Электроснабжение цеха

∆  W m i  = ∆Р m i*τ[кВт час]

где τ – время потерь [час], которое зависит от коэффициента мощности электропотребителей и числа часов использования максимальной нагрузки.

∆  W m1 = 12.79*2100 = 26859[кВт час]

    ∆  W m2 = 19.2*2100 = 40320[кВт час]

    τ = ƒ(Cos φ;Тм)

5. Определяем годовые амортизационные расходы на приобретение и установку трансформатора.

Са i  = φ*К i  [руб/год],где φ – коэффициент амортизационных отчислений который принимают равным 10% от стоимости трансформатора, т.е. φ = 0.1, К i - стоимость трансформатора по каждому варианту.

Са1 = 0.1*1080 = 108[руб/год]

Са2 = 0.1*1600 = 160[руб/год]

6. Определяем стоимость потерь электроэнергии.

Сп i  = С0*∆  W m i  [руб/год],

где С0 – стоимость одного киловатт/час электроэнергии               С0 = 2.8руб/кВт час.

Сп1 = 2.8*26859 = 75205,2[руб/год]

Сп2 = 2.8* 40320 = 112896[руб/год]

7. Определяем суммарные годовые эксплуатационные расходы.

Сэ i = Са i + Сп i[руб/год]

Сэ1 = 108 + 75205,2 = 75313,2[руб/год]

Сэ2 = 160 + 112896 = 113056[руб/год]

8. При технико-экономических расчётах для выбора экономически выгодного варианта применяется метод срока окупаемости

Ток = К2 – К1/ Сэ1 - Сэ2, этот метод позволяет определить, что выгоднее, вариант с меньшей стоимостью, но большими эксплуатационными расходами или с большой стоимостью, но с меньшими эксплуатационными расходами.

Для этого время окупаемости  сравнивается с нормативным временем Тн = 7лет, т.е. – если Ток <Тн, то экономичнее вариант с большей стоимостью и меньшими эксплуатационными расходами  – если Ток >Тн, то экономичнее вариант с меньшей стоимостью и большими экономическими расходами

– если К1<К2

        С1<С2, то в этом случае срок окупаемости не считают, а принимают к установке трансформаторы с меньшими стоимостью и эксплуатационными расходами, т.е. вариант 1.

Принимаем к установке  трансформатор с меньшей стоимостью и эксплуатационными расходами, т.е. трансформатор ТМ – 400 кВа.

 

9. Выбор рационального  напряжения, расчёт питающей сети.

 

9.1 Выбор рационального напряжения определяет параметры линии электропередач выбираемого электрооборудования на подстанцию. При решении вопроса по величине рационального напряжения в общем случае следует предварительно определить величину нестандартного напряжения при котором имеет место минимальные затраты, зная такое напряжение можно выбрать целесообразное стандартное напряжение.

Для питания крупных  промышленных предприятий на первой ступени распределения электроэнергии можно применять напряжение равное 35, 110, 220 кВ, на второй ступени распределения электроэнергии можно принимать 6, 10, 35 кВ.

Для внутризаводского распределения  электроэнергии на первой ступени применяют 6-10 кВ (применение напряжения 6кВ должно быть обусловлено наличием электропотребителей на 6кВ. По второй ступени распределения электроэнергии применяют напряжение

U2 = 0,4/0,23кВ.

Для данного предприятия  выбираем первичное напряжение равным 10кВ, а вторичное равным 0,4кВ.

9.2 Сечение проводов и жил кабелей должны выбираться в зависимости от технико-экономических показателей к которым относятся: нагрев тока, потери напряжения в жилах, устойчивость к механическим нагрузкам, а также материал проводов и кабелей, их стоимость, стоимость затрат на монтаж, эксплуатацию, ремонт.

Увеличение сечения  линий повышает капитальные затраты на её сооружение, с уменьшением сечения затраты уменьшаются, но возрастает стоимость потерь электроэнергии, величина которой прямопропорциональна потерям активной мощности и обратнопропорциональна сечению проводника.

Для выбора экономически целесообразного сечения необходимо определить затраты на сооружение линий с различными сечениями, минимум этих затрат и будет соответствовать экономическому сечению проводника.

На основе анализа  всех факторов влияющих на величину экономического сечения, ПУЭ рекомендует в практических расчётах экономическое сечение определять в зависимости от экономической плотности тока (jэк) [А/мм²], величина, которой определяется в зависимости от материала проводника, конструктивного выполнения линий, числа часов использования максимальной нагрузки, в соответствии с этим экономическое сечение можно определить

Sэк = Iр/ jэк [мм²]. По расчётному экономическому сечению необходимо выбрать для выполнения технико-экономических расчётов четыре возможных стандартных сечений линий.

 Iр = Sр/ √3*10

Iр = 507/√3*10 = 29.3[А]

Sэк = 29.3/1.6 = 18.3 [мм²].

                                                                              Таблица №4.

	Sэк, мм ²	Iдоп, А.	∆Р, кВт/км.	ℓ, км.	К1 – стоимость 1км линии, руб/км.
1	2	3	4	5	6
1	16	75	30	1	100212
2	25	90	49	1	117200
3	35	115	42	1	127108
4	50	140	44	1	137768

 

9.3. 1) Определяем коэффициент загрузки линии по каждому варианту сечения линии.

kз.лi = Sр/Sн.прi, где Sн.прi = √3 Uн*Iдопi [кВа].

Sн.пр1 =√ 3*10 * 75 = 1297.5 [кВа].

Sн.пр2 = √3 *10 *90 = 1557[кВа].

Sн.пр3 = √3 *10 *115 =1989.5[кВа].

Sн.пр4 = √3 *10 *140 = 2422[кВа].

 

kз.л1 =507/1297.5 = 0.4

kз.л2 = 597/1557 = 0.33

kз.л3 = 507/1989.5 = 0.25

kз.л4 \ 507/2422 = 0.21

 

 

2) Определяем потери линии при действительной нагрузке

∆Рл.дi = k²з.лi*∆Рнi [кВт], где ∆Рнi = ∆Рнi * ℓ [кВт]

 

∆Рн1 =39*1 = 39кВт

∆Рн2 = 40*1 = 40кВт

∆Рн3 = 42*1 = 42 кВт

∆Рн4 = 44*1 = 44 кВт

∆Рл.д1 = 0.34*39 = 6.24 кВт

∆Рл.д2 =  0.33*40 = 4.4 кВт

∆Рл.д3 = 0.25*42 = 2.6 кВт

∆Рл.д4 = 0.21*44 = 1.9 кВт

3) Приняв время потерь в линии таким же, как и время потерь в трансформаторах определяем потери электроэнергии в линиях.

∆Wлi = ∆Рл.дi * τ[кВт час/год*км]

∆Wл1 = 6.24*2100 =13104 кВт час/год*км

    ∆Wл2 = 4.4*2100 = 9240 кВт час/год*км

    ∆Wл3 = 2.6*2100 = 5460 кВт час/год*км

    ∆Wл4 = 1.9*2100 = 3990 кВт час/год*км

4) Определяем стоимость потерь электроэнергии в линиях.  

Сп.л. i =  Со *  ∆Wлi   [руб/год*км],где Со – стоимость 1 кв/ч электроэнергии = 2.8 руб/кв час.

     Сп.л.1 = 2.8*13104 = 36691.2 руб/год*км

 Сп.л.2  = 2.8*9240 = 25872 руб/год*км        

 Сп.л.3 = 2.8*5460 = 15288 руб/год*км

     Сп.л.4 = 2.8*3990 = 11172 руб/год*км

5) Определяем капиталовложения на сооружение линий, которое складывается из стоимости линии и стоимости строительно-монтажных работ. Приняв стоимость строительно-монтажных работ одинаковой при каждом сечении определяем капиталовложения как стоимость линии.

Клi = Кi* ℓ [руб.]

 Кл1 = 100212*1 =100212 руб.

 Кл2 = 117200*1 = 117200 руб.

 Кл3 = 127108*1 = 128108 руб.

 Кл4 = 137768*1 = 137768 руб.

   6) Определяем стоимость ежегодных амортизационных отчислений на обслуживание линии.

Саi = φ * Клi[руб/год*км.],где φ – коэффициент амортизационных отчислений равный 0.5% от стоимости линии φ = 0.05

Са1 = 0.05*100212 = 5010.6 руб/год*км

Са2 = 0.05*117200 = 5860 руб/год*км

Са3 = 0.05*127108 = 6355.4 руб/год*км

Са4 = 0.05*137768 = 6888.4 руб/год*км

7) Полагаем, что стоимость расходов на содержание обслуживающего персонала и ремонт одинаковы при всех сечениях кабеля, определяем стоимость годовых эксплуатационных расходов.

Сэi = Сп+ Саi[руб/год*км.]

Сэ1 =36691.2+5010.6 = 41701.8 руб./год*км.

Сэ2 = 25872+5860 = 31732 руб./год*км.

Сэ3 = 15288 +6355.4 = 21643.4 руб./год*км.

Сэ4  = 11172 + 6888.4 = 18060.4 руб./год*км.

8) Определяем годовые затраты на линию.

Злi = Сэi + 0.12* Клi[руб/год*км.]

Зл1 = 41701.8+0.12*100212 = 53727.2 руб./год*км.

Зл2 = 31732+0.12*117200 = 45796 руб./год*км.

Зл3 = 21643.4+0.12*127108 = 36896.4 руб./год*км.

Зл4 = 18060.4+0.12*137768 = 34592.6 руб./год*км.

9) Для выбора экономического сечения необходимо построить график зависимости сечения линии от затрат.

Sлi = ƒ(Злi)

Sэк- минимальные затраты.

Наименьшие затраты  пришлись на кабель сечением 50мм², следовательно целесообразно выбрать к прокладке кабель марки ААШВ 5*50 мм².

 

10. Расчёт токов короткого замыкания.

 

Коротким замыканием называется непосредственное соединение двух или нескольких фаз или фазой с землёй в одной точке, не предусмотренное нормальными условиями работы электроустановок.

Различают три основных вида короткого замыкания:

• Трёхфазное короткое замыкание, при котором в одной точке соединяются все три фазы электрической сети. Это самый опасный вид короткого замыкания, который сопровождается взрывами и пожарами. На этот вид короткого замыкания приходится до 5% от всех видов к.з.
• Двухфазное к.з. при котором две фазы электрической сети замыкаются в одной точке, сопровождается длительным расстройством технологического процесса, остановкой оборудования, недовыпуском продукции. На этот вид к.з. приходится до 30% от всех видов к.з.
• Однофазное короткое замыкание, при котором одна фаза замыкается в точку на нулевой провод или на землю. Этот вид к.з. сопровождается искрением, что может привести к ожогам кожи рук и лица обслуживающего персонала. На этот вид к.з. приходится до 65% от всех видов к.з.

Из всех видов короткого  замыкания симметрическим является только трёхфазное к.з., при котором  все три фазы находятся в одинаковых условиях и имеют одинаковые параметры.

Физическая сущность процесса к.з.:

Сопротивление электрической  сети резко падает, уменьшается напряжение на отдельных участках сети и скачком возрастает ток. Значение этого тока и является током короткого замыкания.

Расчёт токов короткого  замыкания необходим:

• для выбора рационального варианта схемы электроснабжения;
• для определения условий работы электропотребителей в аварийных режимах;
• для проектирования устройств релейной защиты и автоматики на подстанцию;
• для проектирования защитного заземления.

При расчёте токов  к.з. все входящие в расчёт величины можно выражать либо в именованных  единицах (Ом, А, кВ), либо в относительных единицах (доли, проценты). Т.к. параметры, входящие в расчёты схемы элементов указываются в различных единицах, то их необходимо приводить к базисным условиям. Базисные условия предполагают использование базисной мощности и базисного напряжения. За базисную мощность модно принять либо суммарную мощность питающей системы, либо (для расчётов Sб = 1, 10, 100, 1000 МВа).

За базисное напряжение принимают напряжение равное номинальному напряжению ступеней: 115; 37; 10,5; 6,3; 0,4; 0,23 кВ.

Для расчётов токов к.з. необходимо составить расчётную схему, а по ней схему замещения, в которой все элементы проектируемой системы электроснабжения заменяют сопротивлениями, приведёнными к базисным условиям. Расчёт токов к.з. в сети выше 1000 В. целесообразно вести в относительных единицах; в сети напряжением до 1000 В.в именованных единицах.

10(1) Составим общий вид расчётной схемы СЭС, а по ней схему замещения.

