Выбор и расчет схем электроснабжения
ВВЕДЕНИЕ
Электроэнергетика России является важнейшей жизнеобеспечивающей отраслью страны. В ее состав входят более 700 электростанций общей мощностью 215,6 млн. кВт; в отрасли работают более 1 млн. человек
Стратегия развития отечественной энергетики предусматривает дальнейший рост производства электроэнергии всеми электростанциями России. К 2015 г. намечается достичь годовой выработки электроэнергии 1460 млрд. кВт-ч.
Основными потребителями электроэнергии являются промышленные предприятия и гражданские здания. Они расходуют более 78 % всей электроэнергии, вырабатываемой в нашей стране.
Ввод
в действие новых предприятий, расширение
существующих, рост их энерговооруженности,
широкое внедрение различных
видов электротехнологий во всех
отраслях производств, огромное жилищное
строительство выдвигают
Системой электроснабжения называют совокупность установок для выработки, распределения и потребления электроэнергии.
Система распределения большого количества электроэнергии должна обладать высокими техническими и экономическими показателями и базироваться на новейших достижениях современной техники. Поэтому электроснабжение промышленных предприятий и гражданских зданий должно основываться на использовании современного конкурентоспособного электротехнического оборудования и прогрессивных схем питания, широком применении автоматизации.
Современное
электрооборудование требует
Одним из
испробованных путей
Наряду
с трехфазным током в некоторых
отраслях применяют постоянный ток,
который получают путем выпрямления
переменного тока. В большинстве
случаев это электролизные
В современных
условиях главными задачами специалистов,
осуществляющих проектирование, монтаж
и эксплуатацию современных систем
электроснабжения промышленных предприятий
и гражданских зданий, являются правильное
определение электрических
Выбор и расчёт схем электроснабжения отделения агитационного выщелачивания, важный этап получения глинозёма. Для того чтобы стадия выщелачивания работала в номинальном режиме необходимо произвести расчёты выбора оборудования. Точные расчеты помогут снизить энергетические и экономические потери.
1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ
1.1 Выбор тока и напряжения
Для питания завода выбираем переменный ток т.к. с экономической точки зрения его использование дешевле постоянного, потому что для получения постоянного тока нужны дополнительные затраты на оборудование, затраты на обслуживание и ещё происходят потери тока.
Для питания завода от ГПП можно применять стандартные напряжения 6 и 10 кВ. Но я буду использовать напряжение 10 кВ т.к. с экономической точки зрения использование большего напряжения ведёт к уменьшению потерь. И мне не будет нужно ставить дополнительную трансформаторную подстанцию между ГПП и заводом т.к. ГПП уже выдаёт нам 10кВ
Для работы высоковольтных двигателей можно применять стандартные напряжения 6 и 10 кВ. Но я буду использовать 6 кВ т.к. для использования 10 кВ у моего высоковольтного двигателя должна быть номинальная мощность больше 800 кВт, а на самом деле она составляет 480 кВт, отсюда следует, что нужно использовать 6 кВ.
Для работы
низковольтных двигателей можно
применять стандартные
Такое же самое напряжение используем для осветительной и прочей маломощной нагрузки. Просто берём одну фазу и ноль и получаем 220 В.
1.2 Выбор схем внешнего и внутреннего электроснабжения
Если длина линии от источника питания до потребителя не превышает 5-10 км, а длина линии составляет 2,6 км, то нужно использовать кабельные линии которые прокладываются в земле. Т.к. на заводе есть потребитель первой категории, то он должен напитываться двумя кабельными линиями, которые подключаются к двум секциям распределительного устройства. И каждый трансформатор на ГПП напитывается своей отдельной линией.
Внутреннее электроснабжение завода производится тоже кабельными линиями, но они не закапываются в землю, а протягиваются по стенам зданий и по столбам на территории завода.
