Расчет электрических нагрузок, выбор главных схем и оборудования промышленных предприятий (стр. 4 )

Значение коэффициента разновременности Кр. м

Средневзвешенный коэффициент использования	Число присоединений 6 (10) кВ на сборочных шинах РП, ГПП
2 – 4	5 – 8	9 – 25	Более 25
Ки < 0,3	0,9	0,8	0,75	0,7
0,3 £ Ки < 0,5	0,95	0,9	0,85	0,8
0,3 £ Ки £ 0,8	1,0	0,95	0,9	0,85
Ки > 0,8	1,0	1,0	0,95	0,9

2.3. Выбор компенсирующих устройств

и мест их установки

Определив расчетную нагрузку на шинах 6 – 10 кВ, необходимо решить вопрос о потоках реактивной мощности.

Мощность, которую может потреблять предприятие от энергосистемы, можно определить через нормативное значение коэффициента реактивной мощности tg jэ :

где tg jб – базовый коэффициент реактивной мощности, принимаемый рав­ным 0,4; 0,5; 0,6 для сетей 6 – 10 кВ, присоединенных к шинам подстанции с напряжением питания соответственно 35,110,220 кВ; для шин генераторного напряжения tg jб = 0,6; К - коэффициент, учитывающий регион (для Омска =0,8).

Если значение tg tg jэ при расчете получится более 0,7, его принимают равным 0,7.

Тогда экономическая величина реактивной мощности Qэ в часы макси­мальных нагрузок системы определяется как

Qэ = tg jэ × Рр,

где Рр - расчетная активная нагрузка предприятия на шинах 6-10 кВ.

1. Если Qэ ³ Qр, то применять дополнительные мерь! по компенсации реактивной мощности не обязательно.

2. Если Qэ > Qр, то мощность компенсирующих устройств Qку определим как Qку = Qр – Qэ.

3. Если Qр < 0, то это говорит о том, что потребитель генерирует реактивную мощность. Величина генерации не должна превышать 10 % от Рр.

Если требуется компенсация реактивной мощности и определена ее величина, то необходимо определить распределение между шинами 6-10 кВ и шинами 0,4 кВ.

Для нахождения величины компенсирующих устройств, подключенных к шинам 6-10 кВ, определяем

где tg j - коэффицент расчетной реактивной мощности, подключенной к шинам 6-10 кВ нагрузки с напряжением >1000 В; SQpB и SPpB - суммарная реактивная и активная расчетные мощности нагрузки с напряжением 6-10 кВ, подключенной к шинам.

Если tg jв £ tg jэ размещать компенсирующие устройства на шинах б-10 кВ не рекомендуется.

Если tg jв > tg jэ, то мощность компенсирующих устройств, подключа­емых к шинам 6-10 кВ:

Qку. в = (tg jв – tg jэ) × Рр

Оставшуюся часть компенсирующих устройств размещаем на стороне низшего напряжения цеховых подстанций:

Qку. н = Qку – Qку. в

Распределение компенсирующих устройств производим пропорцио­нально расчетным реактивным нагрузкам цехов.

Qку. нi = (Qку. н × Qрнi)/S Qрн

где Qку. нi - мощность компенсирующих устройств i-ro цеха на низком напряжении;

Примечание: 1) устанавливать компенсирующие устройства мощностью менее 150 кВт обычно экономически невыгодно;

2) на шинах низшего напряжения цеховой подстанции может быть установлена компенсирующая установка большей мощности, чем по расчету с целью снижения перетоков реактивной мощности и доведению коэффи­циента реактивной мощности по конкретной цеховой подстанции до необхо­димого уровня (0,3 ¸ tg jэ).

После определения мощности и места установки компенсирующих устройств необходимо скорректировать расчетные мощности цехов и пред­приятия в целом с учетом компенсации потребления реактивной мощности.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

При проектировании современных систем электроснабжения приходится сталкиваться с разнообразными по содержанию и сложности задачами (определения числа, расположения источников питания, распределения приемников электроэнергии по источникам питания и др.), разрешать которые становится все труднее. Это объясняется тем, что проектировщикам при решении этих задач приходится оперировать с большим количеством исходных данных, объем которых постоянно увеличивается. В первую очередь это относится к возросшему числу электроприемников. Большой объем данных и постоянный его 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 решения 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.

