Выбор напряжения распределения

Рациональное напряжение  распределения электроэнергии выше на предприятии определяется на основании технико-экономического расчета и для вновь проектируемых предприятий в основном зависит от наличия и значения мощности приемников электрической энергии напряжением , , начиная с собственной ТЭЦ и величины её генераторного напряжения, а также напряжения системы питания. Для учебного проектирования ТЭР не проводим, поэтому при выборе напряжения распределения пользуемся следующими условиями:

Если мощность ЭП  составляет от суммарной мощности предприятия менее 10-15 %, то  распределения принимается равным , а электроприемники на напряжение  получают питание через понижающие трансформаторы .

Если мощность электроприемников  составляет от суммарной мощности предприятия более 40 %, то  распределения принимается равным .

В остальных случаях процентного соотношения нагрузок вопрос выбора рационального напряжения следует решать на основе экономического сравнения вариантов.

Доля нагрузки  в общем по заводу определяется из выражения:

                                       .                                                          (66)

Кроме того, при выборе  распределения электроэнергии на напряжении выше  следует учитывать напряжение распределительной энергии в электрических сетях до . В случае применения в последних напряжения  предпочтение во многих случаях отдается напряжению .

 

Выбор схемы распределения

 

Внутризаводское распределение электроэнергии выполняется по радиальной, магистральной или смешанной схемам, в зависимости от: территориального размещения нагрузок, их величины, требуемой степени надёжности питания и других характерных особенностей технологического процесса производства проектируемого объекта.

Основные принципы, по которым строится схема электроснабжения на всех её уровнях:

– максимальное приближение источников высокого напряжения к ЭУ потребителей;

– резервирование питания закладывается в самой схеме электроснабжения, с учётом допустимой нагрузочной способности элементов СЭС;

– секционирование всех звеньев СЭС от источника питания до сборных шин, питающих электроприёмники;

– выбор режима работы элементов СЭС;

– обеспечение функционирования основных производств предприятия в ПАР.

При построении общей схемы распределения электроэнергии следует стремиться к рациональному использованию РУ, сокращению количества электрических аппаратов и длин ЛЭП, и тем самым к снижению приведённых затрат.

Радиальные схемы целесообразны для питания ЭП первой категории и особой группы ЭП по надежности питания; мощных РП; удалённых от ППЭ мощных сосредоточенных потребителей с единичной мощностью цехового трансформатора 2500 .

 

            а)                         б)                                    в)

 

Рисунок 5.1 - Радиальные схемы внутреннего электроснабжения промышленного предприятия

 

Схема (рис.5.1 а) предназначена для питания потребителей 3-й категории. Схема (рис.5.1 б) предназначена для питания потребителей 2-й категории, перерыв питания у которых может быть допущен на время ручного ввода резерва. Схема (рис.5.1 в) предназначена для электроснабжения потребителей 1-й категории, но её используют и для питания потребителей 2-й категории, перерыв в питании которых влечет за собой нарушение технологического процесса и остановку производства.

Магистральные схемы целесообразно применять при распределённых нагрузках и при упорядоченном расположении цеховых подстанций на территории проектируемого объекта. Магистральные схемы выполняются как одиночные, так и двойные, а с точки зрения питания с односторонним и двусторонним питанием.

 

 

Рисунок 5.2 - Магистральные схемы питания промышленного предприятия в        системе внутреннего электроснабжения: а) с односторонним (двухсторонним) питанием; б) со сквозными двойными магистралями

 

Одиночные магистральные линии рекомендуется применять для питания неответственных потребителей (третья категория).

Двойные магистральные линии применяются для питания потребителей второй категории, а двойные магистрали с двусторонним питанием и для первой категории.

Число цеховых трансформаторов, подключённых к одной магистральной линии, зависит от их мощности: в пределах двух-трёх при мощности 1500-1000  и четырёх-пяти при мощности 630-400 . Подключение трансформаторов к магистрали осуществляется через коммутационно-защитный аппарат.

В практике проектирования и эксплуатации СЭС, как правило, применяются и радиальные и магистральные схемы питания (так называемые смешанные схемы). Такое решение позволяет создать схему внутреннего электроснабжения с наилучшими технико-экономическими показателями.

5.3 Выбор распределительных пунктов 6-10 кВ

Распределительные пункты служат для приема электроэнергии из энергосистемы (если нет ГПП), или от ГПП, или от заводской станции и для распределения ее по территории промышленного предприятия на том же напряжении без трансформации. На больших предприятиях может быть несколько РП.

Распределительные пункты и подстанции с электроприемниками 1-й и 2-й категории питаются по двум и более радиальным линиям, которые обычно работают раздельно каждая на свою секцию; при отключении одной из них нагрузка автоматически переключается на другую секцию. Если каждая питающая линия не рассчитана на полную мощность РП или подстанции, то применяются меры по их частичной разгрузке на время послеаварийного режима. Если питание РП производится от двух разных источников, то распределение нагрузок между последними производится в зависимости от их мощности, удаленности, экономичности и других условий. При двухтрансформаторных цеховых подстанциях каждый трансформатор питается отдельной линией по блочной схеме линия – трансформатор. Пропускная способность блока при послеаварийном режиме рассчитывается исходя из категорийности и ответственности питаемых электроприемников.

Для рационального использования РУ мощность РП должна выбираться таким образом, чтобы питающие его линии, выбранные по допустимому току и проверенные по току короткого замыкания, были полностью загружены (с учетом послеаварийного режима), а число отходящих линий от РП, как правило, должно быть не менее 8-10. Маломощные линии должны укрупняться, а если по условиям размещения нагрузок это не возможно, то следует применять магистральные схемы.

Если нагрузка цеха  на напряжение до  не превышает , то в данном цехе ТП можно не предусматривать, а электроприемники цеха запитываются с шин ближайшей ТП кабельными ЛЭП .

В данном разделе проекта необходимо определить количество и месторасположение распределительных пунктов на территории предприятия. Аппараты для данных РП будут выбираться далее после нахождения (расчета) токов короткого замыкания. Место расположение распределительных пунктов и линии электропередач, подводимые к ним и от них к цеховым трансформаторным подстанциям необходимо нанести на генеральный план проектируемого предприятия. Распределительный пункт и ТП располагают по возможности в ЦЭН цеха или группы цехов, которые от них запитаны, используя ранее построенную картограмму электрических нагрузок. Если по условиям пожаро-взрывобезопасности РП или ТП нельзя расположить в центре электрических нагрузок, то место расположения смещается в сторону источника питания.

Выбор цеховых КТП

При решении вопроса о типе, конструктивном исполнении и месте расположения цеховой подстанции необходимо принимать во внимание следующие положения:

а) следует стремиться к выполнению внутренних цеховых подстанций и желательно встроенных в цех, ибо при этом уменьшаются затраты на строительные работы и архитектурное выполнение здания получается наиболее удачным, при невозможности обеспечить применение встроенной подстанции, желательно как следующий вариант рассматривать пристроенные (около стен цеха) трансформаторные подстанции;

б) стоящие отдельно подстанции следует применять только в тех случаях, когда:

- от данной подстанции питается несколько цехов и ни один из них не может служить местом целесообразного размещения в нем этой подстанции;

- размещение подстанции внутри или около цеха недопустимо по соображениям пожаро- и взрывобезопасности;

- размещение подстанции внутри или около цеха нецелесообразно или недопустимо из-за воздействия на её оборудование химических веществ.

При проектировании рекомендуется применять комплектные трансформаторные подстанции (КТП), изготовляемые на заводах, транспортируемые в собранном виде до места установки со всем оборудованием.

Правильный выбор числа и мощности трансформаторов цеховых подстанций важно для построения рациональной схемы электроснабжения предприятия. При этом основными показателями являются: капиталовложения; эксплуатационные расходы, обеспечивающие срок окупаемости не более 8-10 лет; расход цветных металлов и надежность питания.

При выборе мощности трансформаторов следует стремиться к установке трансформаторов не более двух-трех мощностей. Это облегчает замену поврежденных трансформаторов и ведет к сокращению складского резерва трансформаторов.

Выбор числа трансформаторов связан с режимом работы потребителей. График нагрузки цеха может быть таким, при котором по экономическим соображениям необходимо установить не один, а два трансформатора. Такие случаи, как правило, имеют место при низком коэффициенте заполнения графика нагрузки (0,5 и ниже). В этом случае установка отключающих аппаратов необходима для оперативных действий дежурного персонала (включение и отключение) с силовыми трансформаторами при соблюдении экономически целесообразного режима работы.

Если по условиям резервирования питания потребителей необходима установка более одного трансформатора, то нужно стремиться к тому, чтобы число трансформаторов на подстанции не превышало двух.

Потребители 1-й категории должны иметь питание от двух независимых источников электроэнергии, при этом должно быть обеспечено резервирование всех потребителей. При осуществлении бесперебойного питания от двух подстанций на них можно устанавливать по одному трансформатору.

При питании потребителей 1-й категории от одной подстанции для обеспечения резерва необходимо иметь по одному трансформатору на каждой секции шин, при этом мощность трансформаторов должна быть выбрана таким образом, чтобы при выходе из строя одного из них было обеспечено питание потребителей с учетом допустимой перегрузки оставшегося в работе трансформатора. Ввод резервного питания должен осуществляться автоматически.

