Выбор цеховых трансформаторов

Перед выбором цеховых трансформаторов произведем расчет нагрузок всех цехов, используя формулы (4.1) - (4.5). В формуле (4.1) k_p определяется по [2].

Таблица 7.1 - Исходные данные для расчёта электрических нагрузок по заводу

НАИМЕНОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ	сos φ	P_ном, кВт	k_и	tg φ
1	2	3	4	5
1. Административный корпус.1.1. Электроприборы. 1.2. Насосы. 1.3. Вентиляция	0,85 0,85 0,80	100 100 100	0,80 0,70 0,80	0,62 0,62 0,75
2. Экспериментальный цех.2.1. Станки металлообрабатывающие. 2.2. Грузоподъёмное оборудование. 2.3. Сварочное оборудование. 2.3. Вентиляция	0,60 0,50 0,40 0,80	500 250 200 150	0,20 0,35 0,20 0,70	1,33 1,73 2,29 0,75
3. Окрасочный цех.3.1. Линии окрасочно-сушильные. 3.2. Линии гальванические. 3.3. Оборудование грузоподъёмное. 3.4. Оборудование насосное. 3.5. Вентиляция.	0,7 0,5 0,65 0,85 0,8	1000 100 170 150 200	0,55 0,55 0,15 0,7 0,8	1,02 1,73 1,17 0,62 0,75
4. Цех металлоконструкций.4.1. Станки металлообрабатывающие. 4.2. Сварочное оборудование. 4.3. Стенды монтажные. 4.4. Грузоподъёмное оборудование. 4.5. Вентиляция	0,65 0,4 0,65 0,5 0,8	1200 1500 450 450 200	0,16 0,20 0,30 0,30 0,70	1,17 2,29 1,17 1,73 0,75
5. Подготовительный цех.5.1. Линии раскроя. 5.2. Металлорежущие станки. 5.3. Грузоподъёмное оборудование. 5.4. Вентиляция.	0,65 0,65 0,5 0,8	1300 650 150 100	0,2 0,2 0,25 0,8	1,17 1,17 1,73 0,75
6. Компрессорная.6.1. Компрессоры. 6.2. Вентиляция.	0,85 0,80	850 100	0,70 0,70	0,62 0,75

Расчет цеховых нагрузок покажем на примере цеха металлоконструкций. Разбиваем нагрузки цеха по группам электроприёмников с одинаковым коэффициентом использования и коэффициентами мощности.

Найдем эффективное число электроприемников

, (7.1)

где Р_Н_max - номинальная мощность наиболее мощного электроприёмника группы.

Принимаем эффективное число электроприемников 73.

Средневзвешенный коэффициент использования определяем по (4.2)

Коэффициент расчетной нагрузки к_р=f(n_э=73, к_и.ср.вз=0,25_.)=0,70.

Расчетную активную нагрузку группы электроприемников определяем по выражению (4.1)

Р_р=0,70×902=631,4 кВт.

Расчетная реактивная мощность по (3.17)

Q_р=0,7×(1200×0,16×1,17+1500×0,2×2,29+450×0,3×1,17+450×0,3×1,17+200×0,7×0,75)= =985,70 квар

Аналогичный расчет производим для остальных цехов, результаты расчета заносим в таблицу 7.2.

Таблица 7.2 - Результаты расчёта нагрузок предприятия по цехам

№ цеха	ΣР_ном, кВт	ΣР_ном*k_и, кВт	ΣР_номk_иtgφ, квар	Р_р*с, кВт	Q_рс, квар	Р_ро, кВт	Q_ро, квар	Р_общ, кВт	Q_общ, квар
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	300	230	153	184	122,4	419,94	201,6	603,94	324
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11	1100 1620 3650 2200 950 4790 210 250 1616 525	332,5 895,5 902 507,5 665 1477,5 69 101 621,7 341	454,73 871,09 1408,14 581,18 421,4 1430,53 95,85 151,21 701,83 307,48	232,75 716,4 631,4 355,25 605,15 1034,25 69 101 435,19 272,8	318,31 696,87 985,7 406,83 383,47 1001,37 95,85 151,21 491,28 245,98	20,74 98,5 235,87 134,78 27,65 388,8 31,10 41,47 98,5 10,37	35,87 170,4 408,06 233,18 47,83 672,62 53,81 71,75 170,40 17,94	253,49 814,9 867,27 490,03 632,8 1423,05 100,10 142,47 533,69 283,17	354,18 867,27 1393,76 640,01 431,30 1673,99 149,66 222,96 661,68 263,92
І группа. 6,8,9	1410	835	668,46	668	534,77	100,22	173,39	768,22	708,16

Расчётную осветительную нагрузку цеха определяем методом удельных плотностей нагрузок. Согласно данному методу, расчётная активная нагрузка освещения находится по формуле

, (7.2)

где F - площадь цеха, м²,

ρ_осв - удельная мощность освещения, определяемая по [2] в зависимости от типа светильника, высоты подвеса светильников, площади помещения, Вт/м²,

m - расчётный переводной коэффициент, учитывающий норму освещённости для определённого цеха, определяемый по выражению

, (7.3)

где Е_норм - норма освещённости для данного цеха, Лк.,

Е₁₀₀ - освещённость в 100 Лк.

Расчётную реактивную нагрузку освещения определяем по формуле

, (7.4)

где tgφ₀ - коэффициент реактивной мощности для светильников, принимаемый равным для ДРЛ, 1,73.

Определим активную нагрузку освещения для цеха металлоконструкций по (7.2) при условии, что норма освещённости данного цеха составляет 300 Лк, а его площадь равна 13104 м², ρ_осв принимаем равным 6 Вт/м²:

Расчётную реактивную мощность освещения находим по (7.4.)

Для остальных цехов расчёт аналогичен и результаты сведены в таблицу 7.2. Общая активная и реактивная нагрузки определяются сложением осветительной и силовой нагрузок цеха.

Выбор средств компенсации реактивной мощности (РМ) в электрических сетях промышленных предприятий с присоединенной мощностью 750 кВА и более производится в соответствии с РТМ 36.18.32.6-92 «Указания по проектированию установок компенсации реактивной мощности в электрических сетях общего назначения». В качестве источника РМ на данном промышленном предприятии проектируется использовать батареи статических конденсаторов напряжением до 1 кВ. Учитывается также РМ, которую целесообразно получать из энергосистемы. Конденсаторные установки на напряжении выше 1кВ на данном предприятии применять не рекомендуется, в связи с отсутствием непрерывного режима работы. Ограничение применения батарей высоковольтных конденсаторов объясняется трудностями осуществления частой коммутации емкостных нагрузок.

Расчет компенсации РМ производим в несколько этапов. Первоначально предприятие разбиваем на несколько технологически концентрированных групп цеховых трансформаторов одинаковой мощности. Предварительно определяем расчетные нагрузки трансформаторов, учитывая предельные возможности передачи мощности по линиям до 1 кВ (приблизительно 300 кВА).

Для каждой группы трансформаторов принимаем единичную номинальную мощность и коэффициент загрузки, после чего определяем минимальное число трансформаторов по формуле

, (7.5)

где Р_рн - расчетная активная нагрузка до 1 кВ данной группы трансформаторов;

b_т - коэффициент загрузки трансформаторов, определяемый в зависимости от категории электроприемников по надежности электроснабжения;

S_т - единичная мощность цеховых трансформаторов, принимаемая в зависимости от удельной плотности нагрузки.

Полученная по (7.1) величина округляется до ближайшего большего целого числа.

Для цеховых ТП принимаются в основном трансформаторы мощностью 1000 кВА.

