Расчёт питающих линий и выбор напряжения.

Внутризаводское электроснабжение промышленных предприятий и установок
осуществляется в основном с помощью электрических сетей напряжением 6, 10, 35,
110, 220 кВ. Основными вопросами при построении рациональных и экономических
систем электроснабжения промышленного предприятия являются вопросы выбора
схем электроснабжения, а соответственно и выбор напряжений питающих и
распределительных сетей.

В питающих и распределительных сетях средних предприятий принимается
напряжение 6 -10 кВ.

Выбор величины напряжения распределительных сетей предприятия зависит
от величины нагрузок на напряжение 6 и 10 кВ. Критерием выбора являются технико
-экономические показатели, в первую очередь приведены затраты, которые
рассчитываются как для сети, так и для понижающих подстанций.

В курсовом проекте даётся только техническое обоснование величины
напряжения, при этом следует рассмотреть несколько вариантов.

1. Согласно “Инструкции по проектированию электроснабжения
промышленных предприятий СН 174 – 74” для распределительных сетей следует
применять, как правило, напряжение 10 кВ. Это решение однозначно принимается
при отсутствии электроприёмников на напряжение 6 кВ.

2. При установке на ГПП трансформаторов мощностью 25 МВА и более и
наличии нагрузки на напряжение 6 кВ, составляющей 40-60 % общей нагрузки
предприятия, наиболее экономичной является схема электроснабжения с
использованием трансформаторов с расщеплёнными вторичными обмотками на 10
и 6 кВ и распределительной сетью на два напряжения. При меньшей доли нагрузки
электроприёмников на напряжение 6 кВ целесообразно принимать трансформаторы
с расщеплёнными вторичными обмотками на напряжение 10 кВ, а электроприёмники
напряжением 6 кВ запитывать от групповых или индивидуальных трансформаторов,
понижающих напряжение с 10 кВ до 6 кВ.

3. При установке на ГПП трансформаторов мощностью 16 МВА и менее с
нерасщепленными обмотками и наличии электроприёмников на напряжение 6 кВ, так как иначе в общей стоимости расчётных затрат удельный вес согласующих трансформаторов 10/6 кВ будет значительным.

4. Если нагрузка электроприёмников на напряжение 6 кВ превышает 60-70 % общей нагрузки предприятия, то целесообразно ограничится одним напряжением 6 кВ.

6.2. Построение схем электроснабжения.

В курсовом проекте даётся только техническое обоснование схем
распределительных сетей предприятия. При этом должны удовлетворяться
следующие требования строительных норм СН 174-74.

1. Распределение электроэнергии на промышленном предприятии должно
выполняться по радиальным, магистральным и сделанным схемам в зависимости
от территориального расположения нагрузок, величины потребляемой мощности и
других характерных особенностей проектируемого предприятия. Предпочтение
следует отдавать, как правило, магистральным схемам.

2. Схемы следует выполнять одно и двухступенчатыми.

3. Схема должна строится так, чтобы все её элементы постоянно находились
под нагрузкой, а при аварии на одном из них оставшиеся в работе могли принять на
себя его нагрузку путём перераспределения её между собой с учётом допустимой
перегрузки.

4. При построении схем электроснабжения потребителей 1 и 2-й категорий
должно производиться глубокое секционирование во всех звеньях схемы.

5. Схемы распределения электроэнергии на первой ступени от ГПП до РП на
напряжение 6, 10 кВ принимаются следующими:

- на крупных энергоёмких предприятиях при передаче в одном направлении
мощности более 15-20 МВА при напряжении 6 кВ, более 25-35 МВА при
напряжении 10 кВ и более 35 МВА при напряжении 35 кВ - магистральные и
радиальные схемы, осуществляемые с помощью токопроводов;

- на крупных и средних предприятиях с меньшими потоками мощности магистральные и радиальные схемы, осуществляется с помощью кабельных линий.

6. Магистральные схемы напряжением 6, 10 кВ для питания цеховых
трансформаторных подстанций должны применяться:

- при последовательном, линейном расположении подстанций;

- для группы технологических связанных агрегатов.

7. Число трансформаторов напряжением до 10 кВ, присоединяемых к одной
магистрали, следует принимать 2 - 3 при их мощности 1000 - 2500 кВА и 3 - 4 при
меньших мощностях.

8. Радиальные схемы следует применять при нагрузке, расположенных в
различных направлениях от источника питания. Одноступенчатые радиальные
схемы нужно выполнять при питании больших сосредоточенных нагрузок (насосные,
компрессорные, преобразовательные подстанции, электрические печи и т.п.).
Двухступенчатые радиальные схемы применяют при наличии в цехах большой
группы электроприёмников (асинхронные и синхронные двигатели, электрические
печи и т.д.) напряжением выше 1000 В. Необходимость сооружения высоковольтных
распределительных пунктов в цехах определяются технико-экономическими
расчетами. Вопрос о сооружении РП следует рассматривать, как правило, при числе
отходящих линий с обеих секций РП не менее 8.

9. Схемы трансформаторных подстанций напряжением 6, 10, 0,4 кВ должны
проектироваться без сборных шин первичного напряжения.

10. Глухое присоединение цехового трансформатора должно применяться при
радиальном питании за исключением случаев: питания от пунша, находящегося в
ведении другой эксплуатирующей организации или необходимости установки
отключающего аппарата по условиям защиты.

11. Установка коммутационной аппаратуры, перед цеховым трансформатором
при магистральной схеме питания подстанции обязательна.

В практике проектирования и эксплуатации редко применять схемы
внутризаводского распределения электроэнергии построенные только по
радиальному (рис. 6.1) или только магистральному (рис. 6.2) принципу. Сочетание
преимуществ радиальных и магистральных схем позволяет создать систему
электроснабжения с наилучшими технико-экономическими показателями.

Для каждого варианта составляют расчетную электрическую схему и
определяют сечение линий по экономической плотности тока, по допустимой
нагрузке в нормальном режиме, с проверкой по длительно допустимому току с
учетом перегрузки в аварийном режиме и термической стойкости току короткого
замыкания.

Рис 6.1 Радиальная схема Рис 6.2 Магистральная схема.

.

6.3. Конструктивное выполнение электрической сети.

Выбор способа распределения электроэнергии зависит от величины
электрических нагрузок и их размещения, плотности застройки предприятия,
конфигурации технологических, транспортных и других коммуникаций,
загрязнённости грунта на территории предприятия и т.д.

Токопроводы напряжением 6, 10, 35 кВ (жёсткие и гибкие) при нормальной
окружающей среде прокладываются на открытых опорах, при загрязненной среде
или загруженной коммуникациями территории – в закрытых галереях, тонелях и на железобетонных кронштейнах, укрепляемых на наружной стене производственного здания.

Кабельные линии могут прокладываться в траншеях, блоках, каналах, на
кабельных эстакадах и галереях. Прокладка кабелей в блоках допускается; в местах
пересечения с железными дорогами; в условиях большой стесненности трассы; в
местах, где возможны случаи разлива расплавленного металла и т.п.

Типы кабелей выбираются в зависимости от принятого способа прокладки в
соответствии с рекомендациями.

После выбора и расчета схем внутреннего электроснабжения на А1-м
формате рисуется полная принципиальная электрическая схема предприятия. На
схеме показываются все связи ГПП (ЦР) с высоковольтными РП, ТП и
высоковольтными электроприёмниками, а также связи ТП с низковольтными РПН.
На схеме указываются тип и длина воздушных и кабельных линий, типы сиговых
трансформаторов, коммутационной аппаратуры, предохранителей,
трансформаторов тока и напряжения, шин распределительных устройств,
трансформаторов собственных нужд, конденсаторных установок, комплексных
распределительных устройств и измерительных приборов, устанавливаемых на
стороне высшего и низшего напряжения главной понизительной подстанции. При
этом в обозначении используемого электрооборудования следует указать
номинальные данные, например, напряжение, мощность, ток, а также ток электрической стойкости, коэффициент трансформации трансформаторов тока и т.д.

Для пояснительной записки на А4-м формате рисуется упрощённая схема электроснабжения предприятия (без разъединителей, трансформаторов тока и напряжения). На ней показываются только шины низшего напряжения ГПП, РП, ТП, РПН и высоковольтные электроприёмники. Схемы на А4-м формате используются для пояснения расчётов питающих линий предприятия. На рис 6.3. приведён пример упрощённой электрической схемы внутреннего электроснабжения предприятия.

6.4. Расчёт питающих линий.

Сечение кабелей напряжением 10 кВ определяется по экономической плотности тока и проверяется по допустимому току кабеля в нормальном режиме работы с учётом условий его прокладки, по току перегрузки, потере напряжения в послеаварийном режиме и термической стойкости к токам короткого замыкания. Весь расчёт сводиться в таблицу.

Расчётный ток в кабельной линии в нормальном режиме:

где S_р.к. – мощность, которая должна передаваться по кабельной линии в нормальном режиме.

