Материал: Система электроснабжения промышленного предприятия

Система электроснабжения промышленного предприятия

Введение

В данной работе будет произведён расчёт ГПП питания предприятия, определения комплектующих и схем возможных для питания потребителя I категорий с выбором трансформаторов на все категории напряжения.

Также произведён расчёт напряжения воздушной линий электропередач с расстоянием 30 км. А для выбора комплектующих воздушные линии (ВЛ) целесообразно произвести общую оценку района предполагаемого строительства, так как ВЛ сооружаются в открытой местности и поэтому подвергаются различным атмосферным воздействиям, которые в зависимости от географического положения проявляются в той или иной степени и оказывают основное влияние на надежность работы ВЛ. Поэтому для обеспечения надёжной работы необходимо рассчитать и заделать выборку основных её конструкционных элементов, в зависимости от вида климатических воздействий согласно с картами районирования руководствуясь правилами устройства электроустановок (ПУЭ).

Выбор схемы системы электроснабжения

На современных промышленных предприятиях электропитание цеховых нагрузок производится от встроенных и пристроенных подстанций. Схема внутрицеховой сети определяется технологическим процессом производства, планировкой помещения цеха, взаимным расположением трансформаторной подстанции и электроприемников, вводом питания, расчетной мощностью, требованием бесперебойности электроснабжения, технико-экономического соображения, условиями окружающей среды.

Для распределения электрической энергии внутри цехов промышленных предприятий служат сети напряжением до 1 кВ. Также данные сети используются для питания некоторых электроприемников, расположенных за пределами цеха на территории предприятия.

Цеховые сети бывают питающие, которые отходят от источника питания, и распределительные, к которым присоединяются электроприемники.

Внутрицеховые сети выполняются:

a)      радиальным схемами - электроснабжение осуществляется линиями, не имеющими распределения энергии по их длинам; ) магистральным схемами - линии, питающие потребителей, имеют распределение энергии по длине. При магистральном подключении ТП целесообразно на некоторых из них на питающих или отходящих линиях использовать силовые выключатели с защитами, с целью локализации поврежденного участка сети и ограничения числа отключенных при этом ТП;)         смешанными схемами - электроснабжение осуществляется радиальными и магистральными линиями.

В данном цехе нагрузка распределена равномерно по площади цехе и не требует установки распределительного щита на подстанции, поэтому применяется смешанная схема питания.

При магистральных схемах, выполненных шинопроводами, перемещение технологического оборудования не вызывает переделок сети. Основным недостатком является то, что при повреждении магистрали отключаются все электроприемники.

Выбор числа, мощности и типа силовых трансформаторов ГПП

Наиболее часто ГПП промышленных предприятий выполняют двухтрансформаторными. Выбор мощности трансформаторов ГПП производится на основании расчетной нагрузки предприятия в нормальном режиме работы с учетом режима энергоснабжающей организации по реактивной мощности. В послеаварийном режиме (при отключении одного трансформатора) для надёжного электроснабжения потребителей предусматривается их питание от оставшегося в работе трансформатора. При этом часть неответственных потребителей с целью снижения нагрузки трансформатора может быть отключена.

Таблица 1 - Характеристика ЭП

Таблица 2 - Суточный график нагрузки

Расчетная нагрузка предприятия составляет 14000 кВ∙ А, средняя нагрузка 7800 кВ ∙ А

Учитывая наличие потребителей Iкатегории надёжности, принимаем к установке два трансформатора. Номинальную мощность трансформаторов определяем по условию (1)

 (1)

S_ном.Т = кВ ∙ А

Принимаем к установке трансформаторы с номинальной мощностью

Проверяем перегрузочную способность трансформаторов в аварийном режиме по условию (2)

(2)

,4 ∙ 10000 = 14000.

Условие (2) выполняется. Следовательно, выбранные мощности трансформаторов (2 × 10000 кВ ∙ А) обеспечивают электроснабжение предприятия как в нормальном, так и в аварийном режимах. По каталожным данным выбираем трансформатор ТДНС - 10000/35.

