Проектирование системы внешнего электроснабжения фабрики

Содержание Введение

1. Описание технологического процесса

2. Расчет электрических нагрузок

2.1 Выбор и размещение БСК

2.2 Построение картограммы нагрузок и определение центра электрических нагрузок

3. Технико-экономический расчет

4. Проектирование системы внешнего электроснабжения фабрики

4.1 Выбор рационального напряжения питания

4.2 Выбор трансформаторов на ПГВ

4.3 Выбор схемы распредустройства высокого напряжения

4.4 Выбор сечения питающей линии электропередач

5. Система распределения электроэнергии на предприятии

5.1 Выбор напряжения распределения электроэнергии

5.2 Выбор схемы распредустройства низкого напряжения

5.3 Определение мощности и количества цеховых трансформаторных подстанций

5.4 Выбор способа канализации электроэнергии, схемы распределения и сечений кабельных линий

6. Расчет токов короткого замыкания в СЭС

7. Выбор и проверка элементов электроснабжения

8. Релейная защита

8.1 Расчет параметров схемы замещения

8.2 Расчет токов короткого замыкания

8.3 Расчет параметров дифференциальной токовой защиты трансформатора на основе реле РНТ — 565

8.4 Расчет параметров срабатывания дифференциальной токовой защиты трансформатора на основе реле ДЗТ — 11

8.5 Расчет параметров срабатывания максимальной токовой защиты трансформатора

8.6 Расчет параметров срабатывания МТЗ трансформатора с пуском по напряжению

8.7 Расчет МТО питающей линии

8.8 Расчет комбинированной ТО питающей линии

8.9 Расчет максимальной токовой защиты питающей линии

9. Безопасность жизнедеятельности Заключение

Библиографический список

Введение

В условиях роста Российской экономики возросли объемы производства, но для успешно развивающейся организации, да и не только, проблема рационализации применения электрической энергии, бесспорно, актуальна во всех отраслях промышленного производства.

Сотрудники проектных организаций, занимающиеся проблемами электрификации и электроэнергетики, решают следующие задачи:

· создание экономичных, надежных систем электроснабжения промышленных предприятий;

· создание автоматизированных систем управления электроприводами, освещением и технологическими процессами;

· внедрение микропроцессорной техники.

Сотрудникам необходимо помнить, что решение проблем может быть получено различными технологическими средствами. Данная многовариантность решений задач систем электроснабжения промышленных предприятий обуславливает проведение технико-экономических расчетов (ТЭР), целью которых является экономическое обоснование выбранного технического решения.

Выполненная система электроснабжения промышленного предприятия должна быть надежной, экономичной и обеспечивать надежность качества электроэнергии. Только в этом случае систему можно назвать рациональной.

Необходимо отметить, что система должна быть гибкой — т. е. обеспечивать возможность расширения при развитии предприятия без существенного усложнения и удорожания первоначального варианта. При этом нужно по возможности принимать решения, требующие минимальных расходов цветных металлов и электроэнергии.

Более того, при построении системы электроснабжения промышленного предприятия необходимо учитывать многочисленные факторы: потребляемая мощность и категория надежности, размещение электрических нагрузок и т. п.

Задачей данного дипломного проекта является разработка надежной и целесообразной в технико-экономическом отношении системы внешнего и внутреннего электроснабжения фабрики.

1. Описание технологического процесса Текстильные фабрики — это предприятия легкой промышленности, осуществляющие производство текстильных тканей — полотен, полученных на ткацком станке путем переплетения основных (продольных) и уточных (поперечных) нитей, перпендикулярных друг другу.

Сырьем для получения продукции в процессе ткачества служат хлопковые, шелковые, льняные, шерстяные, джутовые, пеньковые нити, а также нити, полученные из искусственных и синтетических волокон.

Технология изготовления тканей — это совокупность нескольких процессов, включающих в себя:

· подготовительные операции:

— подготовку основы (размотку нитей, т. е. перемотку их на одну бабину);

— сновку, т. е. соединение большого числа нитей в одну основу, их параллельное расположение относительно друг друга и одинаковое натяжение на общем сновальном валике;

— шлихтовку — укрепление нитей путем их пропитки шлихтой (крахмальным клейстером);

— проборку — продевание нитей в определенные детали ткацкого станка);

— подготовку утка (размотку, т. е. перемотку нитей на шпули);

· собственно ткачество;

· заключительные операции (измерение длины конечной продукции; чистку и стрижку тканей, контроль их качества, укладку продукции).

В соответствии с технологическим процессом изготовления тканей в структуре ткацкого производства выделяют:

1) приготовительный цех, оснащенный мотальными, сновальными, шлихтовальными, шпульно-мотальными машинами, проборными станками;

2) ткацкий цех с основными машинами производства — ткацкими станками, которые бывают:

— механическими, полумеханическими, автоматическими;

— по принципу прокладки утка — многочелночными, бесчелночными (пневматическими, гидравлическими, рапирными, пневмо-рапирными, станками с микропрокладчиками);

— по конструкции — плоскими и круглыми;

— узкими и широкими;

— для производства легких, средних, тяжелых тканей;

— эксцентриковыми (для выпуска тканей с простым переплетением); кареточными (для производства тканей с мелким узором); жаккардовыми (для производства тканей со сложным и крупным узором);

3) браковочный отдел, осуществляющий все операции на поточных линиях с помощью мерительных и браковочных машин.

Классификация конечной продукции ткацких фабрик — тканей — весьма разнообразна.

По типу сырья ткани бывают:

— натуральными (из растительного сырья — хлопковые, льняные, джутовые и др.;

— из сырья животного происхождения — шерстяные, шелковые);

— искусственными (вискозные, ацетатные и др.);

— синтетическими (полиамидные, полиэстеры, полипропиленовые, поливиниловые);

По составу сырья выделяют ткани:

— однородные (из нитей одного вида или с примесью других нитей, не превышающей 10%);

— смешанные (из разных видов нитей: например, 70% — шерсть, 30% — синтетическое волокно).

По назначению ткани бывают:

— бытовыми (одежными — бельевыми, платьевыми, костюмными, платочными и др.;

— декоративными — мебельными,

— портьерными и т. д.;

— влаговпитывающими — полотенечными, салфеточными;

— техническими.