2 РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Определение расчётных электрических нагрузок
Таблица 1 – Установленная мощность в отделении
в/в двигатели |
н/в двигатели |
Осветительная и пр. нагрузка | ||
1 подгруппа |
2 подгруппа |
3 подгруппа |
4 подгруппа |
5 подгруппа |
Pном=500 кВт |
Pном=10 кВт |
Pном=12,5 кВт |
Pном=40 кВт |
Рном = 40 кВт |
Uном=6 кВ |
Uном=0,4 кВ |
Uном=0,4 кВ |
Uном=0,4 кВ |
Uном = 0, 4 кВ |
Kи=0,54 |
Kи=0,61 |
Kи=0,57 |
Kи=0,54 |
|
cosφ =0,83 |
cosφ =0,81 |
cosφ =0,83 |
cosφ =0,81 |
cosφ = 0,73 |
ηдв=0,81 |
ηдв=0,90 |
ηдв=0,91 |
ηдв=0,90 |
|
n=2 шт. |
n=45 шт. |
n=30 шт. |
n=15 шт. |
|
Объект электроснабжения – отделение проточного выщелачивания цеха ГХП – потребитель 1-й категории.
Отделение питается от ГПП, на которой установлены два трансформатора напряжением 110\10 кВ, мощностью 40 МВА. Расстояние от ГПП до центра электрических нагрузок 2,6 км. Размеры промышленной площадки: 100×400 м2.
Для расчета электрических нагрузок используем метод упорядоченных диаграмм, предложенный профессором Каяловым Г. М. Сущность данного метода заключается в следующем:
- для упрощения расчетов
- определяется средняя мощность каждой подгруппы по формуле:
Pср = PномΣ
· Kи = Pном
· n · K, кВт
где Pном – мощность одного приемника, кВт;
n – число приемников в группе, шт.
- по полученному значению
средней мощности определяем
максимальную мощность или так
называемый получасовой
Pmax = Kmax · Pср,
где Kmax – где коэффициент максимума активной мощности подгруппы.
Достоверность получения значений Pmax зависит от правильного и точного определения Kmax, который зависит от эффективного числа электроприемников nэф, и от значения Ки.
Kmax=ƒ (Ки · nэф)
nэф определяется по формуле:
nэф
= , шт.
Для точного определения значения Kmax следует использовать таблицы (Ки 1, Ки 2).
После определения максимальной активной мощности Pmax определяются максимальная реактивная мощность Qmax и максимальная полная мощность Smax . Затем определяется значение максимального тока Imax каждой подгруппы по следующим формулам:
Qmax= Pmax · tgφ , кВАр (5)
Smax= , кВА (6)
или
Smax= , кВА (7)
Imax= , А (8)
Здесь cosφ - значение коэффициента мощности и соответствующее ему значение tgφ, средневзвешенное для каждой подгруппы.
Прежде чем приступить к расчетам примем для удобства осветительную и прочую нагрузку за группу однотипных приемников с примерно постоянным графиком нагрузки, для которых Ки=1, Кmax=1, n=1 шт.
Определяем среднюю активную мощность каждой подгруппы по формуле (1):
Pср1 = 500 · 2 · 0, 54 = 540 кВт;
Pср2 = 10 · 45 · 0,61 = 274,5 кВт;
Pср3 = 12,5 · 30 · 0,57 = 213,8 кВт;
Pср4 = 40 · 15 · 0,54 = 324 кВт;
Pср5 = 40 · 1 · 1 · 1 = 40 кВт.
Определяем nэф – эффективное число приемников в группе по формуле (4), шт.:
nэф1 = ;
nэф2 = 45;
nэф3 = 30;
nэф4 = 15;
nэф5 = 1 (условно).
Определяем Кmax по таблице:
Кmax1 = 1,85;
Кmax2 = 1,12;
Кmax3 = 1,13;
Кmax4 = 1, 23;
Кmax5 = 1 (условно).
Определяем максимальную активную мощность по формуле (2), кВт:
Pmax1 = 1,85 · 540 = 999 кВт;
Pmax2 = 1,12 · 274,5 = 307,4 кВт;
Pmax3 = 1, 13 · 213,8 = 241,5 кВт;
Pmax4 = 1,23 · 324 = 398,5 кВт;
Pmax5 = Pср = Pном = 40 кВт.