Электрический и механический расчеты ЛЭП 35 кВ и выбор основных конструктивных элементов.

Выбор сечения воздушной линии по допустимому нагреву

Допустимые длительные токи для неизолированных проводов и шин приведены в таблицах ПУЭ. Они приняты из расчета допустимой температуры их нагрева +70 ⁰С при температуре окружающего воздуха +25 ⁰С.

Расчётный ток в час максимума энергосистемы:

 , где (2.1)

S_пер - полная передаваемая мощность, кВА;

U_ЛЭП - напряжение ЛЭП, кВ.      

 - коэффициент мощности.

Если температура воздуха отличается от +25 ⁰С, то условия охлаждения меняются и табличные значения допустимых токов нагрузки пересчитываются с помощью поправочных коэффициентов.

При отклонении температуры окружающей среды от нормируемой определяется новое значение допустимого тока нагрузки с поправкой на температуру:

, где (2.2)

I_Д - допустимое табличное значение тока равное;

К_T - поправочный температурный коэффициент.

При температуре окружающего воздуха по заданным условиям равной 30℃, следовательно, согласно таблицы поправочных коэффициентов (ПУЭ таблица 1.3.3) К_Т = 0,88

I_Д= 265 А (ГОСТ 839-80)

,88∗ 265 =233,2 А

Согласно ГОСТ 839-80 при длительном токе I = 233,2 А необходимо использовать алюминиевые провода со стальным сердечником АС - 70/11.

Выбор сечений по экономической плотности тока

При увеличении площади поперечного сечения линии повышаются материальные затраты на её сооружение. При уменьшении сечения затраты снижаются, но возрастает стоимость потерь электроэнергии, величина которой прямо пропорциональна потерям активной мощности и обратно пропорциональна площади поперечного сечения проводника.Минимальное количество затрат на сооружение линии, которому будет соответствовать сечение проводника, называется экономическим. На его величину влияет ряд факторов (стоимость строительной части линии в различных районах РФ, стоимость потерь электроэнергии в зависимости от исполнения линии, экономии цветных металлов и др.), учесть математически которые затруднительно.На основании анализа всех факторов, влияющих на величину экономического сечения, и технико-экономических расчетов ПУЭ рекомендует в практических расчетах экономическое сечение определять в зависимости от экономической плотности тока j_эк, величина которой зависит от материала проводника, конструктивного исполнения линии, приведенныхзатрат на их сооружение и продолжительности использования максимума нагрузки.

Выбор провода по экономической плотности тока:

, где (2.3)

S_Э - экономическая площадь сечения провода, мм²;

I - расчетный ток в час максимума энергосистемы, А;

j_эк - нормированное значение экономической плотности тока, А/мм², по таблице 1.3.36 (ПУЭ) принимаем значение j_эк = 1,1 А/мм²;

Для данной воздушной линии электропередач принимаем неизолированный алюминиевый провод со стальным сердечником марки АС - 70/11 с допустимым длительным током I = 265 А.

Механический расчёт ЛЭП

В зависимости от климатических условий, на провод, висящий в пролете, действуют внешние нагрузки от собственной массы, массы гололёда и давления ветра. Согласно картам климатических районов России и приведенным по ним в ПУЭ скоростными нормативными напорами ветра, толщинами стенок гололёда принимаются расчетные климатические условия. Действующие ПУЭ различают семь районов и один особый по гололёду, семь районов и один особый по ветру. Значения максимальных ветровых давлений и толщин стенок гололёда определяются на высоте 10 м над поверхностью земли с повторяемостью 1 раз в 25 лет [2.5.40 ПУЭ].

Рассчитать воздушную линию электропередач протяженностью L= 30 км, проходящую по ненаселенной местности:

─       номинальное напряжение линии U=35 кВ;

─       полная мощность потребителя S= 14 МВ ∙ А;

─       коэффициент мощности cosφ = 0,9.

Число часов максимума t = 4755 часов/год.

Климатические условия:

─       район по толщине стенки гололёда -III;

─       район по скоростному напору ветра - I.

Температура:

─       высшая температура воздуха t_нб = 40℃;

─       низшая температура воздуха t_нм = -40℃;

─       среднегодовая температура воздуха t_с = 0℃.

Погонные и приведённые нагрузки:

Нагрузка от собственной массы:

, где (3.1)

 - приведённая нагрузка от собственной массы, принимаем равной = 3,47∗ 10^-3 кгс/(м∗мм²);- сечение провода в целом;

Р₁ = 3,47 ∗ 10^-3 ∗ 79,3 = 0,28 кгс/м

Погонная нагрузка от массы гололёда:

, где (3.2)

ρ - плотность гололёдных отложений цилиндрической формы равной

,9 г/см²

π - число «пи» 3,14

c - нормативная толщина гололёда для IIIрайона, равная 20 мм;

d - диаметр провода

Р₂ = 0,9 ∗ 3,14 ∗ 20 ∗ (11,4 + 20) ∗ 10^-3 = 1,77 кгс/м

 Нагрузка от массы провода с гололёдом:

 (3.3)

Р₃ = 0,28 + 1,77 = 2,05 кгс/м

 (3.4)

кгс/(м ∗ мм²)

Погонная нагрузка от ветра на провод без гололёда:

, где (3.5)

α - коэффициент неравномерности скоростного напора, принимаем α = 0,71;

c_х - коэффициент лобового сопротивления принимается 1,2 - для проводов и тросов диаметром меньше 20 мм;

q- скоростной напор ветра с повторяемостью 1 раз в 10 лет, равный 55 даН/м²

Р₄ = 0,71 ∗ 1,2 ∗ 55 ∗ 11,4 ∗ 10^-3 = 0,534 кгс/м

Погонная нагрузка от ветра на провод с гололёдом:

 (3.6)

Нагрузка от ветра и массы провода без гололёда:

 (3.7)

кгс/м

 (3.8)

∗ 10^-3 кгс/(м ∗ мм²)

Нагрузка от ветра и массы провода с гололёдом:

 (3.9)

кгс/м

 (3.10)

∗ 10^-3 кгс/(м ∗ мм²)

Критические пролёты линии

В воздушных линиях напряжение проводов и тросов не должно превышать допустимых значений для следующих режимов:

-       режим наибольшей внешней нагрузки;

-       режим низшей температуры при отсутствии внешних нагрузок;

-       режим среднегодовой температуры при отсутствии внешних нагрузок.

Первый критический пролет

Представляет собой пролёт такой длины, для которой напряжение провода в режиме среднегодовой температуры равно допускаемому σ_э, а в режиме низшей температуры - допускаемому σ_{_}.

, где (3.11)

σ_{_} - допустимое напряжение при низшей температуре, принимаем

σ_{_} = 9,25 кгс/мм²

α - температурный коэффициент линейного удлинения, принимаем α = 19,2∗10^-6 1/град;

Е - модуль упругости проводов и тросов, принимаем Е = 8,25 ∗ 10³ кгс/мм²;

t_э, t_{_} - среднегодовая и низшая температуры, соответственно, ℃;

γ₁ - приведенная нагрузка от собственной массы, принимаем γ₁ = 3,47 ∗

∗ 10^-3 кгс/(м ∗ мм²).

= 239 м

Второй критический пролет

Имеет место в том случае, когда в режиме максимальных внешних нагрузок напряжение в проводе равно допускаемому σ_r, а в режиме низшей температуре - допускаемому σ_{_}.

, где (3,12)

σ_r - допустимое напряжение при наибольшей нагрузке, принимаем σ_r =

= 10,5 кгс/мм²;

γ_r - приведенная нагрузка от ветра и собственной массы провода с гололёдом, принимаем γ_r = γ₇ = 27,1 ∗ 10^-3 кгс/(м ∗ мм²);