Тема: Условия и ограничения проектирования

Практическая работа №3

Контрольное задание №1

Тема: Условия и ограничения проектирования

1 Расчет НВ нагрузки

2 Расчет и выбор трансформаторов

3 Расчет потерей мощности в трансформаторах

4 Расчет ВВ нагрузки

1 Расчет НВ нагрузки

По условиям задания известна установленная мощность в цехах. Расчетная нагрузка - это расчетная активная мощность (Р_р), расчетная реактивная мощность (Q_р) и расчетная полная мощность (S).

Активная мощность (Р_р) определяется методом по установленной мощности и коэффициенту спроса (для цехов с низковольтными электроприемниками) по формуле [1]:

, (1)

где К_с - коэффициент спроса, принимается по справочным данным[2];

Р_см- - расчетная активная мощность;

Р_н - установленная мощность цеха

n- число станков,штук.

Реактивная мощность нагрузки определяется по формуле:

Q_р = Р_р∙tgj (2)

где Р_р- - расчетная активная мощность;

tgj - определяем по заданному Cosφ;

Q_р - расчетная реактивная мощность.

Так для группы дробилок

Р_см=20х60х0,4=480кВт

Q_см=480х1,33=640квар.

Аналогично расчеты выполнены для каждого вида оборудования с использованием ЭВМ и ПП «MathCAD», исходные данные и результаты расчетов приводятся в таблицах 3.1 и 4.2. Аналогично расчеты выполнены для каждого помещения цеха с использованием ЭВМ и ПП «MathCAD», исходные данные и результаты расчетов приводятся в таблице 1.

Таблица 1 - Расчет нагрузки цеха

Наименование цехов (0,4 кВ)

N*n

N*Рн

Руст, кВт

Ки

Cosφ/tgφ

Pсм, кВт

Q^1см, квар

Qсм квар

nэ

Коэф. Расчетной нагрузки Км

Расчетная мощьность

Расчетный ток,А Ip

Pmax кВт Pp

Qmax квар

Smax,кВА

Грохоты

0,1

0,75

0,80/0.73

Насосы

0,5

0,50

0,70/1.02

Дымоуловители

0,3

0,80

0,60/1.33

Вспомогательные механизмы

0,7

0,85/0.6

Газодувки

0,6

0,65/1.17

Осветительная нагрузка

0,6

0,89/0,47

Всего гр.1

Краны

0,4

0,65/1.17

Дробилки

0,80

0,60/1.33

Очистные барабаны

0,70

0,70/1.02

Всего гр.2

Всего цех

Таблица 1.2- Пример расчета электрической НВ нагрузки цеха

Наименование цехов (0,4 кВ)

4*n

Рн

Руст, кВт

Ки

Cosφ/tgφ

Pсм, кВт

Q^1см, квар

Qсм квар

nэ

Коэф. Расчетной нагрузки Км

Расчетная мощьность

Расчетный ток,А Ip

Pmax кВт Pp

Qmax квар

Smax,кВА

Грохоты

0,75

0,80/0.73

Насосы

0,40

0,70/1.02

Дымососы

12.5

0,40

0,60/1.33

Вспомогательные механизмы печей

0,75

0,85/0.6

Газодувки печей

18.13

0,35

0,65/1.17

Осветительная нагрузка

0,2

0,85

0,89/0,47

181,5

95,69

Всего гр.1

4720,15

2092.5

1,13

2364,525

2128,92

Краны

0,35

0,65/1.17

Дробилки

0,40

0,60/1.33

Очистные барабаны

25.5

0,40

0,70/1.02

Всего гр.2

1.2

2325,6

2740,8

Всего цех

4030,5

2 Расчет и выбор трансформаторов

Загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории электроприемников, от числа трансформаторов и способа резервирования. Рекомендовано, как правило, применять следующие коэффициенты загрузки (Кз):

а) при преобладании нагрузок 1-й категории при двух трансформаторных подстанциях Кз=0,65-0,7;

б) при преобладании нагрузок 2-й категории при одно трансформаторных подстанциях и взаимном резервировании трансформаторов по связям вторичного напряжения Кз=0,7-0,8;

в) при преобладании нагрузок 2-й категории при наличии централизованного (складского) резерва трансформаторов, а также при нагрузках 3-й категории Кз=0,9-0,95.

В качестве ТП используем комплектные трансформаторные подстанции, которые располагаем в помещении цеха.

Число трансформаторов на цеховых подстанциях определяется в зависимости от категории надежности электроснабжения, удельной плотности нагрузки, числа рабочих смен, размеров цеха. Двух трансформаторные подстанции рекомендуется выбирать:

− при преобладании нагрузки 1-й категории;

− при наличии электроприемников особой группы;

− для сосредоточенной цеховой нагрузки и отдельно стоящих объектов общезаводского назначения (насосные и компрессорные станции, газовое хозяйство).

Цеховые подстанции с числом трансформаторов более двух, применяются в виде исключения только при надлежащем обосновании, например:

− если имеются большой мощности электроприемники, сосредоточенные в одном месте;

− если нельзя рассредоточить подстанции по условиям технологии или окружающей среды, например на текстильных фабриках, на некоторых предприятиях химии и в других аналогичных случаях;

− при питании совмещенных территориально цеховых нагрузок различного характера: силовые, электросварочные и другие, которые нельзя питать от общих трансформаторов.

Трансформаторы, как на цеховых подстанциях, так и на ГПП эксплуатируют раздельно. Это упрощает релейную защиту и уменьшает токи КЗ в сети вторичного напряжения. Последнее особенно важно для выбора коммутационных аппаратов на напряжении до 1000 В.

При выборе трансформаторов учитываются удельные плотности электрических нагрузок:

− при плотности нагрузки до 0,2 кВА/м² целесообразно применять трансформаторы мощностью до 1000 кВА включительно;

− при плотности 0,2—0,3 кВА/м² и мощности цеха более 3000 Вт — мощностью 1600 кВА;

− при плотности более 0,3 кВА/м² целесообразность применения трансформаторов мощностью 1600 или 2500 кВА следует определять технико-экономическими расчетами.

Для определения мощности трансформатора необходимо рассчитать плотность нагрузки. Рассчитанная плотность нагрузки по цеху представлена в таблице 2.

По условиям надежности действия защиты от однофазных коротких замыканий в сетях напряжением до 1кВ с глухо заземленной нейтралью следует применять на цеховых ТП трансформаторы со схемой соединения обмоток треугольник-звезда.

Рассчитанная плотность нагрузки по цехам представлена в таблице 2.

Таблица 2 - Плотность нагрузки цеха

Наименование цеха	Силовая нагрузка	Площадь цецехаха	Плотность нагрузки
PмS, кВт	QмS, квар	SмS, кВА	S, м^2	r, кВА/м^2
Ферросплавный цех					0,41

Для цеха выбираем трансформаторные подстанции с трансформаторами мощностью 1600 или 2500 кВА..

Таблица 3 – Расчетная нагрузка механического завода.

Наименование группы электроприемникав	Установленная мощность Руст., кВт	Активная мощность Рсм, кВт	Реактивная мощность Qсм, вар	Полная мощность Sсм, кВт
Всего гр.1	4720,15	2092.5
Всего гр.2
Всего по цеху		4030,5

Определяем число трансформаторов и их мощность

В таблице 4 приводится рассчитанный коэффициент загрузки распределение нагрузки по ТП.

Таблица 4 - Распределение нагрузки по ТП, число трансформаторов

Наименование ТП	Оборудование	Нагрузка	Sсм,кВА	Sтр,кВА	Трансформатор	Кз тр-ра
Рсм,кВт	Qсм, квар
ТП1 1600х2	Группа 1	2092.5			2х1600=3200	Т1,Т2	0,71
	Группа 2:
ТП2, 1600х2	Краны и оч. барабаны			2197,4	2х1600=3200	Т5,Т6	0,69
ТП3 1600х1	Дробилкигр.2				1*1600	Т3	0,5
Всего		4030,5			5х1600=8000

Один трансформатор Т4 резервный. Принимаем к установке 6трансформаторов мощностью 1600кВА.

К установке принимается двухтрансформаторные три подстанции с трансформаторами 1600кВА 10/0,4кВ.

Выбираем комплектные двух трансформаторные подстанции типа 2КТП-1600/10/0,4, которые обладают высокой надежностью, сравнительно низкой стоимостью монтажных работ при их установке. На рисунке 5.1 показана схема подключения трансформаторов и расположение их в цехе. Трансформаторные подстанции устанавливаются в непосредственной близости между печными проемами так как основная нагрузка сосредоточена у печей.

3 Расчет потерей мощности в трансформаторах

Основные технические характеристики трансформатора сухого с литой изоляцией мощностью 1600кВА 10/0,4кВ (ТЛС-1600 рисунок) приведены в таблице.

Рисунок 1 - Вид трансформатора сухой с литой изоляцией мощностью 1600кВА 10/0,4кВ

Габаритно-установочные размеры трансформаторов ТЛС-1600/10/0,4.

Таблица 5 - Габаритно-установочные размеры трансформаторов ТЛС-1600

Наименование	Размеры, мм	Масса,кг
L	B	H	E
ТЛС-1600

Рисунок - Габаритный чертеж трансформатора с ТЛС-1600кВА

Основные преимущества трансформатора ТЛС-1600

· Экологическая чистота. Отсутствие угрозы утечки масла.

· Высокий уровень пожаробезопасности.

· Трансформаторы ТЛС-1600 устанавливаются максимально близко к потребителям.

Таблица 6 - технические характеристики трансформатора ТЛС-1600

Тип	Ном. мощность Sн.т, кВА	Верхний предел по напряжению	Потери, кВт	Ток х.х Iхх %	Напряже-ние К.З Uкз %
В.Н. U1н	Н.Н U2н	ΔРхх	ΔРкз
ТЛС-1600		10, 6	0,4	2,75	14,9	0,35	6,5

Примечание. "КЗ" - короткое замыкание, "ХХ"- холостой ход

Активная мощность нагрузки на шинах 10 кВ с учетом потерь в трансформаторах ТП определяется по формуле

Определяем активные потери мощности в трансформаторе Т1:

кВт

Определяем реактивные потери мощности в трансформаторе

кВАр

Для подстанции ТП1 в которой два трансформатора и известна Рсм и Qсм определяем с учетом потерей в двух трансформаторах нагрузку

кВт,

квар,

кВА.

Исходные данные и результаты расчетов трансформаторных подстанций ТП2 и ТП3 выполнены аналогично и результаты приводятся в таблице 5.4.

Таблица 7 - Расчет потерь мощности в цеховых ТП

Наименование ТП	Число трансформаторов	Нагрузка и потери в трансформаторах	,кВА	Кз.факт
Рсм,кВт	∆Ртр,кВт	,кВт	Qсм, квар	∆Qтр,, квар	, квар
ТП1 2*1600		2092,5	2х10,3	2132,1		2х109,6	2103,2	2981,4
ТП2 2*1600			2х8,7	1475,5		2х109,6	1863,2	2376,7
ТП2 1*1600			1х6,47	486,47		1 х109,6		893,7
Всего		4030,5	54,5	4084,0				6188,8

4 Расчет ВВ нагрузки

К высоковольтным электроприемникам ферросплавного цеха относятся дуговые сталеплавильные (ДСП) электропечи.

Дуговые сталеплавильные печи – это трехфазные электроприемники, работающие циклично в повторно – кратковременном режиме с резкими колебаниями тока. Четыре ДСП установлены в ферросплавном цехе.

Основное назначение ДСП – выплавка стали из металлического лома. Такой процесс очень энергоемок: на 1 т выплавленной стали расходуется от 500 до 1000 кВт×ч электроэнергии. Горящая в печи дуга между электродами и металлом нестабильна, длина ее невелика. Мощные ДСП являются причиной возникновения высших гармоник тока и напряжения и колебания напряжения в системе электроснабжения предприятия.

Поэтому схема внутризаводской сети должна строиться так, чтобы свести к минимуму неблагоприятные последствия, что достигается питанием этих потребителей от отдельных РП или секций шин ГПП, разделением ДСП и других потребителей с помощью сдвоенных реакторов или трансформаторов с расщепленными обмотками низшего напряжения. При наличии в цехе ДСП нельзя использовать в качестве компенсирующих устройств статические конденсаторы, на которые отрицательно влияют высшие гармоники.

ДСП питаются от трехфазных печных трансформаторов со встроенными реакторами. Напряжение питания для печных трансформаторов 6, 10, 35 и 110 кВ. Выключатели трансформаторов должны отключать до 2 – 3 эксплуатационных коротких замыканий (КЗ) за каждую плавку.

ДСП относятся к потребителям 2 категории, так как они не критичны к кратковременным перерывам подачи энергии.

В ферросплавном цехе по условию задания установлено ВВ оборудование.

Дуговые сталеплавильные печи типа:

- одна печь ДППТУ-НП Р_н=2700 кВт; cosj = 0,88; К_и=0,75% S_н=3070кВА;

- три печи ДСП-1,7 Р_н=1677 кВт; cosj = 0,88; К_и=0,8%,S_н=1895кВА.

Синхронные двигатели СДН со следующими параметрами: U_н=10кВ, n=600 об/мин, Р_н =530 кВт, cosj = 0,88; Ки=0,87%

Асинхронные двигатели АСД со следующими параметрами: U_н=10кВ, n=600 об/мин, Р_н =530 кВт, cosj = 0,88; Ки=0,87%

Расчеты ВВ нагрузки выполнены по методике п.3.1 на примере

для печи ДППТУ-НП

Р_см=1х2700х0,75=1890кВт

Q_см=1890х0,56=1058.4квар.

Аналогично расчеты выполнены для каждого вида ВВ оборудования с использованием ЭВМ и ПП «MathCAD» Тип ЭВМ: XS164C, исходные данные и результаты расчетов приведены в таблице 2.2.

Таблица 3.2 - Расчетная ВВ нагрузка (10 кВ)

Наименование цехов (10 кВ)	N, шт.	РН, кВт	Руст,кВт	Ки	Cosφ/tg	Pмс, кВт	Qмс, Квар
Ферросплавная печь 3хДСП 1600,				0,8	0,88/0.53		2196.32
4АД				0.87	0,88/0.53		977,54
4CД				0.87	0,88/0.53		977,54
Ферросплавная печь ДППТУ-НП				0,75	0,87/0.56		1058.4
Всего

Нагрузка ВВ оборудования составляет активная мощность 8130 кВт, реактивная мощность 5210квар.

На стадии проект производится расчет электрических нагрузок в целях выполнения схемы электроснабжения предприятия на напряжение 10 (6) кВ и выше, выбора и заказа электрооборудования цеховых трансформаторных, распределительных и главных понижающих подстанций, элементов электрических сетей на напряжение 10 (6) кВ и выше.

Определяются итоговые суммарные значения S_Рн, Р_см и Q_см всех потребителей 10 кВ и групповой средне коэффициенты загрузки трансформаторной подстанции К_и, который заносится в гтаблицу5.6.

В зависимости от з коэффициента К_з и числа присоединений к сборным шинам 10 кВ РУ или ГПП (без учета резервных трансформаторов) принимаем коэффициент одновременности К_о=1.

Результирующая нагрузка 6-10 кВ составляет

Р_р = К_о Р_S;

Q_р = К_о Q_S;

где Р_S – активная нагрузка и потери в трансформаторах;

Q_S - реактивная нагрузка и потери в трансформаторах;

S_p = .

Таблица 6.1 -Расчета электрических нагрузок 10 кВ

РУ 10 кВ ГПП	шт. n	одного ЭП рн,кВт	общая Рн = n*рн	Коэф. использования Ки или Кз тр-ра	cos f	tg f	Ки*Рн	Ки*Рн*tgf	кВА Sp
печь 3ДСП 1600,				0,8	0,88	0,53		2196.32	4690,0
4АД				0.87	0,88	0,53		977,54	2085,3
4CД				0.87	0,88	0,53		977,54	2085,3
печь ДППТУ-НП , нагрузка				0,75	0,88	0,53		1058.4	2166,2
ТП1				0,83			2132,1	2103,2	2994,6
ТП2				0,74			1475,5	1863,2	2376,7
ТП3				0,65			486,47		1044,2
Всего

Список литературы

1 «Проектирование промышленных электрических сетей» В.И. Крупович – М.; «Энергия», 1979, 327с.

2 Я.М.Большам Справочник по проектированию электроснабжения линий электропережачи и сетей– М.; «Энергия», 1974,

3 Айзенберг Ю.Б. Справочная книга по светотехнике – М.: Энергоатомиздат, 1983.

4 Кнорринг Г.М. Справочная книга для проектирования электрического освещения. – Л.: Энергия, 1976.

5 Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий. – М.: Энегоатомиздат, 1987.

6 Справочник по электроснабжению и электрооборудованию /Под редакцией А.А. Федорова/ - М.: Энергоатомиздат, 1986.

7 Ермилов А.А. Основы электроснабжения промышленных преприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1983.

8 Правила устройства электроустановок /Минэнерго СССР. – М: Энегроатомиздат, 1985.

9 Справочные материалы Главэнергонадзора – М.: Энергоатомиздат, 1986.

10 Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети /Под редакцией А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского/ - М.: Энегроатомиздат, 1973.

11 Справочник по электрическим установкам высокого напряжения /Под редакцией И.А. Баумштейна и М.В. Хомякова/ - М.: Энергоатомиздат, 1981.

12 Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Электрооборудование и автоматизация /Под редакцией А.А. Федорова и Г.В. Сербинского/ - М.: Энергоатомиздат, 1974.

13 Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных преприятий. – М.: Высшая школа, 1986.

14 Справочник по проектированию электроснабжения /Под редакцией Ю.Г. Барыбина и др./ - М.: Энергоатомиздат, 1990.

15 Методические указания «Электрическая часть станций и подстанций» - Владивосток, 1987.

16 Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций.: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учебное пособие для вузов – 4-ое изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

17 Алиев И.И. Электротехнический справочник. – 4-е изд., испр. – М.: ИП РадиоСофт, 2001. – 384 с.: ил.

18 Методические указания «Проектирование электрического освещения» - Владивосток, 1987.

19 Иванов В.С., Соколов В.И. Режимы потребления и качества электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1987

20 РД 153-34.0-20.527-98 Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. Утверждены Департаментом стратегии развития и научно-технической политики 23.03.1998 г.

21 Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб. пособие для вузов по спец. «Электроснабжение». – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1991 – 446 с., ил.

22 Г.Ф. Быстрицкий, Б.Н. Кудрин. «Выбор и эксплуатация силовых трансформаторов». Учебное пособие для вузов и среднего проф. образования – М.; Издательский центр «Академия», 2003, 176с.

23 П.Г. Грудинский и др. «Электротехнический справочник». Изд. 5-е, - М.; «Энергия», 1974, 776с.

24 Бекетова И.О. Электрические и электронные аппараты: Учебное пособие. Часть II. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2007. ‑ с. 173.

25 Электрические и электронные аппараты: Учебник для вузов / Под редакцией Ю.К. Розанова. – М.: Энергоатомиздат. 1988.

26 Курс экономической теории: Учебник / Под общей ред. М.Н. Чепурина

27 ГОСТ 2.701-84. Схемы. Виды и типы. Общие требования.

28 ГОСТ 2.702-75. Правила выполнения электрических схем.

29 ГОСТ 2.705-70. Правила выполнения электрических схем обмоток и изделий с обмотками.

30 ГОСТ 2.710-81. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах.

31 ГОСТ 2.104-68. Основные надписи.

32 ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам.

33 Дипломное проектирование/Под ред. В.И. Лачина. – Ростов на Дону: Изд-во «Феникс», 2003. – 400 с.

34 Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. В.А.Андреев Москва «Высшая школа» 1991г

35 «Электротехнические устройства». О.В. Алексеев, В.Е. Китаев, А.Я. Шихин - М.; «Энергоиздат», 1981, 330с.

36 «САПР в электротехнике» Э.К. Стрельбицкий, перевод с французского В.А. Соколова М.; «Мир», 1988

37 Бекетова И.О. Электрические и электронные аппараты: Учебное пособие. Часть I. – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2007. ‑ с. 173.

38 РД 34.21.122-87 Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений Утверждена Главтехуправлением Минэнерго СССР 12 октября 1987г.

Дата добавления: 2015-08-27