Наибольшее значение РМ, которое может быть передано через трансформаторы в сеть до 1 кВ при принятом коэффициенте загрузки трансформаторов b_т, определяем по выражению, квар

. (7.6)

Коэффициент 1,1 учитывает допустимую систематическую перегрузку масляных трансформаторов.

Суммарную мощность БНК по критерию выбора минимального числа трансформаторов определяем по формуле, квар

Q_нк1=Q_рн- Q_т, (7.7)

где Q_рн - расчетная реактивная нагрузка до 1 кВ рассматриваемой группы трансформаторов.

Если Q_нк1<0, то следует принять Q_нк1 =0.

Величину Q_нк1 распределяем между цеховыми трансформаторами прямо пропорционально их реактивным нагрузкам. Затем выбираем стандартные номинальные мощности БНК для сети до 1 кВ каждого трансформатора по [2].

Разбиваем предприятие на следующие технологически концентрированные группы:

1) компрессорная, склад металлов, склад готовой продукции;

2) административный корпус, экспериментальный цех;

) цех металлоконструкций, заготовительный цех;

) цех вспомогательного производства, маслохозяйство;

) окрасочный цех;

) механосборочный цех.

На примере первой группы произведем выбор батарей конденсаторов, устанавливаемых в сети до 1 кВ.

Определяем число цеховых трансформаторов по (7.5)

Принимаем 1 трансформатор ТМЗ-1000/10.

Наибольшее значение РМ, которое может быть передано через трансформаторы в сеть до 1 кВ по (7.6)

квар.

Суммарная мощность БНК по (7.3)

Q_нк1=708,16 - 429,23 = 278,93 квар.

Принимаем к установке одну БНК по [2] типа УКМ58 - 0,4 - 268 - 67УЗ.

Остальные расчеты производим аналогично и заносим в таблицу 7.3.

Таблица 7.3 - Результаты расчёта БНК

№ груп- пы	ЧИСЛО И МОЩНОСТЬ ТРАНСФОР-МАТОРОВ	Р_р, кВт	Q_р, квар	β_т	Q_т, квар	Q_нк1, квар	ТИП БНК
1	2	3	4	5	6	7	8
1	1*1000	768,22	708,16	0,8	429,23	278,93	УКМ58-0,4-402-67 УЗ
2	1*1000	834,43	662,88	0,8	279,51	383,37	УКМ58-0,4-402-67 УЗ
3	2*1000	1357,3	2033,76	0,7	727,56	1306,20	2УКМ58-0,4-536-67 УЗ 2УКМ58-0,4-200-331/3 УЗ
4	1*1000	782,76	894,86	0,8	402,10	492,76	УКМ58-0,4-536-67 УЗ
5	1*1000	814,9	867,27	0,8	332,17	535,10	УКМ58-0,4-536-67 УЗ
6	2*1000	1423,05	1673,99	0,7	588,67	1085,32	2*УКМ58-0,4-536-67 УЗ

Рассчитываем экономическое значение реактивной мощности, потребляемой из сети энергосистемы.

Экономически целесообразное значение РМ, потребляемой предприятием в часы больших нагрузок из сети энергосистемы определяем по выражению, квар

Q_э= _э, (7.8)

где - математическое ожидание расчетной активной нагрузки потребителя на границе балансового разграничения с энергосистемой;

_э - максимальное значение экономического коэффициента РМ, определяемого оптимизационным ( _эо) или нормативным ( _эн) методами.

Математическое ожидание расчетной активной и реактивной нагрузки потребителя

, (7.9)

, (7.10)

где P_p и Q_p - расчетная активная и реактивная мощность предприятия (с учетом потерь в трансформаторах),

к_о - коэффициент приведения расчетной нагрузки к математическому ожиданию, к_о=0,9.

