2.6 Выбор рационального напряжения системы внешнего электроснабжения

На основании результатов технико-экономических расчетов принятых вариантов напряжений питающих линий производится определение рационального напряжения для системы внешнего электроснабжения. Для удобства анализа рекомендуется свести все расчеты в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 – Итоги сравнения вариантов внешнего электроснабжения

Наименование варианта	Экономические показатели						Технические показатели
	К, тыс.тенге		С∑		З		∆Э, тыс.кВт·ч/год	Gал, т
			тыс.тенге/год
Вариант №1. Uном = 35 кВ
Линии 185 мм^2	29984	2509,3		6257,3		913			46,26
ГПП	15968	2400,6		4396,6		849			-
Всего	45952	4909,9		10653,9		1762			46,26
Вариант №2. Uном = 110 кВ
Линии 95 мм^2	35640		1263,6		5719,0		183			16,05
ГПП	23104		3015,6		5903,6		999			-
Всего	58744		4279,2		11622,6		1182			23,16

Из таблицы видно, что первый вариант имеет меньшие годовые расчетные затраты, однако ежегодные эксплуатационные расходы, суммарные потери электроэнергии и расход цветного металла у него больше, чем у второго варианта. В этом случае рекомендуется определить срок окупаемости по формуле

лет,

что значительно больше нормативного срока равного 8 лет.

Таким образом, для системы внешнего электроснабжения принимается вариант с напряжением воздушных линий 35 кВ.

3 Проектирование внутризаводского электроснабжения

Для создания рациональной схемы распределения электроэнергии внутри предприятия необходим учет многих факторов, основными из которых являются: распределение расчетных электрических нагрузок (низковольтных и высоковольтных) по цехам предприятия, способ канализации электроэнергии, конструктивное исполнение сетевых узлов схемы (ГПП, РУ, токопроводы, кабельные линии и т. д.), величины токов КЗ при различных вариантах. Особенностью схем внутризаводского распределения электроэнергии является большая разветвленность сети и наличие значительного количества коммутационно-защитной аппаратуры. Эти факторы оказывают большое влияние на технико-экономические показатели и на надежность всей системы электроснабжения. При проектировании схемы внутризаводского электроснабжения необходимо принимать такие варианты, которые бы обеспечивали минимальную длину распределительной сети, максимум экономии коммутационно-защитной аппаратуры, рациональное использование ячеек распределительных устройств.

С общими принципами построения схем внутризаводского распределения электроэнергии рекомендуется ознакомиться по источнику [3].

3.1 Предварительный выбор трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций (цтп)

На основании картограммы электрических нагрузок и расчетных данных, приведенных в последней графе таблицы 1.2, производится распределение потребителей электроэнергии напряжением до и выше 1 кВ между цеховыми трансформаторными подстанциями (ТП) и распределительными устройствами (РУ).

В зависимости от среды производственного помещения цеховые ТП и РУ принимаются внутрицеховыми, встроенными типов КТП (комплектные трансформаторные подстанций), пристроенными или отдельно стоящими. В закрытых распределительных устройствах рекомендуется применять ячейки комплектных распределительных устройств ( КРУ) выкатного типа.

Предварительный выбор числа и мощности трансформаторов цеховых подстанций необходимо производить на основании требуемой степени надежности электроснабжения и распределения потребителей электроэнергии напряжением до 1 кВ между трансформаторными подстанциями. Используя данные таблицы 1.1, следует сделать вывод относительно того, требуют ли потребители электроэнергии высокой степени надежности или нет. В зависимости от этого число трансформаторов на подстанциях принимается два или один. Если на предприятии имеется значительное количество потребителей I категории, то, очевидно, что на подстанциях следует устанавливать два трансформатора. В нормальном режиме работы предусматривается раздельная работа трансформаторов с целью уменьшения токов короткого замыкания и возможности применения более легкой и дешевой аппаратуры на стороне низшего напряжения трансформаторов.

В производственных помещениях преимущественное применение получили масляные трансформаторы типов ТМЗ, ТМФ [4].

В курсовой работе номинальную мощность цеховых трансформаторов S_т.ном, кВ·А, рекомендуется выбирать по расчетной мощности, исходя из условия экономичной работы трансформаторов.

Наиболее выгодная загрузка цеховых трансформаторов также зависит от категории надежности потребителей электроэнергии, от числа трансформаторов и способа резервирования.

В соответствии с рекомендациями [9] коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме работы следует принимать:

- при преобладании потребителей I категории для двухтрансформаторных подстанций К_з = 0,5 – 0,7;

- при преобладании потребителей II категории для однотрансформаторных подстанций в случае взаимного резервирования трансформаторов на низшем напряжении К_з = 0,7 – 0,85;

- при преобладании потребителей II категории и наличии централизованного резерва трансформаторов и при потребителях III категории для однотрансформаторных подстанций К_з = 0,9 – 0,95.

Количество трансформаторных подстанций в каждом цехе определяется его расчетной мощностью, т.е. в одних цехах может быть установлена одна или несколько подстанций, а в других цехах установка подстанций может быть не целесообразна ввиду малой расчетной мощности цеха. В цехах промышленных предприятий наибольшее применение находят трансформаторы со следующими номинальными мощностями: 400, 630, 1000, 1600 кВ·А.

Анализируя величины электрических расчетных нагрузок в цехах в соответствии с таблицей 1.2 (последняя графа), можно предварительно задаться значениями номинальных мощностей трансформаторов. Например, если мощности цехов невелики, то в них можно принять к установке трансформаторы мощностью 400 и 630 кВ·А. Трансформаторы номинальной мощности 1000 кВ·А в соответствии с инструкцией НТП ЭПП-94 следует устанавливать в цехах с удельной электрической нагрузкой, равной 0,2 кВ·А/м², а номинальной мощности 1600 кВ·А – с удельной электрической нагрузкой, равной 0,2 - 0,5 кВ·А/м².

В цехах, где не предусматривается установка трансформаторных подстанций, для питания потребителей электроэнергии применяются распределительные пункты, получающие электроэнергию от трансформаторных подстанций, расположенных в ближайших цехах. В таких случаях расчетная мощность подстанции, устанавливаемой в цехе со значительной мощностью, определяется суммой расчетных мощностей цехов, питаемых от данной подстанции.

Таким образом, имея в виду все вышеизложенное и анализируя распределение расчетных мощностей цехов по генплану предприятия в соответствии с построенной картограммой электрических нагрузок, следует предварительно установить необходимое количество трансформаторных подстанций и определить номинальные мощности трансформаторов.

На рисунке 3.1 показано предварительное распределение и установка цеховых трансформаторных подстанций.

Рисунок 3.1 – Предварительное распределение трансформаторных подстанций

Ниже приведен пример предварительного выбора мощности трансформаторов подстанции ТП, устанавливаемой в цехе №4.

Расчетные нагрузки на шинах низшего напряжения ТП1 равны сумме нагрузок цеха №4, освещения территории предприятия, а также расчетных нагрузок цехов№5 №7:

Р_р = Р_р4 + Р_р.о.т. + Р_р7 + Р_р5 = 989 + 11 + 31 + 144 = 1175 кВт,

Q_р = Q_р4 + Q_р.о.т.+ Q_р7 +Q_р5= 1102 + 4 + 33 +111 = 1250 квар,

S_р= =1716 кВА.

По значению полной расчетной нагрузки намечаем к установке в ТП1 два трансформатора мощностью по 1600 кВА каждый.

Коэффициенты загрузки в нормальном и в послеаварийном режимах определяются по формулам (2.1) (2.2) соответственно. В этих формулах в числитель следует подставить значение расчетной мощности цеховой трансформаторной подстанции.

Коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме в соответствии с формулой (2.1) равен

К_з = 1716(21600) = 0,535.

Коэффициент загрузки трансформатора в послеаварийном режиме (при выходе из строя другого трансформатора) в соответствии с формулой (2.2) равен

К_з.ав = 17161600 = 1,07,

что меньше чем допустимый, равный 1,4.

В главном корпусе полная расчетная нагрузка электроприемников напряжением до 1 кВ равна 10317 кВ·А и здесь также, предполагается установить трансформаторы мощностью 1600 кВ·А.

Количество трансформаторных подстанций можно определить делением полной расчетной нагрузки цеха на полную расчетную нагрузку одной подстанции с двумя трансформаторами мощностью 1600 кВ·А, предположив, что коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме работы будет равен 0,7. Тогда полная расчетная нагрузка одной ТП будет равна

S_р.ТП = 2·1600·0,7 = 2240 кВ·А.

Определяем приблизительное количество трансформаторных подстанций в главном корпусе n = 10317 / 2240 = 4,6 и принимаем количество подстанций равное 5.

Уточняем значение реальной полной нагрузки каждой подстанции, приняв количество подстанций равным пяти

S_р.ТП = 10317 / 5 = 2063 кВт.

Уточненные коэффициенты загрузки в нормальном и послеаварийном режимах равны соответственно:

К_з = 2063/2·1600 = 0,64, К_з.ав = 2063 / 1600 = 1,28,

то также меньше, допустимого.

Если коэффициент загрузки в послеаварийном режиме окажется несколько больше допустимого, то можно предположить, что часть потребителей третьей категории цеха, в указанном режиме можно отключить.

Аналогично производится предварительный выбор и расчет количества и мощности трансформаторов цеховых ТП для остальных цехов. Результаты расчета рекомендуется свести в таблицу 3.1.

Таблица 3.1- Предварительный выбор числа и мощности трансформаторов ЦТП

Ном. ТП	Потре- бители электро- энергии	Место распо- ложе- ния ТП	Расчетная нагрузка			Кол. транс. в ТП	Sт.ном, кВ·А	Кз	Кз.ав
			Рр, кВт	Qр, квар	Sр, кВ·А
ТП1	Цеха №4,№5, №7осв. терр.	№4	1175	1250	1716	2	1600	0,535	1,07
ТП2	Цеха №3,№6	№3	1313	1437	1949	2	1600	0,61	1,22
ТП3			1313	1437	1949	2	1600	0,61	1,22
ТП4	Цех №2	№2	1877	1543	2430	2	1600	0,76	1,52
ТП5	Цех №1	№1	1564,4	1345,6	2063	2	1600	0,64	1,28
ТП6			1564,4	1345,6	2063	2	1600	0,64	1,28
ТП7			1564,4	1345,6	2063	2	1600	0,64	1,28
ТП8			1564,4	1345,6	2063	2	1600	0,64	1,28
ТП9			1564,4	1345,6	2063	2	1600	0,64	1,28