемое качество электроэнергии у приемников, удобство и безопасность эксплуатации, возможность дальнейшего развития.

В проектной практике для разработки рациональной конфигурации схемы электроснабжения применяют повариантный метод, согласно которому намечается несколько вариантов и из них на основе технико-экономического сравнения выбирается лучший. Важнейшими условиями при проведении технико-экономических расчетов является обеспечение экономической и энергетической сопоставимости рассматриваемых вариантов.

Варианты распределительных сетей и схем электроснабжения на напряжение выше 1 кВ приведены на рисунках 6.1 и 6.2.



Рисунок 6.1- Варианты распределения сетей 10 кВ предприятия



Рисунок 6.2 - Варианты системы электроснабжения предприятия

Данные по компоновке схем электроснабжения для рассматриваемых вариантов приведены в таблице 6.1

Таблица 6.1 - Данные по компоновке схем электроснабжения

№ цеха	Название	NТ	SТ, кВ•А	№ТП
Вариант 1
2	Металообрабатываю-щий цех	1	1250	ТП2
8	Сборочный цех	2	1250	ТП8
3	Сварочный цех	1	1250	ТП3
4	Окрасочный цех	2	1250	ТП4
7	Компрессорная	2	1250	ТП7
11	Ремонтно-механический цех	2	1000	ТП11
Вариант 2
2	Металообрабатываю-щий цех	1	1250	ТП2
8	Сборочный цех	2	1250	ТП8
3	Сварочный цех	1	1250	ТП3
4	Окрасочный цех	2	1250	ТП4
7	Компрессорная	2	1250	ТП7
10	Инструментальный цех	2	1000	ТП10

При технико-экономическом сравнении выбор целесообразного варианта производить по условию минимума дисконтированных затрат, которые в общем виде определяются по выражению

, (6.1)

где ф - расчетный год;

t - год, затраты и результаты которого приводятся к расчетному году;

T - расчетный период, лет;

- капиталовложения в рассматриваемом варианте в год t, руб.;

- годовые эксплуатационные расходы, руб.;

r - реальная процентная ставка.

В качестве расчетного года, к которому приводятся все затраты, обычно принимается наиболее ранний из всех рассматриваемых вариантов календарный год, предшествующий началу использования оборудования. Приведение разновременных затрат всех лет к расчетному году осуществляется путем умножения их величины за каждый год на коэффициент приведения . Здесь реальная процентная ставка r - это ставка (норма) дисконта с учетом инфляции, относительного увеличения цен на энергию и возможного относительного увеличения других цен,

, (6.2)

где - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; величина принимается не ниже безрисковой ставки по альтернативному вложению капитала ([4], стр. 57);

d - уровень инфляции.

Инфляция должна быть учтена при проведении расчетов в нестабильной валюте, что характерно для стран с экономикой переходного периода, а также при длительном сроке службы вкладываемого капитала [9].

Произведем расчет реальной процентной ставки для Республики Беларуси. Действующая процентная ставка Беларусбанка по вкладам в белорусских рублях составляет 32% в год. Из этой цифры должен исходить инвестор при поиске альтернативных путей вложения денежных средств. Официально уровень инфляции в стране за 2013 год 21,8%. Тогда реальная процентная ставка

.

За начальный год расчетного периода, к которому обычно приводят все затраты, принимается год начала финансирования работ по сооружению объекта, . Конечный год расчетного периода T определяется моментом завершения всего жизненного цикла оборудования, то есть . В этом случае формула (6.1) принимает следующий вид:

. (6.3)

Капиталовложения в объект проектирования рассчитываются по формуле

, (6.4)

где , , , - соответственно стоимости оборудования, проектных, строительно-монтажных и пусконаладочных работ, руб.

Величины , и можно определить, используя сборники ресурсно-сметных норм проектно-изыскательских, строительно-монтажных и пусконаладочных работ соответственно, с учетом поправочных коэффициентов по каждому виду работ. Для облегчения технико-экономических расчетов согласно [10] приближенно можно принять: стоимость проектных работ - до 10% от стоимости строительно-монтажных работ; стоимость строительно-монтажных работ - 25-30% от стоимости оборудования; стоимость пуско-наладочных работ - 3-5% от стоимости оборудования.

Следовательно, капиталовложения в проектируемый объект в упрощенном виде

; (6.5)

.

Капитальные вложения в электрооборудование СЭС предприятия

, (6.6)

где - капитальные вложения в трансформаторные подстанции, руб.;

- капитальные вложения в конденсаторные установки, руб.;

- капитальные вложения в ячейки РП, руб.;

- капитальные вложения в кабельные линии, руб.

Капитальные вложения в трансформаторные подстанции

, (6.6)

где - капитальные вложения в i-ую ТП, руб.;

n - количество ТП.

Капитальные вложения в конденсаторные установки

, (6.7)

где - капитальные вложения в i-ую КУ, руб.;

n - количество установок.

Капитальные вложения в ячейки РП

, (6.8)

где - капитальные вложения в i-ую ячейку РП, руб.;

n - количество ячеек.

Капитальные вложения в кабельные линии

, (6.9)

где - удельная стоимость 1 км i-ой кабельной линии, руб / км;

- протяженность i-ой кабельной линии, км;

n - количество кабельных линий.

Годовые эксплуатационные расходы

, (6.10)

где - амортизационные отчисления, руб.;