В расчетах компенсации определяем нормативное значение экономического коэффициентах РМ по

, (7.11)

где d_max - отношение потребления энергии в квартале максимума нагрузки энергосистемы к потреблению в квартале максимальной нагрузки предприятия (при отсутствии сведений принимаем d_max =1);

a - основная ставка тарифа на активную мощность, руб./(кВт×год);

b - дополнительная ставка тарифа на активную электроэнергию, руб./кВт×ч;

tg(j) - базовый коэффициент РМ, принимаемый 0,3 для сетей 10 кВ, присоединенных к шинам подстанций с высшим напряжением 110 кВ;₁ - коэффициент, отражающий изменение цен на конденсаторные установки.

Величина k₁ принимается равной коэффициенту увеличения ставки двухставочного тарифа на электроэнергию k_w (по сравнению со значениями основной ставки а=60 руб./(кВт×год) и дополнительной ставки b=1,8×10^-2 коп/кВт×ч, установленными для Беларуси прейскурантом №09-01, введенным в действие с 01.01.91 г.), который определяется по формуле

, (7.12)

где K_W₁ и K_W₂ - коэффициенты увеличения основной и дополнительной ставок тарифа на электроэнергию;

Т_М - число часов использования максимальной нагрузки предприятия (для завода по выпуску трансформаторов Т_м=4500 ч).

Определим потери мощности в трансформаторах.

Потери активной DР_т и реактивной DQ_т мощности в двухобмоточных трансформаторах вычисляем по формулам

; (7.13)

, (7.14)

где b_т - фактический коэффициент загрузки трансформатора;

DР_хх - потери х.х., кВт;

DР_кз - потери к.з., кВт;_к - напряжение к.з., %;_н - номинальная мощность трансформатора, кВА.

Коэффициент загрузки трансформатора

, (7.15)

где S_м - нагрузка трансформатора с учётом выдачи РМ в сеть, кВА.

Пример расчета для группы №1 (1 х ТМЗ - 1000/10)

Р_р =768,22 кВт; Q_р = 708,16 квар; Q_ку = 402 квар; S_р =826,98 кВА.

По (7.15) коэффициент загрузки

По (7.13) и (7.14) найдем потери для группы №1

DР_т = 1,9+10,9×0,827²= 9,28 кВт;

DQ_т = = 49,61 квар.

Для остальных групп расчет потерь аналогичен и его результаты сводим в таблицу 7.4.

Таблица 7.4 - Расчёт потерь мощности в трансформаторах

№ технологической группы	ЧИСЛО И МОЩНОСТЬ ТРАНСФОРМАТОРОВ	∆Р_хх, кВт	∆Р_кз, кВт	I_хх, %	U_к, %	β_т	∆Р, кВт	∆Q, квар
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	1*1000	1,9	10,8	1,2	5,5	0,827	9,28	49,61
2	1*1000	1,9	10,8	1,2	5,5	0,874	10,15	54,04
3	2*1000	1,9	10,8	1,2	5,5	0,734	15,45	83,34
4	1*1000	1,9	10,8	1,2	5,5	0,861	9,91	52,78
5	1*1000	1,9	10,8	1,2	5,5	0,880	10,26	54,56
6	2*1000	1,9	10,8	1,2	5,5	0,773	16,69	89,66
Σ	-	-	-	-	-	-	71,75	383,99

Расчетная активная и реактивная нагрузки предприятия на шинах 10 кВ распределительного пункта определяются по выражению:

(7.16)

, (7.17)

где k_и_i и tgj_i - средние значения коэффициентов использования и реактивной мощности для i-го подразделения предприятия;

P_н_i - суммарная установленная мощность электроприемников i - го подразделения;

n - количество подразделений предприятия;

k_о - коэффициент одновременности расчетных нагрузок, принимаемый по [2] в зависимости от средневзвешенного коэффициента использования и числа присоединений на сборных шинах 10 кВ РП.

По [2] находим коэффициент одновремённости использования максимума нагрузки к_о=0,9.

Р_р=0,9×(6142,7 +71,75+ 1507,72)= 6949,95 кВт.

Q_р=0,9×(6576,44+383,99+2083,46)= 8139,5 квар.

кВт.