Электроснабжение и электрооборудование механического цеха серийного производства

 

 

 

 

 

Количество трансформаторов  на подстанции. На подстанциях всех напряжений, как правило, применяется не более двух трансформаторов по соображениям технической и экономической целесообразности. В большинстве случаев это обеспечивает надежное питание потребителей и в то же время дает возможность применять простейшие блочные схемы подстанций без сборных шин на первичном напряжении, что резко упрощает их конструктивные решения и уменьшает стоимость. Резервирование осуществляется при помощи складского и передвижного резерва.

Однотрансформаторные цеховые  подстанции напряжением 6... 10 кВ можно  применять при наличии складского резерва для потребителей всех групп по надежности, даже для потребителей первой категории, если величина их не превышает 15...20% общей нагрузки и их быстрое резервирование обеспечено при помощи автоматически включаемых резервных перемычек на вторичном напряжении. Эти перемычки могут быть применены также для питания в периоды минимальных режимов при отключении части подстанций.

Двухтрансформаторные цеховые  подстанции применяются в тех  случаях, когда большинство электроприемников  относится к первой или второй категориям, которые не допускают перерыва в питании во время доставки и установки резервного трансформатора со склада, на что требуется не менее 3...4 ч.

Двухтрансформаторные подстанции целесообразно применять также  независимо от категории питаемых потребителей при неравномерном графике нагрузки, когда выгодно уменьшать число включенных трансформаторов при длительных снижениях нагрузки в течение суток или года.

Применение цеховых подстанций с числом трансформаторов более  двух, как правило, экономически нецелесообразно. Более двух трансформаторов на одной  цеховой подстанции применяется  в следующих случаях:

• при наличии крупных сосредоточенных нагрузок;
• при отсутствии места в цехе для рассредоточенного расположения

 

• подстанций по производственным условиям;
• при раздельных трансформаторах для «силы» и «света», если установка этих трансформаторов целесообразна на одной подстанции;
• при питании территориально совмещенных силовых нагрузок на различных напряжениях;
• при необходимости выделения питания нагрузок с резкими, часто повторяющимися толчками, например крупных сварочных аппаратов и т. п.

Исполнение трансформаторов. На напряжении 6...10 кВ применяются масляные, совтоловые и сухие трансформаторы. Но преимущественное применение находят масляные трансформаторы. Применение совтоловых (совтол - негорючий диэлектрик) трансформаторов мощностью до 1000... 1600 кВА целесообразно в тех случаях, когда по условиям среды нельзя устанавливать масляные трансформаторы и недопустима установка сухих негерметизированных трансформаторов.

При выборе этих трансформаторов  необходимо учитывать их токсичность  при наличии течи совтола, так  как при этом выделяются вредные  пары, длительное вдыхание которых  вызывает раздражение слизистых  оболочек глаз и носа.

Сухие трансформаторы имеют  ограниченное применение, так как  они дороже масляных и имеют следующие  недостатки:

• боятся грозовых перенапряжений;
• создают при работе повышенный шум по сравнению с масляными;

требуют установки в сухих  непыльных помещениях с относительной  влажностью не более 65%.

Применение сухих трансформаторов  целесообразно при их мощности от 10 до 400 кВА. В основном они применяются  там, где недопустима установка  масляных трансформаторов из-за пожарной опасности, а трансформаторов с  негорючей жидкостью из-за их токсичности.

Номинальная мощность трансформатора. Наивыгоднейшая мощность трансформатора зависит от многих факторов:

величины и характера  графика электрической нагрузки;

длительности нарастания нагрузки по годам;

числа часов работы объекта  электроснабжения;

стоимости энергии и др.

Указанные факторы сочетаются различным образом и изменяются во времени.

Определяем расчетную  мощность трансформатора с учетом потерь но без компенсации реактивной мощности:

Sт ≥ Sр = 0,7Sвн = 0,7 · 169,9 = 118,9кВ · А.

Sт ≥ 118,9кВ · А

По (3) выбираем трехфазный масляный трансформатор типа ТМ – 160/ 35/ 0,4.

Рассчитываем коэффициент  загрузки трансформатора

Кз = Sнн/ Sт;

Кз = 157,9 / 160 = 0,9.

U1н = 35; 10

U2н = 10; 0.4

Uк = 4,5%.

Мощность потерь:

Рхх = 510 кВт;

Ркз = 2650кВт;

Lхх = 2.4%.

Выбрана цеховая КТП 160 – 35/0.4; Кз = 0.9.

 

 

Расчет компенсирующих устройств (КУ) и выбор трансформатора. Передача значительного количества реактивной мощности из энергосистемы к потребителям нерациональна по следующим причинам: возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью, и дополнительные потери напряжения в питательных сетях. Ввод источника реактивной мощности приводит к снижению потерь в период

максимума нагрузки в среднем  на 0,081 кВт/квар. В настоящее время  степень компенсации в период максимума составляет 0,25 квар/кВт, что  значительно меньше экономически целесообразной компенсации, равной 0,6квар/кВт.

При выборе средств компенсации  реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий необходимо различать по функциональным признакам  две группы промышленных сетей в  зависимости от состава их нагрузок: первая группа - сети общего назначения (сети с режимом прямой последовательности основной частоты 50 Гц.); вторая группа – сети со специфическими нелинейными, несимметричными и резко переменными  нагрузками.

Наибольшая суммарная  реактивная нагрузка предприятия, принимаемая  для определения мощности компенсирующей установки равна: Q_M1=K_HCQ_P, где K_HC – коэффициент учитывающий несовпадения по времени наибольшей активной нагрузки энергосистемы и реактивной нагрузки предприятия.

По входной реактивной мощности Q_Э1 определяют суммарную мощность компенсирующего устройства предприятия, а по назначению Q_Э2 регулируемую часть компенсирующего устройства. Суммарную мощность компенсирующего устройства Q_Э1 определяют по балансу реактивной мощности на границе электрического раздела предприятия и энергосистемы в период наибольшей активной нагрузки энергосистемы: Q_K1=Q_M1+Q_Э2. Для промышленных предприятий с присоединяемой суммарной мощностью трансформаторов менее 750 кВ*А, значение мощности компенсирующего устройства Q_Э1 задается энергосистемой и является обязательным при выполнении проекта электроснабжения предприятия.

По согласованию с энергосистемой, выдавшей технические условия на присоединение потребителей, допускается  принимать большую по сравнению  с Q_Э1 суммарную мощность компенсирующего устройства, если это снижает приведенные затраты на систему электроснабжения предприятия в целом.

Средствами компенсации  реактивной мощности являются в сетях  общего назначения батареи конденсаторов (низшего напряжения – НБК и  высшего 

напряжения – ВБК) и  синхронные двигатели в сетях  со специфическими нагрузками, дополнительно  к указанным средствам, силовые  резонансные фильтры (СРФ), симметрирующие и фильтросимметрирующие устройства, устройства динамической и статической  компенсации реактивной мощности с  быстродействующими системами управления (СТК) и специальные быстродействующие  синхронные компенсаторы (ССК).

РсмΣ = 13,1+59,1+20,9+12,4= 105,5 кВт;

QсмΣ = 14,3+25,3+58,6+17.5=115,7кВар;

SсмΣ = √105,5²+115,7² = 120,4кВ · А;

РмΣ = 105,5кВт;

QмΣ = 115,7кВар;

SмΣ = 120,4кВ ·А;

cosφ = PсмΣ / SсмΣ = 105,5 / 120,4  = 0,87;

tgφ = QсмΣ / PсмΣ = 115,7 / 105,5 =1,1

Исходные данные для выбора компенсирующего устройства приведены  в (табл. 2.2.).

