Введение
Электроэнергетика – одна из ведущих отраслей энергетического хозяйства. Она является основой развития современных производительных сил общества, способствует равномерному их размещению по территории страны, освоению огромных природных богатств экономических районов.
В 1937 году вступила, в строй первая в Казахстане крупная тепловая электростанция - Балхашская ТЭЦ, оснащенная современным по тому времени оборудованиям, с турбоагрегатами по 25000 кВт. Наибольшие темпы роста электропотребления из отраслей народного хозяйства республики характерны для сельского хозяйства. 88% от суммарного производства приходится на долю тепловых электростанций в республики.
Производство энергии на казахской земле началось в конце XIX в. 1892 году на Зыряновском руднике была построена промышленная гидроэлектростанция на реке Березовке. Эта была первая ГЭС в Казахстане. Казахстан по энерговооруженности и уровню энергопотребления занимает одно из первых мест среди стран СНГ. С ростом энергохозяйства в Казахстане развивались и энергетические науки. Большие работы проведены и проводятся по изучению энергетических балансов важнейших отраслей народного хозяйства.
Основные научные работы в этой области: разработка теплотехнических основ и моделирования топочно-котельных процессов и оборудования; разработка эффективных способов снижения вредных выбросов ТЭС и технологии производства электроэнергии с минимальным отрицательным воздействием на окружающую среду; разработка высокоэффективных огнетехнических и
плазменных процессов и аппаратов для энергоемкой промышленности с минимумом расхода электроэнергии.
Развитие теплоэнергетики в Казахстане лимитируется крайней бедностью воды его северных и центральных районах, где сосредоточены запасы (до 97%) углей и большая часть минерального сырья. В тоже время в восточной и юго-восточных районах Казахстана, практически не располагающих топливом, сконцентрировано более 80% водных и гидроэнергетических ресурсов республики. Такое распределение топлива и воды требует развитие энергетики Казахстана в направлении комплексной гидроэнергетики. Основные работы в этом направлении посвящены оптимизации развития водно-энергетических систем; разработки методики выбора оптимальных проектных параметров и эксплуатационных режимов ГЭС и ГАЭС при комплексном использовании водных ресурсов речного стока; исследованию гидравлики гидротехнических сооружений ГЭС и ГАЭС; изучение переходных процессов агрегатов ГЭС и ГАЭС в энергосистеме; оптимизации гидравлических режимов крупных каналов и специальных пропусков через гидроэнергоузл
Характеристика электроприемников
Надежность электропитания в основном зависит от принятой схемы электроснабжения степени резервирования отдельный элементов системы электроснабжения (линий, трансформаторов, электрических аппаратов и др.). Для выбора схемы и системы построения электрической сети необходима учитывать мощностью и число потребителей, уровень надежности электроснабжения не потребителей в целом а входящих в их состав отдельных электроприемников.
Надежность электроснабжение – способность системы электроснабжения обеспечить предприятие электроэнергий хорошего качества без срыва плана производства и не допускать аварийных перерывов в электроснабжении.
По обеспечению надежности электроснабжения электроприемники разделяют на три категории :
1.Электроприемники перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей повреждение дорогостоящего основного оборудования массовый брак продукции расстройства сложного технологического процесса.
Электроприемники
категории
должны
обеспечиваться
питанием
от
двух
независимых
источников
питания
перерыв
допускается
лишь
на
время
автоматического
восстановления
питания.
.Электроприемники
перерыв
в
электроснабжении
которых
проводит
к
массовому
недоотпуску
продукции
простоям
рабочих
мест
механизмов
и
промышленного
транспорта
нарушению
нормальной
деятельности
значительного
количества
городских
и
сельских
жителей.
Рекомендуется
обеспечивать
электропитанием
от
двух
независимых
источников
для
них
допустимы
перерыв
на
время
необходимое
для
включения
резервного
питания
действиями
дежурного
персонала
или
выездной
оперативной
бригады.
Допускается
питанием
от
одного
трансформатора
перерыв
в
электроснабжении
разрешается
не
более
24ч.
.Электроприемники
несерийного
производства
продукции,
вспомогательные
цехи
коммунально
- хозяйственные
потребителей
сельскохозяйственные
заводы.
Для
этих
электроприемников
электроснабжение
может
выполняться
от
одного
источника
питания
при
условии
что
перерыв
электроснабжении
необходимые
для
ремонта
и
замены
поврежденного
элемента
системы
электроснабжения
не
превышают.
2.Расчет электрических нагрузок.
При расчете электрических нагрузок важное значение имеет правильное определение электрических нагрузок всех элементов системы электроснабжения, т. к. завышение нагрузки может привести к перерасходу проводникового материала и увеличению стоимости строительной части, а занижение нагрузки приводит к уменьшению пропускной способности линий и нарушению нормальной работы всех электроприёмников. При расчёте электрических нагрузок определяют следующие виды мощностей: номинальную мощность, смешанную и максимальную мощности. Расчет ведется методом коэффициента использования и упорядоченных диаграмм.
2.1. Расчёт электрических нагрузок низковольтного оборудования
Табл.2.1.1
Наименование узлов питания и групп электрических приемников |
Количество ЭП |
Установленная мощность при ПВ=100%, кВт |
Модуль силовой сборки m |
KU |
cos φ/ tg φ |
Средняя мощность за максимально загруженную смену |
nЭ |
KMAX |
Максимальная расчетная мощность |
Iрасч, А |
||||
Одного ЭП, РН |
Общая рабочая ΣРНОМ |
PCM, кВт |
QCM, кВар |
|
|
Pрасч, кВт |
Qрасч кВар |
Sрасч, кВА |
|
|||||
СП-1 Обдирочно-точильный |
2 |
5 |
10 |
|
0,12 |
0,4/2,29 |
1,2 |
2,75 |
|
|
|
|
|
|
Горизонтально-фрезерный |
7 |
13,2 |
92,4 |
|
0,12 |
0,4/2,29 |
11,088 |
25,39 |
|
|
|
|
|
|
Распиловочный |
2 |
7,75 |
15,5 |
|
0,12 |
0,4/2,29 |
1,86 |
4,26 |
|
|
|
|
|
|
Долбежный |
2 |
13,1 |
26,2 |
|
0,12 |
0,4/2,29 |
3,146 |
7,2 |
|
|
|
|
|
|
Шлицешлифовальный |
2 |
15,12 |
30,24 |
|
0,12 |
0,4/2,29 |
3,62 |
8,3 |
|
|
|
|
|
|
Токарно-винторезный |
6 |
30,85 |
185,1 |
|
0,12 |
0,4/2,29 |
22,21 |
50,86 |
|
|
|
|
|
|
Кординато-расчетный |
2 |
22,3 |
44,6 |
|
0,12 |
0,4/2,29 |
5,35 |
12,25 |
|
|
|
|
|
|
Кругошлифовальный |
2 |
26,3 |
52,6 |
|
0,12 |
0,4/2,29 |
6,31 |
14,45 |
|
|
|
|
|
|
Копировально-прошивый |
4 |
7 |
28 |
|
0,12 |
0,4/2,29 |
8,36 |
19,14 |
|
|
|
|
|
|
Итого по СП1 |
29 |
140,62 |
484,64 |
>3 |
0,12 |
|
63,144 |
144,6 |
19,14 |
1,65 |
104,18 |
159,06 |
190,14 |
158,17 |
СП- 2 Кран с ПВ -25 |
2 |
9,85 |
19,7 |
|
0,05 |
0,5/1,73 |
0,98 |
1,69 |
|
|
|
|
|
|
Электролезные ванны хромиров-я |
6 |
8 |
48 |
|
0,8 |
0,95/0,33 |
38,4 |
12,67 |
|
|
|
|
|
|
Выпрямит. агрегат для ванн (кВА) |
4 |
28 |
112 |
|
0,4 |
1/0 |
44,8 |
0 |
|
|
|
|
|
|
Электропечи сопротивления |
4 |
40 |
160 |
|
0,8 |
0,95/0,33 |
128 |
42,24 |
|
|
|
|
|
|
Электропечь колпаковая |
2 |
65 |
130 |
|
0,5 |
0,95/0,33 |
65 |
21,45 |
|
|
|
|
|
|
Электродная солевая ванна |
4 |
40 |
80 |
|
0,8 |
0,95/0,33 |
64 |
21,12 |
|
|
|
|
|
|
Вентилятор |
6 |
18,5 |
111 |
|
0,64 |
0,75/0,58 |
71,04 |
41,2 |
|
|
|
|
|
|
Плазмострой (кВА) |
4 |
26,6 |
106,4 |
|
0,8 |
0,95/0,33 |
85,12 |
28,08 |
|
|
|
|
|
|
Установка высокой частоты |
2 |
80 |
160 |
|
0,7 |
0,8/0,75 |
112 |
84 |
|
|
|
|
|
|
Лазерная установка |
6 |
299,95 |
24 |
|
0,8 |
0,95/0,33 |
19,2 |
6,33 |
|
|
|
|
|
|
Итого по СП- 2 |
40 |
299,95 |
951,1 |
>3 |
0,629 |
|
628,54 |
258,78 |
23,7 |
1,14 |
716,5 |
284,6 |
770,9 |
1025,9 |
Итого по Сп-1 и СП-2 |
69 |
440,57 |
1435,74 |
>3 |
0,3745 |
|
691,684 |
403,38 |
|
1,39 |
820,68 |
443,66 |
961,04 |
1184,07 |
Пояснения к расчетной таблице:
По таблице определяем коэффициент мощности для всего оборудования в цехе.
Определяется коэффициент использования для каждого электрического приемника. Коэффициент использования (Ки) характеризует использование активной мощности и представляет собой отношение:
Ки=Рсм / Рном; [1]
Коэффициент использования для данных электрических приемников находим по справочнику.
Делим всё оборудование в цехе на два силовых пункта: в первый войдут все станки и прессы, во второй - всё остальное оборудование.
Мощности механизмов работающих в ПКР приводим к продолжительному режиму:
Кран: Pн=Рn 
= 19,7 = 9,85
[1]
Для всех электро приемников с заданной полной мощностью определяем
активную
Рн= Sn·cosφ = 28.1=28 выпрям; Рн= 28·0,95=26,6
Определяем модуль силовой сборки. Мощность наибольшего двигателя разделится на мощность наименьшего двигателя:
m= Pн.max / Рн.min и сравнивается с числом 3.
СП1 m=
> 3
[1]
СП2 m=
> 3
[1]
Определяем tg φ для всех электроприёмников:
sin=
=
=
0.9
[1]
tg=
=
=7,63
[1]
Остальные расчеты аналогичны, результаты заносятся в таблицу.
Определяем сменную мощность. Сменная мощность учитывает количество мощности израсходованной в период наиболее загруженной смены. Для вновь проектируемых промышленных предприятий сменная мощность определяется:
активная: Рсм
= Σ
P
·K
=
10·0,12= 1,2 кВт [1]
реактивная: Qсм
= P
·tg=1,2·2,29=2,75
кВар [1]
Остальные расчеты аналогичны, результаты заносятся в таблицу.
Определяем эффективное число (nэ) для групп электрических приемников: эффективное число определяют по количеству подключенных к источнику питания электрических приемников, по модулю силовой сборки, по среднему коэффициенту использования, по номинальной мощности:
Сп – 1: n > 5; Ки.ср. < 0,2; m > 3; Рн ≠ const.
n`= nэ *n
nэ *f
P`=282,3
n`=10
P*=
= 0,58
[1]
n*= 0,3 [1]
nэ=nэ*·n= 0,66·29 [1]
Определяем полную максимальную мощность по СП – 1:
Pmax=∑Pсм·kmax= 63.144·1.65=104.18 кВт [1]
Qmax=1,1·∑Qсм=1,1·144,6=159,06 [1]
Smax
=
= 190,14 кВА [1]
Определяем эффективное число электроприемников для СП-2:
n
5; 
ср
0,2
; m>3; Pн
nэ=
23,7
[1]
Определяем полную максимальную мощность по СП – 2:
Smax = =770,9 кВА [1]
После всех расчетов подводится итог отдельно каждого СП. Итог заносится в таблицу. Расчет остальных двигателей ведется аналогично.
2.2. Расчет электрических нагрузок высоковольтного оборудования.
Таблица 2.2.1
Наименование узлов питания и групп электроприёмников |
Количество электроприёмников
|
Установленная мощность при ПВ=100% |
Модуль силовой сборки m |
Коэффициент использования Ки |
|
Средняя мощность за максимально загруженную смену |
nэ |
Kmax |
Максимальная расчётная мощность |
Imax (A)
Imax А |
||||
1электроприёмни ка Pном (кВт) |
Об-щая рабочая ∑Pном (кВт) |
Рсм (кВт) |
Qсм (кВар) |
Рmax (кВт) |
Qmax (кВар) |
Smax (кВ*А) |
||||||||
1. Дробилка |
6 |
630 |
3780 |
|
0,6 |
0,75/0,88 |
2268 |
1995,84 |
|
|
|
|
|
|
2. Мельница |
4 |
400 |
1600 |
|
0,8 |
0,8/0,75 |
1280 |
960 |
|
|
|
|
|
|
3. Дымосос |
2 |
500 |
1000 |
|
0,7 |
0,8/0,75 |
700 |
525 |
|
|
|
|
|
|
Итого: |
12 |
1530 |
6380 |
< 3 |
0,7 |
|
4248 |
3480,84 |
12 |
1,15 |
4885,2 |
3828,924 |
62069 |
365 |
Расчет высоковольтных нагрузок ведется аналогично расчету низковольтных нагрузок.
3. Построение годового и суточного графиков электрических нагрузок.
Электрические нагрузки промышленных предприятий определяют выбор всех элементов системы электроснабжения, мощности районных ТП, питающих и распределительных сетей энергосистемы, заводских ТП и их сетей. Поэтому правильное определение электрических нагрузок является решающим фактором при проектировании и эксплуатации электрических сетей.
Различать следует графики активных и реактивных нагрузок: суточные; годовые по продолжительности, характерные для отдельных отраслей промышленности.
Суточные графики могут быть построены для отдельных звеньев системы электроснабжения, а также для всей энергосистемы. Чтобы характеризовать работу отдельных установок в течении года, необходимо иметь основные суточные графики года – это зимний и летний. Наибольшая нагрузка по суточному графику называется максимальной суточной нагрузкой. Максимальными и минимальными годовыми нагрузками считаются нагрузки зимнего и летнего графиков, которые учитывают при выборе мощности трансформаторов.
Smax = 961,04 кВА
Рmax = 820,68 кВт
№ |
часы |
|
|
|
T час |
|
1 |
0-6 |
20% |
192,2 |
164,1 |
2190 |
359379 |
2 |
6-8 |
60% |
576,6 |
492,4 |
730 |
359452 |
3 |
8-16 |
100% |
961,04 |
820,68 |
2920 |
2396385,6 |
4 |
16-20 |
80% |
768,8 |
656,5 |
1460 |
958490 |
5 |
20-22 |
50% |
480,52 |
410,34 |
730 |
299548,2 |
6 |
22-24 |
20% |
192,2 |
164,1 |
730 |
359379 |
Итого: |
|
8760 |
4732633,8 |
|||
кВт
кВт
кВтОпределяем полную мощность:
Sном1 = Smax · 20% / 100% = 961.04 * 20 / 100 = 192.2 кВА
Остальные расчеты аналогичны, результаты расчетов заносятся в таблицу.
Определяем активную мощность:
Рном1 = Рmax · 20% / 100% = 820.68 * 20 / 100 = 164.1 кВт
Остальные расчеты аналогичны, результаты расчетов заносятся в таблицу.
Определяем число часов работы в году:
Т1 = 365 · t1 = 365 * 6 = 2190 ч
Остальные расчеты аналогичны, результаты расчетов заносятся в таблицу.
Определяем потребляемую электроэнергию:
W1 = Рном1 · Т1 = 164.1 * 2190 = 359379 кВт * ч
Определяем число часов максимальной загрузки:
Тmax = Wmax / Pmax =4732633,8 / 820.68 = 5766 ч
Выбираем масштаб по времени и по мощности:
М(t) = 1 / 4 ч – суточный график
М(Т) = 1 / 1000 ч – годовой график
М(Р) = 0,5 / 100 кВт
Рис. 3.1
Годовой график по низковольтной нагрузке:
Рис. 3.2