7 Электротехнический расчет

7 Электротехнический расчет

При проектировании системы электроснабжения предприятия должны обеспечиваться:

– высокая эффективность капитальных вложений и материальных затрат при сооружении системы;

– надежность электроснабжения промышленных объектов и эффективность использования всех элементов системы при ее нормальной эксплуатации.

Основой для проектирования системы электроснабжения являются данные расчета электрических нагрузок отдельных электрификационных установок, технологических участков, цехов и заводов предприятия. Значения электрических нагрузок определяют выбор элементов и технико-экономические показатели проектируемой системы электроснабжения.
По электрическим нагрузкам производится выбор источников электрической энергии, трансформаторов, токоведущих элементов, средств защиты и установок компенсации реактивной мощности. Поэтому от точности расчета нагрузок зависят капитальные затраты, расход проводниковых и кабельных изделий, потери электроэнергии, эксплуатационные расходы и надежность электроснабжения объектов.

Неоправданное уменьшение расчетных нагрузок, по сравнению с действительными, ускоряют тепловой износ изоляции токоведущих элементов системы электроснабжения, уменьшает срок их службы и вызывает чрезмерный рост потери электроэнергии. При этом снижается надежность электроснабжения и производительность как отдельных электрифицированных установок, так и всего предприятия в целом.

Неоправданное завышение проектных нагрузок приводит к излишним капитальным вложениям и затратам при сооружении сети. Например, ошибка в 50% предопределяет более чем двойной расход цветных металлов и удорожание сети.

Таким образом, ошибки при расчете электрических нагрузок вызывают либо неоправданный перерасход средств и материалов, либо нарушение нормальной эксплуатации электрооборудования и электроснабжения предприятия. И, наоборот, точное определение нагрузок обеспечивает рациональный выбор источников питания, всех элементов схемы электроснабжения, повышает надежность электроснабжения и, в конечном итоге, способствует оптимизации всей системы электроснабжения предприятия.

7.1 Расчет электрических нагрузок

Электроприемники второй категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Электроприемники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. При нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Так как котельная работает круглосуточно, поэтому принимаем расчетную дневную и вечернюю активную и реактивную нагрузки равными.

Расчет электрических нагрузок потребителей II категории надежности определяется по формулам:

P_р = К_и∙Р_ном, кВт (7)

Q_р = Р_р∙tg φ, кВт (7.1)

где Р_р, Q_р – расчетные активные и реактивные нагрузки;
Р_ном – паспортная мощность потребителя, кВт
К_и – коэффициент использования установленной мощности потребителя
tg φ – соответствует средневзвешенному cosφ, характерному для электроприемников данного режима работы.

Пример расчета:

Потребитель – сетевой насос;
n = 5;
Р_ном = 37 кВт;
К_и = 0,8;
cos φ = 0,9;
tg φ = 0,48

P_р = 0,8∙37∙5=148, кВт.

Q_р = 148∙0,48=71,68, кВт.

Данные расчета по остальным потребителям приведены в таблице 7.

Таблица 7 – Определение нагрузок потребителей котельной

Потребители	n, штук	P,кВт	Рн,кВт	Ки	cosφ	tgφ	Рр,кВт	Qр,квар
Сетевой насос				0,8	0,9	0,48		71,68
Подпиточный насос		6,5	6,5	0,7	0,8	0,75	4,55	3,4125
Подпиточный насос		3,5	3,5	0,7	0,8	0,75	2,45	1,8375
Насос сырой воды		18,5		0,7	0,8	0,75	25,9	19,425
Насос солевой				0,2	0,5	1,73	1,6	2,7713
Дымосос				0,9	0,9	0,48		52,307
Вентилятор				0,65	0,8	0,75	42,9	32,175
Вентилятор				0,6	0,8	0,75		6,75
Освещение				0,95	0,95	0,33	9,5	3,1225
Кран балка				0,2	0,5	1,73		5,1962
Итого:							354,9	198,68

Определим К_и за наиболее нагруженную смену

К_и = Рр / P (7.2)

К_и = 354,9 / 466= 0,76

Находим эффективное число электроприемников, т.е. такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетной нагрузки Р_max, что и данная группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы:

n_э = (n∙P)²/ n∙P² (7.3)

n_э = (21∙466)²/21∙466² = 21

По известным значениям К_и и n_э определяются значения коэффициента максимальной нагрузки (К_м), согласно [7, стр.21]

Максимальные активные и реактивные мощности находятся:

Р_мах=К_м·Р_р, кВт (7.4)

Q_мах=К_м·Q_р, квар (7.5)

где К_м= 1,08 [7]

Р_мах=1,08·354,9=383,3, кВт

Q_мах=1,08·198,7=215, квар

Полная максимальная мощность:

кВА (7.6)

кВА

7.2 Компенсация реактивной мощности

Одним из мероприятий по снижению величины реактивной мощности в электрической сети является ее компенсация путем генерации ее на месте потребления. Для этого реактивную мощность вырабатывают специальным источником и тем самым разгружают трансформатор и линию электропередач от реактивной нагрузки индуктивного характера.

В качестве источника реактивной мощности рекомендуется принять батареи конденсаторов (БК), включенные параллельно нагрузке. Реактивная мощность БК при заданной емкости зависит от уровня напряжения, приложенного к конденсатору. Поэтому целесообразно использовать соединение конденсаторов в треугольник, а не в звезду, так как вырабатываемая реактивная мощность будет в три раза больше.
Таким образом, конденсаторные батареи являются потребителями емкостной (опережающей) мощности. Параллельное включение конденсаторных батарей принято называть поперечной компенсацией реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях повышает их пропускную способность. Использование компенсации реактивной мощности при проектировании дает возможность снизить сечение проводов в линии электропередачи и номинальную мощность трансформатора.

Необходимость компенсации реактивной нагрузки можно определить по величине коэффициента мощности на шинах 0,4 кВ. Величина реактивной мощности Q_к, которую необходимо компенсировать для повышения коэффициента мощности до cosφ=0,95, определяется по выражению:

Q_к =Q_ест – 0,33·Р, (7.7)

где Q_ест – естественная (до компенсации) реактивная мощность;

Р – активная мощность, потребляемая из сети.

Q_к =215 – 0,33·383,3= 88,5, квар

Мощность конденсаторных батарей Q_бк выбирается из условия:

Q_к ≤ Q_бк ≤ Q_ест (7.8)

88,5 ≤ 110 ≤ 215, условие соблюдается.

Так как на секции шин трансформаторной подстанции используются конденсаторные батареи мощностью по 55 квар в количестве 2 шт., пересчитаем полную максимальную мощность:

кВА

7.3 Проверка трансформатора

В котельной используется 2 трансформатора напряжения ТМГ 11-400.

Проверим данные трансформаторы по условиям их работы в нормальном режиме эксплуатации по допустимым систематическим нагрузкам, а в послеаварийном режиме – по допустимым аварийным перегрузкам. Для нормального режима эксплуатации подстанции номинальные мощности трансформаторов проверяются по условию:

, (7.9)

где к_с – коэффициент допустимой систематической нагрузки трансформатора для значений среднесуточных температур расчетного сезона.[7, стр48]

При отсутствии возможности резервирования или отключения в послеаварийном режиме части нагрузки подстанции, выбор установленной мощности трансформаторов двухтрансформаторных подстанций производится по послеаварийному режиму из условия отключения одного из трансформаторов и обеспечения другим всей нагрузки подстанции:

(7.10)

где к_ав − коэффициент допустимой аварийной перегрузки трансформатора, определяется по аналогии с к_с.[1, стр48]

Все условия выполняются.

7.4 Расчет потерь электроэнергии

При работе трансформатора следует ожидать потери мощности и электрической энергии. Потери энергии в трансформаторе в течение года складываются из нагрузочных потерь и потерь в стали.

7.4.1 Расчет потерь электроэнергии при двухтрансформаторном режиме работы

Годовые потери энергии:

, кВт·ч/год (7.11)

где ΔР_Х и ΔР_К – потери мощности холостого хода и короткого замыкания в трансформаторе;
τ – время максимальных потерь, ч [7, стр. 52]

, кВт·ч/год

Ожидаемое количество потребляемой энергии на шинах подстанции:

W=P_p· T_max,кВт·ч (7.12)

W=355·2950=1047250,кВт·ч

(7.13)

7.4.2 Расчет потерь электроэнергии при однотрансформаторном режиме работы

Годовые потери энергии:

, кВт·ч/год

Анализ расчетов потерь электрической энергии двух режимов показывает, что наименьшие потери ожидаются при работе одного трансформатора и отключенном втором трансформаторе, который включается в работу в случае отключения первого.

Таким образом, в двухтрансформаторной подстанции мощностью 2×400 кВА работает один трансформатор, а второй находится в резерве. При этом предусматривается специальный график работы этих трансформаторов, чтобы поддерживать их работоспособное состояние.

7.5 Проверка существующего кабеля

Для определения сечения проводов и фактической потери напряжения необходимо знать расчетные электрические нагрузки на участках линии.

Сечения провода на участках сети находят по экономическим показателям электрической сети, или по экономической плотности тока, или по интервалам нагрузок. При этом минимальное сечение проводов принимается исходя из их механической прочности. Согласно нормам технологического проектирования, в зависимости от марки провода допускается минимальное сечение:
– в линии 0,38 кВ – А35 или АС25;
– в линии 10(6) кВ – А50 или АС35;

К вводу трансформаторного пункта подходят два кабеля для двух трансформаторов: АСБ 3×150 и ААШв-6 3×95.

Необходимое сечение провода проверяется по условию нагрева:

I_p.max ≤ I_доп (7.14)

, А (7.15)

, А

Кабель АСБ с алюминиевыми жилами в изоляции из пропитанной бумаги. Жила кабеля изготавливается в двух вариантах: однопроволочном и многопроволочном. Особенностью кабелей данного типа является их изоляция из бумаги пропитанной специальным вязким составом. Каждая жила и общая поясная изоляция покрыта слоем бумажной изоляции. Модуль силового элемента помещен в оболочку из прессованной свинцовой трубки. Для защиты свинца от коррозии оболочка покрывается слоем из битума, крепированной бумаги и полиэтилентерефталатных лент. Броня кабеля обеспечивается слоем стальных лент. Наружный слой кабеля из битума и стекловолокна.

Кабель АСБ 3×150 имеет допустимый длительный ток 330 А,

38,2 ≤ 300, условие выполняется.

Кабели ААШв предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных устройствах на сетях с напряжением 1, 6, 10 киловатт. Прокладка кабеля ААШв обеспечивает надежную передачу электроэнергии для промышленных и жилых объектов. Большое распространение для электроснабжения получили кабели с алюминиевыми жилами. Такой кабель обладает гибкостью что упрощает процесс монтажа, а специальный негорючий слой защищает от возгарания. Силовой кабель ААШв содержит одну, три или четыре силовые жилы. Наличие поливинилхлоридного слоя в качестве буфера дает возможность использовать кабель в грунте с высоким уровнем коррозии. Кабель нельзя подвергать растягиванию, а наличие бронированного слоя позволяет применять кабель ААШв в местах где возможны механических воздействия на кабель.

Кабель ААШв-6 3×95 имеет допустимый длительный ток 255 А,

38,2≤ 255, условие выполняется

Дата добавления: 2015-08-28