Например, при питании однотрансформаторной цеховой подстанции это расчётная нагрузка трансформатора подстанции, при питании двухтрансформаторной подстанции это расчётная нагрузка, приходящаяся на один трансформатор, а при питании распределительного устройства 6, 10 кВ это нагрузка, потребляемая одной секцией сборных шин. Для магистральной линии мощность S_р.к. должна определяться для каждого участка путём суммирования расчётных нагрузок соответствующих трансформаторов, питающих по данному участку магистральной линии.

Сечение кабельной линии, определяемое по экономической плотности тока:

где J_э – экономическая плотность тока, зависящая от типа кабеля и продолжительности Т_м использования максимума нагрузки.

По результату расчёта выбирается кабель, имеющий ближайшее меньшее стандартное сечение по отношению F_э. При выборе типа исполнения кабеля должны учитываться условия окружающей среды. Для выбранного кабеля по таблицам из справочников находят длительно допустимый ток.

Допустимый ток кабеля с учётом условий его прокладки рассчитывается по формуле:

где К_п – поправочный коэффициент на число параллельно прокладываемых кабелей;

К_т – поправочный коэффициент на температуру среды в которой прокладывается кабель;

N_к – число запараллеленных кабелей в кабельной линии.

К_пер=1,25 – коэффициент перегрузки.

Согласно ПУЭ для кабельных линий, прокладываемых по трассам в различных условиях охлаждения, сечения кабелей должны вибираться по участку трассы с худшими условиями охлаждения, если длинна его составляет более 10 м. Например, при прокладке кабеля в траншее и кабельном канале цеха коэффициент К_т берётся по температуре цеха не ниже +20¼25 градусов.

Под послеаварийным режимом кабельной линии будем понимать режим, когда выходит из строя одна из двух кабельных линий, питающих потребителей 1 и 2-й категории. При этом нагрузка на линию удваивается, то есть I_ав=1I_р.к. Допустимая перегрузка в указанном режиме:

где К_ав – коэффициент перегрузки.

Потери напряжения в кабельной линии:

где Р_р, Q_р – расчётные активная и реактивная нагрузки;

R₀, Х₀ – удельные активное и индуктивное сопротивления кабеля.

На этом предварительный расчёт кабельных линий для нормального и аварийного режимов заканчивается. Полученные сечения кабелей используются при расчёте токов короткого замыкания, после которого определяется сечение кабелей F_т.с. по термической стойкости к токам короткого замыкания и, если выбранное в данном разделе сечение кабеля оказывается меньше F_т.с., то производится его соответствующее уточнение в таблице 6.1.

Для проверки кабеля по термической стойкости определяется тепловой импульс тока короткого замыкания:

где t_отк. – время отключения, вычисляется по формуле:

t_отк.=t_отк.в.+t_р.з., с

где Т_а – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока К.З.;

t_отк.в. – полное время отключения выключателя;

t_р.з. – время действия релейной защиты;

I_no – начальное значение периодической составляющей тока К.З.

Капитальные затраты каждого варианта включают в себя стоимость ячеек РУ с выключателями К_в, устанавливаемые на РУ ГПП, стоимость кабельных линий К_л и стоимость вводных ячеек с выключателями нагрузки К_вн, тыс.руб.:

К=К_в+К_л+К_вн,

где К_в=n×К_во; К_вн=m×К_вн,

n, m – количество ячеек РУ с выключателем;

К_во – стоимость одной ячейки РУ с силовым выключателем;

К_вн – стоимость одной ячейки РУ с выключателем нагрузки.

К_л=К_уд×L,

где К_уд – стоимость 1 км кабельной линии с принятым сечением, тыс.руб.

L – длина кабельной линии, км (определяется из генплана предприятия).

Эксплуатационные расходы С_э состоят из стоимости потерь электроэнергии в линиях С_пл, амортизационных отчислений на ячейки РУ с выключателями С_ав и кабельные линии С_ал.

С_э=С_пл+С_ав+С_ал,

Коэффициент загрузки кабеля в нормальном режиме:

где I_доп – допустимый ток кабелей;

I_р – расчётный ток кабелей;

К_сн = коэффициент снижения токовой нагрузки, принимает равным 0,9;

Потери активной мощности в линии при действительной нагрузке:

где R₀ – удельное активное сопротивление кабелей.

Потери энергии в линии составляют, кВт×ч:

DW=DP×t,

где t - число часов максимальных потерь в целом по предприятию.

Стоимость ежегодных потерь электроэнергии в линиях тыс.р./год.

С_пл=С_по×DW,

где С_по = 0,016 р/(кВт×ч) – стоимость 1 кВт×ч потерь электроэнергии.

Амортизационные отчисления на выключатели (С_ав) и линии (С_ал), тыс.р./год.

С_ав=a_в×К_в, С_ал=a_л×К_л,

где a_в и a_л – удельные амортизационные отчисления соответственно на выключатели и кабельные линии.

Приведённые затраты с учётом внутризаводского электроснабжения тыс.р./год:

З=0,125×К+С_э.

На основании сравнения показателей системы внутризаводского электроснабжения окончательно принимают вариант, имеющий наименьшие приведённые затраты и удовлетворяющий всем техническим требованиям, местным условиям, перспективному развитию и т.п.

Расчёт радиальной схемы питания подстанций ТП 5.1 и ТП 5.2

где J_э =1,4 А/мм² – экономическая плотность тока.

Сечение кабеля по термической стойкости F_т.с. к токам К.З.

,

где - тепловой импульс тока короткого замыкания.

t_откл=t_змин+t_св,

t_змин=0,6 с (МТ3: 0,6 с; 1,2 с; 1,8 с; 2,4 с)

t_св – собственное время срабатывания выключателя;

Принимаем выключатель ВБПЭ-10-1/630

I_ном=630 А; U_ном=10 кВ; t_св=0,06 с; К_в.о.=6тыс.руб

t_откл=0,6+0,06=0,66 с

Линии ГПП – ТП 5.1 и ГПП – ТП 5.2.

L_5.1=0,5 км; L_5.2=0,6 км

L=L_5.1+L_5.2=0,5+0,6=1,1 км

Принимаем кабель ААШВ (3´35), F_ст=35 мм² > F_т.с.

К_уд=1,88 тыс.руб/км;

R₀=0,89 Ом/км;

I_доп=115 А

Допустимый ток кабеля с учётом его прокладки:

где К_п=0,9 – поправочный коэффициент на число параллельно прокладываемых кабелей;

К_т=1,14 – поправочный коэффициент на температуру среды, в которой прокладывается кабель;

К_пер=1,25 – коэффициент перегрузки;

N_к=1 = число запараллеленных кабелей в кабельной линии.

К_л=К_уд×L=1,88×1,1=2,07 тысюруб

Потери активной мощности в линии при действительной нагрузке:

где - коэффициент загрузки кабеля в нормальном режиме;

Потери энергии в линии:

Стоимость ежегодных потерь электроэнергии в линиях:

где С_по=0,5×10^-3 тыс.руб/кВт×ч

Капитальные затраты включают в себя стоимость ячеек РУ с выключателями К_в, установленные на РУ ГПП, стоимость кабельных линий К_л и стоимость вводных ячеек с выключателями нагрузки К_вн:

К=К_в+К_л+К_вн;

где К_в=n×К_во=2×6=12 тыс.руб – общая стоимость (n=2) ячеек с силовыми выключателями.

К_вн=m×К_вн0 – стоимость ячеек РУ с выключателями нагрузки. (К_вн0=1,6 тыс.руб). Для радиальной схемы m=0.

К=12+2,07=14,07 тыс.руб.

Амортизационные отчисления на выключатели (С_ав) и линии (С_ал):

С_ав=a_в×К_в; С_ал=a_л×Кл,

где a_в и a_л – удельные амортизационные отчисления соответственно на выключатели и кабельные линии.

С_ав=0,064×12=0,768 тыс.руб.

С_ал=0,023×2,07=0,048 тыс.руб.

Эксплуатационные расходы:

С_э=С_пл+С_ав+С_ал=2,53+0,768+0,048=3,346 тыс.руб.

Приведённые затраты для радиальной схемы:

З_рад=0,125×К+С_э=0,125×14,07+3,346=5,105 тыс.руб.

Расчёт магистральной схемы питания ТП 5.1 и ТП 5.2.

Мощность передаваемая через линию L_5.1.

S_Р5.1=2×502,5=1005 кВА

I_Р5.1=2×87,7=55,4 А

F_Э=2×20=40 мм²

t_откл=t_змин+t_св+Dt=0,6+0,06+0,5=1,16 с

где Dt=0,5 с – время селективной защиты.

Линия ГПП – ТП 5.1.

L_5.1=0,5 км

Принимаем кабель ААШВ (3´50)

К_уд=2,11 тсы.руб/км; R₀=0,62 Ом/км; I_доп=140 А

К_л5.1=2,11×0,5=1,055 тыс.руб.

Линия ТП 5.1 – ТП 5.2

L_5.2=0,1 км

Принимаем кабель ААШВ (3´50)

К_л5.2=2,11× 0,1=0,211 тыс.руб

Т.к. З_маг < З_рад, то для электроснабжения ТП 5.1 и ТП 5.2.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: