Электроснабжение завода металлоконструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(национальный исследовательский университет)

Политехнический институт. Заочный факультет

Кафедра «Электрические станции, сети и системы электроснабжения»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине «Системы электроснабжения»

Электроснабжение завода металлоконструкций

Руководитель проекта

к.т.н., доцент Р.Г. Валеев

Автор проекта студент группы ПЗ-573

М.В. Дрогомир

Челябинск 2023



Размещено на http://www.allbest.ru/



Размещено на http://www.allbest.ru/



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

Дрогомир М.В. Электроснабжение завода металлоконструкций - Челябинск, ЮУрГУ, ПЗ, 2021, 69 с, 18 ил., 44 табл., библиогр. список 41 наим., 2 листа чертежей ф. А1

Целью данного курсового проекта является составление проекта электроснабжения завода металлоконструкций.

На основании расчета электрических нагрузок и технико-экономического анализа выбрана типовая схема внешнего электроснабжения напряжением 110 кВ, а также схема внутризаводского электроснабжения напряжением 10 кВ. Произведен выбор силовых трансформаторов цеховых ТП и кабельных линий напряжением до и выше 1 кВ.

С учётом перегрузочной способности и стойкости к токам короткого замыкания выбрано следующее электрооборудование: подстанция открытого типа с элегазовыми выключателями напряжением 110 кВ, комплектный закрытый токопровод КТЕА-10 кВ, распределительные ячейки D-12P с вакуумными выключателями, кабельные линии с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Произведена оптимизация мощности устройств компенсации реактивной мощности, выполнена оценка качества электрической энергии в системе электроснабжения завода металлоконструкций.

Оглавление

Введение

Технический паспорт

1. Определение электрических нагрузок завода металлоконструкций

1.1 Расчет нагрузок по ремонтно-механическому цеху

1.2 Определение электрических нагрузок завода металлоконструкций

1.3 Определение параметров картограммы электрических нагрузок

2. Выбор числа, мощности и типа трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций

3. Выбор величины напряжения и схемы внутреннего электроснабжения предприятия, расчёт питающих линий

4. Технико-экономическое обоснование схемы внешнего электроснабжения предприятия

4.1 Определение рационального напряжения

4.2 Определение единичной мощности трансформаторов ГПП

4.3 Расчёт потерь электрической энергии в трансформаторах и питающих линиях электропередачи

4.4 Выбор коммутационного и контрольно-измерительного электрооборудования в схеме внешнего электроснабжения предприятия

4.5 Выбор величины напряжения внешнего электроснабжения по технико-экономическим параметрам

5. Расчёт токов короткого замыкания

6. Выбор электрооборудования схемы электроснабжения

6.1 Комплектация ЗРУ-10 кВ

6.2 Выбор комплектных трансформаторных подстанций

6.3 Выбор комплектных токопроводов

6.4 Выбор кабелей по термической стойкости

7. Расчёт и выбор устройств компенсации реактивной мощности

8. Расчёт показателей Качества напряжения в узлах СЭС

8.1 Определение коэффициента искажения синусоидальности

напряжения

8.2 Определение величины провала напряжения

Заключение

Библиографический список

Введение

электрический нагрузка трансформатор подстанция

Завод металлоконструкций располагается на территории в 107,3 тыс. м² и состоит из пятнадцати цехов, образующих замкнутый производственный цикл по выпуску металлоизделий. Использование передовых технологий даёт возможность выпускать высококачественную продукцию широкого ассортимента.

Все цеха завода металлоконструкций подразделяются на 2-ую и 3-ю категории надёжности. Ко 2-ой категории относятся: цех предварительной обработки (№1), цех подготовки металла (№2), цех автосварки (№3), цех механической обработки (№4), сборочно-сварочный цех (№5), цех монтажа и установки (№6), цех технологических конструкций (№7), маляропокрасочный цех (№8), заготовительный цех (№9), компрессорная (№10).

К 3-ей категории по надёжности электроснабжения вспомогательные производственные цеха, деятельность которых связана с подготовкой и переработкой материалов необходимых для стабильной работы основного производства, таких как: гараж (№11), столовая (№12), склад оборудования (№13), административный корпус (№14), ремонтно-механический цех (№15).

На заводе металлоконструкций также представлена высоковольтная нагрузка напряжением 10 кВ в составе: четырех преобразователей частоты единичной установленной мощностью 1800 кВт, двух индукционных печей единичной установленной мощностью 2500 кВт, четырёх синхронных двигателей единичной установленной мощностью 1250 кВт.

Завод металлоконструкций по специфике производства возможно отнести ко второй категории по надёжности электроснабжения. Поэтому питание должно выполняться от двух энергонезависимых источников питания. В качестве данных источников возможно использовать районные распределительные подстанции со следующими параметрами напряжений и максимальных величин токов трёхфазных замыканий: 35 и 110 кВ, а также 1100 и 2500 МВ•А.

Климатические характеристики грунта и окружающего воздуха имеют следующие усреднённые показатели: 21,8 °С - температуры воздуха, 14,4 °С - температура грунта, в котором отсутствуют блуждающие токи, но присутствуют колебания и растягивающие усилия, а также грунт отличен низкой коррозионной активностью.

Технический паспорт проекта

1 Суммарная установленная мощность электроприемников предприятия напряжением ниже 1 кВ - 16046 кВт.

2 Суммарная установленная мощность электроприемников предприятия напряжением свыше 1 кВ - 17200 кВт.

3 Категория основных потребителей по надёжности электроснабжения - II.

4 Активная расчётная мощность на шинах главной понизительной подстанции: 15010 кВт.

5 Коэффициент реактивной мощности: естественный tgц_е=0,63; заданный энергосистемой tgц_эс=0,50; расчетный tgц_р= 0,50.

6 Напряжение внешнего электроснабжения: 110 кВ.

7 Мощность короткого замыкания в точке присоединения к энергосистеме: 2500 МВ•А.

8 Тип и сечение питающих линий ВЛ 110 кВ - АС-70/11.

9 Расстояние от предприятия до питающей подстанции 13,5 км.

10 Количество, тип и мощность трансформаторов главной понизительной подстанции: 2хТДН-16000/110/10.

11 Напряжение внутреннего электроснабжения предприятия 10 кВ.

12 Внутрицеховые трансформаторные подстанции с трансформаторами типа ТМГ, мощностью 400, 630, 1000 кВ•А.

13 Грунт: коррозионная активность - низкая, блуждающие токи - нет, растягивающие усилия - есть.

14 Число часов использования максимума нагрузки 4355 ч/год.

15 Тип и сечение кабельных линий: АПвЭКП-10 с сечением 50, 95, 120 мм².

1. Определение электрических нагрузок завода металлоконструкций

Определение электрических нагрузок завода металлоконструкций выполняется согласно методике, основанной на усовершенствованном методе упорядоченных диаграмм [1]. В системе электроснабжения завода металлоконструкций есть характерные узлы, для которых определяются расчетные нагрузки. Последовательность расчета производится от потребителей до энергосистемы.

1.1 Расчет нагрузок по ремонтно-механическому цеху

Питание электроприемников в ремонтно-механическом цехе выполняется посредством распределительных шинопроводных систем. Величины коэффициентов использования по активной мощности и коэффициентов мощности для конкретных электроприемников находятся по справочным данным [2]. После чего для группы электроприемников одинаковой единичной мощности определяются средние активная и реактивные мощности

(1.1)

(1.2)

где - число электроприемников;

- номинальная мощность одного электроприемника, кВт.

Эффективное число электроприемников определяется по выражению

 (1.3)

где - активная номинальная мощность i-го электроприемника, кВт.

Средневзвешенное значение коэффициента использования определяется из выражения

(1.4)

где - коэффициент использования i-го электроприемника.

Средневзвешенное значение коэффициента реактивной мощности находится по формуле

(1.5)

где - коэффициент реактивной мощности i-го электроприемника.

Для II-го уровня системы электроснабжения расчетные активная и реактивные мощности определяются по формулам

 (1.6)

(1.7)

где - коэффициент расчетной нагрузки по активной мощности, определяется в [3] и зависит от n_э и к_и.а;

- коэффициент расчетной нагрузки по реактивной мощности.

Коэффициент расчетной нагрузки по реактивной мощности определяется по формуле

(1.8)

Полная расчетная нагрузка шинопровода вычисляется по выражению

(1.9)

Расчетный ток для распределительного шинопровода

(1.10)

где - номинальное напряжение сети, В.

Помимо трехфазной нагрузки в отделении сварки ремонтно-механического цеха имеется однофазная нагрузка. Распределение однофазной нагрузки выполняется по возможности равномерно по фазам на линейное и фазное напряжение.

В таком случае, средняя активная и реактивная мощность на фазу А определяются по выражениям [2]:

(1.11)

(1.12)

где и -коэффициенты использования по активной мощности;

- активная нагрузка, присоединенная на линейное напряжение AB, кВт;

- активная нагрузка, присоединенная на линейное напряжение AС, кВт;

- активная нагрузка, присоединенная на фазу A, кВт;

, , , - коэффициенты приведения нагрузок к соответствующим фазам.

Условная трёхфазная мощность от однофазных электроприёмников для наиболее загруженной фазы:

(1.13)

(1.14)

Коэффициент использования по активной нагрузке для случая, когда наиболее загруженной является фаза А

(1.15)

Результаты расчетов однофазной нагрузки, располагаемой в отделении сварки, представлены в таблице 1.1 с учетом формул (1.11) - (1.15).

Расчетные активная и реактивная мощности ремонтно-механического цеха

(1.16)

(1.17)

где - коэффициент расчетной нагрузки по активной нагрузке.

С целью определения полной расчетной мощности РМЦ, вычисляется расчетная активная и реактивная нагрузка осветительных приборов

(1.18)

(1.19)

Таблица 1.1

Расчет нагрузок однофазных электроприемников в сварочном отделении ремонтно-механического цеха

Узлы системы электроснабжения и электроприёмники	Pн., кВт	Pн.?, кВт	N	n·PІн, кВт2	Установленная мощность ЭП, подключенных на линейное напряжение	Коэффициенты приведения	Установленные мощности ЭП, подключенных на фазное напряжение	kи.а.	cosц	tgц	Средние мощности
											Pср., кВт	Qср., квар
					AB	BC	CA	к фазе	k	g	A	B	C				А	В	С	А	В	С
Сварочное отделение Распределительный шинопровод ШР-3	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
ЭП, подключенные на Uл:	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
13 Трансформатор сварочный, однофазный Uном = 380 В	30,0	60,0	2	1800	30,0	-	-	a	1,00	0,58	-	-	-	0,40	0,50	1,74	12,0	-	-	7,0	-	-
-	-	-	-	-		-	-	b	0,00	1,16	-	-	-				-	0,0	-	-	11,9	-
-	-	-	-	-	-	0,0	-	b	1,00	0,58	-	-	-				-	0,0	-	-	0,0	-
-	-	-	-	-	-		-	c	0,00	1,16	-	-	-				-	-	0,0	-	-	0,0
-	-	-	-	-	-	-	30,0	c	1,00	0,58	-	-	-				-	-	12,0	-	-	7,0
-	-	-	-	-	-	-		a	0,00	1,16	-	-	-				0,0	-	-	13,9	-
Всего по однофазной нагрузке, подключенной на Uл:	-	60,0	2	1800	30,0	0,0	30,0	-	-	-	-	-	-	-	-	-	12,0	0,0	12,0	20,9	11,9	7,0
ОЭП, подключенные на Uф:	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
29 Трансформатор сварочный, однофазный Uном = 220 В	10,5	42,0	4	441	-	-	-	-	-	-	10,5	21,0	10,5	0,40	0,50	1,74	4,2	8,4	4,2	7,3	14,6	7,3
32 Трансформатор сварочный, однофазный Uном = 220 В	10,0	40,0	4	400	-	-	-	-	-	-	10,0	20,0	10,0	0,40	0,50	1,74	4,0	8,0	4,0	7,0	13,9	7,0
Всего по однофазной нагрузке, подключенной на Uф:	-	82,0	8	841				-	-	-	20,5	41,0	20,5	-	-	-	8,2	16,4	8,2	14,3	28,6	14,3
Итого по однофазной нагрузке в сварочном отделении:	-	142,0	10	2641	30,0	0,0	30,0	-	-	-	20,5	41,0	20,5	0,40	0,50	1,74	20,2	16,4	20,2	35,2	40,5	21,2

где - коэффициент спроса;

- удельная осветительная нагрузка, Вт/м² [4];

- площадь поверхность пола, м²;

- коэффициент реактивной мощности осветительной нагрузки.

Полная расчетная нагрузка по ремонтно-механическому цеху

(1.20)

Расчеты, выполненные по формулам (1.1) - (1.20), с целью определения расчетных мощностей по ремонтно-механическому цеху, отображены в таблице 1.2.

1.2 Определение электрических нагрузок завода металлоконструкций

Определение расчетных мощностей на I - III уровнях системы электроснабжения завода металлоконструкций рассмотрено в пункте 1.1 пояснительной записки. К особенностям определения электрических нагрузок на 3-ем уровне и выше относится то, что расчетный коэффициенты по реактивной и активной мощностям принимаются одинаковыми K_рр=K_ра. Величины данных коэффициентов определяются из справочной литературы [3].

При определении расчетной нагрузки электроприёмников напряжением 10 кВ принимается, что коэффициент расчетной нагрузки по активной мощности равен единице, в таком случае расчетные мощности будут равны средним мощностям. Расчетная низковольтная нагрузка завода металлоконструкций определяется по формулам:

 (1.21)

(1.22)

где - средневзвешенный коэффициент реактивной мощности i-го цеха;

- установленная мощность электроприемников 0,4 кВ i-го цеха, кВт;

- коэффициент расчетной нагрузки по активной мощности;

- коэффициент использования нагрузки i-го цеха.

Расчетная нагрузка завода металлоконструкций находится по выражениям

(1.23)

Таблица 1.2

Расчет электрических нагрузок по ремонтно-механическому цеху

Исходные данные	Расчетные величины	nэ	Kр.а.	Кр.р.	Расчетная мощность	Iр, А
По заданию технологов	Данные из справочника	Pср., кВт	Qср., квар	n·рІном				Pp, кВт	Qр, квар	Sр, кВ•А
Наименование ЭП и узлов системы электроснабжения	nЭП	Номинальная мощность, приведенная к длительному режиму	kи.а.	cosц	tgц
		рн., кВт	Pн., кВт
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
Механическое отделение 1 Распределительный шинопровод ШР-1	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
1 Станок металлорежущий	7	1,0	7,0	0,12	0,45	1,98	0,8	1,7	7	-	-	-	-	-	-	-
2 Станок металлорежущий	4	5,5	22,0	0,13	0,50	1,73	2,9	5,0	121	-	-	-	-	-	-	-
3 Станок металлорежущий	6	14,0	84,0	0,14	0,45	1,98	11,8	23,3	1176	-	-	-	-	-	-	-
4 Станок металлорежущий	2	40,0	80,0	0,12	0,50	1,73	9,6	16,6	3200	-	-	-	-	-	-	-
5 Станок точильно-шлифовальный	3	3,9	11,7	0,13	0,50	1,73	1,5	2,6	46	-	-	-	-	-	-	-
6 Станок шлифовальный	4	20,0	80,0	0,14	0,45	1,98	11,2	22,2	1600	-	-	-	-	-	-	-
7 Станок для испытания абразивных кругов	2	11,0	22,0	0,13	0,50	1,73	2,9	5,0	242	-	-	-	-	-	-	-
8 Бак для приготовления эмульсии	2	1,3	2,6	0,14	0,50	1,73	0,4	0,6	3	-	-	-	-	-	-	-
9 Агрегат рециркуляционный	1	1,5	1,5	0,70	0,80	0,75	1,1	0,8	2	-	-	-	-	-	-	-
10 Вентилятор	2	1,6	3,2	0,70	0,80	0,75	2,2	1,7	5	-	-	-	-	-	-	-
11 Кран	2	10,0	20,0	0,30	0,50	1,73	6,0	10,4	200	-	-	-	-	-	-	-
12 Таль электрическая	2	4,0	8,0	0,25	0,50	1,73	2,0	3,5	32	-	-	-	-	-	-	-
Всего по ШР-1	37	1,0-40,0	342,0	0,15	0,49	1,79	52,3	93,4	6634	18	1,39	1,04	72,7	97,1	121,3	184,2
Механическое отделение 2 Распределительный шинопровод ШР-2	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
13 Станок металлорежущий	2	1,6	3,2	0,12	0,45	1,98	0,4	0,8	5	-	-	-	-	-	-	-
14 Станок металлорежущий	5	7,0	35	0,15	0,50	1,73	5,3	9,1	245	-	-	-	-	-	-	-
15 Станок металлорежущий	4	10,0	40	0,12	0,45	1,98	4,8	9,5	400	-	-	-	-	-	-	-
16 Станок универсальный	4	12,0	48	0,17	0,65	1,17	8,2	9,5	576	-	-	-	-	-	-	-
17 Ножницы	1	15,0	15	0,13	0,50	1,73	2,0	3,4	225	-	-	-	-	-	-	-
18 Станок шлифовальный	3	7,0	21	0,13	0,50	1,73	2,7	4,7	147	-	-	-	-	-	-	-
19 Станок точильно-шлифовальный	5	1,6	8	0,14	0,45	1,98	1,1	2,2	13	-	-	-	-	-	-	-
20 Машина листогибочная тревалковая	3	15,5	46,5	0,20	0,65	1,17	9,3	10,9	721	-	-	-	-	-	-	-
21 Мешалка двухвальная	2	2,8	5,6	0,24	0,65	1,17	1,3	1,6	16	-	-	-	-	-	-	-
22 Кран подвесной	2	2,5	5	0,20	0,50	1,73	1,0	1,7	13	-	-	-	-	-	-	-
23 Агрегат рециркуляционный	3	1,5	4,5	0,70	0,80	0,75	3,2	2,4	7	-	-	-	-	-	-	-
24 Вентилятор	4	1,5	6	0,70	0,80	0,75	4,2	3,2	9	-	-	-	-	-	-	-
25 Насос	2	1,5	3	0,70	0,80	0,75	2,1	1,6	5	-	-	-	-	-	-	-
26 Калорифер	1	60,0	60	0,65	0,80	0,75	39,0	29,3	3600	-	-	-	-	-	-	-
Всего по ШР-2	41	1,5-60,0	300,8	0,28	0,69	1,06	84,5	89,8	5980	15	1,07	1,04	90,4	93,6	130,1	197,7
Сварочное отделение Распределительный шинопровод ШР-3	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
28,29,32 Однофазная нагрузка	10	10,5-30,0	142	0,40	0,50	1,74	60,6	105,6	10	-	-	-	-	-	-	-
27 Автомат для сварки	4	0,9	3,6	0,40	0,50	1,73	1,4	2,5	3	-	-	-	-	-	-	-
30 Полуавтомат шланговый	4	0,5	2	0,40	0,50	1,73	0,8	1,4	1	-	-	-	-	-	-	-
31 Стол для сварочных работ	4	0,8	3,2	0,40	0,50	1,73	1,3	2,2	3	-	-	-	-	-	-	-
33 Пила отрезная	4	7	28	0,15	0,45	1,98	4,2	8,3	196	-	-	-	-	-	-	-
34 Машина электросварочная	4	25	100	0,35	0,60	1,33	35,0	46,7	2500	-	-	-	-	-	-	-
35 Вентилятор	3	4,5	13,5	0,70	0,80	0,75	9,5	7,1	61	-	-	-	-	-	-	-
36 Кран-балка	2	3,2	6,4	0,30	0,50	1,73	1,9	3,3	20	-	-	-	-	-	-	-
Всего по ШР-3	35	3,2-30,0	298,7	0,38	0,54	1,54	114,7	177,1	2794	32	1,00	1,03	114,7	182,3	215,4	327,3
Кузнечное отделение Распределительный шинопровод ШР-4	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
37 Электропечь	3	110,0	330,0	0,60	0,95	0,33	198,0	65,1	36300	-	-	-	-	-	-	-
38 Молот ковочный	2	30,0	60,0	0,24	0,65	1,17	14,4	16,8	1800	-	-	-	-	-	-	-
39 Станок точильно-шлифовальный	3	0,5	1,5	0,12	0,45	1,98	0,2	0,4	1	-	-	-	-	-	-	-
40 Аппарат рециркуляционный	3	1,5	4,5	0,70	0,80	0,75	3,2	2,4	7	-	-	-	-	-	-	-
41 Кран подвесной	2	2,2	4,4	0,25	0,50	1,73	1,1	1,9	10	-	-	-	-	-	-	-
42 Вентилятор	4	0,8	3,2	0,70	0,80	0,75	2,2	1,7	3	-	-	-	-	-	-	-
Всего по ШР-4	17	0,5-110,0	403,6	0,54	0,93	0,40	219,1	88,2	38120	4	1,16	1,08	254,1	95,3	271,4	412,4
Термическое отделение Распределительный шинопровод ШР-5	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
43 Камерная печь	4	81,0	324	0,60	0,95	0,33	194,4	63,9	26244	-	-	-	-	-	-	-
44 Ванна масляная	2	4,0	8	0,12	0,45	1,98	1,0	1,9	32	-	-	-	-	-	-	-
45 Станок балансировочный	4	2,0	8	0,15	0,50	1,73	1,2	2,1	16	-	-	-	-	-	-	-
46 Электропечь камерная	4	45,0	180	0,60	0,95	0,33	108,0	35,5	8100	-	-	-	-	-	-	-
47 Станок закалочный	4	10,0	40	0,60	0,90	0,48	24,0	11,6	400	-	-	-	-	-	-	-
48 Вентилятор	2	5,0	10	0,70	0,80	0,75	7,0	5,3	50	-	-	-	-	-	-	-
49 Кран-балка	2	7,5	15	0,35	0,50	1,73	5,3	9,1	113	-	-	-	-	-	-	-
Всего по ШР-5	22	2,0-81,0	585	0,58	0,93	0,38	340,8	129,3	34955	10	1,00	1,05	340,8	136,2	367,0	557,6
Монтажный участок Распределительный щит РЩ-1	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
50 Станок для намотки	4	1,0	4	0,15	0,50	1,73	0,6	1,0	4	-	-	-	-	-	-	-
51 Станок бандажировочный	4	1,5	6	0,14	0,45	1,98	0,8	1,7	9	-	-	-	-	-	-	-
52 Ванна для лужения	3	1,6	4,8	0,60	0,95	0,33	2,9	0,9	8	-	-	-	-	-	-	-
53 Агрегат рециркуляционный	2	1,5	3	0,70	0,80	0,75	2,1	1,6	5	-	-	-	-	-	-	-
54 Кран подвесной	2	4,7	9,4	0,35	0,50	1,73	3,3	5,7	44	-	-	-	-	-	-	-
55 Вентилятор	4	1,0	4	0,70	0,80	0,75	2,8	2,1	4	-	-	-	-	-	-	-
Всего по РЩ-1	19	1,0-4,7	31,2	0,40	0,69	1,04	12,5	13,0	73	13	1,04	1,05	13,0	13,6	18,8	28,6
Ремонтно-механический цех	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
1 Механическое отделение 1 Распределительный шинопровод ШР-1	37	1,0-40,0	342	0,15	0,49	1,79	52,3	93,4	6634	-	-	-	-	-	-	-
2 Механическое отделение 2 Распределительный шинопровод ШР-2	41	1,5-60,0	300,8	0,28	0,69	1,06	84,5	89,8	5980	-	-	-	-	-	-	-
3 Сварочное отделение Распределительный шинопровод ШР-3	35	3,2-30,0	298,7	0,38	0,54	1,54	114,7	177,1	2794	-	-	-	-	-	-	-
4 Кузнечное отделение Распределительный шинопровод ШР-4	17	0,5-110,0	403,6	0,54	0,93	0,40	219,1	88,2	38120	-	-	-	-	-	-	-
5 Термическое отделение Распределительный шинопровод ШР-5	22	2,0-81,0	585	0,58	0,93	0,38	340,8	129,3	34955	-	-	-	-	-	-	-
6 Монтажный участок Распределительный щит РЩ-1	19	1,0-4,7	31,2	0,40	0,69	1,04	12,5	13,0	73	-	-	-	-	-	-	-
Всего по РМЦ	171	0,5-110,0	1961,3	0,42	0,81	0,72	823,9	590,8	88556	43	0,76	0,76	626,1	449,0	770,5	1170,6
Освещение Руд=12 Вт/м2, Кс.о.=0,9, Fц=3808 м2	-	-	45,7	0,90	0,95	0,33	-	-	-	-	-	-	41,1	13,5	43,3
Всего с учетом освещения	171	0,5-110,0	2007,0	0,42	0,81	0,72	823,9	590,8	88556	43	-	-	667,3	462,5	811,9	1233,6

Размещено на http://www.allbest.ru/

(1.24)

где - коэффициент одновременности максимумов;

m₁ - число узлов (ТП) СЭС третьего уровня, питающихся от СШ 10 кВ ГПП;

N₁ - число высоковольтных ЭП, питающихся от СШ 10 кВ ГПП;

P_осв, Q_осв - активная и реактивная осветительная нагрузка.

Величины электрических нагрузок завода металлоконструкций, выполненные по формулам (1.21) - (1.24), отображены в таблице 1.3.

1.3 Определение параметров картограммы электрических нагрузок

На картограмме электрических нагрузок, располагаемой на генплане завода металлоконструкций (лист 1), размещаются окружности, разделённые на сектора, по площади эквивалентные расчетным нагрузкам производственных цехов.

Углы секторов и радиусы обозначенных на генеральном плане окружностей возможно определить по формулам:

(1.25)

(1.26)

(1.27)

(1.28)

где - масштаб картограммы, кВт/мм².

- расчетные активные мощности цеха, электроприёмников напряжением 0,4 кВ, электроприёмников напряжением 10 кВ и осветительная мощность, кВт;

Определим масштаб картограммы по наименьшей нагрузке цеха с соответствующим радиусом окружности равным 5 мм

(1.29)

Примем наименьший радиус окружности равным 5 мм, в таком случае масштаб картограммы, определяемый по формуле (1.29), составит 0,90 кВт/мм².

Рисунок 1.1 Картограмма электрических нагрузок завода металлоконструкций

Таблица 1.3

Расчет электрических нагрузок завода металлоконструкций

Наименование цехов и узлов СЭС	nэф	Рном, кВт	kиа	сosц	tgц	Рс, кВт	Qс, квар	Kра	Рр, кВт	Qр, квар	Fц, м2	Руд осв., кВт	сosц	tgц	Kсосв	Рросв, кВт/м2	Qросв, квар	Рр+ Рросв, кВт	Qр+ Qросв, кВт	Sр, кВ•А
Нагрузка 400 В	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
1 Цех предварительной обработки	67	1900	0,72	0,75	0,88	1368	1206	0,70	958	845	2854	0,0160	0,95	0,3	0,85	39	12	996	856	1314
2 Цех подготовки металла	70	1700	0,60	0,70	1,02	1020	1041	0,90	918	937	1537	0,0130	0,95	0,3	0,80	16	5	934	941	1326
3 Цех автосварки	28	950	0,60	0,52	1,64	570	936	0,80	456	749	18583	0,0160	0,95	0,3	0,90	268	80	724	829	1101
4 Цех механической обработки	71	1880	0,55	0,70	1,02	1034	1055	0,75	776	791	10463	0,0160	0,95	0,3	0,90	151	45	926	836	1248
5 Сборочно-сварочный цех	45	1935	0,60	0,65	1,17	1161	1357	0,70	813	950	16755	0,0180	0,95	0,3	0,80	241	72	1054	1023	1468
6 Цех монтажа и установки	62	1580	0,65	0,65	1,17	1027	1201	0,72	739	865	2666	0,0150	0,95	0,3	0,90	36	11	775	875	1169
7 Цех технологических конструкций	65	1490	0,75	0,80	0,75	1118	838	0,70	782	587	12720	0,0130	0,95	0,3	0,90	149	45	931	631	1125
8 Маляропокрасочный цех	34	345	0,50	0,70	1,02	173	176	0,80	138	141	7105	0,0180	0,95	0,3	0,80	102	31	240	171	295
9 Заготовительный цех	91	1100	0,40	0,65	1,17	440	514	0,75	330	386	3123	0,0130	0,95	0,3	0,90	37	11	367	397	540
10 Компрессорная	38	610	0,80	0,80	0,75	488	366	0,75	366	275	2616	0,0100	0,95	0,3	0,90	24	7	390	282	481
11 Гараж	16	155	0,60	0,70	1,02	93	95	1,00	93	95	7652	0,0100	0,95	0,3	0,90	69	21	162	116	199
12 Столовая	20	200	0,60	0,80	0,75	120	90	1,00	120	90	2253	0,0120	0,95	0,3	0,90	24	7	144	97	174
13 Склад оборудования	10	50	0,30	0,60	1,33	15	20	1,13	17	23	5934	0,0100	0,95	0,3	0,90	53	16	70	39	80
14 Административный корпус	23	190	0,45	0,90	0,48	86	41	1,00	86	41	7276	0,0120	0,95	0,3	0,90	79	24	164	65	176
15 РМЦ	43	1961	0,42	0,81	0,72	824	591	0,76	626	449	3808	0,0120	0,95	0,3	0,90	41	14	667	463	812
Освещение территории	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	107303	0,0004	0,95	0,3	1,00	43	13	43	13	45
Всего по нагрузке 400 В	566	16046	0,59	0,71	1,00	9535	9528	0,80	7628	7622	-	-	-	-	-	1371	412	8588	7634	11490
Нагрузка 10 000 В	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
2 Цех подготовки металла	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Преобразователи частоты, 1800 кВт	4	7200	0,25	0,75	0,88	1800	1587	1,00	1800	1587	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
9 Заготовительный цех	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Индукционные печи, 2500 кВт	2	5000	0,35	0,80	0,75	1750	1313	1,00	1750	1313	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
10 Компрессорная	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Синхронные двигатели	4	5000	0,75	0,90	-0,48	3750	-1816	1,00	3750	-1816	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Всего по нагрузке 10 000 В	10	17200	0,42	0,99	0,15	7300	1084	-	7300	1084	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Итого по заводу металлоконструкций	-	33246	0,51	0,85	0,63	16835	10612	0,90	14928	8706	-	-	-	-	-	1371	412	14806	8248	16949

Координаты символического центра электрических нагрузок можно определить по формуле [1]:

(1.30)

(1.31)

где - координаты производственных цехов (лист 1), м.

Координаты центра электрических нагрузок, определённые по формулам (1.25) - (1.31), отображены в таблице 1.4.

Таблица 1.4

Определение координат символического цетра электрических нагрузок

Наименование цеха	, кВт	, кВт	, кВт	, кВт	, м	, м	Ri, мм	, град	град	, град
1 Цех предварительной обработки	997	958	39	-	330	300	19	346	14	-
2 Цех подготовки металла	2734	918	16	1800	254	300	31	121	2	237
3 Цех автосварки	724	456	268	-	292	105	16	227	133	-
4 Цех механической обработки	927	776	151	-	428	105	18	301	59	-
5 Сборочно-сварочный цех	1054	813	241	-	342	221	19	278	82	-
6 Цех монтажа и установки	775	739	36	-	419	300	17	343	17	-
7 Цех технологических конструкций	931	782	149	-	524	246	18	302	58	-
8 Маляропокрасочный цех	240	138	102	-	541	105	9	207	153	-
9 Заготовительный цех	2117	330	37	1750	204	105	27	56	6	298
10 Компрессорная	4140	366	24	3750	428	404	38	32	2	326
11 Гараж	162	93	69	-	68	105	8	207	153	-
12 Столовая	144	120	24	-	646	244	7	299	61	-
13 Склад оборудования	70	17	53	-	300	404	5	87	273	-
14 Административный корпус	165	86	79	-	675	105	8	188	172	-
15 РМЦ	667	626	41	-	669	400	15	338	22	-
Координаты символического ЦЭН	-	-	-	-	367	270	-	-	-	-

При выборе местонахождения ГПП, кроме координат центра электрических нагрузок (ЦЭН) была учтена площадь, необходимая для размещения ГПП с учетом расположения цехов и подходов воздушных линий (ВЛ). Поэтому приняты координаты размещения ГПП: (157 м; 293 м).

Выводы по разделу один

В данном разделе найдены расчетная нагрузка ремонтно-механического цеха, расчетная нагрузка по заводу металлоконструкций, а также найдены координаты символического ЦЭН, которые способствовали определению места установки ГПП.

2. Выбор числа, мощности и типа трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций

Проектом предусматривается установка цеховых трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ встроенного исполнения с трансформаторами марки ТМГ (трехфазные масляные трансформаторы с гофробаком) [5]. Необходимость установки данного типа трансформаторов обусловлена рядом преимуществ: герметичное исполнение исключает контакт масла с окружающей средой, что делает его в достаточной мере пожаробезопасным и экологичным, кроме того при эксплуатации трансформаторов марки нет необходимости в проведении ревизионных и профилактических работах. При выборе числа типоразмеров трансформаторов с целью сокращения «холодного» резерва стремились их максимально сократить.

При выборе мощности трансформаторов цеховых главным образом руководствовались рекомендациями по проектированию, представленными в [6]. Экономически целесообразная единичная мощность трансформаторов цеховых ТП находится в корреляционной зависимости от плотности электрической нагрузки производственного цеха предприятия, данная зависимость наглядно представлена в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Зависимость единичной мощности трансформатора от плотности электрической нагрузки

Плотность электрической нагрузки , кВ•А/м2	0,05-0,08	0,08-0,15	0,15-0,25	0,25-0,35	0,35 и более
Экономически целесообразная мощность трансформатора цеховой ТП , кВ•А

Определение плотности электрической нагрузки производственного цеха выполняется по выражению

(2.1)

где - расчетная мощность производственного цеха, кВ•А;

- площадь рассматриваемого производственного цеха, м².

Величина единичной мощности трансформатора цеховой ТП определенная по таблице 2.1 может быть изменена из-за расчетной мощности производственного цеха, категории по надёжности электроснабжения, количества принятых к установке на предприятии типоразмеров трансформаторов.

Число трансформаторов цеховой трансформаторной подстанции находится по выражению

(2.2)

где - расчетная мощность производственного цеха, Вт;

- номинальная мощность трансформаторов, В•А;

- коэффициент допустимый загрузки трансформатора в нормальном режиме работы.

Номинальная мощность трансформатора цеховой двухтрансформаторной подстанции

(2.3)

где - число трансформаторов в цеховой ТП, шт.

Реактивная мощность трансформаторов цеховой ТП, в случае их выбора по активной мощности нагрузки производственного цеха с учётом допустимого коэффициента загрузки трансформатора в нормальном режиме работы, обусловленного категорией по надежности электроснабжения

(2.4)

Обычно реактивные мощности Q_1р и Q_р.ц имеют различные величины. Ввиду чего, фактическая реактивная мощность Q₁, проходящая через трансформатор цеховой ТП, выражается из следующих условий

(2.5)

Анализируя параметры условий (2.5) можно сделать следующие выводы:

1) При реактивной мощности Q_1р не меньшей величины расчётной реактивной мощности цеха (Q_р.ц), через трансформатор цеховой ТП из распределительной сети напряжением 10000 В в сеть напряжением 400 В будет передаваться величина реактивной мощности (Q₁), равная расчётной реактивной нагрузки производственного цеха (Q_р.ц) ;

2) В случае, когда мощность Q_1р < Q_р.ц, иными словами трансформаторы цеховой ТП не имеют возможности всю нагрузку производственного цеха QР.Ц, поэтому необходимо предусмотреть установку низковольтных компенсирующих устройств, мощность которых определяется разностью между расчетной реактивной мощностью производственного цеха (Q_р.ц) и величиной фактической реактивной мощности (Q₁)

 (2.6)

После чего необходимо проверить работоспособность трансформаторов цеховой ТП, посредством определения коэффициентов загрузки трансформаторов в нормальных и ненормальных режимах работы с учетом величины допустимой перегрузки, определяемой требованиями ПУЭ [7]

(2.7)

(2.8)

Номинальные мощности трансформаторов [8, 9] для питания преобразовательных установок выбираются по величине установленной мощности рассматриваемых установок

(2.9)

Полная мощность рассматриваемых установок определяется по выражению

(2.10)

где - установленная мощность, кВт.

Выбор трансформаторов, устанавливаемых в производственных цехах завода металлоконструкций, выполненный с учетом условий, обозначенных в выражениях (2.1) - (2.10), представлен в таблице 2.2

На предприятии имеются производственные цеха с малой расчетной нагрузкой, питание которых возможно осуществлять от собственной цеховой трансформаторной подстанции, либо от низковольтного распределительного пункта (РПН), питание которого осуществляется от соседнего рядом расположенного производственного цеха по линии 0,4 кВ.

Выбор того или иного способа питания данных цехов осуществляется исходя из следующего условия

(2.11)

где - расчетная нагрузка производственного цеха, кВ•А;

Таблица 2.2

Выбор числа и мощности трансформаторных подстанций, устанавливаемых в цехах завода металлоконструкций

Наименование цехов, подразделений	Кат. над.	Рр, кВт	Qр, квар	Sр, кВА	Fц, м2	у, кВА/ м2	Sэт, кВА	Номер ТП	тип тр-ра	Sном, кВА	Nтр в ТП	Nтп	Кзт доп	Q1р, квар	Q1, квар	Qку, квар	Кзт.н	Кзт.п/ав	ДРхх, кВт	ДРкз, кВт	Iхх, %	Uкз, %	ДРт, кВт	ДQт, квар	Рр+ДPт, кВт	Q1+ДQт, квар	Sр, кВА
1 Цех предварительной обработки	2	996	856	1314	2854	0,46	2500	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Итого по ТП1:	-	996	856	1314	2854	0,46	2500	1	ТМГ	1000	2	1	0,7	983	856	0	0,66	1,32	1,60	10,8	1,0	5,5	13	67	1009	924	1368
2 Цех подготовки металла	2	934	941	1326	1537	0,86	2500	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Итого по ТП2:	-	934	941	1326	1537	0,86	2500	2	ТМГ	1000	2	1	0,7	1043	941	0	0,66	1,32	1,60	10,8	1,0	5,5	13	68	947	1010	1384
3 Цех автосварки	2	724	829	1101	18583	0,06	400	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Итого по ТП3-ТП4:	-	724	829	1101	18583	0,06	400	3-4	ТМГ	400	2	2	0,7	855	829	0	0,69	1,38	0,87	5,6	1,2	4,5	14	53	738	883	1150
4 Цех механической обработки	2	926	836	1248	10463	0,16	1000	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Итого по ТП5:	-	926	836	1248	10463	0,16	1000	5	ТМГ	1000	2	1	0,7	1050	836	0	0,62	1,24	1,60	10,8	1,0	5,5	12	63	938	899	1299
5 Сборочно-сварочный цех	2	1054	1023	1468	16755	0,07	400	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Итого по ТП6-ТП7:	-	1054	1023	1468	16755	0,07	400	6-7	ТМГ	400	2	2	0,7	379	379	644	0,70	1,40	0,87	5,6	1,2	4,5	14	54	1068	433	1153
6 Цех монтажа и установки	2	775	875	1169	2666	0,44	2500	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Итого по ТП8:	-	775	875	1169	2666	0,44	2500	8	ТМГ	630	2	1	0,7	420	420	455	0,70	1,40	1,24	7,6	1,2	5,5	10	49	785	469	915
7 Цех технологических конструкций	2	931	631	1125	12720	0,07	400	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Итого по ТП9-ТП10:	-	931	631	1125	12720	0,07	400	9-10	ТМГ	400	2	2	0,7	622	622	9	0,70	1,40	0,87	5,6	1,2	4,5	14	54	946	677	1163
8 Маляропокрасочный цех	2	240	171	295	7105	0,04	400	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
14 Административный корпус	3	164	65	176	7276	0,02	250	РПН-1	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Итого по ТП11:	-	404	236	468	7105	0,04	400	11	ТМГ	400	2	1	0,7	387	236	0	0,59	1,18	0,87	5,6	1,2	4,5	6	22	410	258	485
9 Заготовительный цех	2	367	397	540	3123	0,17	1000	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
11 Гараж	3	162	116	199	7652	0,03	250	РПН-2	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Итого по ТП12:	-	528	512	736	3123	0,17	1000	12	ТМГ	400	2	1	0,7	185	185	327	0,70	1,40	0,87	5,6	1,2	4,5	7	27	536	213	576
10 Компрессорная	2	390	282	481	2616	0,18	1000	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
13 Склад оборудования	3	70	39	80	5934	0,01	250	РПН-3	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Итого по ТП13:	-	460	320	560	2616	0,18	1000	13	ТМГ	400	2	1	0,7	320	320	0	0,70	1,40	0,87	5,6	1,2	4,5	7	27	467	347	582
12 Столовая	3	144	97	174	2253	0,08	400	РПН-4	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
15 РМЦ	3	667	463	812	3808	0,21	1000	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Итого по ТП14:	-	812	560	986	3808	0,21	1000	14	ТМГ	1000	1	1	0,9	389	389	171	0,90	-	1,60	10,8	1,0	5,5	10	55	822	444	934
Потери в трансформаторах электротехнологических установок	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
2 Цех подготовки металла (4хПЧх1800 кВт)	-	1800	1587	2400	-	-	-	-	ТСЗП	2500	1	4	-	-	-	-	0,96	-	3,50	12,0	1,2	5,5	58	627	-	-	-
9 Заготовительный цех (2хИПх2500 кВт)	-	2500	1875	3125	-	-	-	-	ЭТМН	4000	1	2	-	-	-	-	0,78	-	7,00	28,0	1,8	7,5	48	510	-	-	-
Итого по заводу металлоконструкций	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	227	1678	8665	6557	-

- расстояние от распределительного пункта рассматриваемого производственного цеха с малой расчетной мощностью до трансформаторной подстанции рядом расположенного цеха, м.

Обоснование целесообразности установки РПН по условию (2.11) отображено в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Проверка целесообразности применения РПН

Цеховая ТП	Номер РПН
ТП-11	РПН-1
ТП-12	РПН-2
ТП-13	РПН-3
ТП-14	РПН-4

На рисунке 2.1 представим генеральный план завода металлоконструкций с расстановкой цеховых трансформаторных подстанций и низковольтных распределительных пунктов с указанием электрических связей.

Выводы по разделу два

Выбраны трансформаторы марки ТМГ следующих типоразмеров 400, 630, 1000 кВ•А. Для питания установок специального назначения предусмотрена установка трансформаторов ТСЗП мощностью 2500 кВ•А, а также ЭТМН мощностью 4000 кВ•А. Рассмотрена возможность установки комплектных распределительных устройств 0,4 кВ в цехах с малой расчетной мощностью.

Рисунок 2.1 Генеральный план завода металлоконструкций с установкой устройств распределения электрической энергии

3. Выбор величины напряжения и схемы внутреннего электроснабжения предприятия, расчёт питающих линий

Разработка схемы внутризаводского электроснабжения, представленной на рисунке 3.1, выполняется в полном соответствии с Нормами технологического проектирования НТП ЭПП-94 [10]. Распределительная сеть 10 кВ выполняется по смешанной схеме, с приоритетом к магистральному типу соединения цеховых трансформаторных подстанция, в тех случаях когда они располагаются в попутном направлении с соблюдением требований по допустимому количеству и установленной мощности трансформаторов, подключаемых к одной магистральной линии: до 3-х трансформаторов единичной мощностью 1000 кВ•А или до 2-х трансформаторов 1600 кВ•А [10, п.6.3].

Внутризаводская распределительная сеть 10 кВ выполняется посредством кабельных линий, преимущественно располагаемых в траншеях. Марка кабеля выбирается с учётом заданных характеристик грунта, таких как: низкая коррозионная активность, с наличием колебаний и растягивающих усилий, но без блуждающих токов. Нивелировать внешнее воздействие негативных факторов грунта позволяют кабели типа АПвЭКП-10 - с алюминиевой жилой (А), фазной изоляцией из сшитого полиэтилена (Пв), медным экраном по изолированной жиле (Э), броней из круглых стальных проволок (К), наружной оболочкой из сшитого полиэтилена (П) [11].

Выбор сечения кабельный линий напряжением 10 кВ выполняется в следующей последовательности: сначала определяется экономически целесообразное сечение КЛ по экономической плотности тока (согласно требований ПУЭ [7]), после чего выбранное сечение проверяется по допустимому току в аварийных режимах работы, по величине допустимой потери напряжения, а также на термическую стойкость после определения величин максимальных токов короткого замыкания.

Величина экономически целесообразного сечения КЛ с учетом принятого значения экономической плотности (j_э=1,7 А/мм² [7, табл.1.3.36]), исходя из специфики производства предприятия (принятого значения Т_м= 4355 ч/год [2]) и минимального стандартного сечения (F_min.ст = 25 мм² [11]) для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, определяется по выражению

(3.1)

где - расчётный ток кабельной линии, А.

Величина расчетного тока кабельной линии может быть определена по формуле

(3.2)

Рисунок 3.1 Схема принципиальная внутреннего электроснабжения завода металлоконструкций

где - расчетная активная мощность цеховой трансформаторной подстанции, кВт;

- расчетная реактивная мощность цеховой трансформаторной подстанции, квар;

- количество трансформаторов в цеховой трансформаторной подстанции, шт.

- потери активной мощности в трансформаторах цеховой трансформаторной подстанции, кВт;

n - количество цеховых трансформаторных подстанций, шт;

- потери реактивной мощности в трансформаторах цеховой трансформаторной подстанции, квар.

Величина номинального тока кабельной линии корректируется в соответствии с поправочными коэффициентами [11]: на число кабелей одновременно располагаемых в траншее (К_п.кл), на температуру (К_t.кл)

(3.3)

где - число цепей КЛ, шт.

Проверка работоспособности КЛ в послеаварийном режиме в случае отключения одной из цепей выполняется по условию

(3.4)

Величина расчетного тока, протекающего по кабельной линии в аварийном режиме работы, определяется по формуле

 (3.5)

Допустимый ток кабельной линии в периоды отключения одной из цепей КЛ определяется с учетом коэффициента перегрузки КЛ (К_а.кл), значения которого выбираются по каталогу завода-производителя [11]

(3.6)

Величина расчетной потери напряжения в КЛ не должна превышать допустимый предел в 5%, устанавливаемый ПУЭ [7]

(3.7)

Аналогичные действия по формулам (3.1) - (3.7) выполняются при выборе кабельных линий, представленных в таблице 3.1. Дальнейшая корректировка сечений КЛ на предмет соответствии термически устойчивым сечения (F_т.кл) будет выполнена после определения токов КЗ.

Выводы по разделу три

Схема внутреннего электроснабжения разработана в соответствии с рекомендациями Норм технологического проектирования НТП ЭПП-94 по смешанной схеме посредством кабельных линий марки АПвЭКП-10, прокладываемых в траншеях и в лотках.

Таблица 3.1

Выбор кабельных линий для реализации внутризаводской системы электроснабжения завода металлоконструкций

Кабельные линии	Рр.кл, кВт	Qр.кл, квар	Sр.кл, кВ•А	Iр.кл, А	Fэ.кл, мм2	Fст.кд, мм2	Тип и количество кабелей	Способ прокладки	Нагрузка на кабель, А	Iдоп.кл, А	Кп.кл,	Kt.кл,	I`доп.кл, А	Ка.кл,	I`а.кл, А	Lкл, км	rуд.кл, Ом/км	худ.кл, Ом/км	Дuкл, %
									в нор-мальном режиме	в после-аварийном режиме
ГПП-ТП2	1370	1201	1841	106	63	70	2хАПвЭКП-10 (3х70)	в траншее	105	210	220	0,86	1,03	195	1,17	228	0,165	0,568	0,128	0,31
ТП2-ТП1	897	696	1141	66	39	35	2хАПвЭКП-10 (3х35)	в траншее	66	131	152	0,86	1,03	135	1,17	158	0,058	1,113	0,146	0,13
ТП1-ТП8	393	235	441	25	15	25	2хАПвЭКП-10 (3х25)	в траншее	26	53	127	0,86	1,03	112	1,17	132	0,069	1,539	0,155	0,09
ГПП-ТП3	838	891	1260	73	43	35	2хАПвЭКП-10 (3х35)	в лотках	71	141	148	1,00	1,06	157	1,200	188	0,186	1,113	0,146	0,40
ТП3-ТП4	653	670	980	57	33	35	2хАПвЭКП-10 (3х35)	в лотках	54	108	148	1,00	1,06	157	1,20	188	0,051	1,113	0,146	0,08
ТП4-ТП5	469	450	700	40	24	25	2хАПвЭКП-10 (3х25)	в лотках	38	75	123	1,00	1,06	130	1,20	156	0,082	1,539	0,155	0,13
ГПП-ТП6	534	217	560	32	19	25	2хАПвЭКП-10 (3х25)	в лотках	33	67	123	1,00	1,06	130	1,20	156	0,103	1,539	0,155	0,18
ТП6-ТП7	267	108	280	16	10	25	2хАПвЭКП-10 (3х25)	в лотках	17	33	123	1,00	1,06	130	1,20	156	0,106	1,539	0,155	0,09
ГПП-ТП9	473	338	560	32	19	25	2хАПвЭКП-10 (3х25)	в лотках	34	67	123	1,00	1,06	130	1,20	156	0,351	1,539	0,155	0,55
ТП9-ТП10	236	169	280	16	10	25	2хАПвЭКП-10 (3х25)	в лотках	17	34	123	1,00	1,06	130	1,20	156	0,062	1,539	0,155	0,05
ГПП-ТП12	473	236	560	32	19	25	2хАПвЭКП-10 (3х25)	в траншее	30	61	127	0,85	1,03	111	1,17	130	0,169	1,539	0,155	0,26
ТП12-ТП11	205	129	280	16	10	25	2хАПвЭКП-10 (3х25)	в траншее	14	28	127	0,93	1,03	122	1,17	142	0,436	1,539	0,155	0,29
ГПП-ТП13	234	174	280	16	10	25	2хАПвЭКП-10 (3х25)	в траншее	17	34	127	0,85	1,03	111	1,17	130	0,291	1,539	0,155	0,22
ГПП-ТП14	822	444	900	52	31	35	1хАПвЭКП-10 (3х35)	в траншее	54	-	152	0,86	1,03	135	-	-	0,483	1,113	0,146	0,95
ГПП-ИП	2500	1875	3125	180	106	95	1хАПвЭКП-10 (3х95)	в траншее	180	-	262	0,85	1,03	229	-	-	0,146	0,411	0,121	0,37
ГПП-ПЧ	1800	1587	2400	139	82	70	1хАПвЭКП-10 (3х70)	в траншее	139	-	220	0,85	1,03	193	-	-	0,076	0,568	0,128	0,19
ГПП-СД	1250	-605	1389	80	47	50	1хАПвЭКП-10 (3х50)	в траншее	80	-	180	0,85	1,03	158	-	-	0,269	0,822	0,137	0,51
ТП11-РПН1	164	65	176	255	-	150	1хАПвКШп-1 (4х150)	в траншее	255	-	278	1,00	1,03	286	-	-	0,029	0,206	0,079	0,35
ТП12-РПН2	162	116	199	287	-	185	1хАПвКШп-1 (4х185)	в траншее	287	-	317	1,00	1,03	327	-	-	0,050	0,164	0,078	2,22
ТП13-РПН3	70	39	80	116	-	35	1хАПвКШп-1 (4х35)	в траншее	116	-	124	1,00	1,03	128	-	-	0,014	0,868	0,088	1,13
ТП13-РПН4	144	97	174	251	-	150	1хАПвКШп-1 (4х150)	в траншее	251	-	278	1,00	1,03	286	-	-	0,061	0,206	0,079	0,86

4. Технико-экономическое обоснование схемы внешнего электроснабжения предприятия

С учетом обеспечения требуемой категории надежности электроснабжения завода металлоконструкций, выбрана типовая схема 4Н - два блока с выключателями и ремонтной неавтоматической перемычкой со стороны питающих воздушных линий [12].

4.1 Определение рационального напряжения

При определении величины рационального напряжения схемы внешнего электроснабжения целесообразно воспользоваться формулой Стилла

(4.1)

где - расчетная активная нагрузка по предприятию, кВт;

- протяженность питающей воздушной линии, км.

Расчетная активная мощность на V уровне системы электроснабжения может быть определена по формуле [2]

(4.2)

где - коэффициент одновременности максимумов [3];

- сумма расчетных активных мощностей узлов СЭС III уровня, получающих питание от СШ-10 кВ подстанции предприятия, Вт;

- сумма расчетных активных мощностей электроприемников напряжением 10 кВ, получающих питание от СШ-10 кВ подстанции предприятия, Вт;

- сумма потерь активной мощности в цеховых трансформаторах, Вт;

- осветительная нагрузка, Вт.

Результаты расчетов, выполненные по формулам (4.1) - (4.2), с целью определения величины рационального напряжения схемы внешнего электроснабжения, отразим в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Определение рационального напряжения

0,90	7628	7300	227	1371	15010	13,5	69

Из таблицы 4.1 видно, что величина рационального напряжения располагается между двумя стандартными классами напряжений 35 кВ и 110 кВ, откуда следует необходимость в проведении подробного технико-экономического анализа при выборе напряжения схемы внешнего электроснабжения рассматриваемого предприятия.

Представим на рисунках 4.1 и 4.2 электрические принципиальные схемы внешнего электроснабжения для рассматриваемых в ходе последующего технико-экономического анализа классов напряжений: 35 кВ и 110 кВ.



Рисунок 4.1 Принципиальная электрическая схема внешнего электроснабжения классом 35 кВ



Рисунок 4.2 Принципиальная электрическая схема внешнего электроснабжения классом 110 кВ

4.2 Определение единичной мощности трансформаторов ГПП

Величина номинальной мощности трансформаторов главной понизительной подстанции определяется по выражению

(4.3)

где - экономически целесообразная реактивная мощность на стороне ВН, вар;

- потери реактивной мощности в трансформаторах понизительной подстанции завода, квар.

Величина потерь реактивной мощности в трансформаторах понизительной подстанции определяется по выражению

(4.4)

За величину экономически целесообразной реактивной мощности на стороне ВН необходимо принять минимальную из определяемых по формулам

(4.5)

(4.6)

где - нормируемая величина коэффициента реактивной мощности строго регламентированная для каждого класса напряжения [13];

- величина коэффициента несовпадения реактивной мощности.

Величину расчетной реактивной мощности предприятия определим по выражению

(4.7)

Расчет величины расчетной реактивной мощности предприятия по формуле (4.7) представим в таблице 4.2.

Таблица 4.2

Определение расчетной реактивной мощности предприятия

0,90	2900	7622	1678	412	11392

Располагаемую реактивную мощность синхронных двигателей определим по формуле

(4.8)

где б_м = 0,57 - величина коэффициента допустимой перегрузки синхронного двигателя по реактивной мощности.

Расчет величины располагаемой реактивной мощности синхронных двигателей по формуле (4.8) представим в таблице 4.3.

Таблица 4.3

Определение располагаемой реактивной мощности СД

СД		, шт	, кВт	, квар	, квар
СД	0,57	4	1250	630	3192

Определение экономически целесообразной реактивной мощности с учётом выражений (4.5) - (4.6) представим в таблице 4.4.

Таблица 4.4

Определение экономически целесообразной реактивной мощности

, кВ	, кВт	, квар	, квар		, квар	, квар	, квар
35	15010	11392	3192	0,85	6004	8763	6004
110					7505	8763	7505

Производство завода металлоконструкций относится ко 2-ой категории по надёжности электроснабжения, поэтому его электроснабжение должно осуществляться от 2-х независимых источников, по этой причине на понизительной подстанции предприятия предусматривается установка 2-х трансформаторов.

Величина единичной номинальной мощности силового трансформатора выражается из условия

(4.9)

где - число трансформаторов ГПП;

- коэффициент, характеризующий величину допустимой загрузки силовых трансформаторов в нормальном режиме работы.

Выбор мощности трансформаторов главной понизительной подстанции, выполненный с учётом выражений (4.3) - (4.4), (4.9), отобразим в таблице 4.5.

Таблица 4.5

Выбор трансформаторов ГПП

,кВ	, квар	, квар	, кВ•А	, кВ•А
35	6004	1132	15781	11272
110	7505	1175	16290	11636

На основании данных из таблицы 4.5, к установке принимаются трансформаторы марки ТДНС-16000/35-У1 и ТДН-16000/110-У1, основные технические параметры которых представлены в таблице 4.6.

Таблица 4.6

Технические параметры трансформаторов [14]

16	35	10	85,0	14,5	10,0	0,50
16	110	10	83,0	12,0	10,5	0,30

4.3 Расчёт потерь электрической энергии в трансформаторах и питающих линиях электропередачи

Величина потерь в трансформаторах подстанции предприятия определяется по выражению

(4.10)

где - количество трансформаторов, установленных на подстанции, шт;

- величина потерь холостого хода силового трансформатора, Вт;

- величина потерь короткого замыкания силового трансформатора, Вт.

Величина потерь в трансформаторах ГПП определяется по формуле

(4.11)

где - величина ток холостого хода силового трансформатора, установленного на подстанции, %;

- величина напряжение короткого замыкания силового трансформатора, установленного на подстанции, %.

Величина потерь электрической энергии в силовых трансформаторах ГПП

(4.12)

где - число часов годовых максимальных потерь, ч.

Зная величину () годового числа часов использования максимума активной нагрузки, определяемую по справочным данным [2] в зависимости от отрасли промышленности, возможно найти число часов годовых максимальных потерь, определяемое по выражению

(4.13)

Выполненные расчёты по выражениям (4.11) - (4.13) с целью определения потерь электрической энергии в силовых трансформаторах, устанавливаемых на ГПП предприятия в зависимости от класса напряжения рассматриваемой схемы внешнего электроснабжения, представлены в таблице 4.7.

Таблица 4.7

Расчёт потерь электрической энергии в силовых трансформаторах

, кВ	, кВт	, кВт	, ч/год	, ч/год	,
35	70	938	4355	2742	367
110	67	967	4355	2742	328

Произведём расчёты по определению потерь электрической энергии в питающих линиях электропередачи, выполненных посредством воздушных линий на металлических опорах.

Расчетная нагрузка воздушной линия определяется по формуле

(4.14)

(4.15)

В случае аварийного отключения одной из цепей воздушной линии, оставшаяся в работе цепь должна выдержать передаваемый по ней ток

(4.16)

Руководствуясь требованиями ПУЭ [7] площадь сечения ВЛ необходимо выбирать по (j_э) экономической плотности тока

(4.17)

Величина годовых потерь активной электрической энергии в проводах линий электропередачи определяется по формуле

(4.18)

где - величина удельного активного сопротивления ВЛ, Ом/км;

- удалённость энергосистемы от рассматриваемого предприятия, км.

Выполненные расчёты по выражениям (4.14) - (4.18) с целью определения потерь электрической энергии в линиях электропередачи, в зависимости от класса напряжения рассматриваемой схемы внешнего электроснабжения предприятия представлены в таблице 4.8.

Таблица 4.8

Расчёт потерь электрической энергии в линиях электропередачи

, кВ	, кВ•А	, А	, А	, мм2	, мм2	, А	, Ом/км	, км	,
35	16232	134	268	122	120	390	0,25	13,5	995
110	16842	44	88	40	70	265	0,43	13,5	187

4.4 Выбор коммутационного и контрольно-измерительного электрооборудования в схеме внешнего электроснабжения предприятия

Одним из критериев выбора коммутационного и контрольно-измерительного электрооборудования в схеме внешнего электроснабжения предприятия является динамическая стойкость к токам короткого замыкания. Поэтому выполним расчёт величины токов короткого замыкания в характерных точках системы внешнего электроснабжения предприятия, отмеченных на рисунке 4.3



Рисунок 4.3 Принципиальная схема (А) и схема замещения (Б) для определения токов КЗ

Найдём эквивалентные сопротивления элементов схемы замещения, представленной на рисунке 4.9.

Таблица 4.9

Определение эквивалентных сопротивлений схемы замещения, представленной на рисунке 4.3

	35 кВ	110 кВ
	о.е.	о.е.
	о.е.	о.е.

В таблице 4.10 представим расчёт токов КЗ в электрической сети в точках К1 и К2.

Таблица 4.10

Расчёт токов КЗ в электрической сети в точках К1 и К2

Параметр	Размерность	35 кВ	110 кВ
		К1	К2	К1	К2
	о.е.	0,91	4,95	0,40	0,85
	кА	17,2	3,2	12,6	5,9
	кА	41,8	8,0	30,5	15,1

При выборе коммутационного и контрольно-измерительного электрооборудования в схеме внешнего электроснабжения предприятия руководствуются следующими параметрами электрической сети [2]:

- максимальным рабочим током;

- трёхфазным током короткого замыкания;

- ударным током.

В таблице 4.11 представим выбор электрооборудования для подстанций с высшими напряжениями 35 кВ и 110 кВ.

Таблица 4.11

Выбор оборудования РУВН подстанций

Вид оборудования	Каталожные данные
Название	Тип	Изготовитель	Iв.ном., А	Iотк.ном., кА	Iвкл.макс., кА	КТТ	Класс точности
РУВН-35 кВ
Выключатель	ВБЭТ-35	НПП Контакт [15]	630	25	63	-	-
Разъединитель	РДЗ-35	ЗЭТО [16]	1000	-	-	-	-
ТТ	ТВ-35	НПП Контакт [15]	300	-	-	300/5	0,5/10Р
ТН	НАМИ-35	РЭТЗ Энергия [17]	-	-	-	-	0,5/3Р
ОПН	ОПН-П-35/40,5	ЗЭУ [18]	-	-	-	-	-
РУВН-110 кВ
Выключатель	ВЭБ-110	УЭТМ [19]	1250	40	102	-	-
Разъединитель	РДЗ-110	ЗЭТО [16]	1000	-	-	-	-
ТТ	ТВ-110	УЭТМ [19]	150	-	-	150/5	0,5/10Р
ТН	3хЗНОГ-110	ЗЭТО [20]	-	-	-	-	0,5/3Р
ОПН	ОПН-П-110/56	ЗЭУ [18]	-	-	-	-	-
ОПН	ОПН-П-110/88	ЗЭУ [18]	-	-	-	-	-
ЗОН	ЗОН-110	ЗЭТО [21]	400	-	-	-	-
Параметры сети	Iраб.макс, А	, кА	, кА	-	-
РУВН-35 кВ	268	17,2	41,8	-	-
РУВН-110 кВ	88	12,6	30,5	-	-

Примечание: НПП «Контакт» - Научно-производственное предприятие «Контакт», УЭТМ - Уралэлектротяжмаш, ЗЭТО - Завод электротехнического оборудования, РЭТЗ «Энергия» - Раменский электротехнический завод «Энергия», ЗЭУ - Завод энергозащитных устройств.

4.5 Выбор величины напряжения внешнего электроснабжения по технико-экономическим параметрам

Методика выбора величины оптимального напряжения внешнего электроснабжения сводится к определению годовых приведенных затрат для рассматриваемых вариантов схем внешнего электроснабжения классами 35 кВ и 110 кВ.

В ходе технико-экономического сравнения учитывается стоимость электрооборудования непосредственно принятого к установке по проекту, а также стоимость потерь электрической энергии в силовых трансформаторах и линиях электропередачи, определенных ранее в п.4.3.

Величина годовых приведенных затрат определяется по формуле [2]:

(4.19)

где - стоимость годовых потерь электроэнергии, тыс.руб/год;

-капитальные затраты i-ой группы электроприемников, тыс.руб.

Величина ежегодных отчислений от капиталовложений

(4.20)

где - нормативный коэффициент эффективности;

- отчисления на обслуживание и амортизацию.

Стоимость потерь электрической энергии определяется с учётом предусмотренного на рассматриваемом предприятии двухставочного тарифа