2.3 Расчет электрических нагрузок по заводу

Расч ет электрических силовых нагрузок напряжением до 1 кВ по цехам завода производим также методом упорядоченных диаграмм упрощенным способом. Результаты расчета силовых и осветительных нагрузок по цехам сведены в таблицу 2.3 - Расчет нагрузки напряжением 0,4кВ.

Для построения картограммы нагрузок предприятия:

мм; ; (2.3)

где R – радиус окружности соответствующий расчетной нагрузке, мм;

α – угол сектора соответствующей осветительной нагрузке;

m – масштаб для определения площади круга, равный 0,05кВт/мм

Для цехов найдем:

n – количество электроприемников;

Рнi – номинальные мощности приемников;

ΣРн – cсуммарную номинальную мощность;

(2.4)

; (2.5)

Р_см=К_иР_н , кВт; Q_см=Р_смtg, квар; (2.6)

; (2.7)

; (2.8)

; (2.9)

если ,если;

; (2.10)

Таблица 2.3 - Расчет нагрузки напряжением 0,4кВ
№	Наименование цехов и групп ЭП	Кол-во ЭП n	Номинальная мощность			m	Ки	cos	tg	Средняя нагрузка		nэ	Км	Расчетная мощность			R мм	α град
			Рmin-Pmax кВт	∑Рн квт						Рсм кВт	Qсм квар			Рр кВт	Qр квар	Sр кВА
1	2	3	4	5	6		7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1	Корпус крупного дробления
	силовая	30	1-120	670	>3		0,4	0,75	0,88	268	235,8	11	1,37	367,2	235,8
	осветительная									16,9	8,5			16,9	8,5
	Итого									284,9	244,3			384,1	244,3	455,2	49,4	15,8
2	Корпус среднего дробления
	силовая	25	1-120	550	>3		0,4	0,75	0,88	220	193,6	9	1,47	323,4	212,96
	осветительная									14	7			14	7
	Итого									234	200,6			337,4	219,96	402,8	46,3	14,9
3	Корпус отливки и сгущения шламов
	силовая	50	1,0-50	1100	>3		0,55	0,7	1	605	605	44	1,14	689,7	605
	осветительная									35,5	17,8			35,5	17,8
	Итого									640,5	622,8			725,2	622,8	955,9	67,9	17,6
4	Склад дробления руды
	силовая	20	1,0-80	300	>3		0,4	0,8	0,75	120	90	8	1,52	182,4	99
	осветительная									25,2	12,6			25,2	12,6
	Итого									145,2	102,6			207,6	111,6	235,7	36,4	43,7
5	Главный корпус
	силовая	80	1,0-40	4700	>3		0,3	0,7	1	1410	1410	80	1,11	1565	1410
	осветительная									155,9	78			155,9	78
	Итог									1565,9	1488			1721	1488	2275	105	32,6
6	Реагентный корпус
	силовая	20	1,0-30	280	>3		0,6	0,8	0,75	168	126	19	1,16	194,9	126
	осветительная									34,3	17,2			34,3	17,2
	Итого									202,3	143,2			229,2	143,2	270,2	38,2	53,9
7	Боритовый корпус
	силовая	50	1,0-50	1400	>3		0,6	0,8	0,75	840	630	50	1,1	924	630
	осветительная									74,2	37,1			74,2	37,1
	Итого									914,2	667,1			998,2	667,1	1201	79,7	26,8
8	Насосная водоснабжение
	силовая	10	1,0-80	320	>3		0,6	0,8	0,75	192	144	8	1,3	249,6	158,4
	осветительная									3,4	1,7			3,4	1,7
	Итого									195,4	145,7			253	160,1	299,4	40,1	4,84
9	Золотоизвлекательная секция
	силовая	30	1,0-50	1800	>3		0,4	0,7	1	720	720	30	1,19	856,8	720
	осветительная									11,2	5,6			11,2	5,6
	Итого									731,2	725,6			868	725,6	1131	74,3	4,65
10	Корпус сушки
	силовая	20	1,0-30	210	>3		0,4	0,8	0,75	84	63	14	1,32	110,9	63
	осветительная									24,6	12,3			24,6	12,3
	Итого									108,6	75,3			135,5	75,3	155	29,4	65,4
11	Склад концентратов
	силовая	10	1,0-30	150	>3		0,4	0,8	0,75	60	45	2	1,88	135	112,5
	осветительная									20	10			20	10
	Итого									80	55			155	122,5	197,6	31,4	46,5
12	Административно-технический корпус
	силовая	25	1,0-20	175	>3		0,4	0,7	1	70	70	18	1,26	88,2	70
	осветительная									50,4	0			50,4	0
	Итого									120,4	70			138,6	70	155,3	29,7	131
13	Ремонтно-механический цех
	силовая	44	3-75,5	767,7	>3		0,4	0,8	0,75	305,8	238,8	12	1,52	352,5	238,8
	осветительная									9	4,5			9	4,5
	Итого									314,8	243,3			352,5	243,3	425,7	30,2	22,6
14	Перегрузочный узел №1
	силовая	7	1,0-40	120	>3		0,5	0,8	0,75	60	45	6	1,51	90,6	49,5
	осветительная									25,3	12,7			25,3	12,7
	Итого									85,3	57,7			115,9	62,2	131,5	27,2	78,6
15	Перегрузочный узел №2
	силовая	7	1,0-40	120	>3		0,5	0,8	0,75	60	45	6	1,51	90,6	49,5
	осветительная									6,7	3,4			6,7	3,4
	Итого									66,7	48,4			97,3	52,9	110,8	24,9	24,8
	Освещение территории													79	39,5
	Итого на шинах 0,4 кВ													6588	4913	8218

2.4 Определение числа цеховых трансформаторов и компенсация реактивной мощности на шинах 0,4 кВ

Правильное определение числа и мощности цеховых трансформаторов возможно только путем технико-экономических расчетов с учетом следующих факторов: категории надежности электроснабжения потребителей; компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1кВ; перегрузочной способности трансформаторов в нормальном и аварийном режимах; шага стандартных мощностей; экономичных режимов работы трансформаторов в зависимости от графика нагрузки.

Данные для расчета:

Рp0,4= 6588 кВт;

Qp0,4= 4913 квар;

Sp0,4= 8218 кВА.

Обогатительная фабрика относится ко 2 категории потребителей, фабрика работает в две смены, следовательно, коэффициент загрузки трансформаторов Кзтр=0,8. Принимаем цеховой трансформатор мощностью Sнт=630кВА.

Для каждой технологически концентрированной группы цеховых трансформаторов одинаковой мощности минимальное их число, необходимое для питания наибольшей расчетной активной нагрузки, рассчитывается по формуле:

, (2.12)

где Рр 0,4 – суммарная расчетная активная нагрузка;

к_з – коэффициент загрузки трансформатора;

Sнт – принятая номинальная мощность трансформатора;

N – добавка до ближайшего целого числа

Экономически целесообразное число трансформаторов определяется по формуле: N_т.э = N_min + m,

где m – дополнительное число трансформаторов.

N_т.э - определяется удельными затратами на передачу реактивной мощности с учетом постоянных составляющих капитальных затрат З*п/ст.

З*п/ст= 0,5; кз = 0,8; N_min = 14; N = 0,9.

Тогда из справочника (Ю.Г. Барыбина) по кривым определяем m, для нашего случая m =0, значит N_т.э =14+0=14 трансформаторов.

По выбранному числу трансформаторов определяют наибольшую реактивную мощность Q₁, которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ, по формуле:

Расчетная схема для составления баланса реактивной мощности.

Рисунок 2.1

Из условия баланса реактивной мощности на шинах 0,4 кВ определим величину Q_нбк1:

Q_{нбк 1}+Q₁=Q_{р 0,4}, (2.13)

отсюда

Q_{нбк 1}= Q_{р 0,4} - Q₁=4913-2527=2386 квар.

Дополнительная мощность Q_нбк2 НБК для данной группы трансформаторов определяется по формуле:

Q_{нбк 2} =Q_{р 0,4} - Q_{нбк 1} - Nт э Sнт, (2.14)

По расчету , принимаем,

, т.к. , токвар.

Определим мощность одной батареи конденсаторов, приходящуюся на каждый трансформатор:

На основании расчетов, полученных в данном пункте 2.3. составляется таблица 2.4 - Распределение нагрузок цехов по ТП, в которой показано распределение низковольтной нагрузки по цеховым ТП. В таблице Кз – коэффициент загрузки трансформаторов, равный:

Предварительное распределение низковольтных нагрузок по цеховым ТП представлено в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Распределение низковольтных нагрузок по цеховым ТП

№ ТП Sнт, Qнбк тп	№ цехов	Рр 0,4, кВт	Qр 0,4, квар	Sр0,4, кВА	Кз
1	2	3	4	5	6
ТП1-2 (4х630) ΣSн=4х630=2520кВА Qнбк=4х170=680квар итого	1	384,06	244,3
	2	337,4	219,96
	3	725,2	622,8
	4	207,6	111,6
	13	143,55	108
	14	115,9	62,2
		1913,71	1368,86
			-680
		1913,71	688,86	2033,91	0,81
ТП3-5 (6х630) ΣSн=6х630=3780кВА Qнбк=6х170=1020квар итого	5	1721	1488
	6	229,18	143,2
	8	253	160,1
	10	135,48	75,3
	11	155	122,5
	12	138,6	70
	15	97,3	52,9
	освещ.	79	39,5
		2808,56	2151,5
			-1020
		2808,56	1131,5	3027,92	0,80
ТП1-2 (4х630) Sн=4х\630=2520кВА Qнбк=4х170=680квар итого	7	998,2	667,1
	9	868	725,6
		1866,2	1392,7
			-680
		1866,2	712,7	1997,66	0,79

2.5 Распределение Qнбк пропорционально реактивным нагрузкам ТП

Исходные данные:

Q_{р 0,4}=4913 квар;

Q_нбк=2386 квар.

ТП 1-2:

Q_{р ТП1-2}=1368,86 квар, Q_{р нбк}= х,

тогда ,

выбираем из справочника (Ю.Г. Барыбина стр. 400) низковольтные конденсаторные установки: УК-0,38-150 У3,

то фактическая реактивная мощность: Q_{ф ТП1-2}=4x140 =600 квар,

а нескомпенсированная мощность равна:

Q_неск= Q_{р ТП1-2} – Q_{ф ТП1-2}= 1368,86-600=768,9 квар.

ТП 3-5:

Q_{р ТП3-5}= 2151,5 квар, Q_{р нбк}= х,

тогда ,

то фактическая реактивная мощность: Q_{ф ТП3-5}=6x(75+100)=1050 квар,

а нескомпенсированная мощность равна:

Q_неск= Q_{р ТП3-5} – Q_{ф ТП3-5}= 2151,5-1050=1102 квар.

ТП 6-7:

Q_{р ТП6-7}=1392,7 квар, Q_{р нбк}= х,

тогда

Справочника (Ю.Г. Барыбина стр. 400) выбираем низковольтные конденсаторные установки: УКБ-0,38-150 У3 и УК1- 0,38-20 Т3, то фактическая реактивная мощность: Q_{ф ТП6-7}=4x(150+20)=680 квар,

а нескомпенсированная мощность равна:

Q_неск= Q_{р ТП6-7} – Q_{ф ТП6-7}= 1392,7-680=712,7 квар.

Уточненное распределение Q_нбк по ТП сведем в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 - Уточненное распределение Qнбк по ТП
№ ТП	Qртп	Qр нбк тп	Qфакт нбк тп	Qнеск.
ТП1-2	1368,86	665	4х(40+50+75)=660	708,9
ТП3-5	2151,5	1045	6х(100+75)=1050	1102
ТП6-7	1392,7	676	4х(150+20)=680	712,7
Итого	4913,06	2386	2390	2523

2. 6 Расчет электрических нагрузок на шинах 6 кВ

2.6.1 Определение потерь мощности в цеховых трансформаторах

Потери активной мощности в трансформаторе определяются по формуле:

Рт=Рхх+Ркз Кз.² (2.15)

Потери реактивной мощности в трансформаторе определяются по формуле:

Qт=Qхх+QкзКз²=Sнт+SнтКз.² (2.16)

Выбираем трансформаторы ТМН-630-6/0.4

U_в=6кB, U_н=0.4kB, P_хх=1,31 кВт, P_кз=8,5 кВт, _хх=2%, U_кз=5,5%

ТП1-2:

Кз=0.81,

N=4,

ТП3-5:

Кз=0.80,

N=6,

ТП6-7:

Кз=0.79,

N=4,

Суммарные потери в трансформаторах:

ΣР_1-14=28+41+26=95 кВт,

ΣQ_1-14=141+209+137=487 квар.

2. 6. 2 Определение расчетных мощностей синхронных двигателей

Для компенсации реактивной мощности на стороне ВН используем СД 5-го цеха.

Р_{н СД} =560 кВт; cos  = 0,805; N_СД =4; к _з =  = 0.85.

Определим расчетные мощности для СД:

Р _{р СД} = Р _{н СД}  N_СД  к _з =560  4  0.85 =1904 кВт.

Q _{р СД} = Р _{р СД}  tg  = 1904  0,737= 1403 квар.

S _{р СД} = Р _{р СД} / cos  = 1904 / 0,805= 2365 квар.

Для одного двигателя:

S _{р СД} = S _{р СД} / N= 2365 / 4 = 591 квар.

2.6.3 Определение мощности высоковольтных батарей конденсаторов

Составим схему замещения, показанную на рисунке 2.2.

Рисунок 2. 2 – Схема замещения

Резервная мощность:

Q_рез=0.1×ΣQ_расч =0.1×(Q_р0,4+ΔQ_т)=

=0.1×(4913+487)=540 квар.

Мощность, поступающая от энергосистемы:

Q_э=0.25×ΣP_р=0.25×(P_р0,4+ΔP_т+P_сд) =0.25×(6588+95+1904)=2147 квар.

Мощность ВБК определим из условия баланса реактивной мощности:

Q_ВБК=Q_р0,4+ΔQ_т+Q_рез -Q_э -Q_сд –Q_НБК,

Q_ВБК=4913+487+540-2147-2390-1403=0 квар.

ВБК не выбираем, т.к. Q_ВБК= 0 квар.

Уточненный расчет электрических нагрузок по заводу приведен в таблице 2.6 - Уточненный расчет нагрузок по заводу.

Таблица 2.6 - Уточненный расчет электрических нагрузок по заводу
№ ТП	№ цехов		Количество ЭП n		Уст. мощность						Ки		Средняя нагрузка				Nэ				Расчетная мощность						Кз
					Рmin-Pmax			Общая ∑Рн, квт					Рсм кВт		Qсм квар				Км		Рр, кВт		Qр, квар		Sр, кВА
ТП1-2 4х630 силовая осветительная Qнбк Итого	1		30		1-120			670					268		235,8
	2		25		1-120			550					220		193,6
	3		50		1,0-50			1100					605		605
	4		20		1,0-80			300					120		90
	13		55		0,15-30			345					103,5		103,5
	14		7		1,0-40			120					60		45
			187		0,15-120			3085			0,45		1376,5		1272,9		51		1,12		1541,68		1272,9
																					125,9		63,1
																							-660
																					1667,58		676		1799		0,71
ТП3-5 6х630 силовая осветительная осв. Территории Qнбк Итого	5		80			1,0-40		4700					1410		1410
	6		20			1,0-30		280					168		126
	8		10			1,0-80		320					192		144
	10		20			1,0-30		210					84		63
	11		10			1,0-30		150					60		45
	12		25			1,0-20		175					70		70
	15		7			1,0-40		120					60		45
			172			1,0-80		5955			0,34		2044		1903		149		1,1		2248,4		1903
																					295,3		122,6
																					165,8		83
																							-1050
																					2709,5		1058,6		2909		0,77
Продолжение таблицы 2.6 - Уточненный расчет электрических нагрузок по заводу
№ ТП		№ цехов		Количество ЭП n			Уст. мощность			Ки		Средняя нагрузка				Nэ				Расчетная мощность						Кз
							Рmin-Pmax		Общая ∑Рн квт			Рсм кВт		Qсм квар				Км		Рр, кВт		Qр, квар		Sр, кВА
ТП6-7 4х630 силовая осветительная Qнбк Итого		7		50			1,0-50		1400			840		630
		9		30			1,0-50		1800			720		720
				80			1,0-50		3200	0,49		1560		1350		80		1,1		1716		1350
																				85,4		42,7
																						-680
																				1801,4		712,7		1937		0,77
Итого на шинах 0,4кВ																				6178,48		2447,3
Потери в трансф.-х																				95		487
Итого нагр. 0,4кВ привед																				6273		2934,3
Синхронные двигатели:		5		4			560		2240											1904		-1403
Итого по заводу																				8177		1531		8319

3 Сравнение вариантов внешнего электроснабжения

Питание может быть осуществлено от подстанции энергосистемы, на которой установлено два трансформатора мощностью по 25 МВА напряжением 37/6,3 кВ. Работа трансформаторов раздельная. Мощность короткого замыкания на стороне 37кВ подстанции энергосистемы 600 МВА. и глухой отпайкой от транзитной двухцепной ЛЭП-115 кВ. Мощность к.з. в месте отпайки 800 МВА. Расстояние от подстанции до завода 4 км. Расстояние от транзитной ЛЭП до завода 6,5 км. Завод работает в три смены. Сведения об электрических нагрузках по заводу приведены в таблице 1. Стоимость электроэнергии 5 тг/кВтч., 1y.e.=130тг.

Для технико-экономического сравнения вариантов электроснабжения завода рассмотрим три варианта:

a) I вариант – Отпайка от транзитной ЛЭП 115 кВ;

b) II вариант – ЛЭП 35 кВ;

c) III вариант – ЛЭП 6 кВ.

3

115 кВ

.1I Вариант

ОПН-110 ОПН-110

Рисунок 3.1 - I вариант схемы электроснабжения

Выбираем электрооборудование по I варианту.

1 Выбираем трансформаторы ГПП:

Выбираем два трансформатора мощностью 6300 кВА.

Коэффициент загрузки:

Паспортные данные трансформатора

Тип т –ра ТМ –6300/115/6.3;

S_н=6300 кВА, U_вн=115кВ, U_нн=6.3кВ, ΔP_хх=10кВт, ΔP_кз=44кВт,

U_кз=10,5%, I_хх=1%.

Потери мощности в трансформаторах:

a) активной:

.

b) реактивной:

.

Потери энергии в трансформаторах.

При трехсменном режиме работы Т_вкл=6000ч. Т_макс=6000ч.

тогда время максимальных потерь

Потери активной мощности в трансформаторах:

ΔW=2 × (ΔP_хх×T_вкл+ΔP_кз× τ ×K_з²).

ΔW=2 × (10×6000+44×4592×0,66²)=296024 кВтч.

2 ЛЭП –115 кВ.

Полная мощность, проходящая по ЛЭП:

Расчетный ток, проходящий по одной линии:

.

Ток аварийного режима:

I_а=2 × I_р=2 ×21=42 А.

По экономической плотности тока определяем сечение проводов:

.

где j=1 А/мм² экономическая плотность тока при Т_м=6000ч и алюминиевых проводах.

Принимаем провод АС –70/11 с I_доп=265А.

Проверим выбранные провода по допустимому току.

При расчетном токе:

I_доп= =265А>I_р=21 А,

При аварийном режиме:

I_{доп ав}=1,3xI_доп=1,3x265=347A>I_ав=42A.

Потери электроэнергии в ЛЭП:

где R=r₀×L=0,43×6,5=2,8 Ом,

где r₀=0.43 Ом/км - удельное сопротивление сталеалюминевого провода сечением 70 мм², l=6,5 км - длина линии.

Выбор выключателей на U=115 кВ.

Перед выбором аппаратов составим схему замещения (рис.3.2.) и рассчитаем ток короткого замыкания в о.е.

Рисунок 3. 2 – Схема замещения

S_б=1000 МВА;U_б=115 кВ.

х_с=Sб /Sкз= 1000/800=1,25 о.е.,

Выбираем выключатели В1 и В2

Выключатель МКП-110Б-630-20У1

Iном=630А >Iав=42А;

Iоткл=20кА>Ik1=3,46кА;

Iпред=524кА>iy=8,81кА;

Iтерм=20кА>Ik1=3,46кА,

3

37 кВ

.2II Вариант

ОПН

ОПН

Рисунок 3.3 - II вариант схемы электроснабжения

Выбираем электрооборудование по II варианту.

1 Выбираем трансформаторы ГПП:

Выбираем два трансформатора мощностью 6300 кВА.

Коэффициент загрузки:

Паспортные данные трансформатора:

Тип т –ра ТМН –6300/37/6.3;

S_н=6300 кВА, U_вн=37кВ, U_нн=6.3кВ, ΔP_хх=8кВт, ΔP_кз=46,5кВт,

U_кз=7,5%, I_хх=0.8%.

Потери мощности в трансформаторах:

a) активной:

b) реактивной:

Потери энергии в трансформаторах.

При трехсменном режиме работы Т_вкл=6000ч. Т_макс=6000ч.

тогда время максимальных потерь:

Потери активной мощности в трансформаторах:

ΔW=2 × (ΔP_хх×T_вкл+ΔP_кз× τ ×K_з²),

ΔW=2 × (8×6000+46,5×4592×0,66²)=282026 кВтч.

2 ЛЭП –37 кВ.

Полная мощность, проходящая по ЛЭП:

.

Расчетный ток, проходящий по одной линии:

.

Ток аварийного режима:

I_а=2 × I_р=2 ×66=132 А.

По экономической плотности тока определяем сечение проводов:

где j=1 А/мм² экономическая плотность тока при Т_м=6000ч и алюминиевых проводах.

Принимаем провод АС –70/11 с I_доп=265А.

Проверим выбранные провода по допустимому току.

При расчетном токе:

I_доп= =265А>I_р=66 А.

При аварийном режиме:

I_{доп ав}=1,3xI_доп=1,3x265=345A>I_ав=132A.

Потери электроэнергии в ЛЭП:

,

где R=r₀×L=0,43×4=1.72 Ом,

где r₀=0.43 Ом/км - удельное сопротивление сталеалюминевого провода сечением 70 мм², l=4 км - длина линии.

3 Выбор выключателей на U=37 кВ

Перед выбором аппаратов составим схему замещения (рис.3.4.) и рассчитаем ток короткого замыкания в о.е.

Рисунок 3. 4 – Схема замещения

S_б=1000 МВА;U_б=37 кВ.

х_с=Sб /Sкз= 1000/600=1.67 о.е.,