• 2. Расчет электрических нагрузок
• Создание каждого промышленного объекта, начинается с его проектирования. Определения расчетных значений электрических нагрузок является первым и основополагающим этапом проектирования систем электроснабжения (СЭС) промышленных предприятий (ПП). Необходимость определения расчетных нагрузок ПП вызвана неполной загрузкой некоторых электроприёмников (ЭП), неодновременностью их работы, случайным характером включения и отключения ЭП, зависящим от особенностей технологического процесса. От этого расчета зависят исходные данные для выбора всех элементов СЭС ПП и денежные затраты при монтаже и эксплуатации выбранного электрооборудования.
• Правильное определение расчетных электрических нагрузок цехов является основной для всего комплекса электроснабжения текстильной фабрики. Расчетная нагрузка цехов формируется из двух составляющих: силовой нагрузки и нагрузки освещения. Силовая расчетная нагрузка определяется в данном проекте методом коэффициента спроса.
• Исходные данные для расчетов представлены в ведомости электрических нагрузок, представленной в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Ведомость электрических нагрузок фабрики.

Общие расчетные активная, реактивная и полная мощности цеха определяются по формулам:

где: активная расчетная цеховая мощность;

активная силовая расчетная мощность;

активная расчетная мощность освещения;

где: реактивная расчетная цеховая мощность;

силовая расчётная реактивная мощность;

расчётная реактивная мощность освещения;

где: полная расчетная цеховая мощность.

Расчет нагрузок покажем на примере прядильного цеха:

В данном проекте для освещения цехов применяются люминесцентные источники света с коэффициентом мощности cosц=0,8. Площади цехов определяем по генеральному плану текстильной фабрики (рисунок 2.1). Таким образом, мощность осветительной нагрузки составляет:

tgц=tg (arcos (cosц))= tg (arcos (0,8))=0,75

Результаты расчета нагрузок остальных цехов текстильной фабрики представлены в таблице 2.2.

Расчет нагрузки цехов с учетом потерь в трансформаторе При определении расчетной мощности необходимо учесть наличие потерь мощности в цеховых трансформаторах. Так как конкретные марки трансформаторов на данном этапе расчета неизвестны, то потери определяются приближенно:

где: потери активной мощности в трансформаторе;

полная расчетная цеховая мощность учётом потерь в трансформаторе;

Рисунок 2.1 — Площади цехов на генеральном плане фабрики Таблица 2.2 — Результаты расчетов

где: потери реактивной мощности в трансформаторе;

полная расчетная цеховая мощность учётом потерь в трансформаторе;

Расчетная мощность с учетом потерь в трансформаторах:

где: активная расчетная цеховая мощность с учётом потерь в трансформаторе;

где: реактивная расчетная цеховая мощность учётом потерь в трансформаторе;

Произведем расчеты мощности с учетом потерь в трансформаторах на примере прядильного цеха:

Результаты расчетов приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 — Результат расчета мощности цехов с учетом потерь в трансформаторах

Определение расчетных нагрузок текстильной фабрики Расчетная полная мощность фабрики определяется по расчетным активным и реактивным нагрузкам цехов (до и выше 1000 В) с учетом осветительной нагрузки территории фабрики и его цехов, потерь мощностей в трансформаторных подстанциях и ГПП, компенсации реактивной мощности. Расчетная мощность освещения территории определяется по удельной нагрузке по формулам:

где: активная расчётная мощность освещения территории.

у_от — удельная плотность освещения территории, Вт/м²;

F_т — площадь территории фабрики не занятой цехами, м²;

где: реактивная расчётная мощность освещения территории.

tgц_от — определяется по cosц_от.

Освещение территории осуществляется светильниками с лампами ДРЛ, которые имеют cosц_от=0,5 tgц_от=1,73. Удельная плотность освещения территории принимаем у_от = 0,04 Вт/м².

Площадь территории фабрики не занятой цехами, которую необходимо осветить, определяется из выражения:

где: F_з — общая площадь фабрики;

— суммарная площадь всех цехов.

Расчетная мощность предприятия в целом определяется с учетом коэффициента разновременности максимума К_рм, который принимается в диапазоне 0,9 — 0,95. Примем К_рм = 0,95.

Расчетная активная и реактивная мощности текстильной фабрики:

где: активная расчётная мощность освещения территории;

— активная расчетная цеховая мощность с учётом потерь в трансформаторе;

где: реактивная расчётная мощность освещения территории.

— реактивная расчетная цеховая мощность с учётом потерь в трансформаторе;

Полная мощность фабрики:

• 2.1 Выбор и размещение БСК в электрической сети предприятия
• Экономическая величина реактивной мощности в часы максимальных (активных) нагрузок системы, передаваемой в сеть потребителя:

Далее определяется мощность компенсирующих устройств, которую необходимо установить у потребителя:

В данном случае Q_ку>0, поэтому требуется устанавливать БСК.

Определяем величину мощности БСК для прядильного цеха по формуле:

Исходя из полученного значения, выбираем для установки в цехе 4 батареи мощностью 200 кВАр. Марка батареи УКЛН-0,38−600−150 У3.

С учетом компенсации расчетная реактивная мощность цеха будет равна:

Полная расчетная мощность цеха:

Произведем расчет и распределение источников реактивной мощности в других цехах. Полученные результаты расчетов и стандартные значения БСК сведем в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 — Результаты расчетов размещения БСК в сети.

Суммарная мощность БСК должна удовлетворять выражению:

В данном случае 9586,281 кВАр > 9400 кВАр, условие выполняется.

• 2.2 Построение картограммы нагрузок и определение центра электрических нагрузок
• При проектировании современных систем электроснабжения приходится сталкиваться с разнообразными по содержанию и сложности задачами (определение числа, расположения источников питания, распределения приемников электроэнергии по источникам питания и др.), разрешать которые становиться все труднее. Это объясняется тем, что проектировщикам при решении этих задач приходится оперировать с большим количеством исходных данных, объем которых постоянно увеличивается. Большой объем данных и постоянный рост привели к широкому внедрению вычислительной техники в проектную практику, что потребовало разработки иных подходов к проектированию.
• В настоящее время имеется достаточное количество материалов, подтверждающих, что для перечисленных выше задач с помощью вычислительной техники необходим специальный подход, который позволил бы анализировать и описывать структуру распределения нагрузок и геометрию взаимного расположения приемников электроэнергии. Первое представление о характере распределения нагрузок по территории объекта получают с помощью картограммы нагрузок.
• Картограммой нагрузок называют план, на котором изображена картина, средней интенсивности распределения нагрузок приёмников электроэнергии.
• Картограмму нагрузок строят как на плане расположения приёмников электроэнергии в цехах, так и на генеральном плане всего промышленного предприятия, то в качестве приёмников электроэнергии рассматривают сами цехи.
• Картограмма активных нагрузок необходима для выбора рационального места расположения подстанций и распределительных пунктов. Поскольку при проектировании систем промышленного электроснабжения решают задачу определения расположения источников питания реактивных нагрузок, для повышения надежности рекомендуется иметь 2 картограммы: 1 для активных, а 2. Радиус круга, характеризующий активную мощность цеха, определяется по формуле:
• где: радиус круга;
• постоянная.
• При наличии в цехе силовых нагрузок до и выше 1000 В они изображаются разными окружностями. При определении ЦЭН цехов считаем, что нагрузка по площади цеха распределена равномерно. Осветительная нагрузка каждого цеха изображается в виде сектора круга. Угол сектора (б) определяется из формулы:
• Результаты расчетов сведем в таблицу 2.5.
• Таблица 2.5 — расчетные данные для картограммы нагрузок.

№	Наименование цеха	Рро кВт	Ррц1 кВт	R см	Б град
	Гараж	14,28	239,81	76,374	21,4398
	Насосная	0,11	2784,11	886,66	0,1 431
	Прядильный цех	2,04	2326,79	741,016	0,31 543
	Ткацкий цех	1,21	3407,72	1085,26	0,12 772
	Красильный цех	1,47	2296,07	731,232	0,23 011
	Лаборатории (ЦЗЛ)	0,97	643,86	205,05	0,5449
	Склад готовой продукции	1,40	84,34	26,8586	5,95 589
	Управление фабрики	1,30	268,86	85,6229	1,7387
	Механический цех	0,98	1204,44	383,579	0,29 438
	Столярный цех	0,78	1181,46	376,262	0,23 653
	Электроремонтный цех	1,01	1095,72	348,954	0,33 324
	Склад угля	0,95	164,74	52,465	2,7 949
	Склад оборудования и запасных частей	0,69	123,53	39,3417	2,1 714
	Ремонтно-механический цех	1,26	360,63	114,849	1,25 955
	Магазин	0,18	37,14	11,8294	1,74 423
	Блок подсобных цехов	1,51	448,96	142,982	1,21 381
	Склад декоративных тканей	0,37	102,73	32,7172	1,29 592
	Столовая	0,58	146,13	46,5378	1,43 884
	Медпункт	0,19	32,48	10,3453	2,12 563
	Проходная	0,19	4,29	1,36 478	16,1126

• Координаты ЦЭН при предположении, что нагрузка в цехах распределена равномерно можно определить из следующих выражений:
• Ордината ЦЭН:
• Абсцисса ЦЭН:
• Таблица 2.6 — Значения координат цехов фабрики.

№	Наименование цеха	Ррц1 кВт	Xрц мм	Yрц мм	Xрц•Pрц	Yрц•Pрц
	Гараж	239,81	94,17	145,38	22 583,3	34 864,2
	Насосная	2784,11	94,67	127,73
	Прядильный цех	2326,79	92,75	77,6
	Ткацкий цех	3407,72	92,9	38,3
	Красильный цех	2296,07	79,7	17,45		40 066,4
	Лаборатории (ЦЗЛ)	643,86	68,05	39,95	43 814,4
	Склад готовой продукции	84,34	66,73	81,28	5627,73	6854,82
	Управление фабрики	268,86	60,87	143,1	16 365,3	38 473,3
	Механический цех	1204,44	39,95	108,75	48 117,3
	Столярный цех	1181,46	39,95	90,05	47 199,4
	Электроремонтный цех	1095,72	39,95	70,8	43 773,9	77 576,7
	Склад угля	164,74	40,05	40,2	6597,84	6622,55
	Склад оборудования и запасных частей	123,53	14,4	89,1	1778,87	11 006,8
	Ремонтно-механический цех	360,63	13,25	40,6	4778,3	14 641,4
	Магазин	37,14	88,95	147,1		5463,95
	Блок подсобных цехов	448,96	40,05	16,25		7295,67
	Склад декоративных тканей	102,73	21,7	82,6	2229,28	8485,66
	Столовая	146,13	14,4	120,7	2104,25	17 637,7
	Медпункт	32,48	77,55	147,05	2519,14	4776,79
	Проходная	4,29	83,2	147,05	356,546	630,169

• Таким образом, ЦЭН находится в точке с координатами:
• Х_ЦЭН = 73,62 мм; Y_ЦЭН =83,23 мм.
• Картограмма нагрузок предприятия с ЦЭН представлена на рисунке 2.2.
• Рисунок 2.2 — Картограмма электрических нагрузок фабрики.
• 3. Технико-экономический расчет
• Выбор рационального напряжения питания.
• При технико-экономическом сравнении сопоставляются только допустимые по техническим требованиям варианты, т. е. такие, в которых потребитель получает необходимое количество электроэнергии заданного качества при заданной степени надежности. На первом этапе технико-экономического сравнения выбирают допустимые по техническим требованиям варианты, а на втором этапе из них выбирают оптимальный по технико-экономическим показателям.
• Определяем рациональное напряжение питания по формуле:
• где: L — длина линии (км.);
• — активная мощность фабрики (кВт.).
• Необходимо провести технико-экономическое сравнение двух вариантов: со стандартными уровнями напряжения 35 кВ, 110 кВ и 220 кВ.

Экономическим критерием, по которому определяют наиболее выгодный вариант, является минимум приведенных затрат (руб/год), вычисляемых по следующей формуле:

З = Е_н •К + И+У где: К — капитальные вложения (руб.), необходимые для сооружения сети, причем, предполагается, что строительство ее продолжается в течение одного года;

И — ежегодные эксплуатационные расходы (руб), предполагаемые неизменными в течение всего рассматриваемого периода эксплуатации;

Е_н — нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений, Е_н = 0,12;

У — возможный ежегодный народнохозяйственный ущерб от недоотпуска электроэнергии потребителям из-за перерывов электроснабжения, (руб).

Капиталовложения в каждом варианте сети можно разделить на капитальные затраты на сооружение линии (К_л), подстанции (К_п) и на установку дополнительной мощности на электростанции для покрытия потерь электроэнергии в проектируемой сети (К_доп):

К = К_л + К_п + К_доп

Эти составляющие капитальных затрат с достаточной точностью можно определить с помощью укрупненных показателей стоимости (УПС) отдельных элементов электрической системы, составленных для средних условий строительства.

Величина К_л определяется из выражения:

где: L — длина линии (км);

к_уд — удельная стоимость одного километра линии, которая зависит от номинального напряжения сети, вида и материала опор, сечений проводов и района по гололеду (тыс. руб/км).

Капиталовложения в строительство подстанции включают стоимость силовых трансформаторов К_тр, стоимость ячеек открытых распределительных устройств (ОРУ) и закрытых распределительных устройств (ЗРУ), К_ору, К_зру, постоянные затраты на строительство подстанции (К_пост), зависящие в основном от напряжения и общего количества выключателей на подстанции и стоимость КУ (К_ку):

Величина К_доп, зависящая от потерь мощности, может быть вычислена через удельную стоимость 1 кВт оборудования, необходимого для компенсации этих потерь (к_уд):

где: Р — суммарные потери мощности в элементах проектируемой сети.

Ежегодные эксплуатационные расходы (издержки) рассчитывают по формуле:

И = И_л + И_п/ст + И_w

где: И_л — ежегодные эксплуатационные издержки на линии электропередачи (тыс. руб.);

И_п/ст — ежегодные эксплуатационные издержки на оборудование подстанции (тыс.руб.);

И_w — стоимость годовых потерь электроэнергии в рассматриваемом варианте сети (тыс.руб.).

Ежегодные издержки на эксплуатацию сети включают амортизационные отчисления (предназначены для капитального ремонта оборудования и сооружений и для полной замены основных фондов после их износа ^') и расходы на обслуживание сети (текущий ремонт, зарплата персонала, общесетевые расходы — ^" ).

Амортизационные отчисления определяются для каждого года по сумме капиталовложений предшествующих лет. Ежегодные расходы на обслуживание электрических сетей могут приближенно быть оценены пропорционально стоимости основных фондов (капиталовложениям).

При учебном проектировании достаточно для определения ежегодных издержек пользоваться средними нормами затрат на обслуживание элементов электрических сетей, рекомендуемых для технико-экономических расчетов, а также суммарными ежегодными издержками, включающими амортизационные отчисления.

В этом случае издержки определяются по формулам:

где: , — средние нормы ежегодных затрат на амортизационные отчисления соответственно для линии и подстанции;

 — средние нормы затрат на обслуживание линии и подстанции.

Издержки, связанные с потерями электроэнергии, определяются по формуле:

где: — удельные приведённые затраты на возмещение потерь электроэнергии;

— суммарные потери энергии.

Значение приводится в справочнике и зависит от времени максимальных потерь и от региона.

Для трех вариантов общими являются следующие условия:

— питание осуществляется по двухцепной линии от одного источника;

— воздушные линии длинной L=5 км выполнены сталеалюминиевыми проводами марки АС на железобетонных опорах;

— район по гололеду принимаем II.

В качестве схемы распределительного устройства на стороне высокого напряжения принимаем «два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линии»:

Рисунок 3.1 — Схема распределительного устройства Применяем трансформаторы с номинальной мощностью S_ном=16 МВА.

Расчётная мощность фабрики S_рз=18 128,8 кВА.

Время использования максимальной нагрузки, определено по годовому графику нагрузки: Т_мах=6122,5 ч.

Время максимальных потерь ф определяется по формуле:

Удельные приведённые затраты на возмещение потерь электроэнергии:

Экономическая плотность тока для неизолированных алюминиевых проводов j_эк=1,0 А/мм² (при Т_мах>5000 ч) Порядок определения приведенных затрат по каждому из сопоставляемых вариантов:

1) Определяются капитальные вложения. При этом можно не учитывать одни и те же элементы, повторяющиеся в обоих вариантах, а именно К_ЗРУ. Капитальные вложения подсчитываются по укрупненным показателям, однако для сопоставимости затраты по обоим вариантам определяются по одному источнику с учётом повышающего коэффициента k_пов=28.

Устройства компенсации потерь мощности в обоих вариантах отсутствуют, в связи с этим принимаем равными нулю элементы К_КУ и к_уд (К_доп).

2) Определяются ежегодные издержки на амортизацию и обслуживание сети. При этом для линии суммарный коэффициент _л=2,8%, а для подстанции — _пс=9,4% (определено по справочникам).

3) Вычисляются ежегодные затраты на возмещение потерь электроэнергии.

4) Определяются приведенные затраты по выражению без учёта элемента У, полагая, что оба варианта обладают одинаковой надежностью электроснабжения.

Оптимальным по экономическим показателям будет являться вариант, характеризующийся минимальными приведенными затратами.

Расчёт приведённых затрат при U_сети=35 кВ.

Ток в одной линии в нормальном и послеаварийном режиме:

Сечение линии (экономическое):

где: j_эк=1,0 А/мм² — Экономическая плотность тока для неизолированных алюминиевых проводов (при Т_мах>5000 ч) Принимаем стандартное сечение провода 185/29 мм². По ПУЭ длительно допустимый ток при таком сечении равен 510 А, т. е. I_доп > I_пар.

Однако для проводов такого сечения не предусмотрены опоры на напряжение 35 кВ, поэтому используем опоры на напряжение 110 кВ.

При данном сечении удельная стоимость линии составит:

К_уд=66•28=1848 т. р/км.

Тогда капитальные вложения на сооружение линии:

К_л=1884•5=9420 тыс. руб.

Стоимость двух трансформаторов:

К_тр==6160 тыс. руб.

Стоимость выбранной схемы РУ ВН:

К_ору==1120 тыс. руб.

Постоянная часть затрат по подстанции:

К_пост==5600 тыс. руб.

Капиталовложения в строительство подстанции:

К_п=6160+1120+5600=12 880 тыс. руб.

Общие капиталовложения К=9420+12 880=22300 тыс. руб.

Издержки на амортизацию и ремонт линии и подстанции:

И_л=/100=263,76 тыс. руб.

И_п=/100=1210,72 тыс. руб.

Суммарные потери энергии складываются из постоянных потерь в линии и потерь в трансформаторе (постоянных и нагрузочных):

Основные параметры трансформатора:

ТДНС-16 000/35:

=18 кВт;

S_тр.ном.=16 МВА;

U_н =35 кВ;

=0,45 Ом.

Основные параметры трансформатора и линии:

АС-185/29:

r₀=0,159 Ом/км Активное сопротивление линии электропередач:

R_л=5•0,159= 0,795 Ом Потери активной энергии в трансформаторе:

;

Потери активной энергии в линии электропередач:

.

Расчёт ведём для максимального режима, полагая, что в линии и в трансформаторе протекает мощность S_нагр= S_рз=18 128,8 кВА, тогда:

Издержки, связанные с потерями энергии:

Итого, ежегодные издержки на эксплуатацию будут равны:

И=263,76+1210,72+1440,929=2915,409 тыс. руб.

Приведенные затраты:

З=

Расчёт приведённых затрат при U_сети=110 кВ.

Ток в одной линии в нормальном и послеаварийном режиме:

Сечение линии (экономическое):

Принимаем стандартное сечение провода 70 мм². По ПУЭ длительно допустимый ток при таком сечении равен 265 А, т. е. I_доп > I_пар.

При данном сечении удельная стоимость линии составит:

к_уд==1596 тыс. руб./км.

Тогда капитальные вложения на сооружение линии:

К_л=1596•5=7980 тыс. руб.

Стоимость двух трансформаторов:

К_тр==9632 тыс. руб.

Стоимость выбранной схемы РУ ВН:

К_ору==5544 тыс. руб.

Постоянная часть затрат по подстанции:

К_пост==10 080 тыс. руб.

Капиталовложения в строительство подстанции:

К_п=9632+5544+10 080=25256 тыс. руб.

Общие капиталовложения:

К=7980+25 256=33236 тыс. руб.

Издержки на амортизацию и ремонт линии и подстанции:

И_л=/100=223,44 тыс. руб.

И_п=/100=2374,06 тыс. руб.

Суммарные потери энергии складываются из постоянных потерь в линии и потерь в трансформаторе (постоянных и нагрузочных):

Основные параметры трансформатора:

ТДН-16 000/110:

=19 кВт,

S_тр.ном.=16 МВА,

U_н =110 кВ,

=4,38 Ом.

Основные параметры линии электропередач:

АС-70/11:

r₀=0,428 Ом/км,

Активное сопротивление линии электропередач:

R_л=

Потери активной энергии в трансформаторе:

Потери активной энергии в линии электропередач:

Расчёт ведём для максимального режима, полагая, что в линии и в трансформаторе протекает мощность S_нагр= S_рз=18 128,8 кВА, тогда:

Издержки, связанные с потерями энергии:

Итого, ежегодные издержки на эксплуатацию будут равны:

И=223,44+2374,06+979,349=3576,849 тыс. руб.

Приведенные затраты:

З=

Относительная разница приведённых затрат по двум вариантам равна:

Поскольку приведенные затраты отличаются более чем на 15%, следует за основной принимать вариант с меньшим значением приведенных затрат.

• 4. Проектирование системы внешнего электроснабжения фабрики
• 4.1 Выбор рационального напряжения питания
• После построения графиков нагрузки по типовым таблицам для машиностроительной отрасли, определяем рациональное напряжение питания по формуле
• где: Р — значение расчетной нагрузки предприятия, МВт;
• l — расстояние от подстанции энергосистемы до фабрики, км.
• Напряжение питания выбираем исходя из технико-экономического расчета на напряжение 35 и 110 кВ.
• Исходя из технико-экономического расчета, следует выбрать напряжение питания равное 35 кВ, но при таких мощностях не существует понижающих трансформаторов. Таким образом, напряжение питания принимаем равным 110 кВ.
• 4.2 Выбор трансформаторов на ПГВ
• Произведем выбор трансформаторов. Так как на предприятии имеются потребители 1-й категории, то устанавливаем двухтрансформаторную подстанцию, выберем и проверим трансформаторы в следующей последовательности.
• Выбор трансформаторов определяется, исходя из среднеквадратичной мощности фабрики. Ниже приведен суточный график нагрузки для текстильной промышленности, взятый из справочной литературы.
• Рисунок 4.1 — Суточный график нагрузки.
• Для построения суточного графика в единицах мощности, рассчитаем значения активной и реактивной мощности для фабрики, исходя из ее максимальной нагрузки.
• Рассчитаем значения активной, реактивной и полной мощности в точке 1 час, данные расчета занесем в таблицу.
• Таблица 4.1 — Значения расчетов суточного графика.

Время	P%	P, кВт	Q%	Q	S
	37,5	6357,6779		628,36	6388,65
		5933,8327		502,69	5955,09
		5933,8327		502,69	5955,09
		5933,8327		377,01	5945,8
	32,5	5509,9875		251,34	5515,72
		5933,8327		251,34	5939,15
		8476,9038		502,69	8491,8
	87,5	14 834,582		2199,2	14 996,7
		16 953,808		3016,1
		16 953,808		2827,6
		16 106,117		2639,1	16 320,9
		15 258,427		2513,4	15 464,1
		16 106,117		3141,8	16 409,7
		16 106,117		3016,1	16 386,1
		15 258,427		2513,4	15 464,1
	92,5	15 682,272		2890,4	15 946,4
		16 106,117		2890,4	16 363,4
		16 106,117		2639,1	16 320,9
	87,5	14 834,582		2387,8	15 025,5
		16 106,117		2513,4	16 301,1
		15 258,427		2701,9	15 495,8
		12 715,356		2387,8	12 937,6
		7629,2134		1256,7	7732,03
	42,5	7205,3683		628,36	7232,71

• Мощность трансформаторов определяем по суточному графику нагрузки. Для этого рассчитаем среднеквадратичную мощность по формуле:
• Определяем мощность одного трансформатора:
• Выбираем трансформатор ТДН-16 000/110 со следующими параметрами:
• Sном — 16 000 кВА;
• Uвн = 115 кВ;
• Uнн = 6,6 кВ;
• ДPх = 18 кВт;
• ДPк =85 кВт;
• Uк_(В-Н) = 10,5%;
• Iх =0,7%.
• Выбранный трансформатор проверим на перегрузочную способность. Для этого определим участки суточного графика полной мощности фабрики, выходящие за пределы значения среднеквадратичной мощности (рисунок 4.2).
• Коэффициент предварительной загрузки К₁, определяется по полной мощности, которая ниже среднеквадратичной: S_i < S_ср.кв в период времени? t:
• Рисунок 4.2 — Графики полной среднеквадратичной и полной сточной мощности фабрики.
• Коэффициент перегрузки в ПАР К₂, определяется по полной мощности, которая больше среднеквадратичной: S_i > S_ср.кв в период времени? t:
• ;
• Из справочника по времени перегрузки и коэффициенту К1 выбираем Кmax=1,4 и сравниваем его с К2.
• 1,005 < 1,5
• К₂ < Кmax,
• т.е. выполняется условие по перегрузочной способности для трансформатора в послеаварийном режиме, следовательно, принимаем трансформатор ТДН-16 000/110.
• 4.3 Выбор схемы распредустройства высокого напряжения
• Выбор варианта схемы производим с учетом местных и категории электроснабжения потребителей. Так как на фабрике монтажного оборудования присутствуют потребители I-ой категории электроснабжения, то принимаем схему для тупиковых подстанций с автоматикой в перемычке.

Рисунок 4.3 — Схема РУ ВН с двумя трансформаторами

4.4 Выбор сечения питающей линии электропередач Питание из системы происходит по воздушным линиям электропередач. Проведем выбор провода для линии 110кВ в следующей последовательности:

Определяем ток в линии в нормальном и послеаварийном режимах:

где: S_з -мощность предприятии, кВА;

n — количество линий;

Uс — напряжение питающей сети, кВ.

Сечение провода рассчитываем по экономической плотности тока:

где: Jэ — экономическая плотность тока выбирается исходя из времени максимальных нагрузок. При Тмах > 5000ч Jэ=1А/;

Fэ — экономическое сечение провода ().

По полученному сечению выбираем алюминиевый провод со стальным сердечником марки AC — 70/11.

Проверяем сечение провода по условию допустимого нагрева. По ПУЭ допустимый предельный ток для провода на 110 кВ сечением 70/11 мм² равен 265А, следовательно:

I_пар = 95,151 < I_д = 265А

Сечение по данному условию подходит.

Проверяем сечение провода по падению напряжения в линии, в нормальном и послеаварийном режимах:

По условию падения напряжения данный провод разрешается использовать.

По условию коронного разряда и уровню радиопомех провод такого сечения разрешается использовать.

Питание из системы происходит по воздушным линиям электропередач.

Окончательно выбираем две ВЛЭП на металлических опорах, провод марки АС-70.

5. Система распределения электроэнергии на предприятии

5.1 Выбор напряжения распределения электропередач Рациональное напряжение распределения электроэнергии в основном зависит от наличия и значения мощности электроприёмников напряжением 6 и 10 кВ, наличие собственной ТЭЦ и величины её генераторного напряжения. Для определения рационального напряжения необходимо произвести технико-экономический расчёт. Технико-экономический расчёт не проводится в случаях, если:

суммарная мощность электроприемников 6 кВ равна или превышает 40% общей мощности предприятия, тогда напряжение распределения принимается 6 кВ;

суммарная мощность электроприемников 6 кВ не превышает 15% общей мощности предприятия, тогда напряжение распределения принимается 10 кВ.

На фабрике исполнительных механизмов потребители напряжением 6 кВ отсутствуют, значит напряжения распределения фабрики выбираем 10 кВ.

5.2 Выбор схемы распредустройства низкого напряжения По мощности трансформаторов выбираем схему распределительного устройства на стороне низкого напряжения:

Рисунок 5.1 — Схема распределения низкого напряжения

5.3 Определение мощности и количества цеховых трансформаторных подстанций Потребители 1-й категории должны иметь двух трансформаторные подстанции и запитываться по радиальной схеме от разных секций ГПП или СП. Потребители 2-й и 3-й категорий могут запитываться по магистральным схемам. Все цеховые РП, КТП и РЩ запитываются по кабельным линиям с прокладкой кабеля на эстакадах, причём кабели разных вводов потребителей 1-й категории прокладываются на разных эстакадах.

Предварительный выбор числа и мощности трансформаторов на КТП производится на основании требуемой степени надёжности электроснабжения. Для потребителей 2-й категории на КТП устанавливаются два трансформатора работающих раздельно в нормальном режиме — в целях уменьшения токов КЗ. Номинальная мощность цеховых трансформаторов выбирается по средней мощности за наиболее загруженную смену исходя из условий экономичной работы трансформаторов. Для двухтрансформаторных КТП коэффициент загрузки одного трансформатора 0,7 — 0,75, для однотрансформаторной КТП при наличии резервирования по вторичным цепям — 0,85 — 0,9 и для однотрансформаторного КТП — 0,9 — 1,0. Допустимая перегрузка в послеаварийном режиме — 40%.

Если нагрузка в цехе потребителей 2-й и 3-й категорий не превышает 200 кВА, то в данном цехе КТП не устанавливается, ЭП цеха запитываются от ближайшей КТП кабельными линиями 0,4 кВ.

Число КТП, число и мощность трансформаторов определяем по следующим условиям:

· S_уд? 0,2 кВА/м² — не рекомендуется применять трансформаторы мощностью больше 1000 кВА;

· 0,2 < S_уд < 0,3 кВА/м² — больше 1600 кВА;

· S_уд? 0,3 кВА/м² — больше 2500 кВА;

· S_уд? 0,4 кВА/м² — устанавливаются двухтрансформаторные КТП не зависимо от категории.

Порядок выбора и расчет потерь мощности в трансформаторах рассмотрим на примере прядильного цеха.

Удельная нагрузка цеха:

т.к. рассчитанное значение превышает 0,4 кВА/м², устанавливаем две трансформаторные подстанции с трансформаторами ТМ-2500/10, при расчёте коэффициентов загрузки мощность прядильного цеха делим на два трансформатора:

Теперь данные трансформаторы обеспечивают резервирование.

Потери в трансформаторе:

Результаты расчетов сведем в таблицу 5.1.

При известных потерях в питающих трансформаторах, вычисли мощности цехов:

Таблица 5.1 — Результаты расчетов

№	Наименование цеха	Sрц'1, кВА	Sуд кВА	Тип	Sнт кВА	Кз.нр	Кз.пар	ДРхх кВт	ДРкз кВт	Uкз %	Iхх %	ДРт кВт	ДQхх кВАр	ДQкз кВАр	ДQт кВАр
	Гараж	251,184	;	;	;	;	;	;	;	;	;	;	;	;	;
	Насосная	2898,38	83,2628	ТМ-4000/10		0,3623	0,72 459	5,3	33,5	7,5	0,9	9,69 719			75,3778
	Прядильный цех	2456,05	6,63 798	ТМ-2500/10		0,49 121	0,98 242	3,9	23,5	6,5		9,57 026		162,5	64,2093
	Ткацкий цех	3636,56	11,7308	ТМ-4000/10		0,45 457	0,90 914	5,3	33,5	7,5	0,9	12,2222			97,9902
	Красильный цех	2418,6	6,3281	ТМ-2500/10		0,48 372	0,96 744	3,9	23,5	6,5		9,39 865		162,5	63,0226
	Лаборатории (ЦЗЛ)	722,482	3,83 279	ТМ-1000/10		0,36 124	0,72 248		11,6	6,5	1,4	3,51 374			22,4822
	Склад продукции	104,054	0,25 207	ТМ-630/10		0,16 517	0,16 517	6,3	7,6	6,5		6,50 733	12,6	40,95	13,7171
	Управление фабрики	298,424	1,18 818	ТМ-630/10		0,23 684	0,47 369	6,3	7,6	6,5		6,72 632	12,6	40,95	14,8971
	Механический цех	1289,88	5,10 762	ТМ-1600/10		0,40 309	0,80 617	2,75	16,5	6,5	1,3	5,4309	20,8		37,6978
	Столярный цех	1270,86	6,23 765	ТМ-1600/10		0,39 714	0,79 429	2,75	16,5	6,5	1,3	5,35 242	20,8		37,2032
	Электроремонтный цех	1206,86	4,56 919	ТМ-1600/10		0,37 714	0,75 429	2,75	16,5	6,5	1,3	5,9 692	20,8		35,5927
	Склад угля	165,811	0,56 629	ТМ-630/10		0,1316	0,26 319	6,3	7,6	6,5		6,43 161	12,6	40,95	13,3092
	Склад оборудования и запасных частей	152,308	0,71 514	ТМ-630/10		0,12 088	0,24 176	6,3	7,6	6,5		6,41 105	12,6	40,95	13,1984
	РММ	393,097	1,18 701	ТМ-630/10		0,31 198	0,62 396	6,3	7,6	6,5		7,3 973	12,6	40,95	16,5858
	Магазин	52,2214	1,50 018	ТМ-630/10		0,4 145	0,8 289	6,3	7,6	6,5		6,31 305	12,6	40,95	12,6703
	Блок подсобных цехов	484,927	1,65 617	ТМ-630/10		0,38 486	0,76 972	6,3	7,6	6,5		7,4257	12,6	40,95	18,6655
	Склад декор. тканей	126,646	1,11 299	ТМ-630/10		0,10 051	0,20 102	6,3	7,6	6,5		6,37 678	12,6	40,95	13,0137
	Столовая	152,732	1,352	ТМ-630/10		0,12 122	0,24 243	6,3	7,6	6,5		6,41 167	12,6	40,95	13,2017
	Медпункт	42,7105	1,22 696	ТМ-630/10		0,0339	0,6 779	6,3	7,6	6,5		6,30 873	12,6	40,95	12,6471
	Проходная	4,98 626	;	;	;	;	;	;	;	;	;	;	;	;	;

Таблица 5.2 — Расчет мощностей цехов с учетом потерь в трансформаторе

№	Наименование цеха	Ррц1, кВт	Q’рц, кВр	ДРт, кВт	ДQт, кВр	P" рц, кВт	Q" рц, кВАр	S" рц, кВА
	Насосная	2784,11	805,80	9,69 719	75,3778	2784,11	881,18	2929,48
	Прядильный цех	2326,79	786,28	9,57 026	64,2093	2326,79	850,49	2486,35
	Ткацкий цех	3407,72	1269,66	12,2222	97,9902	3407,72	1367,65	3683,27
	Красильный цех	2296,07	760,06	9,39 865	63,0226	2296,07	823,08	2447,99
	Лаборатории (ЦЗЛ)	643,86	327,76	3,51 374	22,4822	643,86	350,25	736,044
	Склад готовой продукции	84,34	60,95	6,50 733	13,7171	84,34	74,67	117,59
	Управление фабрики	268,86	129,51	6,72 632	14,8971	268,86	144,41	311,126
	Механический цех	1204,44	461,64	5,4309	37,6978	1204,44	499,34	1308,86
	Столярный цех	1181,46	468,22	5,35 242	37,2032	1181,46	505,42	1289,95
	Электроремонтный цех	1095,72	505,88	5,9 692	35,5927	1095,72	541,48	1226,78
	Склад угля	164,74	18,81	6,43 161	13,3092	164,74	32,12	174,16
	Склад оборудования и запасных частей	123,53	89,09	6,41 105	13,1984	123,53	102,29	165,375
	Ремонтно-механический цех	360,63	156,44	7,3 973	16,5858	360,63	173,03	406,346
	Магазин	37,14	36,71	6,31 305	12,6703	37,14	49,38	65,777
	Блок подсобных цехов	448,96	183,26	7,4257	18,6655	448,96	201,93	499,066
	Склад декоративных тканей	102,73	74,06	6,37 678	13,0137	102,73	87,08	139,596
	Столовая	146,13	44,42	6,41 167	13,2017	146,13	57,62	163,062

5.4 Выбор способа канализации электроэнергии, схемы распределения и сечения кабельных линий После определения количества и мощности трансформаторов цеховых КТП, наносим на генеральный план схему канализации электроэнергии по территории фабрики, нанося при этом трассы КЛ электропередач. Схема канализации фабрики представлена на рисунке 5.2.

Канализация электрической энергии — это распределение электрической энергии с помощью ВЛ, КЛ и токопроводов от места производства до места потребления.

Выбор того или иного конструктивного решения зависит от размещения нагрузок, плотности застройки территории, её насыщенности технологическими, сантехническими, транспортными коммуникациями, уровня и агрессивности грунтовых вод, степени загрязнённости воздуха, района гололёдности. С учётом вышеизложенного принимаем прокладку КЛ по кабельным эстакадам. К преимуществам такого способа относятся: длительная сохранность оболочек КЛ из-за отсутствия разрушающих факторов, которые часто имеют место в грунте (химические реагенты, почвенная коррозия, блуждающие токи), удобство монтажа и эксплуатации, лёгкость при отыскании мест повреждения и установке соединительных муфт, возможность ведения электромонтажных работ по сооружению КЛ до выполнения планировки территории фабрики меньшие капитальные затраты по сравнению с прокладкой КЛ в каналах и особенно в туннелях при соответствующих количествах кабелей в потоке, малая вероятность механических повреждений.

Выбор сечения КЛ производим по допустимой токовой нагрузке в послеаварийном режиме, с последующей проверкой по экономической плотности тока, по потерям напряжения в нормальном и послеаварийном режимах и на термическую стойкость к токам КЗ.

где: j_э = 1,2 А/мм² — экономическая плотность тока для алюминиевых кабелей с бумажной изоляцией.

Кабельные линии выбирают по следующим условиям:

по току нормального режима ;

по номинальному напряжению ;

по экономичному сечению ;

Допустимая токовая нагрузка на жилу кабеля в нормальном режиме определяется по формуле:

где: — поправочный коэффициент для кабелей в зависимости от температуры среды;

— поправочный коэффициент снижения нагрузки при совместной прокладке;

— поправочный коэффициент допустимой перегрузки на период ликвидации аварии.

— допустимый табличный длительный ток.

Произведем выбор и проверку КЛ электропередач, результаты расчетов сведем в таблицу 5.2. Рассмотрим пример расчёта линии от ПГВ до ТП (прядильный цех).

где: n — число параллельно работающих кабелей в нормальном режиме;

S_л — мощность, передаваемая кабелем, с учётом потерь в питаемом трансформаторе.

Расчётный ток в послеаварийном режиме:

Выбор кабеля производим по нагреву током нормального и послеаварийного режимов с учетом поправочных коэффициентов.

По таблице стандартных сечений предварительно намечаем кабель сечением 70 мм², с допустимым длительным током 165 А.

> I_р.нр

> I_р.пар

где: I_таб. — допустимая токовая нагрузка на жилу кабеля по ПУЭ;

К₁ — поправочный коэффициент на возможность кратковременной перегрузки кабеля в нормальном режиме работы (в воздухе);

К₂ — поправочный коэффициент на перегрузку кабеля на период ликвидации аварии (в воздухе).

Окончательно принимаем кабель марки АСБл — 3Ч70. После нахождения тока КЗ проверяем кабель на термическую стойкость.

Рисунок 5.2 — Схема канализации электрической энергии

Таблица 5.3 — Выбор линий питания цеховых трансформаторных подстанций

№ На плане	Линия	U, кВ	Sл, кВА	Iрнр А	Iрпар, А	Fэ, мм2	F, мм2	Iтаб, А	Iднр, А	Iдпар, А	Кабель
Трансформаторные подстанции
	ПГВ-ТП2		2929,48	84,567	169,134	70,4723					АСБл — 3Ч95
	ПГВ-ТП3		2486,35	71,775	143,549	59,8122			181,5	206,25	АСБл — 3Ч70
	ПГВ-ТП4		3683,27	106,327	212,654	88,6057					АСБл — 3Ч95
	ПГВ-ТП5		2447,99	70,6673	141,335	58,8894			181,5	206,25	АСБл — 3Ч70
	ПГВ-ТП6		736,044	21,248	42,4955	17,7065			93,5	106,25	АСБл — 3Ч25
	ПГВ-ТП7		117,59	3,394	6,78 908	2,82 879					АСБл — 3Ч16
	ПГВ-ТП8		311,126	8,981	17,9629	7,48 453					АСБл — 3Ч16
	ПГВ-ТП9		1308,86	37,783	75,5672	31,4864			115,5	131,25	АСБл — 3Ч35
	ПГВ-ТП10		1289,95	37,237	74,4755	31,0314			115,5	131,25	АСБл — 3Ч35
	ПГВ-ТП11		1226,78	35,414	70,8281	29,5117			115,5	131,25	АСБл — 3Ч35
	ПГВ-ТП12		174,16	5,027	10,0551	4,18 964					АСБл — 3Ч16
	ПГВ-ТП13		165,375	4,773	9,54 792	3,9783					АСБл — 3Ч16
	ПГВ-ТП14		406,346	11,730	23,4604	9,77 516					АСБл — 3Ч16
	ПГВ-ТП15		65,777	1,898	3,79 764	1,58 235					АСБл — 3Ч16
	ПГВ-ТП16		499,066	14,406	28,8136	12,0057					АСБл — 3Ч16
	ПГВ-ТП17		139,596	4,029	8,5 957	3,35 815					АСБл — 3Ч16
	ПГВ-ТП18		163,062	4,707	9,41 437	3,92 265					АСБл — 3Ч16
	ПГВ-ТП19		55,993	1,616	3,23 276	1,34 698					АСБл — 3Ч16
Силовые пункты
	ТП15-СП1	0,4	251,184	7,25 106	14,5021	6,4 255					АСБл — 3Ч10
	ТП19-СП20	0,4	4,98 626	0,14 394	0,28 788	0,11 995			67,1	76,25	АСБл — 3Ч6

6. Расчет токов короткого замыкания в СЭС Основной причиной нарушения нормального режима работы системы электроснабжения является возникновение коротких замыканий в сети. Для снижения ущерба, обусловленного выходам из строя электрооборудования при протекании токов короткого замыкания, а также для быстрого восстановления нормального режима работы системы электроснабжения, необходимо правильно определить токи короткого замыкания и после чего выбрать электрооборудование, защитную аппаратуру и средства ограничения токов короткого замыкания. При возникновении токов короткого замыкания имеет место увеличение токов в фазах системы по сравнению с их значениями в нормальном режиме работы.

Определение токов КЗ зависит от требований к точности результатов, от исходных данных и назначения расчета. В общем случае токи КЗ определяются переходными процессами в электрических цепях, изучаемых теоретическими основами электротехники. Расчет токов КЗ в электрических сетях промышленных предприятий несколько отличается от расчетов, осуществляемых в электрических сетях и системах. Это объясняется возможностью не выделять (не учитывать) турбои гидрогенераторы электростанций, подпитку от нескольких источников питания, работу разветвленных сложных кольцевых схем, свойства дальних ЛЭП, действительные коэффициенты трансформации.