Определяем максимальную реактивную мощность по формуле (5), кВАр:
Qmax1 = 999 · 0,67 = 669,3 ;
Qmax2 = 307,4 · 0,72 = 221,3 ;
Qmax3 = 241,6 · 0,67 = 161,9 ;
Qmax4 = 398,5 · 0,72 = 286, 9 ;
Qmax5 = 40 · 0,94 = 37,6 .
cosφ1 = 0,83 tgφ1 = 0,67
cosφ2 = 0,81 tgφ2 = 0,72
cosφ3 = 0,83 tgφ3 = 0,67
cosφ4 = 0,81 tgφ4 = 0,72
cosφ5 = 0,73 tgφ5 = 0,94
Определяем значение максимального тока, по формуле (8), А:
Imax1 = 115,8 ;
Imax2 = 547,4 ;
Imax3 = 420,2 ;
Imax4 = 709,5 ;
Imax5 = 79,5 .
Все исходные данные и полученные значения заносим в таблицу 2.
Таблица 2 – Расчетные электрические нагрузки
№ подгруппы |
Pном, кВт |
n, шт |
ΣPном, кВт |
Ки |
cosφ |
tgφ |
nэф, шт |
Кmax |
Pср, кВт |
Pmax, кВт |
Qmax, кВАр |
Smax, кВА |
Imax, А |
Uном, кВ |
|
1 |
500 |
2 |
1000 |
0,54 |
0,83 |
0,67 |
2 |
1,85 |
540 |
999 |
669,3 |
1202,5 |
115,8 |
6 |
2 |
10 |
45 |
450 |
0,61 |
0,81 |
0,72 |
45 |
1,12 |
274,5 |
307,4 |
221,3 |
378,8 |
547,4 |
0,4 |
3 |
12,5 |
30 |
375 |
0,57 |
0,83 |
0,67 |
30 |
1,13 |
213,8 |
241,6 |
161,9 |
290,8 |
420,2 |
0,4 |
4 |
40 |
15 |
600 |
0,54 |
0,81 |
0,72 |
15 |
1,23 |
324 |
398,5 |
286,9 |
491 |
709,5 |
0,4 |
5 |
40 |
- |
40 |
1 |
0,73 |
0,94 |
- |
1 |
40 |
40 |
37,6 |
55 |
79,5 |
0,4 |
2.2 Выбор числа подстанций и мощности цеховых трансформаторов
Выбор числа подстанций и мощности трансформаторов для высоковольтной нагрузки
Smax =1202,5 кВА.
где Smax1 – полная максимальная мощность всех двигателей первой категории.
Трансформаторы напряжением 6\10 кВ выпускаются следующих мощностей: 1600; 2500; 4000; 6300; 10000 кВА.
Для питания высоковольтной нагрузки применяем одну трансформаторную подстанцию и выбираем мощность трансформатора.
Предполагаем, что в аварийном режиме один трансформатор берёт на себя всю высоковольтную нагрузку и перегружается на 30%, т.е. будет работать с коэффициентом загрузки Кза=1,3.
Тогда ориентировочная мощность трансформатора будет равна:
Sтр.ор = , кВА (9)
где Sтр.ор. – ориентировочная мощность трансформатора,
Кза – коэффициент загрузки в аварийном режиме.
Sтр.ор = = 925 кВА,
т. к. такой стандартной мощности нет, то необходимо рассмотреть и сравнить два варианта: меньшей и большей стандартной мощности, и сделать выбор варианта. Меньшей мощности высоковольтных трансформаторов в справочнике нет. Поэтому рассмотрим вариант с большим стандартным значением мощности 1000 кВА.
Рассчитываем коэффициенты загрузки при нормальном и аварийном режимах работы:
Кзн = = 0,6
Кза = = = 1,2
где Кзн - коэффициент загрузки в нормальном режиме,
Sтр – мощность трансформатора.
Этот вариант нам подходит: в нормальном режиме загрузка 60%, а в аварийном 120%. По справочнику (кн. 2) выбираем трансформатор марки ТМ 1000\10 и записываем его основные параметры:
Sтр.ном = 1000 кВА
U1ном = 10 кВ
U2ном = 6,3 кВ
∆ Pxx = 2,45 кВт
∆ Pкз = 11,6 %
Uкз = 5,5 %
Ixx = 1,4 %
Определяем число подстанций и мощности трансформаторов для низковольтной нагрузки. Для этого подсчитаем суммарную максимальную полную нагрузку.