 

 

 

Таблица 2.2. Исходные данные

Параметр	Cosφ	tgφ	Pм, кВт	Qм, квар	Sм, кВ · А
Всего на НН без КУ	0,87	1,1	105,5	115,7	120,4

Определяем расчетную  мощность компенсирующего устройства:

Qкр = α · Рм · (tgφ – tgφк)

α = 0.9; Рм = 105,5 кВт;

Qкр = 0.9 · 105,5 (1,1– 0.33) = 69,1кВар;

Применяется cosφк = 0.9, тогда tgφк = 1,1;

Из (7, табл. 31.24) выбирается 5× КС-0,38-18-ЗУЗ(1УЗ)

Определяется фактическое  значение tgφф и cosφф после компенсации

реактивной мощности:

Qкст = 5×18; Pм = 105,5;

tgφф= 1,1 - (5 · 18 / 0.9 · 105,5) = 0,15

cosφф = 0,9;

Результаты расчетов заносятся  в сводную ведомость нагрузок (табл. 2.3.).

Таблица 2.3. Сводная ведомость  нагрузок

Параметр	Cosφ	tgφ	Рм, кВт	Qм, кВар	Sм, кВ · А
Всего на НН без КУ	1,2	0,33	105,5	115,7	120,4
КУ				5×18
Всего на НН с КУ	0.9	0.78	105,5	115,7	120,4
Потери			3,14	15,8	16,11
Всего на ВН с КУ			109,4	129,3	169,9

 

Определяется расчетная  мощность трансформатора с учетом потерь.

Рт = 0.02 Sнн = 0.02 · 157,9 = 3,16 кВт;

Qт = 0.1 Sнн = 0,1 · 157,9  = 15,8кВар;

Sт = √3,16² + 15,8² = 16,11кВ · А.

По (5) выбираем трансформатор  типа ТМ 160 – 35 / 0,4;

U1н. = 35;10 кВ;

U2н. = 10;0.4кВ;

Мощность потерь:

Pх.х. = 510 кВт; Pкз. = 2650 кВт; Lх.х. = 2,4%.

Рассчитываем коэффициент  загрузки трансформатора:

Кз = Sнн/ Sт;

Кз = 105,5 / 160 = 0,65.

Рекомендуемый коэффициент  загрузки трансформатора 0.5 – 0.7.

2.3 Расчет и  выбор элементов ЭСН

При эксплуатации электросетей длительные перегрузки проводов и кабелей, КЗвызывают повышение температуры токопроводящих жил больше допустимой.

Это приводит к преждевременному износу их изоляции, следствием чего может  быть пожар, взрыв во взрывоопасных  помещениях, поражение персонала.

Для предотвращения этого  линия ЭСН имеет аппарат защиты, отключающий поврежденный участок.

Аппаратами защиты являются: автоматические выключатели, предохранители с плавкими вставками и тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели.

Автоматические выключатели  являются наиболее совершенными аппаратами защиты, надежными, срабатывающими при перегрузках и КЗв защищаемой линии.

Чувствительными элементами автоматов являются расцепители: тепловые, электромагнитные и полупроводниковые.

Тепловые расцепители  срабатывают при перегрузках, электромагнитные — при КЗ, полупроводниковые — как при перегрузках, так и при КЗ.

Наиболее современные  автоматические выключатели серии  ВА предназначены для замены устаревших A37, АЕ, АВМ и «Электрон».

Они имеют уменьшенные  габариты, совершенные конструктивные узлы и элементы. Работают в сетях  постоянного и переменного тока. В таблице А.6 предоставлены данные ВА, так как они наиболее современные  и применяются в комплектных распределительных устройствах в виде различных комбинаций. Автоматические выключатели серии ВА

Выключатели серии ВА разработок 51, 52, 53, 55 предназначены для отключений при КЗ и перегрузках в электрических сетях, отключений при недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей.

Выключатели серии ВА разработок 51 и 52 имеют тепловой (TP) и электромагнитныйрасцепители, иногда только ЭМР.

ВА 51 имеют среднюю коммутационную способность.

ВА 52 — повышенную.

Автоматические выключатели  выбираются согласно условиям: