Расчет электрических нагрузок напряжением

выше 1 кВ

Расчет электрических нагрузок напряжением выше 1 кВ производится в целом аналогично расчету нагрузок до 1 кВ, (приложение Ж, таблица Ж.1), с учетом следующих особенностей:

а) при получении от технологов (или по исходным данным) коэффициентов, характеризующих реальную загрузку электродвигателей, K_з, в графу 5 (таблица А.1 приложения А) заносится вместо коэффициента использования Ки, значение коэффициента загрузки Кз, а в графу 7- значение Кз.Рном;

б) расчетная нагрузка цеховых ТП (с учетом осветительной нагрузки и потерь в трансформаторах) заносится в графы 7 и 8;

в) определяется число присоединений от 6 до 10 кВ на сборных шинах РП, ГПП (графа 2 итоговой строки). Резервные ЭП не учитываются;

г) эффективное число ЭП n_э не определяется и графы 9 и 10 не заполняются;

д) в зависимости от числа присоединений и группового коэффициента использования К_и Р_ном / Р_ном, занесенного в графу 5 итоговой строки, по таблице Ж.4 приложения Ж определяется значение коэффициента одновременности К_о, которое заносится в графу 11 (при этом К_р = 1):

(53)

где PрS - суммарная расчетная нагрузка на шинах 6 - 10 кВ или ГПП;

Pр - расчетная мощность нагрузок отдельных ЭП напряжением 6 - 10 кВ.

Для кабелей напряжением 6 кВ и выше, питающих цеховые трансформаторные и распределительные устройства, принята постоянная времени нагрева T0 - 30 мин. Расчетная мощность для этих элементов определяется при kр = 1;

е) расчетные мощности (графы 12 - 14) определяются по выражениям:

(54)

(55)

Полная расчетная мощность Sр (графа 14) определяется по выражению 35;

ж) результирующий расчет нагрузок для каждой трансформаторной подстанции и выбор мощности трансформаторов рекомендуется выполнять форме Ф202-90 (таблице Ж.5 приложения Ж).

Результирующая нагрузка на стороне высокого напряжения определяется с учетом средств компенсации реактивной мощности (КРМ) и потерь мощности в трансформаторах /12/.

8 Выбор числа и предварительной мощности трансформаторов на цеховых подстанциях

Выбор производится в соответствии с /2/.

Однотрансформаторные цеховые подстанции применяют при питании нагрузок, допускающих перерыв электроснабжения на время доставки "складского" резерва, или при резервировании, осуществляемом по перемычкам на вторичном напряжении.

Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяют при преобладании потребителей 1-ой и 2-ой категорий, а также при наличии неравномерного суточного или годового графика нагрузки.

Цеховые подстанции с числом трансформаторов более двух используют лишь при надлежащем обосновании необходимости их применения, а также в случае установки раздельных трансформаторов для питания силовых и осветительных нагрузок. Ориентировочно число и мощность трансформаторов можно выбрать по удельной плотности нагрузки (кВА/м2) и соответствующей нагрузке объекта (кВА), /2/. При этом максимальные мощности трансформаторов получаются следующими: при плотности нагрузки до 0,2 кВА/м² - до 1000 кВА;

от 0,2 до 0,5 кВА/м² – от 1000 до 1600 кВА;

свыше 0,5 кВА/м² – от 1600 до 2500 кВА.

Мощность цеховых трансформаторов следует определять по среднесменной потребляемой мощности, Sсм, за наиболее нагруженную смену, а не по максимальной расчетной нагрузке /2/, за исключением резкопеременного графика нагрузки:

(56)

где Sсм - мощность цеха за наиболее загруженную смену, кВА;

Kз - коэффициент загрузки трансформатора;

n - число трансформаторов на подстанции.

Эта формула справедлива при условии, что в цехе предусматривается установка одной трансформаторной подстанции, если их несколько, то количество трансформаторных подстанций должно быть определено в соответствием с пунктом 6.4.7 /2/ в зависимости от рекомендуемой мощности трансформаторов и плотности цеховой нагрузки.

Наивыгоднейшая загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории питаемых электроприемников, числа трансформаторов и способа резервирования. Согласно /2/ рекомендуется применять следующие коэффициенты загрузки трансформаторов:

а) при преобладании нагрузок 2-й категории при двухтрансформаторных подстанциях Кз = 0,65-0,7;

б) при преобладании нагрузок 2-й категории при двухтрансформаторных подстанциях и взаимном резервировании на вторичном напряжении Кз = 0,7-0,8;

в) при преобладании нагрузок 2-й категории при наличии централизованного (складского) резерва трансформаторов, а также при нагрузках 3-й категории при однотрансформаторных подстанциях Кз = 0,9-0,95.

Коэффициенты загрузки в первых двух случаях (а и б) установлены, исходя из необходимости взаимного резервирования при выходе из работы одного из трансформаторов и с учетом допустимой перегрузки трансформатора, оставшегося в работе.

9 Выбор места расположения цеховых трансформаторных подстанций

Правильное размещение трансформаторных подстанций на территории цеха - один из важнейших вопросов при построении рациональных систем электроснабжения.

Основные требования, которые необходимо выполнять при определении местоположения цеховой подстанции:

а) максимальное приближение к центру нагрузки;

б) сведение до возможного минимума обратных потоков энергии к источнику питания;

в) цеховые подстанции должны занимать как можно меньше полезной площади цеха (их следует располагать между колоннами, в мертвых зонах мостовых кранов и так далее);

г) они не должны создавать помех производственному процессу;

д) крайне желательно, чтобы трансформаторы располагались непосредственно на открытом воздухе (для отдельностоящих, пристроенных и встроенных);

е) выполнение требований электрической и пожарной безопасности;

ж) выполнение требований архитектуры и эстетики.

Для определения условного центра электрических нагрузок (ЦЭН), а следовательно и местоположения трансформаторной подстанции при проектировании системы электроснабжения на план цеха наносится картограмма нагрузок. Картограмма нагрузок цеха представляет собой размещенные по плану окружности, площади которых в выбранном масштабе равны расчетным мощностям нагрузок цеха (по отделениям). Центры этих окружностей являются "центрами тяжести" каждого из отделений. Располагая цеховые трансформаторные подстанции в указанных центрах, преследуют определенные цели:

а) приближают высокое напряжение к центру потребления электрической энергии, что значительно сокращает протяженность как распределительных сетей высокого напряжения предприятия, так и цеховых сетей низкого напряжения;

б) обеспечивают по возможности более близкие друг к другу уровни напряжения у потребителей;

в) уменьшают расход проводникового материала;

г) добиваются минимизации потерь электрической энергии или суммарных приведенных годовых затрат.

Существует несколько методов определения условного центра электрических нагрузок /4, 5/. Один из них (наиболее точный, с погрешностью меньше 5 %, но зато более сложный) заключается в определении минимума приведенных годовых затрат, соответствующий рациональному размещению трансформаторных подстанций относительно заданной нагрузки путем решения систем алгебраических уравнений методом простой итерации.

Второй метод - это метод, учитывающий построение картограммы не нагрузок, а расхода энергии W = Pм. Tм. Координаты центра, полученные этим методом таковы:

	(57)
	(58)

Но наиболее простым и наглядным является третий метод (из него вытекает второй), который легко реализуется на ЭВМ (при значительном количестве отделений), однако точность его лежит в пределах от 5 до 10 %. Суть его заключается в том, что проводят аналогию между массами и электрическими нагрузками и нахождение ЦЭН сводится к определению центра тяжести масс по формулам, используемым в теоретической механике:

	(59)
	(60)

или упрощению для активной и реактивной мощностей отдельно:

	(61)
	(62)
	(63)
	(64)

10 Определение мощности компенсирующих устройств

Во избежание чрезмерных потерь активной мощности от передачи реактивной мощности энергосистемы на основании соответствующих технико-экономических расчетов и с учетом имеющейся реактивной мощности своих источников предписывают потребителям определенные оптимальные (экономические), Qэ, значения их реактивной мощности. Превышение этих значений учитывают при определении платы за электроэнергию.

Номинальную мощность компенсирующих устройств (КУ) обычно выбирают в пределах согласно /2/:

(65)

где Qр - расчетная реактивная мощность потребителей цеха, кВАр;

Qэ - реактивная мощность, выдаваемая энергосистемой, кВАр;

Qку - мощность компенсирующих устройств, кВАр.

Так как величина Qэ задается для предприятия в целом, то нижний предел выбора мощности относится к КУ, установленным на входе линий питания на предприятии (например, на ГПП, ЦРП предприятия). Поскольку отдельные цеха связи с энергосистемой не имеют, то Qэ для них не задается и КУ обычно выбирают по верхнему пределу, что позволяет даже во время суточного максимума компенсировать всю реактивную мощность.

При выборе средств компенсации следует учитывать рациональную мощность, которую может пропустить цеховой трансформатор, наличие синхронных двигателей на высоком напряжении, расчетную мощность КУ, а также минимальные приведенные затраты на их установку. Возможны следующие варианты установки КУ в данном проекте:

а) установка батарей конденсаторов (БК) на ВН и НН;

б) компенсация синхронными двигателями (СД) на ВН и БК на НН;

в) компенсация СД на ВН;

г) компенсация БК на НН;

д) компенсация БК на ВН.

Могут быть предложены и другие варианты. Окончательный выбор делают на основе анализа приведенных затрат по вариантам.

В сетях 6, 10 кВ в первую очередь полностью использовать для компенсации реактивную мощность работающих СД.

Согласно /12/ с достаточной степенью точности максимальная мощность генерируемая в сеть СД, Qдр, с учетом того, что СД имеет загрузку по активной мощности меньше номинальной, может принята равной:

(66)

где Qдн - номинальная реактивная мощность СД, кВАр.

(67)

где Pн - номинальная активная мощность двигателя, кВт;

tgjн - номинальный коэффициент реактивной мощности;

h - коэффициент полезного действия СД.

При отсутствии или недостаточном количестве СД применяют БК на ВН. Их целесообразно устанавливать: на цеховых подстанциях со сборными шинами ВН, на РП или на вторичном напряжении подстанции глубокого ввода (ПГВ) и ГПП, от которых питаются цеховые подстанции и индивидуальные ЭП 6, 10 кВ. При такой установке конденсаторов от реактивной мощности разгружаются питающие сети 6, 10 кВ, трансформаторы ПГВ и ГПП и сеть энергосистемы.

Конденсаторы напряжением 6, 10 кВ не рекомендуется устанавливать на бесшинных цеховых подстанциях, на которых трансформаторы присоединены наглухо или только через разъединитель, так как присоединение БК вызовет их усложнение и удорожание. В сетях 0,38; 0,66 кВ для компенсации реактивной мощности также следует использовать реактивную мощность СД 0,38; 0,66 кВ, а также свободную реактивную мощность СД 6, 10 кВ, оставшуюся после компенсации нагрузок в сети 6, 10 кВ, если это экономически целесообразно. Максимальная реактивная мощность QmaxТ, МВАр, которая может быть передана от СД 6, 10 кВ в сеть без увеличения числа трансформаторов n, выбранных по нагрузке, находится по формуле:

(68)

где kз - коэффициент загрузки трансформаторов;

Sном - номинальная мощность трансформатора, МВА;

Pсм - расчетная среднесменная нагрузка сети 380 В, МВт.

Как правило, передача реактивной мощности от СД 6, 10 кВ в сеть напряжением до 1 кВ оказывается невыгодной, если это вызывает увеличение числа понижающих трансформаторов сверх необходимых по нагрузке.

Суммарную расчетную мощность БК низшего напряжения, устанавливаемых в цеховой сети, определяют расчетами по минимуму приведенных затрат в два этапа:

а) выбирают экономически оптимальное число цеховых трансформаторов и исходя из их пропускной способности мощность БК, Qнк1:

(69)

где Qсм - суммарная реактивная мощность цеха за наиболее загруженную смену на напряжении до 1 кВ, кВАр.

Если окажется, что Qнк1 < 0, то установка БК при выборе оптимального числа трансформаторов не требуется (Qнк1 = 0);

б) определяют дополнительную мощность БК в целях оптимального снижения потерь в трансформаторах и в сети напряжением от 6 до 10 кВ предприятия, Qнк2:

(70)

где g - расчетный коэффициент, зависящий от расчетных параметров kр1 и kр2 и схемы питания цеховой сети /3/;

Nопт - оптимальное количество цеховых трансформаторов данной мощности;

Sопт - номинальная мощность трансформатора, кВА.

Если окажется, что Qнк2 < 0, то для данного случая Qнк2 = 0.

Суммарная расчетная мощность Q_нк БК составит:

(71)

Найденная реактивная мощность Q_нк распределяется между трансформаторами цеха пропорционально их реактивным нагрузкам.

Не рекомендуется чрезмерное дробление мощности БК в сетях до 1 кВ и 6, 10 кВ, так как это приводит к значительному увеличению удельных затрат на отключающую аппаратуру, измерительные приборы, конструкции на установленную единицу мощности реактивной батареи. Единичную мощность БК на напряжение 6, 10 кВ не следует принимать менее 400 кВАр, если присоединение выполняется с помощью отдельного выключателя. В сетях 380 В не рекомендуется дробить мощность БК до значения менее 50 кВАр. Если расчетная мощность БК на отдельных участках получается меньше данного значения, то конденсаторы на них не устанавливаются, а полученная по расчету мощность конденсаторов перераспределяется между другими близко расположенными батареями путем пропорционального увеличения их мощности. Более подробно см. /3/.

Мощности комплектных компенсирующих устройств (ККУ), и их технико-экономические характеристики приведены в /13/.

11 Окончательный выбор трансформаторов цеховой подстанции