Расчетная нагрузка осветительных электроприемников определяется по удельной осветительной нагрузке на единицу производственной или иной поверхности пола с учетом коэффициента спроса:

где – коэффициент спроса по активной мощности осветительной нагрузки. Определяется по [3];

–удельная осветительная нагрузка на 1 м²производственной поверхности пола цеха. Определяется согласно [2, табл 4.16];

–поверхность пола цеха, м²;

–коэффициент реактивной мощности с учетом индивидуальной и групповой компенсации реактивной мощности источников света. При отсутствии информации допускается брать.

Расчетная полная мощность для каждого цеха находятся по формуле:

Результаты расчетов силовой низковольтной нагрузки, полной расчетной мощности, осветительной нагрузки для освещения территории предприятия, представлены в таблице 2.4.

2.3 Расчет высоковольтной нагрузки и нагрузки в целом по предприятию

В качестве высоковольтной нагрузки представлены синхронные и асинхронные двигатели. Расчетная активная и реактивная мощности высоковольтной нагрузки согласно [1, 3.3.6] находятся по формулам:

При определении расчетной нагрузки высоковольтных электроприемников мы учитываем, что коэффициент расчетной нагрузки К_ра=1, тогда расчетные активная и реактивная мощности будут равны соответственно средним активной и реактивной мощностям, для нахождения которых имеются все исходные данные.

Таблица 2.4 – Расчет нагрузки предприятия по цехам

Продолжение таблицы 2.4

В дипломном проекте электроснабжение высоковольтных асинхронных и синхронных двигателей установленных в цехах 4 и 8, будет осуществляться от отдельных высоковольтных РП. Учитывая технологическую необходимость оперативного управления высоковольтными электродвигателями, принимаем решение питать их от промежуточного РП. Тогда средневзвешанный коэффициент использования будет равен коэффициенту использования одного двигателя.

Результаты расчетов приведены в таблице 2.5.

2.4 Расчет картограммы электрических нагрузок предприятия

Картограмма нагрузок представляет собой размещенные на генплане окружности, центры которых совпадают с центрами нагрузок цехов, а площади кругов пропорциональны расчетным активным нагрузкам. Каждый круг делится на сектора, площади которых пропорциональны расчетным активным нагрузкам электроприемников напряжением до 1000 В, электроприемников напряжением выше 1000 В и электрического освещения. [4, 4.4.5]. Поскольку в исходным данных ничего не сказано о размещении электроприемников в цехах (за исключением МЦ), то примем центры электрических нагрузок цехов совпадающими с физическими центрами цехов. Что касается МЦ, то, поскольку план цеха, приведенный в исходных данных для расчета нагрузок по цеху [5], не совпадает с планом МЦ, приведенным в [6, рис.9.1], то также примем центр электрических нагрузок МЦ совпадающим с физическим центром МЦ. Координаты центров нагрузок соответствующих цехов приведены в таблице 2.6.

Радиусы окружностей и углы секторов для каждого цеха находятся по формулам [4, ф.4.16, 4.17]:

где – расчетные активные нагрузки соответственно всего цеха, электроприемников напряжением до 1000 В, электроприемников напряжением выше 1000 В и электрического освещения, которые берутся для соответствующих цехов из таблиц 2.4 и 2.5;

– масштаб площадей картограммы нагрузок,

_{Масштаб m найдем из следующего условия: радиус круга для цеха с наимен}ьшей расчетной нагрузкойдолжен быть равен

Таблица 2.5 – Расчет нагрузки от высоковольтных электроприемников

Тогда масштаб m находится по формуле:

(2.9)

Расчетную мощность по цеху определим по формуле:

По результатам расчетов, наименьшую расчетную активную нагрузку потребляет проходная. Поэтому по формуле (2.9):

Центр электрических нагрузок предприятия является символическим центром потребления электрической энергии (активной мощности) предприятия, координаты которого находятся по выражениям [4, 4.4.6, ф.18]:

где – координаты центра электрических нагрузокi-го цеха.

Поскольку на предприятии присутствует цех с грязной средой (Аглофабрика), разместим ГПП предприятия недалеко от центра электрических нагрузок с учетом розы ветров. Результаты расчетов приведены в таблице 2.6.

Выводы по разделу два

Проведен расчет электрических нагрузок предприятия, определены активные, реактивные и полные мощности цехов и в целом по предприятию. Построена картограмма нагрузок, выбраны координаты главной понизительной подстанции в соответствии с рассчитанным центром электрических нагрузок, площади, необходимой для размещения ГПП, розой ветров, наличием коридоров для прокладки воздушных и кабельных линии с учетом охранной зоны.

Таблица 2.6 – Расчет картограммы нагрузок

3 Выбор числа, мощности и типа трансформаторов

Цеховых трансформаторных подстанций предприятия

Выбор трансформаторов является важным этапом проектирования. Он существенно влияет на основные технические и экономические показатели разрабатываемой схемы электроснабжения промышленного предприятия [4, 4.5].

Мощность трансформаторов цеховой ТП зависит от величины нагрузки электроприемников, их категории по надежности электроснабжения, от размеров площади, на которой они размещены и т.п. [4, 4.5].

Выбор трансформаторов цеховой ТП рассмотрим на примере электроснабжения цехов 1,7,13. Согласно [7, 2.7] выбор типа мощности и других параметров подстанций, а также их расположение должны обуславливаться значением и характером электрических нагрузок и размещением их на генеральном плане предприятия. При этом должны учитываться также архитектурно-строительные и эксплуатационные требования, расположение технологического оборудования, условия окружающей среды, требования взрывопожарной и экологической безопасности. Из предыдущего расчета нагрузок следует, что 1 и 7 цех потребляет относительно небольшую расчетную активную мощность (30-100кВт), а цех 13 – большую активную мощность 1080кВт. Так как указанные подразделения предприятия расположены близко друг к другу принимаем решение о питании цехов 1 и 7 на напряжении 0,4кВ от ТП, установленной в цехе №13.

Согласно [4] удельная плотность нагрузки может быть найдена по формуле:

(3.1)

где – удельная плотность нагрузки, кВА/м²;

– расчетная нагрузка цеха 0,4 кВ, кВА;

– площадь цеха, м².

По формуле (3.1), используя предыдущие данные расчета электрических нагрузок, рассчитываем удельную плотность нагрузки.

Согласно [11, 6.4.7] в зависимости от полученного значения удельной плотности нагрузки выбираем единичную мощность трансформатора.

Учитывая первую категорию по надежности электроснабжения элекроприемников, установленных в цехе № 13, в ТП цеха №13 устанавливаем 2 трансформатора типа ТМГ. Согласно [7, 6.4.5] допустимый коэффициент загрузки в нормальном режиме масляного трансформатора для двухтрансформаторной подстанции К_з.д=0,7.

Оптимальное количество трансформаторов, устанавливаемых в цехе, определяется по формуле:

, (3.2)

где m – добавка к минимальному числу трансформаторов до оптимального;

– минимальное количество трансформаторов в цеховой ТП, определяется по формуле:

(3.3)

– минимальное количество трансформаторов в цехе по условию надежности;

– минимальное количество трансформаторов в цехе, при условии принятия , определяется по формуле:

(3.4)

где – количество трансформаторов в цехе, по условию экономической целесообразности;

– расчетная нагрузка цеха напряжением 0,4 кВ;

– экономически целесообразная мощность одного трансформатора, соответствующая расчетной плотности нагрузки цеха;

–добавка до целого значения.

Мощность одного трансформатора находим по формуле:

(3.5)

Наибольшая реактивная мощность, которую трансформаторы могут пропустить из сети внутреннего электроснабжения предприятия в сеть напряжением 0,4 кВ находится по формуле [4]:

(3.6)

где – число трансформаторов, установленных в цехе.

Величина Q_1Рявляется расчетной, поэтому в общем случае реактивная

нагрузка трансформаторов Q₁не равна ей:

, (3.7)

где Q_Р– расчетная реактивная нагрузка цеха (группы цехов), квар.

При Q_1Р<Q_Ртрансформаторы ТП не могут пропустить всю реактивную нагрузку, и поэтому часть ее должна быть скомпенсирована с помощью батарей конденсаторов, которые устанавливаются на стороне низшего напряжения данной трансформаторной подстанции. Мощность этих конденсаторов будет равна:

. (3.8)

Коэффициенты загрузки трансформаторов в нормальном и послеаварийном режимах могут быть найдены согласно [4, ф.4.25] по формулам:

где – полная расчетная мощность, приходящаяся на один трансформатор ТП.

Для нашего примера:

По формуле (3.1):

При плотности нагрузки 0,2-0,5 кВА/м²единичная мощность трансформатора равняется 1600 кВА.

По формуле (3.4):

По формуле (3.3):

Оптимальное количество трансформаторов по формуле (3.2) равно:

Мощность одного трансформатора по формуле (3.5):

Принимаем по [8, табл.1] для установки в цеховую ТП два трансформатора типа ТМГ номинальной мощностью 1000 кВА.

