Инновационные технологии в системе электроснабжения

 

Находим суммарную  активную мощность, потребляемую электроприемниками щита собственных нужд ЩСН I , кВт

,

   где  Р_нi – активная номинальная мощность одного электроприемника, кВт;

n_i – число электроприемников, шт.

= 2,3 ∙ 1 + 2,4 ∙ 1 = 2,3 + 2,4 = 4,7 кВт.

Определяем  суммарную активную сменную мощность электроприемников ЩСН I , кВт, по формуле

,

 

    где  k_ui – коэффициент использования,

           принятый по каталогу [1, таблица 2.1]

= 2,3 ∙ 0,16 + 2,4 ∙ 0,1 = 0,37 + 0,24 = 0,61 кВт.

Находим групповой  коэффициент использования K_u

,

 < 0,2.

Определяем  показатель силовой сборки m

,

 где  Рн._мах – максимальная номинальная активная мощность одного                                                  электроприемника, кВт;

          Pн._min – минимальная номинальная активная мощность одного     электроприемника, кВт.

> 3.

Кз=0,9

Находим максимальную активную мощность ЩСН I , кВт

= Кз∙PнIII- IV,

где Кз-коэффициент загрузки,

принимаем Кз =0,9 для электроприемников с длительным режимом роботы.

 

= 4,7∙0,9=4,23 кВт.

Реактивная  сменная мощность ЩСН I , квар, будет определяться по формуле

,

где  – коэффициент реактивной мощности, соответствующий                                   коэффициенту активной мощности

= 0,37 ∙ 1,33 + 0,24 ∙ 1,73 = 0,49 + 0,42 = 0,91 квар.

Рассчитываем  реактивную максимальную мощность ЩСН I квар

=1,1∙0,91=1квар,

=4,23+4,7=8,93 кВт.

Определяем  полную максимальную мощность ЩСН I , кВ∙А

,

 

= 9 кВ∙А.

Рассчитываем  максимальный ток электроприемников ЩСН I    , А

,

где  U_н – номинальное напряжение сети, кВ.

= 14,09 А.

Определяем  коэффициенты активной ( ) и реактивной ( ) мощности ЩСН I

,

,

,

 

.

 

Аналогично  ЩСН I ведем расчет нагрузок Pm пр-1 ПР-1

        пр-1 = (3 ∙ 2 + 0,6 ∙ 1) + (22 ∙1 + 3 ∙ 2 + 5,5 ∙ 1 + 11 ∙ 1 + 132 ∙ 2 + 4 ∙ 1)=           =7,2 + 312,5= 319,7 кВт,

  пр-1 = 7,2 ∙ 0,16 + 312,5 ∙ 0,8 = 1,15 + 250 = 251,15 кВт,

 > 0,2,

 > 3.

Так как Ки > 0,2; m > 3; n 5, то эффективное число электроприемников n_э, шт. будет определяться по формуле

,

= 5 шт.

По справочнику  [3, таблица 9.1], К_м = 1,12

Находим максимальную активную мощность электроприемников   ПР-1 пр-1, кВт

  пр-1 = 1,12 ∙ 251,15 = 281,3 кВт,

  пр-1 = 1,15 ∙ 1,33 + 250 ∙ 0,62 = 1,53 + 155 = 156,53 кВар,

  пр-1 = 1,3∙1,33+280∙0,62=177,85 кВар,

= 332,81 кВ∙А,

= 504,25 А,

,

.

Находим активную максимальную мощность 1 секции Pm 1с,кВт,

Pm 1c.=Pm пр-1+Pm щсн1,

Pm 1c.=281,3+8,93=290,23 кВт.

Находим реактивную максимальную мощность 1 секции Qm 1с,квар,

Qm 1с.=Qm пр-1+Qm щсн1,

.=1+177,85=178 квар,

=341, 73 кВ∙А,

=517, 77 А,

,

.

 

 

Аналогично  первой секции рассчитываем электрические нагрузки второй секции.

Находим нагрузки, потребляемые электроприемниками ЩСН II.

= 40 ∙ 1 + 4,4 ∙ 1 = 40 + 4,4 = 44,4 кВт,

= 40 ∙ 0,16 + 4,4 ∙ 0,1 = 6,4 + 0,44 = 6,84 кВт,

 < 0,2,

> 3.

Кз=0,9,

 

= 0.9∙44,4+1,2+1=42,16кВт,

= 6,4 ∙ 1,33 + 0,44∙ 1,73 = 8,51 + 0,76 = 9,27 квар,

= 1,1 ∙ 9,27 = 10,2 кВар,

= 43,40 кВ∙А,

= 65,7 А.

Находим максимальную активную мощность щита собственных нужд II  секции ,кВт,

=ЩСН+ЩСА+ЩУ,

=44,4+1+1,2=46,6 кВт.

Находим полную реактивную мощность щита собственных  нужд 2 ,

= ЩСН+ЩСА+ЩУ,

=10,2+0,62+0=10,82квар,

= 47,84 кВ∙А,

= 72,48А,

= (3 ∙ 2 + 0,6 ∙ 1) + (1,1 ∙ 1 + 0,27 ∙ 2 + 0,12 ∙ 1 + 5,5 ∙ 1 + 132 ∙ 2 ) = =7,2 + 271,26 = 278,46 кВт,

= 7,2 ∙ 0,16 + 271,26 ∙ 0,8 = 1,15 + 217 = 218,15 кВт,

 > 0,2,

 > 3.

Так как Ки > 0,2; m > 3; n 5, то

= 4 шт,

К_м = 1,14.

Находим максимальную активную мощность электроприемников   II-ой секции , кВт

= 1,14 ∙ 218,15= 248,7 кВт,

= 1,15 ∙ 1,33 + 217 ∙ 0,62 = 1,53 + 134,54 = 136,07 кВар,

= 1,1 ∙ 136,07= 150 кВар,

= 290 кВ∙А,

= 439,4 А,

,

Pm =248,7+46,6=295,3кВт,

=150+10,82=160,82 квар,

 кВ∙А,

=509,5А.

Находим максимальную активную мощность цеха , кВт

,

= 2290,23+295,3=585,53 кВт.

Рассчитываем  максимальную реактивную мощность цеха , квар

,

= 160,48 + 180,4= 341,22 квар,

кВ∙А,

А,

,

.

 

Все полученые данные сводим в таблицу 2.

Итак, в  результате расчета электрических  нагрузок была получена полная максимальная мощность цеха, которая дает возможность  выбора количества и мощности трансформаторов. По максимальному току выбираем питающие сети и защитную аппаратуру, средневзвешенный коэффициент активной мощности дает возможность решить вопрос о компенсации реактивной мощности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Компенсация реактивной мощности

 

 

Одним из основных вопросов, решаемых при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий, является вопрос о компенсации реактивной мощности.

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 питающих сетях.

Компенсация реактивной мощности с одновременным  улучшением качества электроэнергии непосредственно  в сетях промышленных предприятий  является одним из основных направлений  сокращения потерь электроэнергии и  повышения эффективности электроустановок предприятий.

Все процессы в электрических системах можно  охарактеризовать тремя параметрами: напряжением, током и активной мощностью. Но для удобства расчётов режимов  применяются и другие параметры, в частности, реактивная и полная мощность.

Только  активная мощность и энергия могут  совершать работу и преобразовывается в механическую, тепловую, световую и химическую энергию. Активная мощность обусловлена преобразованием энергии первичного двигателя, полученной от природного источника, в электроэнергию. Реактивная мощность не преобразуется в другие виды мощности, не совершает работу и поэтому называется мощностью условно. Реактивная мощность идёт на создание магнитного и электрического полей.

В электрической  системе суммарная генерируемая реактивная мощность должна быть равна  потребляемой реактивной мощности.

На промышленных предприятиях применяют следующие  компенсирующие устройства: для компенсации реактивной мощности – синхронные двигатели и параллельно включаемые батареи силовых конденсаторов; Для компенсации реактивных параметров передачи служат батареи силовых конденсаторов последовательного включения.

В результате расчета электрических нагрузок была получена максимальная реактивная мощность Q_м.ц. = 341,22 квар при средневзвешенном коэффициенте реактивной мощности tg φ_срв. = 0,58. Т.к. это значение не отвечает требованиям энергосистемы tg φ_э = 0,36 (cos φ = 0,95), то проводим компенсацию реактивной мощности путем установки конденсаторных батарей (КБ). Т.к. электроприемники относятся к 1категории по надежности электроснабжения, то согласно [3, пункты 1.2.17, 1.2.20] принимаем два источника питания и двухсекционную схему распределения электроэнергии (Рисунок 1).

Определяем  мощность, подлежащую компенсации, квар

Qm_КБ = Pm_ц∙(tg φ_ср.в. - tg φ_э),

Qm_КБ = 585,53(0,58-0,36) = 128,82 квар.

Принимаем к  предварительной установке КБ тип  УКЗ-0,38-75 У3                      [3 , таблица 2.192]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                         Рисунок 1 - Упрощенная однолинейная схема

 

Рассчитываем  максимальную реактивную мощность после  компенсации, квар

Qm′ = Qm_ц – Q_КБ ۰ n_КБ,

где Q_КБ – реактивная мощность, генерируемая одной КБ, квар; 
     n_КБ – число КБ, шт.

Qm′ = 341,22– 75۰2 = 191,22 квар.

Находим полную максимальную мощность после компенсации, кВА

,

 кВА.

Рассчитываем  коэффициенты активной и реактивной мощности после компенсации

,

,

,

.

 

 Итак, т.к. полученные значения не  превышают требуемого коэффициента  реактивной мощности энергосистемы,  то КБ принимаем к окончательной  установке. Все полученные данные сводим в таблицу 3.

Находим максимальный ток электроприемников цеха до Imц,А, и после компенсации I_mц, А

 

,

   .

Таким образом, в результате установки двух КБ типа УКБН-0,38-75 У3, с мощностью Q_КБ = 75 квар, получили снижение полной максимальной мощности на величину 61,74 кВА, что позволяет выбирать трансформатор меньшей мощности и питающие сети высокого напряжения меньшего сечения.

Увеличение  коэффициента активной мощности дает снижение потерь активной мощности при  транспортировании электроэнергии.

До компенсации						После компенсации
Рm , кВт	Qm , квар	Sm , кВА	Im(10) , A	cosφсрв	tgφсрв	Рm , кВт	Qm1 , квар	Sm1 , кВА	Im1(10), A	cosφ1	tgφ1
585,53	341,22	677,70	39,13	0,86	0,58	585,53	191,22	615,96	35,56	0,95	0,33

 Таблица 3- Компенсация реактивной мощности

 

1.4 Выбор числа и мощности трансформаторов, типа подстанции

 

 

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

Электроприёмники канализационной насосной станции относятся к потребителям первой категории по надёжности электроснабжения, то согласно Правил [3,пунктов 1.2.17-1.2.19] принимаем предварительно к установке 2 трансформатора типа ТСЗ-630/10. ТСЗ – трёхфазный сухой закрытого исполнения с номинальной полной мощностью Sн=630кВА и высоким напряжением Uвн= 10 кВ.

Проверяем выбранный трансформатор  по коэффициенту загрузки в номинальном  Кз.н и аварийном Кз.ав режимах работ

,

 

.

Таким образом, коэффициент загрузки в номинальном и аварийном режиме не превышают рекомендуемого правилами технической эксплуатации значения. Можно считать, что трансформаторы выбраны верно. Технические параметры трансформатора заносим в таблицу 4.

Таблица 4 - Технические данные трансформатора

Тип трансформатора	, кВА	Uвн, кВ	Uнн, кВ	Pкз, кВт	Uк, %	Iхх, %	Pхх, кВт	Кз.н.	Кз.ав.
ТСЗ-630/10	630	10	0,4	8,5	5,5	3	2,4	0,50	0,98

 

Выбранная компоновка электрооборудования, конструктивное выполнение должны обеспечить пожаробезопасность и взрывобезопасность, безопасное действие окружающей среды на оборудование, безопасность обслуживания оборудования в нормальном режиме работы установки, максимальную экономию площади, возможность удобного транспортирования оборудования, безопасный осмотр, смену, ремонт аппаратов, со снятием напряжения не нарушив нормальной работы аппаратов под напряжением. Тем самым оборудование распологаем во  внутрецеховой  трансформаторной подстанции.