ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК, ПОСТРОЕНИЕ КАРТОГРАММЫ И ВЫБОР РАСПОЛОЖЕНИЯ ПИТАЮЩЕЙ ПОДСТАНЦИИ

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК, ПОСТРОЕНИЕ КАРТОГРАММЫ И ВЫБОР РАСПОЛОЖЕНИЯ ПИТАЮЩЕЙ ПОДСТАНЦИИ

Для определения местоположения ГПП при проектировании системы электроснабжения на генеральный план промышленного предприятия наносится картограмма нагрузок, которая представляет собой размещенные на генеральном плане окружности, причем площади, ограниченные этими окружностями, в выбранном масштабе равны расчетным нагрузкам цехов. Для каждого цеха наносится своя окружность, центр которой совпадает с центром нагрузок цеха.

Главную понизительную подстанцию следует располагать как можно ближе к центру нагрузок, так как это позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электрической энергии и значительно сократить протяженность как распределительных сетей высокого напряжения завода, так и цеховых электрических сетей низкого напряжения, уменьшить расход проводникового материала и снизить потери электрической энергии.

Площадь круга в определенном масштабе равна расчетной нагрузке соответствующего цеха Р_i ;

P_i=p ×R_i×m

Из этого выражения радиус окружности:

r_i=

где Р_рi - мощность i-го цеха, m – масштаб для определения площади круга (постоянный для всех цехов предприятия).

Осветительная нагрузка наносится в виде сектора круга, изображающего нагрузку до 1000 В. Угол сектора определяется:

a= (S_рoi×360°)/Р_рi

Для определения места ГПП находится центр электрических нагрузок отдельно для активной (табл. 2.1) и реактивной (табл. 2.2) нагрузок, так как питание активной и реактивных нагрузок производится от разных установок (генераторы и компенсирующие устройства).

На генплан завода наносятся оси координат. Находим координаты центра электрических нагрузок каждого цеха.

Пример: насосная

х =159; у = 215

координаты центра электрических нагрузок завода определяются по формулам:

Х_ОА = (Р_рi*Х_i)/ Р_рi Y_ОА = (Р_рi*Y_i)/ Р_рi (2.1)

 

Х_ОР = (Q_рi*Х_i)/ Q_рi Y_ОР = (Q_рi*Y_i)/ Q_рi  (2.2)

 

где Х_ОА, Y_ОА (Х_ОР, Y_ОР) – координаты центра активных (реактивных) нагрузок завода;

Х_i,Y_i – координаты центра нагрузок i-го цеха.

В нашем случае:

Х_ОА = (280*159)/ 535 = 83 м

Y_ОА = (280*215)/ 535 = 112 м

Х_ОР = (210*159)/ 272.7 = 122 м

Y_ОР = (210*215)/ 272.7 = 165 м

Принимаем для построения картограммы нагрузок масштаб: m =1 кВт/мм²

 

Определение ЦЭН активной мощности

Таблица 2.1

№ цеха по ген плану	Р pi кВА	Р pо кВт	ri мм	α град	Хi м	Yi м	PP Хi кВтМ	PPi Yi кВтМ
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	285.7	5.7	9.5	7.3	159	215	45426.3	61425.5
2	100.2	2.2	5.5	8	153	115	15330.6	11523
3	57.6	3.6	4.2	24	47	110	2707.2	6336
4	27.7	2.2	3	31	125	75	3462.5	2077.5
5	37.8	2.8	3.5	29	200	110	7560	4158
6	50.1	7.6	4	65	180	35	9018	1753.5
Итого:	560	24.1			864	660

Определение ЦЭН реактивной мощности

Таблица 2.2

№ цеха по ген плану	Q pi квар	Хi м	Yi м	Q piХi кварм	Q piYi кварм
1	2	3	4	5	6
1	210	159	215	33390	45150
2	31.3	153	115	4789	3599
3	10.8	47	110	507.6	1188
4	7	125	75	861	525
5	5	200	110	1000	550
6	8.5	180	35	1530	297
Итого:	272.7

 

3.Выбор варианта электроснабжения.

После определения электрической нагрузки и установления категории надёжности потребителя намечаются возможные варианты электроснабжения с питанием кабельными или воздушными линиями различных напряжений. Окончательный выбор одного из вариантов определяется сравнением технико-экономических показателей указанных вариантов. Обычно рассматриваются 2-3 варианта с выявлением капитальных затрат; ежегодных эксплуатационных расходов; расходов цветного металла; суммарных затрат.

Капитальные затраты на сооружение кабельных и воздушных линий определяются по укреплённым показателям стоимости сооружения 1 км линии и стоимости оборудования отдельных элементов проектируемой системы электроснабжения (трансформаторов, коммутационной, защитной и измерительной аппаратуры в комплектном исполнении – КТП, КРУ, КСО).

Стоимость электроэнергии определяется стоимости электроэнергии, вырабатываемой энергосистемой или промышленной электростанцией.

Величины отчислений, идущих на амортизацию, ремонт и обслуживание, приведены в таблице, при этом процент на амортизацию устанавливается таким, чтобы к концу срока службы линии или оборудования были полностью восстановлены расходы, затраченные на их установку. Так, если установлен срок службы оборудования 20 лет, то процент на амортизацию будет составлять

 100/20 = 5 %.

Таблица

Наименование объекта сети	Отчисление, %
	на аморт. и кап.рем.	на текущ. рем. и обсл.	Всего
Воздушные линии, устанавливаемые на деревянных опорах.	5,3	0,5	5,8
Воздушные линии, устанавливаемые на железобетонных и металлических опорах.	3,5	2	5,5
Электрооборудование, установленное на подстанциях.	3	2	5
Кабельные линии, прокладываемые в земле	6,3	3	9,3

I вариант электроснабжения.

 

Рассчитываем капитальные и эксплуатационные расходы.

1) капитальные затраты оборудования берутся по стоимости оборудования и линии.

Выбираем масленые выключатели.

Масленые выключатели выбираются по I_расч , U и S_откл . С учетом прокладки двух линий.

I_расч = S_р / (√3*U) = 636 / (1.73*115) = 3.2 А

S_откл = S_c / X_c = 700 / 0.5 = 1400 мВА

По полученным данным выбираем масленый выключатель по справочнику.

МКП – 110 Б

U=110 кВ I = 600 А

I_откл = 20 кА I_уд = 52 кА

S_откл = 3800 мВА

Цена: 3250000 тенге

Выбираем по табличным данным отделители, короткозамыкатели и разъединители по I_расч и U.

Отделители:

ОД – 110 У

U = 110 кВ I_ном = 630 А

I_уд = 80 кА I_п.т. = 31.5 кА

t_откл = 0.15/0.45с

цена: 2570000 тенге

К отделителю выбираем короткозамыкатель марки К.З – 110У

U = 110 кВ I_уд = 82 кА

I_п.т. = 12.5 кА t_откл = 0.18/0.28с

цена: 50000 тенге

Разъединители марки РЛНД-110/600

I_термич = 12 кА Цена: 52500тенге

Выбор линии. Выбираем двух цепную линию с сталеалюминевыми проводами.

Определение сечения провода по ј.

Максимальное время работы трансформатора 8400ч в год.

Ј = 1.0 А/мм²

I_р = 36,7 кА

S_эк = I’_p / ј = 36,7 / 1 = 36,7

По условию возможного коронирования при напряжении 115 кВ следует принять по ПУЭ сечение провода не менее 70 мм².

Стоимость 1 км линии = 800000 тенге.

К_л = 1км/л*ℓ_л = 800000*6,2 = 4960000 тенге

К_т = 2*стоимость тр-ра = 2*1182500 = 23650000 тенге

Выбираем 2 масленых выключателей на напряжение 10 кВ марки ВМ В-10.

I_р для напряжения 10 кВ = 1371 А.

U = 10 кВ I_ном = 40 А

I_уд = 25кА I_откл = 10 кА

S_откл = 170 мВА

Цена: 2500000 тенге

Разъединители на напряжение 10 кВ выбрали марки РВ- 10/400

I_термич = 10 кА

Цена: 16000тенге

Выбор короткозамыкателей КЗ – 110М.

Параметры	Каталожная	Расчётная	условия для
	величина	величина	выбора и
	аппарата	установки	проверки
Номинальное	110	110	Uном.а≥Uном.у
напряжение, кВ
Номинальный	31	3,2	Iном.откл≥Iр
ток, кА
Динамическая стойкость, кА	12.5	6.3	Iтерм ≥ Iy

Выбор масляных выключателей МКП – 110Б – 2/5.

Параметры	Каталожная	Расчётная		условия для
	величина	величина		выбора и
	аппарата	установки		проверки
Номинальное	110	110		Uном.а≥Uном.у
напряжение, кВ
Номинальный	25	3,2		Iном.откл≥Iр
ток, кА
Номинальное	3800	3800		Sоткл.ном≥Sр
Sоткл, МВА
Динамическая стойкость, кА	10		6,3	Iтерм ≥ Iy

Выбор разъединителей РЛНД – 110М/600

Параметры		Каталожная	Расчётная		условия для
		величина	величина		выбора и
		аппарата	установки		проверки
Номинальное		110	110		Uном.а≥Uном.у
напряжение, кВ
Номинальный		40	3,2		Iном.откл≥Iр
ток, кА
Динамическая стойкость, кА	12		6.3	Iтерм ≥ Iy

Суммарные капитальные затраты.

К включают в себя стоимость выключателей, разъединителей и другого оборудования, установленного в камерах выключателей К, короткозамыкателей К, линии К и трансформаторов К.

К_Σ = К_{мв 110} + К_отдел + К_к.з. + К_р + К_л + К_тр + К_мв10 + К_раъед

К_Σ = 46229000 тенге

Эксплуатационные расходы

ΔР_л = Δр* I’_р² * 2*ℓ

ΔР_л = 1.3*3552.16*2*3 = 27.7 кВт / А*км

где Δр – удельные потери Вт / А*км

Потери в трансформаторах.

ΔQ_х.х = (I_х.х /100)* S_ном.т = (1,5/100)*2500=37,5 кВар

ΔQ_к.з. = (U_к /100)* S_ном.т = (10.5 / 100)*2500 = 262,5кВар

Приведенные потери активной мощности при К.З.

ΔР’_м = Δр_м + К_эк * ΔQ_к.з = 1,3+0,06*262,5 = 158,8кВт

где К_эк = 0.06 кВт/кВар

 

Приведенные потери активной мощности при Х.Х.

ΔР_х.х = Δр_х.х. + К_эк * ΔQ_х.х = 37,5+0.06*5,5 = 12,3 кВт

 

Полные потери в трансформаторах

ΔР_т = 2*( ΔР_х.х + К_з * ΔР’_м) = 2*(12,3+0.6*158,8)=215,1 кВт

Полные потери в линии и в трансформаторах

ΔР = ΔР_л + ΔР_т = 412,6 + 215,1 = 627,7 кВт

 

Стоимость потерь

С_п = С* ΔР*Т_макс = 3,25*5300*627,7 = 10812132

Стоимость амортизационных отчислений.

С_а = Р_аΣ * К_Σ = 0.055*49584000 = 27271200тенге

Суммарные годовые эксплуатационные расходы

С_год = С_п + С_а = 10812132+27271200 = 38083332тенге

Суммарные затраты.

З = С_год + 0.15* К_Σ = 38083332+0.15*49584000 = 45520932 тенге

Потери электрической энергии.

ΔW = ΔР * T_год = 627,7*5300 = 3326810 кВт

Расход цветного металла (алюминия).

G = g * 2l = 0.86 * (2 * 6,2) = 10,6 Т.

 

II вариант электроснабжения.

При расчете второго варианта электроснабжения цена оборудование указано в первом варианте.

 

Суммарные капитальные затраты.

К_Σ = К_{мв 110} + К_отдел + К_к.з. + К_р + К_л + К_тр + К_мв10 + К_раъед

К_Σ = 9750000+750000+210000+64000+5140000+100000+23650000+9920000=49584000 тенге

Стоимость амортизационных отчислений.

С_а = Р_аΣ * К_Σ = 0.055*72740000 = 4000700 тенге

Суммарные годовые эксплуатационные расходы

С_год = С_п + С_а = 1607760+4000700 = 5608460 тенге

 

Суммарные затраты.

З = С_год + 0.15* К_Σ = 5608460+0.15*72740000 = 16519460 тенге

Сводная таблица выбора варианта электроснабжения.

Вариант электроснабжения	Капитальные затраты	Масса цв.металла	Суммарные затраты	Потери эл.энергии	Экспл. расходы
1	46229000	10,6	16519460	21.5	3808332
2	49584000	10,6	45520932	21.5	5608460

Просчитав все затраты на сооружение наших схем более экономичным получается I вариант схемы электроснабжения. По первому варианту производим расчет токов короткого замыкания.

Расчет тока короткого замыкания.

Сопротивление линии:

X₂ = X₃ = X_л = X₀ * L * (S_б / U²_ср);

X₂ = X₃ = X_л = 0.4 * 6.2 * (700 / 115² ) = 0.13 Ом.

 

Сопротивление трансформатора:

X₄ = X₅ = X_т = (U_к  / 100) * (S_б / S_ном.т.);

X₄ = X₅ = X_т = (10.5 / 100) * ( 700 / 2.5) = 29.4Ом.

 

Результирующее сопротивление:

X_рез = X₁ + ((X₄ + X₄) / 2);

X_рез = 0,5 + ((0.13 + 29.4) / 2) = 15.26 Ом.

Базисный ток системы:

I_б = S_б / (√3 * 10.5);

I_б = 700 / (1,73 * 10,5) = 38.5 кА.

Ток короткого замыкания в точке К:

I_кз = I_б / X_рез;

I_кз = 38.5 / 15.26 = 2.5 кА.

Ударный ток короткого замыкания в точке К:

I_у = 2,55 * I_кз;

I_у = 2,55 * 2.5 = 6.3 кА.

Мощность трёхфазного короткого замыкания:

S_к.з. = S_б / X_рез;

S_к.з. = 700 / 15.26 = 45.8 МВА

Вывод: я выбрал схему внешнего электроснабжения предприятия на основе технико-экономических расчётов. Для этого я определил расчётные нагрузки предприятия, построил картограмму нагрузок, произвёл расчёт схемы внешнего электроснабжения.

Список литературы.

1.         Б. Ю. Липкин «Электроснабжение промышленных предприятий и установок». Москва «Высшая школа» 1990г.

2. Фёдоров «Электроснабжение промышленных предприятий» Москва 1973 г.

3 Дьяков «Справочник по электрооборудованию».

4. Фёдоров А.А., Старкова А.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1987.

5. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий: Учеб. пособие для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1986.

6. Зюзин А.Ф., Поконов Н.З., Антонов М.В. Монтаж, эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных предприятий и установок: Учеб. для учащихся электротехнических спец. Техникумов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: высшая школа, 1986.