Компенсирующее устройство (статические конденсаторы или синхронные двигатели) выбирается на основании технико-экономических расчетов; при этом учитываются наличие избыточной мощности в синхронных двигателях, установленных на механизмах, и возможность их работы как компенсаторов реактивной мощности. Экономическая целесообразность применения того или иного вида компенсирующего устройства определяется в соответствии с указаниями по компенсации реактивной мощности. Выбор средств компенсации производится для режима наибольшего потребления реактивной мощности в сети проектируемой установки.

Энергосистема должна выдать организации, проектирующей присоединяемую к сети энергосистемы электроустановку, значения величин реактивной мощности Q_c, передаваемых из сети системы для режимов наибольшей и наименьшей активной нагрузки системы, а также для послеаварийных режимов. При выборе средств компенсации следует учитывать, что наибольший экономический эффект достигается при их размещении в непосредственной близости от потребляющих реактивную мощность электроприемников.

Передача реактивной мощности из сети 6-35 кВ в сеть до 1000 В может быть экономически невыгодной, если это приводит увеличению числа цеховых трансформаторов. Для электроустановок мощности, присоединяемых к действующим сетям 6-10 кВ, экономически оправданной оказывается полная компенсация реактивной мощности на стороне до 1000 В.

Нерегулируемые конденсаторы установки в сетях до 1000 В размещаются в цехах у групповых распределительных пунктов, если окружающая среда допускает такую установку. Место установки регулируемых конденсаторных установок в сетях до 1000 В определяется с учетом требований регулирования напряжения в сети или регулирования реактивной мощности. Установка конденсаторных батарей на стороне 6-10 кВ цеховых подстанций не рекомендуется. Индивидуальная компенсация целесообразна лишь у крупных электроприемников с низким коэффициентом мощности и большим числом включений в год.

Для контроля наибольшей реактивной мощности, передаваемой из сетей системы потребителю в режиме наибольшей активной нагрузки системы, используются реактивные счетчики с указателями 30-минутного максимума и с реле времени. Для контроля "реактивной энергии", выдаваемой потребителем в сеть энергосистемы, в период ночного провала активных нагрузок системы используются счетные механизмы реактивных счетчиков со стопором.

Наибольшее распространение на промышленных предприятиях имеют конденсаторы (КБ) - крупные специальные устройства, предназначенные для выработки реактивной ёмкостной мощности. Конденсаторы изготавливают на напряжение 0,22, 0,38, 0,66, 6,3 и 10,5 кВ в однофазном и трёхфазном исполнениях для внутренней и наружной установки. Они бывают масляные (КМ) и соволовые (КС). Диэлектрическая проницаемость совола примерно вдвое больше, чем масла. Широкое применение конденсаторов для компенсации реактивной мощности объясняется их значительными преимуществами по сравнению с другими видами КУ: незначительные удельные потери активной мощности до 0,005 кВт/кВАр, отсутствие вращающихся частей, простота монтажа и эксплуатации, относительно невысокая стоимость, малая масса, отсутствие шума во время работы.

Недостатки КБ: пожароопасность, наличие остаточного заряда, повышающего опасность при обслуживании; чувствительность к перенапряжениям и толчкам тока; возможность только ступенчатого, а не плавного регулирования мощности.

Синхронные двигатели, применяемые для электропривода, обычно изготовляются с номинальным коэффициентом мощности 0,9 при опережающем токе. Они являются эффективным средством компенсации реактивной мощности нагрузки. Развиваемая ими реактивная мощность определяется параметрами и режимом работы двигателей и сети. За расчетную следует принимать номинальную реактивную мощность двигателя при опережающем токе.

1. Определяем реактивную мощность, которую необходимо скомпенсировать на НН:

(2.2.1)

где = =0,750,95 - коэффициент сменности предприятия;

tg_{1 -} соответствующий коэффициенту мощности без компенсации;

tg₂ - соответствующий коэффициенту мощности, который должен быть получен после компенсации, tg₂ = 0,329 0,395.

2. Так как распределительное устройство будет иметь 2 секции, находим реактивную мощность на одной из секции НН:

(2.2.2)

3 определяем по справочнику тип конденсаторных установок

УКЛН-0,38-300-150У3 U=0,38кВ Qк=300кВАр Габариты: 1920x500x1800

4. Определяем сменную реактивную мощность с учётом компенсации.

Qґcм=Qсм-Qкн=1023-2*300=423кВАр (2.2.3)

5. Определяем tgц и cosц

(2.2.4)

6. Определяем полную максимальную мощность с учётом компенсации:

(2.2.5)

1. Определяем реактивную мощность, которую необходимо скомпенсировать на BН:

(2.2.6)

где = =0,750,95 - коэффициент сменности предприятия;

tg_{1 -} соответствующий коэффициенту мощности без компенсации;

tg₂ - соответствующий коэффициенту мощности, который должен быть получен после компенсации, tg₂ = 0,329 0,395.

2. Так как распределительное устройство будет иметь 2 секции, находим реактивную мощность на одной из секции НН:

(2.2.7)

3 определяем по справочнику тип конденсаторных установок

УКП-6,3-900 У3 U=6,3кВ Qк=900кВАр Габариты: 3010x8200x1600

4. Определяем сменную реактивную мощность с учётом компенсации.

Qґcм=Qсм-Qвн=2340-2*900=540кВАр (2.2.8)

5. Определяем tgц и cosц

(2.2.9)

6. Определяем полную максимальную мощность с учётом компенсации:

(2.2.9)

2.3 Выбор типа, числа и мощности силовых трансформаторов

Подстанции предприятий выбираются по требуемой надежности электроснабжения и минимуму затрат. Местоположение подстанций определяется при помощи расчетов по картограмме электрических нагрузок.

При выборе числа трансформаторов учитывают категорию потребителей. Наиболее оптимально число трансформаторов - 2, т.к. обеспечиваются условия надежности для 1 и 2 категории.

Определяем мощность трансформатора по условию

(2.3.1)

где n - количество трансформаторов.

Выбираем два варианта трансформаторов и заносим данные в таблицу 2.4

Таблица 2.4 Выбор трансформатора

1. Определяем полную аварийную мощность Sав с условием Sав?Smax

Sав=1,4*Sнт* (n-1) кВА (2.3.2)

Где 1,4 коэффициент загрузки трансформатора в аварийном режиме

1) Sав=1,4*1600*1=2240 кВА

2) Sав=1,4*2500*1=3500 кВА

4 Определяем коэффициент загрузки в:

(2.3.3)

1)

2)

5 Потери активной мощности трансформатора

(2.3.4)

7. Определяем потери реактивной мощности х. х. и к. з. Qхх,Qкз)

(2.3.5)

(2.3.6)

8. Определяем потери реактивной мощности в трансформаторах:

(2.3.7)

9. Определяем время максимальных потерь:

(2.3.8)

где Tmax - время использования максимальной нагрузки в год.

Время использования максимума нагрузки Тmax определяется характером нагрузки потребителей отдельных отраслей промышленности и принимается:

для металлургической промышленности-до 6500 ч;

для химической - до 6000 ч;

для горнорудной - до 5000 ч;

для машиностроительной - до 4000 ч. [1] стр. 63

Тmax=6500 час

10. Определяем активные потери электроэнергии:

(2.3.9)

11. Определяем реактивные потери электроэнергии:

(2.3.10)

12. Определяем потери электрической энергии

(2.3.11)

где K_п - коэффициент приведения потерь, K_п=0,06.

13. Определяем издержки на потерю электроэнергии:

(2.3.12)

где C - стоимость 1 кВтЧчас (по указанию преподавателя)

14. Определяем капитальные затраты:

(2.3.13)

К_инф - коэффициент инфляции

К_{спр -} стоимость трансформатора в руб.

15. Определяем амортизационные издержки и издержки на ремонт:

(2.3.14)

где - норма амортизационных отчислений; - норма ремонтных отчислений.

16. Определяем ущерб от не до выдачи продукции (эл. энергии) Рн:

(2.3.15)

(2.3.16)

Р_см - среднесменная мощность

-ущерб есть,

- ущерба нет

, (2.3.17)

где t_р =100 час - время ремонта одного тр-ра,

щ=0,1 - коэффициент потока отказов

,

(2.3.18)

где У₀ = 5руб - удельный убыток энергии

17. Определяем приведённые годовые затраты:

, (2.3.19)

где Е_н=0,120,15 - нормативный коэффициент эффективности,

Таблица 2.5 Выбор типа, числа и мощности силовых трансформаторов

Вывод: Выбираем трансформатор с наименьшими затратами то есть, первый вариант ТМ 1600/6.

2.4 Выбор питающих и распределительных сетей

2.4.1 Выбор питающих и распределительных сетей выше 1000 В

Электрические сети, выбранные по току нагрузки и рассчитанные на нагрев, проверяются на потерю напряжения. Согласно ПУЭ для силовых сетей отклонение напряжения от номинального должно составлять не более ±5%. Для сетей электрического освещения промышленных предприятий и общественных зданий допускаются отклонения напряжения - 2,5 до +5%. Эти требования обусловлены тем, что электрический момент зависит от квадрата подведённого напряжения и его уменьшения ниже допустимого не обеспечит пуск механизмов; в сетях электрического освещения снижение напряжения приводит к резкому снижению светового потока и освещённости на рабочих местах.

Потери энергии при передаче по линии возрастают с увеличением сопротивления линии, которые, в свою очередь, определяются сечением провода: чем больше сечение провода, тем меньше потери. Однако при этом возрастают расходы цветного металла и капитальные затраты на сооружение линии. Чтобы выбрать экономически наиболее целесообразную линию, следует сравнить капитальные затраты и ежегодные эксплуатационные расходы для нескольких линий.

Внутризаводское электроснабжение промышленных предприятий и установок осуществляется в основном с помощью электрических сетей напряжением 6, 10, 35, 110 и 220 кВ.

Внутризаводское электроснабжение промышленных предприятий и установок осуществляется в основном с помощью электрических сетей напряжением 6, 10, 35, 110 и 220 кВ.

Система электроснабжения промышленного предприятия (СЭС), представляющая собой сочетание отдельных элементов, может быть условно разделена на: внешнюю и внутреннюю. К внешней части СЭС относятся питающие сети 6-20 кВ, обеспечивающие подачу электроэнергии на предприятие от точки присоединения к энергосистеме до ГПП. К внутренней части СЭС относятся распределительные сети напряжением до 1 кВ и выше, предназначенные для распределения электроэнергии по территории предприятия и внутри цехов.

Канализация электрической энергии - это распределение электроэнергии с помощью воздушных, кабельных линий и токопроводов от места производства до места потребления. В сетях напряжением выше 1 кВ промышленных предприятий канализация электроэнергии может осуществляться с помощью кабельных и воздушных линий и токопроводов.

Выбор того или иного конструктивного решения электрической сети промышленного предприятия зависит от размещения нагрузок, плотности застройки, ее насыщенности технологическими, сантехническими и транспортными коммуникациями, уровня агрессивности грунтовых вод, степени загрязненности воздуха, района гололедности.

Кабельной линией (КЛ) называется устройство для передачи электроэнергии, состоящее из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями. Гарантийный срок службы кабеля, как правило, не менее 25 лет.

В группу кабелей высокого напряжения входят кабели 6-110 кВ. Такие кабели изготовляются с пластмассовой бумажной пропитанной изоляцией, маслонаполненные и др.

Для внутризаводского электроснабжения промышленных предприятий применяются различные способы прокладки КЛ: в земляных траншеях, в кабельных каналах и туннелях, по эстакадам и галереям.

Когда территория предприятия загружена подземными коммуникациями, приемлемым решением для прокладки большого потока кабелей может явиться надземный способ по открытым эстакадам и закрытым галереям. Надземный способ прокладки обеспечивает хороший отвод теплоты от кабелей благодаря естественной вентиляции, удобство обслуживания.

Условия выбора высоковольтного оборудования приводятся в справочниках.

Выбор производится путём сравнения расчётных данных с допустимыми параметрами справочника.

Все результаты сравнения заносятся в таблицу 12.

1. Выбор жёстких шин:

1) F_эк? F_ст,2) I_р ? I_доп,

3) у_расч? у_доп,

4) В_кВ_т

у_{расч -} это расчетное механическое усилие, возникающее на шинах при протекании токов КЗ.

у_доп - допустимое усилие на токоведущей части.

у_расч= (2.6.1)

- ударный ток КЗ

- расстояние между изоляторами крепления шин, см

a - расстояние между шинами, см

- момент сопротивления сечения шины, см³

Если шина расположена плашмя на изоляторе

(2.6.2)

Принимаем а - 35 см, - 100-130 см.

Принимаем у_доп для следующих шин [1] стр.246

Медные МГМ …………..170 при t=300? С

Алюминиевые Al ………. 80 при t=200? С

Стальные ……………….. 190 при t=400? С

2. Выбор изоляторов:

опорные

1) U_р?U_ном,

2) F_р? F_дин;

проходные

1) U_р?U_ном,

2) F_р? F_дин,

3) I_р ? I_ном

Расчетная нагрузка (Н) на опорные изоляторы

(2.6.3)

3. Выбор кабелей:

1) по конструкции;

2) F_эк?F_ст;

3) I_р ? I_доп;

4) U_р?U_ном;

5) , (2.6.4)

Где F_min - условие проверки кабеля по термической стойкости;

I_? - ток КЗ, А

t_пр = t_ов+ t_рз, где

t_ов - собственное время отключения включения (справочная величина)

t_рз 0,6 с

с - постоянная величина, зависящая от материала жилы кабеля:

алюминиевые жилы ……………. с= 85

алюминиевые шины ……………. с= 88

4. Выбор предохранителей:

1) по конструкции и роду установки;

2) U_р?U_ном;

3) I_р ? I_ном;

4) I_к ? I_{ном. откл} - номинальный ток отключения

5. Выбор разъединителей и отделителей:

1) по конструкции;

2) U_р?U_ном;

3) I_р ? I_ном;

4) i_y ? i_дин;

5) В_кВ_т

i_дин - предельный динамический ток по данным аппарата;

В_к - тепловой импульс от тока КЗ;

В_к = I²_кз (t_ов+ t_рз), кА²с, где

В_{т -} расчетный тепловой импульс аппарата,

В_т= I_т²t_т - допустимый тепловой импульс, где

I_т, кА; t_т, с - данные аппарата [3] стр.428

6. Выбор высоковольтных выключателей:

1) U_р?U_ном;

2) I_р ? I_ном;

3) i_y ? i_{пред. сквоз};

4) В_кВ_т;

5) I_к ? I_{н. откл};

6) I_д ? I_{пред. сквоз}

7. Выбор трансформаторов тока:

1) U_р?U_ном;

2) I_р ? I_ном;

3) i_y ? i_дин;

4) по конструкции и классу точности;

5) В_кВ_т;

6) Z₂ ? Z_2н - нагрузка вторичной цепи трансформатора.

Таблица 2.14 Выбор электрооборудования

2.7 Компоновка подстанции