ВВЕДЕНИЕ

     Основой технического прогресса во всех отраслях народного хозяйства является опережающее  развитие электроэнергетики. В общем  виде электрическая система состоит  из генераторов, распределительных  устройств, подстанций, линий электропередач и потребителей электрической энергии.

     Любой элемент сложной и развивающейся  электрической системы должен удовлетворять  значительному количеству производственных требований и эксплуатационных норм. При этом должны одновременно обеспечиваться экономические и экологические условия. В качестве локальных критериев при проектировании, монтаже и эксплуатации любого элемента электрических систем могут использоваться такие показатели как:

     - минимум приведенных затрат

     - максимальная производительность

     - качество энергии

     - надежность функционирования

     - минимум расхода цветного металла

     - минимум потерь электроэнергии

     - унификация применяемого оборудования.

     I РАЗДЕЛ

     РАСЧЕТ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЦЕХА. ВЫБОР  ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ

     Существуют  основные и вспомогательные методы расчета электрических нагрузок.

     К основным методам относятся: Метод  коэффициента спроса, статистический метод расчета нагрузок, метод  определения расчетной нагрузки по средней мощности и коэффициенту формы, а так же метод упорядоченных  диаграмм, который применяется при расчете курсового проекта.

     По  методу упорядоченных диаграмм расчетную активную нагрузку приемников электроэнергии на всех ступенях питающих и распределительных сетей (включая трансформаторы и преобразователи) определяют по средней мощности и коэффициенту максимума из выражения:

     Значение  коэффициента максимума зависит  от коэффициента использования К_а,и данной группы приемников и эффективного числа приемников n_эф. Под эффективным числом приемников группы различных по номинальной мощности и режиму работы приемников понимают число однородных по режиму работы приемников одинаковой мощности, которое обуславливает ту же расчетную нагрузку, что и данная рассматриваемая группа различных по номинальной мощности и режиму работы приемников:

     Коэффициент максимума можно определять по кривым или таблице.

     Расчетную реактивную нагрузку по этому методу принимают равной:

     При n_эф ≤ 10  Q_р = 1,1 Q_ср,м;

     При  n_эф > 10  Q_р = Q_ср,м.

     В методе упорядоченных диаграмм принята  допустимая для инженерных расчетов погрешность, равная 10%. Однако на практике применение этого метода обуславливает погрешность 20 – 40 %, и поэтому применение его требует тщательного анализа исходных данных и результатов расчета.

     К вспомогательным методам расчета  относят: метод удельного расхода энергии на единицу продукции, метод удельной нагрузки на единицу производственной площади.

     Все электроприемники классифицируются по режимам работы на 3 вида: длительный (ДР), повторно – кратковременный (ПКР), кратковременный режимы (КР).

     В длительном режиме электрические машины и аппараты могут работать длительное время без превышения температуры отдельных частей машины или аппарата выше допустимой; при этом условии обеспечивается безаварийная работа электроустановок. Поэтому в паспорте электроприемников, трансформаторов и генераторов электрических станций указывается значение номинальной (установленной) мощности, которая гарантирует сохранность изоляции от перегрева.

     В продолжительном режиме работают электроприводы большинства насосов, компрессоров, вентиляторов, механизмы непрерывного транспорта, нагревательные печи.

     В повторно - кратковременном режиме кратковременные периоды работы механизма чередуются с паузами. При это рабочие периоды не настолько длительны, чтобы превышении температуры нагрева электроустановок над температурой окружающей среды t могло быстро достигнуть установившегося значения t_уст., а во время пауз электроустановка не успевает охлаждаться до температуры окружающей среды. В результате многократных приемов температура электроустановки достигает некоторой средней установившейся величины t_ср.

     В повторно-кратковременном режиме работают электроприводы механизмов подъемно-транспортных машин, приводы прокатных станов, электросварочные аппараты для точечной сварки.

     Он  характеризуется небольшими по времени периодами работы и длительными паузами с отключением электроприемника от сети. Иначе говоря, период работы имеет столь ограниченную продолжительность, что превышение температуры окружающей среды не успевает достигнуть предельных значений, а продолжительность пауз между периодами работы столь велика, что электрооборудование успевает охладиться до температуры окружающей среды.

     В кратковременном режиме работают вспомогательные  механизмы металлорежущих станков, электроприводы различных заслонок, задвижек, где пауза значительно превышает длительность периода работы. 

     Исходные  данные

     - Категория электроснабжения 2

     - Площадь цеха (S) 550 м²

     - Номера электроприемноков: 2-14-19-21-24-27-28

     - Требуемый коэффициент загрузки 0,7

Таблица 1

     Технические данные электроприемников 

     Расчеты

     По  таблице 1 по номерам находятся нужные электроприемники и разбиваются  на группы6 3-фазный ДР, 3-фазный ПКР, 1-фазный ПКР, ОУ. Выбираются виды РУ: ШМА, РП, ЩО.

     Исходя  из понятия категории ЭСН – 2, составляется схема ЭСН с учетом распределения нагрузки.

     Так как потребитель 2 категории ЭСН, то ТП – двухтрансформаторная.

     Так как трансформаторы должны быть одинаковые, нагрузка распределяется по секциям  примерно одинаково, а поэтому принимаются  следующие РУ: РП 1 (для 3-фазного ПКР), РП 2 (для 1-фазного ПКР), ЩО, ШМА 1 и ШМА 2 (для 3-фазного ДР).

     Такой выбор позволит уравнять нагрузки на секциях и сформировать схему  ЭСН (см. рис. 1).

     Нагрузки 3-фазного ПКР приводятся к длительному  режиму:

                                                        Р_н = Р_п                                                                         (1)                

     Р_{н 24} = 10

     Нагрузка 1-фазного ПКР, включенная на линейное напряжение, приводится к длительному  режиму и к условной 3-фазной мощности:

                                                   Р_н = S_н cos φ

     Р_{н 27} = 14 ∙ 0,55 ∙

                                          Р_В = Р_ф.нб. =

     Р_В = Р_ф.нб. =

                                      Р_А = Р_С = Р_ф.нм. =

     Р_А = Р_С = Р_ф.нм. =

                                                  Н =

     Н =

                                       Р_у⁽³⁾ =3Р_ф.нб.⁽¹⁾ = 3 ∙ 7,7 = 23,1 кВт                         (6)

     Определяется  методом удельной мощности нагрузка ОУ:

                                   Р_ОУ = Р_удS = 10 ∙ 550 ∙ 10^-10 = 5,5 кВт                       (7)

Распределим нагрузки по секциям (см. табл. 2).

Таблица 2

     Распределение нагрузки по секциям 

     Расчеты производятся для ШМА 1 и ШМА 2 (см. Таблица 3).

     Определяется  m =   (8), результат заносится в колонку 8.

     Определяется  Р_см. = К_иР_нΣ (9), Q_см = Р_см tgφ (10), S_см = (10), результаты заносятся в колонки 9,10,11 соответственно.

     Определяется  К_и.ср. = (11), cosφ = (12), tgφ =  (13), для ШМА 1 и ШМА 2, результаты заносятся в колонки 5,6,7 соответственно.

     Определяется  К_м = F( К_и.ср., n_э) (14), результаты заносятся в колонку 13.

     Определяется  Р_м = К_мР_см (15); Q_м = К_м^'Q_см (16);                                        S_м = ,(17),  результаты заносятся в колонки 15,16,17.

     Определяется  ток на РУ, результаты заносятся  в колонку 18.

                                                  I_м(РП1) =

                                                   I_м(РП2) =

                                                  I_м(ШМА1) =

                                                   I_м(ШМА2) =

                                                     I_м(ЩО) =

     Определяются  потери в трансформаторе, результаты заносятся в колонки 15,16,17.

                                                ∆Р_т = 0,02S_м(НН)                                                         (23)

                                                 ∆Q_т = 0,1S_м(НН)                                                             (24)

                                                     ∆S_т=

     Рисунок 1

     Схема ЭСН цеха 

Таблица 3

     Сводная ведомость нагрузок по цеху

     Итак, определяется расчетная мощность трансформатора с учетом потерь, но без компенсации  реактивной мощности:

                      S_т ≥ S_р = 0,7 S_м(ВН) = 0,7 ∙ 401,7 =281,19 кВ ∙ А                  (26)

     Выбирается  по стандартному ряду мощность трансформатора 250 кВ∙А – 2 трансформатора, с допустимым коэффициентом перегрузки 0,6.

     Трансформатор ТМ – 250/10:

     S_ном = 250 кВ∙А

     U_ном обмоток:

              - высокое 10 кВ

              - низкое 0,4 кВ

     U_к , % = 4,5

     ∆Р_к , кВт = 3,7

     ∆Р_х , кВт = 1,05

     I_х, % = 2,3

     R_тр, Ом = 6,70

     Х_тр, Ом = 15,6

     ∆Q_х, квар = 9,2 

     К_з = = = 0,73 – в пределах нормы 
 
 
 
 
 
 
 
 

     РАЗДЕЛ  II

     ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА 

     Исходные  данные

     При выполнении расчетов необходимо учесть следующее:

     - питание электрической сети осуществляется  от двух источников питания  неограниченной мощности А и  В

     - местоположение источника питания А совпадает с началом координат

     - масштаб плана сети 1:1000000 (т.е. 1 см  на плане равен 10 км на местности)

     - коэффициент мощности потребителей  всех подстанций cosφ применяется равным 0,9

     - источники питания А и В  имеют распределительные устройства  с номинальными напряжениями 35, 110 и 220 кВ

     - потребители электроэнергии всех  подстанций имеют 70% нагрузки  I и II категории и 30% - III категории. 
 
 
 
 
 

     2.1. Разработка схем электрической  сети района 

     Проектируемый район электрических нагрузок, план которого представлен на рисунке (см. рис. 2), состоит из двух источников питания А и В неограниченной мощности и четырех потребителей с Т_max, соответствующим индивидуальному заданию.

     Измерим расстояния между потребителями  в соответствии с масштабом: 

     А1 = 50 км

     А2 = 72 км                           

     А3 = 43 км

     А4 = 57 км

     12 = 58 км

     13 = 50 км

     14 = 117 км

     В1 = 76 км

     В2 = 45 км

     В3 = 78 км

     В4 = 150 км

     23 = 30 км

     24 = 112 км

     34 = 83 км 

     Из  множества вариантов схем соединения источника питания с потребителями нужно выбрать 4 варианта (см. рис 3, рис. 4 рис. 5, рис. 6), характеризующиеся одинаковой надежностью, но различной протяженностью.

     В соответствии с индивидуальным заданием в составе нагрузок присутствуют потребители I категории, электроснабжение которых необходимо осуществлять не менее, чем с двух сторон.

     Электроснабжение  потребителей I категории по радиальной схеме выполняется, как правило, двумя отдельными линиями. 
 
 
 
 
 

     Рисунок 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 3

     1 вариант 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 4

     2 вариант 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 5

     3 вариант 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок 6

     4 вариант 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Из  конечного множества вариантов  схем соединения источников питания  с потребителями электрической  энергии выберем два варианта (1 вариант и 2 вариант) (см. рис. 3, рис. 4).

     Измерим расстояния между потребителями  в соответствии с масштабом для 1 варианта (см. рис. 3).

     А1 = 50 км

     А4 = 57 км

     43 = 83 км

     32 = 30 км

     2В  = 45 км

     В1 = 76 км

     Σ = 341 км

     Измерим расстояния между потребителями  в соответствии с масштабом для 2 варианта (см. рис. 4).

     А4 = 57 × 2 км

     А3 = 44 км