SΣн.в.
= Smax2 + Smax3 + Smax4
+ Smax5 ; кВА
SΣн.в. = 378,8 + 290,8 + 491 + 55 = 1215,6 ; кВА.
Расчетная низковольтная нагрузка составляет Smax = 1215,6 кВА.
Принимаем одну трансформаторную подстанцию с двумя трансформаторами. Принимаем Кза = 1,3. Определяем ориентировочную мощность трансформатора, по формуле (9):
Sтр.ор = = 935; кВА.
Такой стандартной
мощности нет, рассмотрим два варианта:
трансформатор с большей
По формулам (10) и (11) находим:
Вариант 1. Мощность трансформатора 1000 кВА.
Кзн = 0,6 ;
Кза = 1,2 .
Вариант 2. Мощность трансформатора 630 кВА.
Кзн = 0,96 ;
Кза = 1,9 .
Вывод: подходит 1вариант, в нормальном режиме трансформаторы работают с нагрузкой 60%, а в аварийном – с перегрузкой 20%, что допускается ПТЭ, п. Э 2.4.20. (кн. 3).
Выбираем марку трансформатора ТМ 1000\10. Записываем его технологические параметры:
Sтр.ном = 1000 кВА
U1ном = 10 кВ
U2ном = 0,4 кВ
∆ Pxx = 2,45 кВт
∆ Pкз = 12,2 %
Uкз = 5,5 %
Ixx = 1,4 %
Вывод: рассчитано, для высоковольтной нагрузки необходима одна подстанция с двумя трансформаторами и для низковольтной нагрузки – одна подстанция с двумя трансформаторами.
2.3 Расчёт потерь мощности в трансформаторах
Для правильного выбора питающих сетей необходимо учитывать потери мощности в трансформаторах, которые в аварийных режимах могут достичь 10 – 12% от номинальной мощности трансформатора.
Выбор питающих сетей проводится по полному подводимому к трансформатору току, который определяется по полной мощности:
Sn = Smax + ∆Sтр (13)
где Sn – полная мощность, подводимая к трансформатору,
∆Sтр – потери мощности в трансформаторе.
Потери мощности в
∆Sтр = ; кВА
В свою очередь потери как
активной, так и реактивной мощности
состоят из потерь, зависящих
от нагрузки и потерь, не зависящих
от нагрузки. В целом потери
активной мощности в
∆Pтр = ∆Pxx + Kп · ∆Qхх + Kзн(∆Pкз + Kп · ∆Qкз), (15)
где ∆Pxx – потери активной мощности холостого хода, кВт.
∆Pкз – потери активной мощности трансформатора при коротком замыкании, кВт. Принимается из справочника (кн. 2).
∆Qхх – потери реактивной мощности холостого хода трансформатора, кВАр.
Эта величина рассчитывается по формуле:
∆Qхх = · Sтр.ном (16)
где Ixx % - ток холостого хода трансформатора, взят из справочника (кн. 2);
Sтр.ном – номинальная мощность трансформатора, кВА;
∆Qкз – потери реактивной мощности трансформатора при коротком замыкании, кВА. Эта величина определяется по формуле:
∆Qкз
= · Sтр.ном ; кВАр
где Uкз % - напряжение короткого замыкания трансформатора в %, значение берется из справочника;
Кп – коэффициент удельных потерь трансформатора, кВт\кВАр;
Кп =0,05 кВт\кВАр.
Потери реактивной мощности в трансформаторе определяются по формуле:
∆Qтр = ∆Qxx + тр = ∆Qxx + · хтр (18)
где Smax – максимальная мощность рассчитываемого режима, кВА;
U1ном – номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, кВт;
хтр - индуктивное сопротивление трансформатора, Ом.
Величину хтр с учетом допустимых погрешностей можно определить по формуле:
хтр = · , Ом.
где Кзн – коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме.
Как правило, потери мощности в трансформаторе рассчитываются как для нормального, так и для аварийного режимов, поэтому в расчетных формулах следует использовать соответствующие коэффициенты загрузки.
Кза – коэффициент загрузки трансформатора в аварийном режиме работы.
После определения полной подводимой мощности Sn , необходимо определить полный ток, подводимый к трансформатору, по формуле:
In = , А
Все исходные данные и полученные результаты заносим в таблицу 3.
Рассчитаем потери мощности в трансформаторах для нормального режима работы, затем для аварийного:
1) для силового трансформатора, Кзн = 0,6.
∆Qxx = кВАр;
∆Qкз = = 55 кВАр;
∆Pтр = 2,45 + 0,05·14 + 0,62 · (11,6 + 0,05·55) = 8,37 кВт;
хтр = = 0,0055 Ом;
∆Qтр = 14 + · 0,0055 = 33,8 кВАр;
∆Sтр = = 34,8 кВА.
2) для силового трансформатора в аварийном режиме, Кза = 1,2:
∆Pтр = 2,45 + 0,05·14 + 1,22 · (11,6 + 0,05·55) = 23,8 кВт;
∆Qтр = 14 + · 0,0055 = 93,2 кВАр;
∆Sтр = = 96,2 кВА.
3) для трансформатора, питающего низковольтную нагрузку, в нормальном режиме, Кзн = 0,6:
∆Qxx = кВАр;
∆Qкз = = 55 кВАр;
∆Pтр = 2,45 + 0,05·14 + 0,62 · (12,2 + 0,05·55) = 8,5 кВт;
хтр = = 0,0055 Ом;
∆Qтр = 14 + · 0,0055 = 33,8 кВАр;
∆Sтр = = 34,9 кВА.
4) для трансформатора, питающего низковольтную нагрузку, в аварийном режиме, Кза = 1,2:
∆Pтр = 2,45 + 0,05·14 + 1,22 · (12,2 + 0,05·55) = 24,7 кВт;
∆Qтр = 14 + · 0,0055 = 93,2 кВАр;
∆Sтр = = 96,4 кВА.
Определим полную подводимую мощность к силовому трансформатору в нормальном режиме, Кзн = 0,6:
Sn = 0,6 · 1000 + 34,8 = 634,8 кВА.
Определим полную подводимую мощность к силовому трансформатору в аварийном режиме, Кза = 1,2:
Sn = 1,2 · 1000 + 96,2 = 1296,2 кВА.
Определим полную подводимую мощность к трансформатору, питающему низковольтную нагрузку в нормальном режиме, Кзн = 0,6:
Sn = 0,6 · 1000 + 34,9 = 634,9 кВА.
Определим полную подводимую мощность для низковольтного трансформатора в аварийном режиме, Кза = 1,2:
Sn = 1,2 · 1000 + 96,4 = 1296,4 кВА.
Определяем полный ток, подводимый к трансформаторам.
- к силовому, в нормальном режиме:
In = = 36,7 А;
- к силовому трансформатору, в аварийном режиме:
In = = 74,9 А;
- к трансформатору, питающему низковольтную нагрузку, в нормальном режиме:
In = = 36,7 А;
- к низковольтному
In = = 74,9 А.
Рассчитаем максимальные значения мощностей: полной, активной и реактивной для таблицы 3. Для расчета лучше подойдет аварийный режим, cosφ трансформаторов примем равным 0,8.
- для силового трансформатора при Кза = 1,2; cosφ=0,8:
Smax = Kза · Sтр.ном = 1200 кВА (21)
Pmax
= Smax · cosφ = 960 кВт
Qmax = = 720 кВАр
- для низковольтного
Smax = 1200 кВА;
Pmax = 960 кВт;
Qmax = 720 кВАр.
Запишем данные в таблицу 3.
Таблица 3 – Расчет потерь мощности трансформаторов
Sтр.ном |
U1ном |
U2ном |
Iхх |
Uкз |
∆Pхх |
∆Pкз |
Kзн |
Kза |
Kп |
∆Pтр |
∆Qтр |
∆Sтр |
xтр |
Pmax |
Qmax |
Smax |
Sn |
In |
|
кВА |
кВ |
кВ |
% |
% |
кВт |
кВт |
кВт\кВАр |
кВт |
кВАр |
кВА |
Ом |
кВт |
кВАр |
кВА |
кВА |
А | ||
1000 |
10 |
6 |
1,4 |
5,5 |
2,45 |
11,6 |
0,6 |
1,2 |
0,05 |
8,37 |
33,8 |
34,8 |
0,0055 |
960 |
720 |
1200 |
634,8 |
36,7 |
23,8 |
93,2 |
96,2 |
1296,2 |
74,9 | ||||||||||||||
1000 |
10 |
0,4 |
1,4 |
5,5 |
2,45 |
12,2 |
0,6 |
1,2 |
0,05 |
8,5 |
33,8 |
34,9 |
0,0055 |
960 |
720 |
1200 |
634,9 |
36,7 |
24,7 |
93,2 |
96,4 |
1296,4 |
74,9 |
Примечания: там, где таблица делится на 2 строки, верхняя строка – для нормального режима, нижняя – для аварийного.
2.4 Выбор марки и сечения кабеля
Для выбора
марки и сечения кабелей
Для решения этих вопросов составим скелетную схему с указанием трансформаторов, РУ, кабелей. Для упрощения каждому кабелю присвоим номер.
Рисунок 1 - Скелетная схема отделения
Для кабелей, проложенных по воздуху, поправочный коэффициент не учитывается. В качестве высоковольтных кабелей будем использовать марку ААШВ, а в качестве низковольтных будем применять марку АВВГ. Экономическую плотность тока примем по ПУЭ =1,7 А\мм2. Эта величина будет использоваться при выборе высоковольтных кабелей (№1 – 4) Для выбора низковольтных кабелей табличное значение увеличивается на 40% =2,38 А\мм2.
Выбираем сечение кабеля от ГПП до РУ – 10 кВ.
Кабель №1 прокладывается в земле.
Определим полный ток первого кабеля:
(24),
где Iп – полный ток кабеля;
Iп1 – полный ток высоковольтной нагрузки;
п – число подстанций;
Iп2 – полный ток низковольтной нагрузки.
Определим экономически целесообразное сечение
Sэк = (25),
где Sэк - экономически целесообразное сечение;
- экономическая плотность тока.
Сечение берём из таблицы:
S=95 мм2;
IДЛ.ДОП.=165 А.
Выбираем кабель марки ААШВ – 10 – 1(3 95)
Проверим выбранный кабель на потерю напряжения:
r0 = (26),
где r0 – активное сопротивление 1км кабеля, Ом\км;
– удельная проводимость материала, для алюминия = 32 м\Ом·мм2.
r0 = = 0,33 Ом\км
cosφ = 0.8
Проверка принятого сечения на допустимую потерю напряжения, не превышающую 5%:
∆U = · (r0 · cosφ + x0
· sinφ) ≤ 5%
где I – расчетный ток кабеля, А;
l – длина кабеля, км;
Uном – номинальное напряжение, В;
x0 – индуктивное сопротивление 1км кабеля, Ом\км, x0 = 0,8 Ом\км.
∆U = · (0,33 · 0,8 + 0,08 · 0,6) = 2,06% ≤ 5% ,
- значит, кабель выбран верно, и его марка ААШВ – 10 –1(3×95).

- Выбор и расчёт уставок релейной защиты блока №1 (G1-T1) НА КЭС-3
- Выбор и расчет уставок релейной защиты блока № 1 на ТЭЦ - 2
- Выбор и расчет установки формования плит пустотного настила
- Выбор и реализация стратегии позиционирования на предприятии
- Выбор и реализация стратегии управления персоналом
- Выбор и реализация стратегии управления персоналом организации
- Выбор и реализация стратегии управления персоналом организации
- Выбор и расчет параметров технологической схемы очистки сточных вод
- Выбор и расчет посадок для стандартных изделий
- Выбор и расчет принятой конструкции колонны ректификации
- Выбор и расчёт пылеуловителя
- Выбор и расчет системы водоподготовки
- Выбор и расчет средств комплексной механизации очистного забоя
- Выбор и расчет средств транспорта в условиях выемочной панели