1.3 Расчет картограммы электрических нагрузок предприятия

Картограмма нагрузок представляет собой размещенные на генеральном плане окружностей, центры которых совпадают с центрами нагрузок цехов, а площади окружностей пропорциональны расчетным активным нагрузкам. Каждая окружность делится на секторы, площади которых пропорциональны активным нагрузкам электроприемников с напряжением до 1 кВ, электроприемников с напряжением свыше 1 кВ и электрического освещения. При этом радиус окружности и углы секторов для каждого цеха соответственно определяются:

R_i = (15)

где Р_рi, Р_рнi, Р_рвi, Р_роi – расчетные активные нагрузки соответственно всего цеха, электроприемников до 1 кВ, электроприемников свыше 1 кВ, электрического освещения, кВт;

m – масштаб площадей картограммы нагрузок, кВт∙м².

m =,

где Р_{min p} – минимальная расчетная активная мощность одного цеха;

R_min – минимальный радиус, R_min = 5 мм.

Углы секторов для каждого цеха определяются по формулам:

; ; (16)

Центр электрических нагрузок предприятия является символическим центром потребления электрической энергии (активной мощности) предприятия, координаты которого находятся по выражениям:

х_о = (17)

у_о = (18)

где х_i, у_i – координаты центра i-го цеха на плане предприятия, м.

Главную понизительную подстанцию следует расположить в центре электрических нагрузок. Но так как это невозможно, мы смещаем ГПП в сторону источникам питания – подстанции энергосистемы. Расчет был произведен по формулам (15) – (18) и сведен в таблицу 1.3.1.

Таблица 1.3.1- Расчет картограммы электрических нагрузок

Наименование цехов	Рр∑ ,кВт	Ррн/в, кВт	Ррв/в, кВт	Рросв, кВт	Xi ,м	yi ,м	r ,мм	αн/в , град	αв/в , град	αосв , град
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1. Электровозо-сборочный цех	824,0	739,5	0	84,5	345	180	31	323,1	0,0	36,9
2. Аппаратный цех	403,8	374,0	0	29,8	345	134	21	333,4	0,0	26,6
3. Тележечный цех	567,2	520,0	0	47,8	345	132	25	330,0	0,0	30,4
4. Участок рессор	276,3	270,0	0	6,4	483	152	18	351,8	0,0	8,3
5. Колесный цех	1573,9	1512,0	0	62,0	230	212	42	345,8	0,0	14,2
6. Механический цех	542,4	522,0	0	20,4	369	73	25	346,5	0,0	13,5
7. Электромашин-ный цех	852,5	820,0	0	32,5	369	57	31	346,3	0,0	13,7
8. Якорный цех	1401,0	1380,0	0	21,0	369	40,5	40	354,6	0,0	5,4
9. Секционный цех	641,2	594,0	0	47,2	347	22	27	333,5	0,0	26,5
10. Разборочный цех	787,3	765,0	0	22,4	458	172	30	349,8	0,0	10,2
11. Цех кабин	257,2	230,9	0	26,4	249	297	17	323,1	0,0	36,9
12. Котельная	216,7	211,7	0	5,1	247	252	16	351,6	0,0	8,4
13. КИС	2342,4	2332,8	0	9,7	260	55	52	358,5	0,0	1,5
14. Инструменталь-ный цех	141,3	125,5	0	15,9	187	70	13	319,6	0,0	40,6
15. Компрессорная	2289,9	269,1	2016	4,9	531	150	51	42,3	316,9	0,8
16. Очистные сооружения	175,1	172,6	0	2,6	551	38	14	354,8	0,0	5,3
17. Столовая	61,9	52,4	0	9,5	484	296	8	305,0	0,0	55,4
18. Заводо-управление	82,5	53,8	0	28,8	131	243	10	234,6	0,0	125,8
19. Ремонтно-механич. цех	468,8	425,9	0	42,9	387	293	23	327,1	0,0	32,9
Итого:	13905,4
Координаты центра электрических нагрузок.					348	115

В данном месте наиболее целесообразно установить ГПП , но т.к. место между цехами не имеется , то ГПП ( 60-70 м.) не возможно разместить её в данном месте . Ввиду всего вышесказанного ГПП следует перенести в место с координатами Х = 80, Y= 120 , то есть в сторону питания.

2. ВЫБОР ЧИСЛА, МОЩНОСТИ И ТИПА ТРАНСФОРМАТОРОВ ЦЕХОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ ПРЕДПРИЯТИЯ

При выборе числа, типа и мощности трансформаторов учитываются следующие факторы: категорийность электроприёмников, питающихся от этих трансформаторов, условия охлаждения, удельную плотность нагрузки, размеры цеха, расчетные мощности и т.д. При выборе трансформаторов рассматриваются мощности ближайших цехов для взаимного объединения их питания от одной подстанции. В этом случае экономическим обоснованием выгодности объединения будет следующее:

S_P.L  15000кВА

Где S_P – полная расчетная нагрузка цеха.

L – расстояние от ТП до РПН

Таблица 2.1- Экономическое обоснование

Номер цеховой ТП	Номер низковольтного РПН	Произведение SpL, кВАм
ТП2	РПН1	4508
	РПН2	13344
ТП8	РПН3	8492
	РПН4	10341
ТП3	РПН5	10928
ТП15	РПН6	11085

При выборе трансформаторов необходимо учесть: часть реактивной мощности возможно компенсировать на стороне низшего напряжения и применить трансформатор меньшего габарита. При этом величина пропускаемой трансформатором реактивной мощности составит:

Q_1Pi=

Где:n_i – число трансформаторов цеховой ТП.

К_ЗДОПi – допустимый коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме.

S_Нтi – номинальная мощность трансформаторов в ТП.

Р_рi – расчетная активная нагрузка на ТП.

На предприятии наличествуют потребители I , II и III категории, принимаем цеховые ТП двухтрансформаторные (I и II катег., для которых К_ЗДОП= 0,7 и 0,9 соответственно при наличии централизованного (складского) резерва тр-ов) и однотрансформаторные (III катег.,Кзд=0,95) [1,стр.26]. Выбор экономически целесообразной мощности трансформатора осуществляется по удельной плотности нагрузки цеха:

=

Таблица 2.2 - Связь между экономически целесообразной мощностью отдельного трансформатора цеховой ТП и σ

Плотность электрической нагрузки цеха σ, кВА/м2	0,03…0,05	0,05…0,06	0,06…0,08	0,08…0,11	0,11…0,14	0,14…0,18	0,18…0,25	0,25…0,34	0,34…0,5	0,5… выше
Экономически целесообразная мощность 1-го тр-ра цеховой ТП Sэ.т, кВА	250	400	500	630	800	1000	1250	1600	2000	2500

Значения S_Э.Т в зависимости от  представлены в [1,табл.4.3.]. Коэффициенты загрузки выбранных трансформаторов в нормальном и послеаварийном режиме будут определяться:

К_З.Н= К_З.П=

SPT=

где SPTi – полная расчетная нагрузка, приходящаяся на один трансформатор ТП,

М – число двухтрасформаторных подстанций,

Q₁ реактивная нагрузка трансформаторов.

Q_1i= Q_1Pi, если Q_1Pi  Q_Pi

Q_Pi, если Q_1Pi  Q_{Pi ,}

где Q_Pi – расчетная реактивная нагрузка на ТП.

Поскольку трансформаторы цеховых ТП расположены в цехах, и никаких ограничений к установке масляных трансформаторов не имеется, то принимаем к установке трансформаторы типа ТМЗ. которые входят в состав КТП. В связи с тем, что трансформаторное масло является горючим веществом, накладываются следующие ограничения:

• при открытой установке внутрицеховой ТП суммарная мощность трансформаторов не должна превышать 3,2 МВА

• в одном помещении внутрицеховой ТП рекомендуется устанавливать одну КТП (допускается не более 3 – х КТП) с суммарной мощностью не более 6,5 МВА.

• установка ТП с масляными трансформаторами выше второго этажа не допускается.

При выборе ТП следует стремиться к применению не более чем 3 – х типогабаритов трансформаторов.

Приведем подробный расчет по выбору трансформаторов ремонтно-механического цеха. Для остальных цехов результаты расчетов сведены в таблицу 2.3.

Расчетная нагрузка ремонтно-механического цеха:

Категория электроснабжения - II

Р_Р=468,8 кВт Q_P=358,9 кВАр S_P=590,4 кВА

Площадь цеха F_Ц=3010 м2, следовательно:

= кВт/м2

Принимаем S_Э.Т=400 кВА.

Число трансформаторов в цехе:

Nэ_{т min}===2

N_т.опт = Nэ_{т min}+Δm = 2+0 = 2

К_З.ДОП=0.7, т.к. цех относится ко второй категории электроснабжения

Реактивная мощность, пропускаемая трансформаторами:

Q_1Pi===306,311 кВАр

Необходимо компенсировать реактивную мощность с помощью низковольтных конденсаторных батарей

Q_К=358,9-306,311= 52,59 кВАр

Коэффициенты загрузки:

Нормальный режим:

К_З.Н===0,699

Послеаварийный режим:

(послеаварийным режимом считаем выход из строя одного трансформатора)

К_З.П==1,39  1,4

По справочнику для трансформатора ТМЗ –400/10:

Р_ХХ=0,92 кВт Р_КЗ =5,5 кВт I_ХХ=3,5 % U_КЗ =4,5 %

Потери в трансформаторах:

Р_Т=Р_ХХ + К_З.НОМ2Р_КЗ = 0,92+0.69 2*5,5=3,615*2= 7,23 кВт

Q_Т===22,795*2=45,589 кВАр

Мощность потребляемая подстанцией:

Р_ТП=Р_Р + Р=468,8+ 7,23 = 476,03 кВт

Q_ТП=Q₁ + Q=358,9 + 45,589 = 404,489 кВАр

S_ТП===624,673 кВА

Таблица 2.3- Расчет выбора трансформаторов цеховых ТП

Наименование цехов	Категория надёжности	Рр,кВт	Qр,кВар	Sр,кВА	Fцеха, м²	δ,кВА/м²	Sэтр,кВА	тип тр-ра.	Sнтр,кВА	кол-во.	Кз.доп.	Q1р,кВар	Q1,кВар	Qк,кВар	Кз.н./Кз.п/а		ΔРхх,кВт	ΔРкз,кВт	Uк,%	iхх,%	ΔРт,кВт	ΔQт,кВар	Рр+ΔРт,кВт	Qр+ΔQт,кВар	Sр,кВА
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15		16	17	18	19	20	21	22	23	24
1. Электровозо-сборочный цех	2	824	1343,4	1575,97	6630,0	0,24
Итого:ТП5		824	1343,4	1575,97			1250	ТМЗ	630	2	0,7	314,5	314,5	1028,9	0,7	1,4	1,7	5,6	5,5	1,8	8,8	56,6	832,9	1400,0	1629,0
2. Аппаратный цех	2	403,8	542,2	676,043	3510,0	0,19
Итого:ТП7		403,8	542,2	676,043			1250	ТМЗ	630	2	0,7	784,1	542,2	0,0	0,5	1,1	1,2	5,5	5,0	3,0	5,6	55,9	409,4	598,1	724,8
3. Тележечный цех	2	567,2	739,8	932,223	3705,0	0,25
Итого:ТП6		567,2	739,8	932,223			1000	ТМЗ	630	2	0,7	675,4	675,4	64,4	0,7	1,4	1,7	5,6	5,5	1,8	8,8	56,6	576,1	796,4	982,9
4. Участок рессор	2	276,4	322,4	424,649	750,0
10.Разборочный цех	2	787,4	928,6	1217,49	1755,0
15.Компрессорная	1	274	209,1	344,653	572,0
Итого:ТП8+РПН3+РПН4		1338	1460,1	1980,27		0,69	2500	ТМЗ	1000	2	0,7	412,9	412,9	1047,2	0,7	1,4	1,9	10,8	5,5	1,2	14,4	77,9	1352,1	1538,0	2047,9
5. Колесный цех	2	1574	2663,3	3093,67	4860,0	0,64
12. Котельная	1	216,7	166,3	273,215	595,0	0,46
Итого:ТП3+РПН5;ТП4		1791	2829,7	3366,88			2500	ТМЗ	1000	4	0,7	2152,5	2152,5	677,2	0,7	1,4	1,9	10,8	5,5	1,2	28,8	155,8	1819,5	2985,5	3496,2
6. Механический цех Итого: ТП9	2	542,4	724,9	905,329	2400,0	0,38	2500	ТМЗ	630	2	0,7	695,5	695,5	29,4	0,7	1,4	1,2	5,5	5,0	3,0	7,8	68,7	550,2	793,5	965,6
16. Очистные сооружения
Итого:ТП14	3	175,2	296,0	343,954	304,0	1,13	2500	ТМЗ	400	1	0,7	218,4	218,4	77,6	0,7	0,7	0,9	5,5	4,5	3,5	3,6	22,8	178,8	318,8	365,5
7. Электро-машинный цех	2	856,3	1448,5	1682,7	2550,0	0,66	2500	ТМЗ	630	2	0,7	211,2	211,2	1237,3	0,7	1,4	1,7	5,6	5,5	1,8	8,8	56,6	865,2	1505,1	1736,1
Итого:ТП10
8. Якорный цех	2	1401	1646,2	2161,65	2475,0	0,87	2500	ТМЗ	630	4	0,7	1071,8	1071,8	574,3	0,7	1,4	1,7	5,6	5,5	1,8	17,7	113,3	1418,7	1759,4	2260,2
Итого:ТП11;ТП12
9. Секционный цех	2	641,2	860,9	1073,45	3705,0	0,29	1600	ТМЗ	630	2	0,7	605,6	605,6	255,3	0,7	1,4	1,7	5,6	5,5	1,8	8,8	56,6	650,1	917,5	1124,5
Итого:ТП13
11. Цех кабин	2	257,2	275,0	376,527	3100,0	0,12
18. Заводоуправление	3	82,59	76,7	112,725	1696,0	0,07
17. Столовая	3	61,96	55,9	83,4213	1120,0	0,07
Итого:ТП2+РПН1+РПН2		401,8	407,6	572,673			630	ТМЗ	400	2	0,7	390,1	390,1	17,4	0,7	1,4	1,0	5,5	4,5	2,1	7,3	34,4	409,0	442,0	602,2
13. КИС	2	2342	3117,2	3899,22	760,0	5,13
14. Инструментальный цех	3	141,4	170,7	221,653	1250,0	0,18
Итого:ТП15+РПН6		2484	3287,9	4120,88			1000	ТМЗ	1000	4	0,7	1292,4	1292,4	1995,5	0,7	1,4	1,9	10,8	5,5	1,2	28,8	155,8	2512,7	3443,7	4262,9
19. Ремонтно-механический цех Итого:ТП1	2	468,8	358,9	590,371	3010,0	0,2	1000	ТМЗ	400	2	0,7	306,4	306,4	52,5	0,7	1,5	0,9	5,5	4,5	3,5	7,2	45,6	476,0	404,5	624,7
																					156,5

3 ВЫБОР НАПРЯЖЕНИЯ, СХЕМЫ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ТРАНСФОРМАТОРОВ ГПП ПРЕДПРИЯТИЯ

Величина напряжения питания главной понизительной подстанции предприятия определяется наличием конкретных источников питания, уровнями напряжения на них, расстоянием от главной понизительной подстанции до этих источников, возможность сооружения воздушных линий для передачи электроэнергии и другими факторами.

Из всех возможных вариантов внешнего электроснабжения нужно выбрать оптимальный, т.е. имеющий наилучшие технико-экономические показатели. Для этого, прежде всего, следует найти величину рационального напряжения, которую возможно оценить по приближенной формуле Стилла:

U_р.рац = 4,34∙ (27)

где l – длина питающей линии главной понизительной подстанции, км;

Р_р.n – расчетная нагрузка предприятия на стороне низшего напряжения, кВт.

Расчетная активная нагрузка предприятия:

Р_р.n = ( Р_р.н + Р_р.В + ∆Р_mΣ) + Р_р.о (28)

где Р_р.н, Р_р.В – расчетные низковольтная и высоковольтная нагрузка всех цехов предприятия, кВт;

∆Р_mΣ – суммарные потери активной мощности в трансформаторах цеховых трансформаторных подстанций, кВт;

Р_р.о – расчетная активная освещения цехов и территории, кВт.

Р_р.n = (11371+2016+156,5)+576,8 =14120,3 кВт

Подставив все найденные данные в формулу (27) найдем рациональное напряжение:

U_р.рац = 4,34∙

Для сравнения заданы два варианта внешнего электроснабжения предприятия 35 и 110 кВ.

Полная расчетная нагрузка предприятия. необходимая для выбора трансформаторов ГПП:

S_р = (29)

где Q_эс1 – экономически целесообразная реактивная мощность на стороне внешнего напряжения ГПП, потребляемая предприятием от энергосистемы (tgφ₃₅ = 0,4;tgφ₁₁₀ = 0,5);

Q_эс1 = Р_р.n∙ tgφ (30)

где ∆Q_гпп – потери реактивной мощности в трансформаторах ГПП,кВАр.

∆Q_гпп = 0,07∙

Рассчитаем нагрузку на сборных шинах 10 кВ ГПП:

где m – число узлов, питающихся от шин ГПП

N – кол-во высоковольтных приемников

По таблице определяем коэффициент одновремённости максимумов нагрузки:

К_ом=0,9 (при К_{иапред.}=0,55 n_э=19)

На пятом уровне СЭС:

кВт

Для 110 кВ:

Q_эс1 = 12710,43∙0,5 =6355,215 кВАр

∆Q_гпп = 0,07∙ кВАр

S_р = кВА.

На ГПП устанавливается два трансформатора, что обеспечивает необходимую надежность питания при простой схеме и конструкции понизительной подстанции.

Номинальная мощность каждого трансформатора определяется из соотношения:

S_Т = и S_Н.Т  S_T

где: n = 2 – число трансформаторов ГПП.

К_З.Н = 0,7 – коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме (определяется из условия резервирования).

S_Т = кВА.

Таким образом, к установке на ГПП принимаем два трансформатора

ТДНС – 10000/110 с К_З.Н = 0,58 и К_З.П =1,153.

Для 35 кВ:

Q_эс1 = 12710,43∙0,4=5084,172 кВАр

∆Q_гпп = 0,07∙ кВАр

S_р = кВА.

S_Т = кВА

К установке на ГПП принимаем два трансформатора ТДНС – 10000/35 с К_З.Н = 0,668 и К_З.П = 1,34

Варианты схем электроснабжения предприятия на напряжение 35 и 110 кВ представлены на рисунках 3.1 и 3.2 соответственно.

Таблица 3.1- Сравнение вариантов целесообразного напряжения

Параметры	Напряжение сети, кВ
	35	110
Экономически целесообразная реактивная мощность Qэс, кВА	5084,172	6355,215
Полная расчетная нагрузка Sр, кВА	13363,312	11525,106
Мощность трансформаторов ГПП Sт, кВА	9545,223	8232,22
Тип трансформаторов ГПП	ТДНС-10000/35	ТДН-10000/110
Номинальная мощность тр-ра, кВА	10000	10000
Напряжение на высокой стороне Uвн, кВ	37	115
Напряжение на низкой стороне Uнн, кВ	10,5	11
Потери холостого хода Рхх, кВт	12	14
Потери короткого замыкания Рк, кВт	60	58
Напряжение короткого замыкания Uк,%	8	10,5
Ток холостого хода Iхх, %	0,75	0,9
Коэф-т загрузки в нормальном режиме Кз.норм	0,668	0,58
Коэф-т загрузки в послеаварийном режиме Кз.авар	1,34	1,153

Рисунок 1. Вариант схемы электроснабжения предприятия на напряжение 35 кВ

Рисунок 2. Вариант схемы электроснабжения предприятия на напряжение 110 кВ

4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