Наибольшая реактивная мощность, которую трансформаторы могут пропустить из сети внутреннего электроснабжения предприятия в сеть напряжением 0,4 кВ находится по формуле (3.6):

.

По формуле (3.7):

.

Трансформаторы не могут пропустить всю реактивную мощность следовательно необходима компенсация по формуле (3.8):

.

Коэффициенты загрузки трансформаторов в нормальном и послеаварийном режимах по формулам (3.9), (3.10):

Параметры холостого хода и короткого замыкания для трансформатора ТМГ-1000, взятые из [8, табл.2] в таблице 3.1.

Таблица 3.1- Параметры трансформатора ТМГ-1000

Потери активной и реактивной мощности в трансформаторах можно найти по формулам:

_(3.9)

;

_(3.10)

Активная и реактивная мощности соответственно, потребляемые ТП-10 из сети внутризаводского электроснабжения, могут быть определены по формулам:

,

кВт;

,

квар.

Полная мощность, потребляемая ТП-10 из сети внутризаводского электроснабжения, может быть найдена по формуле:

кВА.

Расчетный коэффициент реактивной мощности на вводе ГПП (без учета мощности, поступающей от энергосистемы):

.

Расчеты для остальных ТП приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Выбор трансформаторных подстанций

Продолжение таблицы 3.3

Необходимо проверить целесообразность установки в НРП в цехах 1,2,7, 11, 16. Для этого необходимо произвести технико-экономическое сравнение двух вариантов схем, в качестве примера произведем необходимые расчеты для ТП-8 устанавливаемой в цехе №4 и НРП, устанавливаемый в цехе №9.

Необходимо сравнить два варианта электроснабжения:

– питание осуществляется от установленного в цехе №4 ТП8, НРП устанавливаемой в цехе №9, вариант 1 приведен на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Вариант 1

– питание осуществляется от двух ТП установленных в цехах №8 и №11 соединенных магистрально, единичная мощность трансформатора в ТП, устанавливаемых в цехах №8 и №11, будет равна 100кВА и 63кВА, соответственно, вариант 2 приведен на рисунке 3.2.

Для технико-экономического сравнения необходимо учесть следующее:

В первом варианте:

– стоимость ТП8 и НРП3;

– стоимость потерь электроэнергии в ТП8;

– стоимость кабелей ГПП-ТП8 и ТП-НРП3;

– стоимость потерь электроэнергии в этих кабелях;

Рисунок 3.2 – Вариант 2

Во втором варианте:

– стоимость ТП8 и ТП9;

– стоимость кабелей ГПП-ТП8 и ТП8-ТП9;

– стоимость потерь электроэнергии в этих кабелях;

– стоимость потерь электроэнергии в ТП8 и ТП9;

– стоимость выключателей нагрузки и предохранителей.

Годовые приведенные затраты:

;

,

где – общие ежегодные отчисления от капитальных вложений, являющиеся суммой нормативного коэффициента эффективности, отчислений на амортизацию и расходов на текущий ремонт ;

– сумма капитальных затрат i-ой группы одинаковых электроприемников;

– стоимость годовых потерь электроэнергии.

При проектировании сетей электроснабжения промышленных предприятий учитывается стоимость потерь электроэнергии по двухставочному тарифу:

, (3.11)

где – удельная стоимость потерь электроэнергии, рассчитываем для 110кВ;

– основная ставка тарифа;

– стоимость 1 кВт∙ч электроэнергии;

– отношение потерь активной мощности предприятия в момент наибольшей активной нагрузки энергосистемы к максимальным потерямактивной мощности предприятия;

– поправочный коэффициент.

Потери электроэнергии в трансформаторах определяются по формуле:

где n – число трансформаторов на ГПП;

– число часов в году

– годовое число часов максимальных потерь, для машиностроительного предприятия

Потери активной энергии в проводах за год [13]:

В таблице 3.4 приведен расчет стоимости первого варианта электроснабжения, в таблице 3.5 второго варианта. В таблице 3.6 приведено технико-эконосическое сравнение первого и второго варианта.

Вариант 1 выгоднее варианта 2 на 29%, для дальнейших расчетов принимаем его. Проверку экономической целесообразности установки НРП в цехах 1, 2, 7, 11, 16, можно провести аналогично.

Таблица 3.4 – Вариант 1

Таблица 3.5 – Вариант 2