3.1. Построение картограммы нагрузок

Картограммой нагрузок называют план, на котором изображена картина средней интенсивности распределения нагрузок приемников электроэнергии. Картограмму нагрузок строят как на плане расположения приемников электроэнергии в цехах, так и на генеральном плане всего промышленного предприятия. Если картограмму строят на генеральном плане промыш­ленного предприятия, то в качестве приемников электроэнергии рассматри­вают сами цехи (в приложении рассмотрен именно такой случай).

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 две картограммы: одну для активных, а другую для реактивных нагрузок.

Геометрические изображения средней интенсивности распределения нагрузок на картограмме выполняют различными способами. Наиболее простой из них состоит в изображении степени интенсивности распределения нагрузок при помощи кругов. Он состоит в следующем: в качестве центра круга выбирают центр электрической нагрузки (ЦЭН) приемника электро­энергии, значение его находят из условия равенства расчетной мощности Рр площади круга:

Рpi = p × r2i × m,

где гi - радиус круга; m - масштаб; p = 3,14, откуда

Каждый круг может быть разделен на секторы, площади которых равны соответственно осветительной и силовой нагрузкам. В этом случае картограм­ма дает представление не только о значениях нагрузок, но и об их структуре.

Осветительная нагрузка приемников электроэнергии (цехов, промыш­ленного предприятия в целом и т. п.) показывается на картограмме в виде сегментов круга. Угол сектора определяется по формуле

где Росвi - активная мощность осветительной нагрузки i - го цеха, кВт. Результаты расчетов сводятся в табл. 3.1.

№ цеха	Uн, кВ	Рм, кВт	х, мм	у, мм	Ро, кВт	Гi, мм	ai , град
1
2
3

3.2. Определение центра электрических нагрузок

Понятие центра электрических нагрузок введено в теорию электроснаб­жения промышленных предприятий по аналогии с понятием центра тяжести системы материальных точек. Теперь в связи с изучением распределения нагрузок в группе приемников это понятие получило иное обоснование.

ЦЭН группы электроприемников будем называть точку с координатами хо; уо, относительно которой показатели разброса нагрузок наименьшие. Показатели разброса нагрузок и центр электрических нагрузок являются взаимосвязанными простейшими характеристиками распределения нагрузок группы приемников.

При определении ЦЭН используют формулы

;

Теперь покажем, как, используя эти простейшие характеристики, можно ставить и решать задачи оптимизации.

3.3. Выбор места расположения ППЭ

Постановка любой задачи оптимизации зависит от математических средств, которыми располагает исследователь. Для выбора места располо­жения пункта приема электрической энергии имеем два показателя опти­мизации: показатель разброса, который приводит к уменьшению затрат на сооружение и эксплуатацию системы электроснабжения, и центр электри­ческих нагрузок.

Целевая функция задачи принимает наименьшее значение в ЦЭН, коорди­наты которого определили. Следовательно, разброс нагрузок приемников электрической энергии относительно источника питания, расположенного в ЦЭН, наименьший. В этом случае расположение ППЭ в ЦЭН является наивыгоднейшим по затратам.

Однако следует отметить, что не во всех случаях возможна установка пунк­та приема электроэнергии в центре электрических нагрузок. Невозмож­ность, например, подвода линий электропередач к ППЭ из-за сооружений (зданий, цехов и т. п.), расположенных на пути прокладки ЛЭП. Поэтому следует выбирать место расположения ППЭ из условия минимальных затрат на сооружение (возможность привязки его к зданию цеха) и эксплуатацию системы электроснабжения, т. е. оно должно быть ближе к центру электри­ческих нагрузок в сторону системы питания.

4. СИСТЕМАПИТАНИЯ

Система электроснабжения любого промышленного предприятия может быть разделена условно на две подсистемы (системы) - питания и распреде­ления электроэнергии внутри предприятия.

В систему питания входят питающие линии электропередач (ЛЭП) и ППЭ. Для учебного проектирования принято считать, что канализация электри­ческой энергии от источника питания (ИП) до ППЭ осуществляется двухцеп­ными воздушными линиями электропередач соответствующего напряжения. Поэтому после привязки ППЭ к какому-либо цеху (п 3.3.) порядок выбора системы питания необходимо проводить в следующей последовательности.

4.1. Построение графиков нагрузки

Построение суточного графика нагрузки предприятия необходимо для определения среднеквадратичной нагрузки и выбора силовых трансформа­торов ПГВ. Для построения графиков при учебном проектировании реко­мендуем использовать типовые таблицы суточной загрузки электрооборудо­вания проектируемой отрасли промышленности (см. приложение 1).

4.2. Выбор рационального напряжения

Комплекс основных вопросов при проектировании систем электроснаб­жения промышленных предприятии наряду с выбором общей схемы пита­ния и определением целесообразной мощности силовых трансформаторов включает в себя выбор рациональных напряжений для схемы, поскольку последними определяются параметры линий электропередачи и выбираемого электрооборудования подстанций и сетей, а следовательно, размеры капита­ловложений, расход цветного металла, потери электроэнергии и эксплуата­ционные расходы. Рациональное построение системы электроснабжения во многом зависит от правильного выбора напряжения системы и распре­деления. Под рациональным напряжением U ^ понимается такое значение стандартного напряжения, при котором сооружение и эксплуатация СЭС имеют минимальное значение приведенных затрат.

В проектной практике обычно используют следующее выражение для определения приближенного значения рационального напряжения:

где Рр - значения расчетной нагрузки завода, МВт; l – расстояние от подстанции энергосистемы до завода, км.

Затем намечают два ближайших значения стандартных напряжений (одно меньше Uрац, а другое больше Uрац) и на основе ТЭР окончательно выбирают напряжение питания предприятия.

4.3. Выбор силовых трансформаторов ППЭ

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов для главных пони­зительных подстанций промышленных предприятий должен быть пра­вильным, технически и экономически обоснованным, так как он оказывает существенное влияние на рациональное построение схем промышленного электроснабжения.

При выборе числа трансформаторов необходимо учитывать требование резервирования потребителей, исходя из следующих соображений. Потре­бии категории должны получать питание от двух независимых взаимно резервирующих источников электроэнергии, и перерыв их электроснабжения (при нарушении электроснабжения от одного из источников питания) может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. При питании этих потребителей от двух подстанций на них можно устанавливать по одному трансформатору. Обеспечивая питание потребителей 1-й кате­гории от одной подстанции, необходимо иметь по одному трансформатору на каждую секцию шин высокого напряжения. При этом для обеспечения питания потребителей мощность трансформаторов должна быть выбрана с учетом допустимой перегрузки каждого из них при отключении любого из трансформаторов. Для электроснабжения особой группы электроприемников 1-й категории должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

Ввод резервного питания потребителей 2-й категории должен осущест­вляться действиями дежурного персонала. При питании этих потребителей от одной подстанции необходимо иметь два трансформатора.

Потребители 3-й категории могут получить питание от подстанции с одним трансформатором при наличии "складского" резервного трансформатора.

При проектировании электроснабжения промышленного предприятия следует использовать трансформаторы с регулировкой напряжения под нагрузкой (система РПН).

Выбор числа, мощности и типа силовых трансформаторов (автотранс­форматоров) для питания нагрузок промышленных предприятий производят на основании расчетов и обоснований по изложенной ниже общей схеме.

1. Определяют число трансформаторов на подстанции, исходя из обеспе­чения надежности питания с учетом категории потребителей.

2. Намечают возможные варианты номинальной мощности выбираемых трансформаторов с учетом допустимой нагрузки их в нормальном режиме и допустимой перегрузки в аварийном режиме.

3. Определяют экономически целесообразное решение из намеченных вариантов, приемлемое для данных конкретных условий.

Выбор трансформаторов ППЭ производится согласно ГОСТу 14Мощность трансформаторов выбирают по суточному графику нагрузки предприятия и проверяют на послеаварийную перегрузку.

Среднеквадратичные мощности Рср. кв, Qср. кв, Sср. кв рассчитываются по формулам: