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 проблему рационального электроснабжения потребителей.

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 качественное и надежное электропитание. Получение  электроэнергии требует больших  материальных затрат от государства  и приводит к нарушению экологии. Поэтому перед энергетикой ставится проблема экономии электроэнергии.

Одним из испробованных путей минимизации  потерь электроэнергии является компенсация  реактивной мощности потребителей при  помощи местных источников реактивной мощности, причем важное значение имеет  правильный выбор их типа, мощности, местоположения и способа автоматизации. Также более экономичны сети и  установки трёхфазного тока с  частотой 50 Гц по сравнению с сетями и установками однофазного применения, т.к. от трехфазных сетей могут питаться как однофазные, так и трехфазные потребители.

Наряду  с трехфазным током в некоторых  отраслях применяют постоянный ток, который получают путем выпрямления  переменного тока. В большинстве  случаев это электролизные установки  химической промышленности и цветной  металлургии, а так же железнодорожный  и городской электротранспорт.

В современных  условиях главными задачами специалистов, осуществляющих проектирование, монтаж и эксплуатацию современных систем электроснабжения промышленных предприятий  и гражданских зданий, являются правильное определение электрических нагрузок, рациональная передача и распределение  электроэнергии, обеспечение необходимой  степени надежности электроснабжения, качества электроэнергии на зажимах  электроприёмников, электромагнитной совместимости приемников электрической  энергии с питающей сетью, экономия электроэнергии и других материальных ресурсов.

 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 напряжения 380 и 660 В. Но использование напряжения 660 В недопустимо т.к. тогда номинальная мощность используемых двигателей должна быть больше 200 кВт, а у меня самая большая мощность используемых двигателей составляет 70 кВт. Значит я буду использовать напряжение 380 В или 0,4 кВ

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 необходимо  все приемники и потребители  разбить на подгруппы, чтобы  в каждой подгруппе находились  приемники одинаковой мощности  и для каждой из этих подгрупп  определить средний или средневзвешенный  коэффициент использования К_и;

- определяется средняя мощность  каждой подгруппы по формуле:

P_ср = P_номΣ · K_и = P_ном · n · K,  кВт                                        (1)

где P_ном – мощность одного приемника, кВт;

n – число приемников в группе, шт.

- по полученному значению  средней мощности определяем  максимальную мощность или так  называемый получасовой максимум  каждой подгруппы по формуле:

P_max = K_max · P_ср,                                                        (2)

где  K_max – где коэффициент максимума активной мощности подгруппы.

Достоверность получения  значений P_max зависит от правильного и точного определения K_max, который зависит от эффективного числа электроприемников n_эф, и от значения К_и.

K_max=ƒ (К_и · n_эф)                                                      (3),

n_эф  определяется по формуле:

n_эф = , шт.                                                (4)

Для точного определения  значения K_max следует использовать таблицы (К_и 1, К_и 2).

После определения максимальной активной мощности P_max определяются максимальная реактивная мощность Q_max и максимальная полная мощность S_max . Затем определяется значение максимального тока I_max каждой подгруппы по следующим формулам:

Q_max= P_max · tgφ , кВАр                                                 (5)

S_max= , кВА       (6)

или

S_max= , кВА               (7)

 I_max= _, 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 К_и=1, К_max=1, n=1 шт.

Определяем среднюю активную мощность каждой подгруппы по формуле (1):

P_ср1 = 500 · 2 · 0, 54 = 540 кВт;

P_ср2 = 10 · 45 · 0,61 = 274,5 кВт;

P_ср3 = 12,5 · 30 · 0,57 = 213,8 кВт;

P_ср4 = 40 · 15 · 0,54 = 324 кВт;

P_ср5 = 40 · 1 · 1 · 1 = 40 кВт.

Определяем n_эф – эффективное число приемников в группе по формуле (4), шт.:

n_эф1 = ;

n_эф2 = 45;

n_эф3 = 30;

n_эф4 = 15;

n_эф5 = 1 (условно).

Определяем К_max по таблице:

К_max1 = 1,85;

К_max2 = 1,12;

К_max3 = 1,13;

К_max4 = 1, 23;

К_max5 = 1 (условно).

Определяем максимальную активную мощность по формуле (2), кВт:

P_max1 = 1,85 · 540 = 999 кВт;

P_max2 = 1,12 · 274,5 = 307,4 кВт;

P_max3 = 1, 13 · 213,8 = 241,5 кВт;

P_max4 = 1,23 · 324 = 398,5 кВт;

P_max5 = P_ср = P_ном = 40 кВт.

Определяем максимальную реактивную мощность по формуле (5), кВАр:

Q_max1 = 999 · 0,67 = 669,3 ;

Q_max2 = 307,4 · 0,72 = 221,3 ;

Q_max3 = 241,6 · 0,67 = 161,9 ;

Q_max4 = 398,5 · 0,72 = 286, 9 ;

Q_max5 = 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:

I_max1 = 115,8 ;

I_max2 = 547,4 ;

I_max3 = 420,2 ;

I_max4 = 709,5 ;

I_max5 = 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 S_max1 – 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 К_за=1,3.