 

 

 

10(2) Расчёт токов короткого замыкания в точке К1 на шинах напряжением 10 кВ.

1) Определяем сопротивление  линии идущей до подстанции.

хл = хо * ℓ [Ом.]

чл = чо * ℓ [Ом.], где чо, хо – удельное реактивное и активное сопротивление.

хл = 0.625 * 1 = 0.625 Ом.

чл = 0.9 * 1 = 0.9 Ом.

2) Приводим сопротивление  линий к базисным условиям  выраженных в относительных единицах.

х ͓ б.л = хл * Sб / Uб ²[Ом.]

     ч ͓ б.л = чл * Sб / Uб ²[Ом.]

     х ͓ б.л = 0.625*100/10.5² = 0.57 Ом.

    ч ͓ б.л = 0.9*100/10.5² = 0.82 Ом.

Определяем полное сопротивление.

Ƶ ͓ б.л = √ х² ͓ б.л   +   ч² ͓ б.л = √0.82² + 0.57² = 0.99Ом.

3) Определяем периодическую  составляющую тока короткого  замыкания.

I" = Iб / Ƶ ͓ б.л [кА.],где Iб = Sб / √3*Uб

Iб = 100/ √3 *10.5 = 5.6 кА.

I" = 5.6 / 0.99 = 5.7 кА.

4) Определяем ударный  ток короткого замыкания.

iy = √2 ky* I"[кА.], где ky - ударный коэффициент, который в сетях напряжения выше 1000 В. Можно принять равным 1.8 (ky = 1.8)

iy = 1.4*1.8*5.7 = 14.4 [кА.]

5) Определяем мощность  короткого замыкания.

Sк.з. = √3*Uн* I"[МВа.]

Sк.з. = 5.7 МВа

10(3) Расчёт токов к.з. на шинах напряжением 0.4 кВ точка К2.

Расчёт схемы замещения  сети напряжения до 1000 В  состоит  из элементов с активным и индуктивным  сопротивлениями цеховых трансформаторов, токовых катушек автоматических выключателей, трансформаторов тока, шин, жил распределительных кабелей и проводов, активного сопротивления контактных соединений.        

При  расчёте токов  к.з. напряжением до 1000 В применяют  следующее допущение, т.к. активное сопротивление питающей системы значительно меньше реактивного, то

ч Ʃс = 0 – суммарно активное

    х Ʃс 0.34 Ом – суммарно реактивное.

1) Определяем активное, индуктивное сопротивление цеховых  трансформаторов приведённых к  напряжению ступеней.

Чm.у = ∆Рк.з.*Uн ²/Sн.m.*10⑥[МОм.]

Х m.у = √(Uк/100) ² - (∆Рк/ Sн.m) ² * Uн ²/ Sн.m * 10⑥[МОм.]

    Чm.у = 5.5*0.4²/400²*10 = 5.5мОм.

 Х m.у = 72 мОм.

2) Определяем значение  периодической составляющей тока  короткого замыкания.

I" = Uн/√3* √чƩ +хƩ * 10³ [КА.],где

чƩ = чm.y+чa.в + чm.m + чш. + чр.к. + чк.с. [МОм.]

х Ʃ = х Ʃс + хm.y + хa.в + хm.m + хш +хр.к [МОм.]

чƩ = 5.5+0.12+0.05+0.142+0.67+0.25 = 6.73мОм

х Ʃ = 0.34+72+0.084+0.07+0.0137+0.25 = 72.8 мОм

I" = 0.4/√3*√6.73² + 72.8² = 6.4 кА.

3) Определяем ударный  ток короткого замыкания

iy = √2 ky* I"[кА.],

где ky = ƒ(Sн.m), т. е если Sн.m = 100 ÷630 кВа – ky = 1.2

                                            Sн.m = 1000÷1600 кВа – ky = 1.3

iy = √2*1.2 * 6.4 = 10.8 кА.

4) Определяем мощность  короткого замыкания.

Sк.з. = √3*Uн* I"[МВа.]

Sк.з. = √3 *0.4 * 6.4 = 4.4 МВа.

                                                                          Таблица№5

 

Точка к.з.	I", кА.	iy, кА	Sк.з., МВа
1	2	3	4
К1	5.7	14.4	57
К2	6.4	10.8	4.4