Расчёт нагрузки химического завода

   СОДЕРЖАНИЕ 

ПЛАН  РАЗМЕЩЕНИЯ ЦЕХОВ НА ХИМИЧЕСКОМ ЗАВОДЕ

ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ЗАВОДА 

   Вариант №22 

   Ведомость электрических нагрузок химического завода представлена в таблице 1.

   План  размещения цехов на химическом заводе изображён на чертеже 1. 

   Таблица 1 – Ведомость электрических нагрузок химического завода

   Данный  завод является потребителем I категории надёжности электроснабжения[1], соответственно ставится два или более источников электроэнергии. 

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИЛОВЫХ СЕТЕЙ ЗАВОДА

     1.1 Определение расчётных электрических нагрузок завода

     Распределения нагрузки цехов по секциям питающих трансформаторов подстанции энергосистемы таким образом: 

   1-ая секция ≈ 2-ая секция ≈  

     ΣР = 2520 + 2×2000 + 1100 + 3550 + 1486 + 155 + 380 + 150 + 6250 + 1000 + 415 + 4500 = 25506 кВт 

     1-ая секция: сливная станция сероуглерода; СД 2×1000, дистилляционный корпус; цех регенерации серы; отделение отстойников для воды, содержащей сероуглерод; склад 

   2520 + 2×2000 + 1100 + 3550 + 1486 + 155 = 12811 кВт 

     2-ая секция: насосная станция; РМЦ; отделение отгонки сероуглерода из шлама; СД 1×1000; заводоуправление (4этажа); машинное отделение газогенераторной станции 

   380 + 150 + 6250 + 1000 + 415 + 4500 = 12695 кВт 

     Для каждого цеха определяем следующие расчётные величины по формулам 

   К_и∙ Р_н                                                        (1) 

   К_и∙Р_н∙ tgφ                                                    (2) 

   К_и∙ Р_н = 0,12 ∙ 6520 = 782,4 кВт 

   К_и∙Р_н∙ tgφ = 782,4 ∙ 2,29 = 1791,696 кВар 

     Рассчитанные  величины для остальных цехов определяется аналогично, результаты сносятся в таблицу 1.1.

     Определяем  групповой коэффициент использования  по формуле 

   К_и.г = (∑К_и∙Р_н) / ∑Р_н                                            (3) 

   К_и.г = 3060,72 / 25506 = 0,12 

     Расчётная активная мощность цехов определяется по формуле 

   Р_р.с = К_р∙∑К_и∙ Р_н                                                 (4) 

     где К_р – коэффициент расчётной мощности. 

   К_р = 2,42 

   Р_р.с = 2,42 ∙ 3060,72 = 7406,9 кВт 

     т.к. n_э≤ 10 расчётная реактивная мощность цехов определяется по формуле. 

   Q_р.с = 1,1 ∙∑К_и∙ Р_н∙ tgφ                                            (5) 

   Q_р.с = 1,1 ∙ 7009,1 = 7709,95 кВар 

     Определение реактивной мощности в целом по заводу определяем по формуле 

   Q*_р.с = К_р∙∑К_и∙ Р_н∙ tgφ                                              (6) 

     где  

   К_р∙∑К_и∙ Р_н∙ tgφ = Р_р.с∙ tgφ. 

   Q*_р.с = 2,42 ∙ 7009,1 = 16962 кВар 

     Полная  расчётная нагрузка завода определяется по формуле 

   S_р.с =                                              (7) 

   S_р.с = кВА 

     Сечение питающих завод линий выбираем по току 

   I_р.с = S_р.с / (√3 ∙U_ном)                                           (8) 

     где U_ном – номинальное напряжение, кВ. 

   I_р.с = 18508,7 / 0,7 = 26441 А 

     Все расчётные данные заносим в таблицу 1.1.

     Необходимая мощность КУ определяется по формуле 

   Q_{ку.расч} = Р_р.с ∙ (tgφ_ест – tgφ_ном)                                   (9)   

     где tgφ_ест – естественный коэффициент реактивной мощности (tgφ_ест = 1,339);

tgφ_ном – ном. значение коэффициента реактивной мощности (tgφ_ном = 0,6). 

   Q_{ку.расч} = 7406,9 ∙ 0,7 = 5184 кВар 

     Нескомпенсированная мощность Q_неск , кВар, на шинах 6 кВ равна  

                       Q_неск = Q_p.с – Q_ку ;                                              (10) 

     Q_неск = 16962 – 5184 = 11778 кВар 

     Определяем  потери мощности в компенсирующих устройствах  ΔР_ку , кВт 

                       ΔР_ку = Р_уд · Q_ку ,                                             (11) 

     где Р_уд – удельные потери активной мощности, кВт, составляющие 0,2% от Q_ку; 

                             ΔР_ку = 0,002 · 5184 = 10 кВт 

     Расчётная нагрузка S'_p , кВА, на шинах 6 кВ ГПП или ГРП с учётом компенсации реактивной мощности равна 

                       S'_p = √(Р_р.с + ΔР_ку)² + Q²_неск   ;                                     (12) 

S'_p = √(7406,9 + 10)² + 11778 ²  = 13919 кВА; 

     Определение потерь мощности по заводу определяем по формулам 

ΔР_р.с=0,02·S_р.с,                                                  (13) 

     где ΔР -_р.с потери по максимальной активной нагрузке, КВт. 

     ΔР_р.с=0,02 · 7406,9 = 148 КВт. 

ΔQ_р.с=0,1·S_р.с,                                                  (14) 

     где ΔQ _р.с– потери по максимальной реактивной мощности, Квар. 

     ΔQ_р.с=0,1· 16962 = 1696 Квар. 

ΔS_р.с=_,                                           (15) 

     где ΔS _р.с– потери по максимальной полной мощности, КВА. 

     ΔS_р.с== 1703 КВА. 

     Расчет мощности трансформатора с учетом потерь, но без компенсации реактивной мощности. 

S_т= 0,7 ∙ (S_р.с + ΔS_р.с),                                                   (16) 

     где S_т -расчетная мощность трансформатора, КВА. 

S_т = 0,7 ∙ 18508,7 + 1703 = 14148 КВА.

   Таблица 1.1 – Определение расчётных электрических нагрузок по цеху

     1.2 Выбор мощности трансформаторов для системы внешнего

     электроснабжения

     Пункт приема электроэнергии от внешних сетей ГПП размещается на территории завода в соответствии с расчетным центром электрических нагрузок. Так как на заводе имеются потребители первой категории, то при сооружении ГПП к установке принимаем два трансформатора с раздельной работой на две секции шин. Питание завода осуществляется от подстанции энергосистемы.

     Выбор мощности трансформаторов ГПП производим по расчетной мощности  группы цехов  с учетом коэффициента загрузки трансформатора в нормальном и аварийном режимах, а также с учетом перегрузочной  способности трансформаторов.

     Намечаем  к установке два трансформатора с номинальной мощностью 1000 кВА  каждый. Загрузка трансформатора в  нормальном режиме равна 

                                                        К_з= ,                                                       (17) 

     К_з=

       В послеаварийном режиме (отключен  один трансформатор) 

                                                               К_за= ,                                                        (18) 

     К_за=

     1.3 Определение рационального напряжения

     Приблизительно определяем величину рационального напряжения электроснабжения завода, U_рац, В, [2] 

                                               U_рац._нест.=3× ,                                        (19)

       U_рац=4,34× ,                                          (20)

       U_рац=17× ,                                         (21)

       U_рац=1000/ ,                                   (22) 

     U_{рац. нест} = 3

     U_рац=4,34

     U_рац =17

     U_рац=1000/

     Рисунок 1- Схема питания 

     1.4 Выбор выключателей. Предварительно выбираем выключатели по следующим условиям 

     U_нв

                                                           I_н I_p.max,                                                        (23)

     I_н.отк

     Расчетный ток в нормальном режиме, I_p, А, определяется  по формуле 

                                                      I_p= ,                                                   (24) 

     I_p=

     Максимальный  рабочий ток линии I_p.max, А, определяется из условия, что в аварийном режиме одна линия полностью обеспечит  нагрузку группы расчётных цехов, то есть 

                                                      I_p.max= ,                                                   (25) 

     I_p.max =

     Для определения тока отключаемого выключателя  В1, В2 намечаем точку короткого замыкания  К-1 и определяем параметры схемы замещения в относительных базисных единицах. Все сопротивления приведем к базисной мощности.

     Определяем  ток короткого замыкания. Для  этого, согласно исходной схеме питания, составляем схему замещения для  режима трехфазного короткого замыкания  в точке К-1 (рисунок 2).

       Х_С Х_Т^В Х_Т^С К-1 
 
 
 

     Рисунок 2 – Схема замещения 

     Принимаем базисные условия 

     S_б = S_c = 1000 MBA, 

     U_б = U_cp = 10 кВ 

     Определяем  сопротивление системы в относительных  единицах 

                                                         ,                                                    (26) 

     Сопротивление трехобмоточного трансформатора подстанции энергосистемы в относительных  единицах определяется в следующей  последовательности.

     Для трехобмоточного трансформатора типа ТДТН-40000/110 наружной установки с регулированием напряжения под нагрузкой напряжения   короткого замыкания между обмотками в процентах при номинальных ступенях составляют 

     Определяем  напряжения  короткого замыкания   каждой обмотки, % 

                                             = 0,5× ( + - ),                                   (27)

       = 0,5× ( + - ),                                   (28)

      = 0,5× ( + - ),                                  (29)  

     Сопротивления обмоток трансформатора в относительных  базисных единицах равны 

                                    x = = ,                               (30)

        x = = ,                              (31)

         x = =                               (32) 

     Суммарное сопротивление определяется по формуле 

     Х = Х + X + X = 0,8 + 4,03 = 4,83                      (33) 

     Расчетный ток отключения I_р.отк, кА принимается равным току короткого замыкания в этой точке и определяется по формуле 

                                                       I_р.отк = I_кз = ,                                                 (34) 

     где  I_б - базисный ток,  кА. 

     Базисный  ток определяется по формуле 

                                                           I_б = ,                                                     (35) 

     I_б =

     I_р.отк=

     Выбираем  выключатель ВМП-10-630-20КУ по [6] c номинальными данными: 

     U_н= 10 кВ; I_н= 630 А; I_отк= 20 кА. 

     Данный  выключатель соответствует расчетным  условиям, занесенным в таблицу 1.2 

     Таблица 1.2 Характеристика выключателя

     1.5 Выбор питающей линии

     Выбор сечения провода по техническим  условиям.

     По  нагреву рабочим током: 

     I_р = 409 А    I_{р max} = 818 A 

     Условием  по нагреву расчетным током является I_доп  > I_р

     По [2] выбираем провод с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией, медными жилами, сечением 300 мм , номинальными данными I_доп = 695 А и проверяем по условию работы в аварийном режиме 

     I_доп > I_р    

     (36)                

     1,3 × I_доп

      695 > 409 А,

     1,3×695 > 818 А 

     Условие выполняется.  

     Выбранное сечение проверяем по допустимой потере напряжения 

                                            ,                                    (37) 

     где,     - допустимая длина линии, км;

                 - длина линии на 1% потери напряжения, км;

                 - допустимая потеря напряжения в линии, %;

                 - действительная длина питающей линии, км. 

     Этот  способ является приближенным, если действительная длина линии близка или равна  допустимой, то необходимо провести точный расчет выбора сечений линии по допустимой потере напряжения [2]. 

     что больше расстояния 10 км, т.е. принятое сечение 300 мм удовлетворяет величинам допустимых потерь напряжения в нормальном режиме работы линии.