2 Построение картограммы электрических нагрузок

Для определения местоположения ГПП при проектировании системы электроснабжения на генеральный план промышленного предприятия наносим картограмму нагрузок, которая представляет собой размещенные на генплане окружности, причем площади, ограниченные этими окружностями, в выбранном масштабе равны расчетным нагрузкам цехов. Для каждого цеха наносим свою окружность, центр которой совпадает с центром нагрузок цеха.

Главную понизительную и цеховые подстанции располагаем как можно ближе к центру нагрузок, так как это позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электрической энергии и значительно сократить протяженность, как распределительных сетей высокого напряжения завода, так и цеховых электрических сетей низкого напряжения, уменьшить расход проводникового материала и снизить потери электрической энергии.

Рассчитываем в выбранном масштабе радиус окружности цеха, соответствующий расчетной нагрузке S_рi, кВ∙А i – го цеха по формуле

, (1)

где	Sр.i -	полная мощность i – го цеха, кВ∙А;
	m -	выбранный масштаб для определения площади круга, постоянный для всех цехов предприятия (принимаем масштаб m = 0,8 кВ∙А/мм2).

Подставляя значения вышеуказанную формулу (2.1), получаем

.

Расчет радиусов окружностей для остальных цехов завода производим по аналогичной формуле (2.1) и сводим в таблицу 2.1.

Силовые нагрузки до 1 кВ и выше изображаем отдельными кругами. Считаем, что нагрузка по цеху распределена равномерно, поэтому центр нагрузок совпадает с центром тяжести фигуры, изображающей цех в плане.

Осветительную нагрузку наносим в виде сектора круга, изображающего нагрузку до 1 кВ. Угол вышеуказанного сектора α для i – го цеха определяем по формуле

, (2)

где

Sро.i -

мощность осветительной нагрузки i – го цеха, кВ∙А.

Подставляя значения вышеуказанную формулу (3), получаем

.

Для определения места ГПП или ГРП находим центр электрических нагрузок (таблица 2.1).

Таблица 2.1 Расчет картограммы нагрузок и определение центра нагрузок

Номер цеха		Spi, кВ·А		Spoi, кВ·А	ri, мм	αi, град	xi, м		yi, м		Spi· xi, кВ·А·м	Spi· yi, кВ·А·м
Потребители напряжением до 1 кВ
1		260,99		48,94	10,19	67,50	325		190		84821,7	49588,1
2		1477,26		124,78	24,25	30,40	95		70		140339,7	103408,2
3		1962,10		201,21	27,95	36,91	97,5		175		191304,7	343367,5
4		1074,95		118,96	20,69	39,83	235		70		252613,2	75246,5
5		397,68		49,99	12,58	45,25	352,5		97,5		140182,2	38773,8
6		503,10		46,51	14,15	33,28	227,5		177,5		114455,2	89300,2
всего	5676,08		590,39		109,81	253,17

На генплан завода произвольно наносим оси координат и определяем для каждого цеха координаты по оси абсцисс х_i, м и оси ординат у_i, м.

Рассчитываем координаты центра нагрузок завода Х_А, м и У_А, по формулам соответственно , (3)

, (4)

.

3. ВЫБОР И РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Рисунок 3.1 Схема внешнего электроснабжения (Вариант 1)

Рисунок 3.2 Схема внешнего электроснабжения (Вариант 2)

4 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Расчет токов короткого замыкания производим для выбора и проверки электрических аппаратов, токоведущих частей по условиям короткого замыкания с целью обеспечения системы электроснабжения надежным в работе оборудованием.

Рисунок 4.1 Расчетная схема

Первым этапом расчета является составление схемы замещения сети, на которой указываются все элементы. На основании расчетной схемы составляется схема замещения, в которую все элементы схемы вводятся полными сопротивлениями. В качестве расчетного принимается режим трехфазного металлического короткого замыкания.

Рисунок 4.2 Схема замещения

Находим базисный ток, принимая базисную мощность равной мощности системы S_б = S_с =400 МВ·А, а напряжение равное 115 кВ, по формуле

, (4)

.

Для упрощения записи формул в дальнейшем опускаем символы относительных базисных единиц «*».

Сопротивление системы в относительных базисных единицах находим по формуле

, (5)

.

Для линий электропередачи индуктивное сопротивление определяется по формуле

= Х₀·ℓ·, (6)

где х₀ – удельное индуктивное сопротивление линии заданного сечения, Ом/км;

ℓ- заданная длина линии, км.

По выражению (4.3) определяем индуктивное сопротивление линии Х_Л длиной 7,8 км и сечением 70 мм².

= 0,43·8,5=0,33

.

Для двухобмоточного трансформатора ТДН 4000/110 индуктивное сопротивление обмотки Х_Т определяем по формуле

, (7)

где u_кз – напряжение короткого замыкания трансформатора в процентах (таблица 1.5);

Индуктивные сопротивление обмотки высокого напряжения определяем по формуле (4.4)

Ток короткого замыкания в точках К1 и К2 рассчитываем по формулам:

(8)

(9)

Ударный ток определяем по формуле:

, (10)

, (11)

Мощность короткого замыкания рассчитываем по формуле:

(12)

(13)

5. ВЫБОР И ПРОВЕРКА КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ

5.1 Выбор и проверка коммутационных аппаратов на 110 кВ

Выбор и проверка высоковольтного выключателя и разъединителя проводится по условиям: номинального напряжения, номинального тока, ударного тока, проверка на термическую стойкость и номинальный ток отключения (только для выключателей).

Для проверки электрических аппаратов на термическую устойчивость необходимо определить тепловой импульс тока короткого замыкания В_к, А²·с по формуле

В_кΣ = I²_по·(t_{отк. макс} + Т_а), (1)

где t_отк – время отключения выключателя, с.;

Т_а –значение постоянной времени затухания апериодической составляющей.

время отключения выключателя t_отк , с определяется из времени действия основной релейной защиты данной цепи и полного времени отключения выключателя

t_отк = t_рз + t_отк.в, (2)

где t_рз – время срабатывания релейной защиты данной цепи, с;

t_отк.в – полное время отключения выключателя, с (принимается по справочнику [1]).

В соответствии с формулой (5.2), имеем

t_{отк 1} = 0,6 +0,06 = 0,66 с

Подставляя найденное значение t_{отк 1} в формулу(5.1), получаем

В_к1 = 7,44²·(0,66 + 0,25) = 50,36 кА²·с

Расчётные параметры, номинальные данные выключателя и разъединителя на напряжение 110 кВ, условия выбора и проверки приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 Условия выбора коммутационных аппаратов

Расчетные Данные	Условие проверки	Каталожные данные
		Выключатель ВВУ-110Б-40/2000У1	Разъединитель РНД-32-110/1000У1
Uуст=110 кВ		Uном=110	Uном=110
Ip=12,03А		Iном=2000А	Iном=1000А
Iкз=7,44кА		Iном.откл=40кА	-
iуд=18,97 кА		iдин=102кА	iдин=80кА
Вк=50,36кА2с		It2tt=4800кАс	It2tt=3969кАс

Выбранные высоковольтный выключатель ВВУ-110Б-40/2000У1 и разъединительРНД-32-110/1000 У1 удовлетворяют всем условиям.

Выбор отделителей производится по тем же условиям, что и выключателей, кроме проверки на симметричный ток отключения, проверки возможности отключения апериодической составляющей тока к.з.

Короткозамыкатели выбираем по условиям: номинального тока, ударного тока и проверка на термическую стойкость. Также нужно помнить, что короткозамыкатель выбирается по количеству ножей. В нашем случае короткозамыкатель с двумя заземляющими ножами.

Результаты расчетов по выбору указанных аппаратов сведены в таблицу 5.2

Таблица 5.2 Условия выбора отделителя и короткозамыкателя

Расчетные Данные	Условие проверки	Каталожные данные
		Отделитель ОД-110/800Т1	Короткозамыкатель КЗ-110 В-У1
Uуст=110 кВ		Uном=110	Uном=110
Ip=12,03А		Iном=800А	160А
iуд=18,97кА		iдин=80кА	iдин=32кА
Вк=50,36 кА2с		It2tt=2976	It2tt=468,75кАС

ОтделительОД-110/800Т1 и короткозамыкательКЗ-110 В-У1 подходят по всем условиям.