Потребители 2-й категории должны быть обеспечены резервом, вводимым действиями дежурного персонала. При питании от одной подстанции следует иметь два трансформатора и складской трансформаторный резерв для нескольких подстанций, питающихся потребителей 2-й категории, при условии, что замена трансформатора может быть произведена в течение 10 – 12 часов. На время замены трансформатора может вводиться ограничение потребителей с учетом перегрузки оставшегося в работе трансформатора.

Потребители 3-й категории могут получать питание от однотрансформаторной подстанции при наличии складского трансформаторного резерва.

При выборе мощности трансформаторов следует добиваться как экономически целесообразного режима работы, так и соответствующего обеспечения резервирования питания приемников при отключении одного из трансформаторов, причем нагрузка трансформатора не должна (по нагреву) вызывать сокращение естественного срока его службы.

Определение мощности трансформаторов целесообразно производить исходя из рациональной их загрузки в нормальном режиме и с учетом минимально необходимого резервирования в послеаварийном режиме. При этом мощность трансформаторов  определяется по средней нагрузке цеха  за максимально загруженную смену.

                                 ,                                                        (67)

где  число трансформаторов,  коэффициент загрузки трансформаторов [2].

Если не принимать во внимание перегрузочную способность трансформатора, то можно без достаточного основания завысить его установленную мощность.

Число и мощность трансформаторов в цеховых трансформаторных подстанциях определяется, как было указано, общей мощностью  цеха (цехов), требованиями надежности электроснабжения, а так же удельной плотностью нагрузки :

                                             .                                                      (68)

Если плотность электрической нагрузки не превышает , то при любой мощности цеха мощность трансформаторов не должна быть более . Если удельная плотность нагрузки находится в пределах , то единичную мощность трансформаторов можно принять равной . Если удельная плотность нагрузки более , то на цеховой подстанции можно устанавливать трансформаторы . Общее количество трансформаторов, устанавливаемых в цехе можно определить из выражения:

                                 .                                                  (69)

Согласно СН 174-75 для трансформаторов цеховых подстанций следует, как правило, принимать следующие коэффициенты загрузки :

- для цехов с преобладающей нагрузкой 1-й категории при двухтрансформаторных подстанциях – 0,65-0,7

- для цехов с преобладающей нагрузкой 2-й категории при однотрансформаторных подстанциях с взаимным резервированием – 0,7-0,8

- для цехов с преобладающей нагрузкой 2-й категории при использовании централизованного резерва трансформаторов и для цехов с нагрузкой 3-й категории – 0,9-0,95.

Расчеты по определению числа КТП и мощности их трансформаторов сводятся в таблицу 5.1.

После проведенного выбора трансформаторов производим окончательный (в главе 2, при расчете максимальной нагрузки цеха, мы учитывали приблизительные потери в трансформаторах) расчет потерь мощности в них. Для этого необходимо определить потери активной и реактивной мощности по формулам:

                                               ,                                    (70)

где  – мощность потерь холостого хода трансформатора;  – мощность потерь короткого замыкания (справочные данные);  – коэффициент загрузки в нормальном режиме: . Здесь – расчетная максимальная нагрузка цеха, ; – номинальная мощность трансформатора, .

                                             ,                                     (71)

где , .

 

Таблица 5.1 - Выбор числа и мощности КТП

№			Число и мощ. ТП
1
2

5.5 Выбор способа транспорта электрической энергии

Транспорт (канализация) электрической энергии в СЭС осуществляется:

– воздушными линиями;

– кабельными линиями;

– токопроводами.

По территории промышленных объектов передача электрической энергии по ВЛЭП, как правило, не применяется. Преимущество отдаётся КЛЭП и токопроводам.

При распределении электроэнергии по КЛЭП необходимо произвести выбор трассы, способа прокладки и типа кабеля.

Правильный выбор трассы является одним из основных факторов, определяющих материалоёмкость КЛЭП и удобство её эксплуатации. Рекомендуется избегать пересечения КЛЭП между собой, а также трубопроводами и другими коммуникациями. Трасса должна быть выбрана так, чтобы не было обратных перетоков мощности («петель») в сети одного напряжения.

По территории предприятия КЛЭП прокладываются в блоках, каналах, туннелях, по эстакадам, по стенам зданий, а также в траншеях. Внутри зданий силовые кабели могут прокладываться в каналах, туннелях, блоках и кабельных этажах.

При выборе способа прокладки силовых кабелей необходимо [1] учитывать следующие рекомендации:

– в одной траншее целесообразно прокладывать не боле шести кабелей;

– при числе кабелей более 20 рекомендуется прокладка в каналах, туннелях, по эстакадам и в галереях;

– прокладка кабелей в блоках производится при необходимости пересечения с железобетонными путями, при вероятности разлива металла и т.п.

В сетях 6-35  промышленных предприятий для передачи в одном направлении мощности более 15…20  при напряжении 6 , более 25…35  при напряжении 10  и более 35  – при напряжении 35  следует [1] применять токопроводы.