Задание
1. Выполнитьтехнико-экономическое сравнение вариантов питания цеховых подстанций помагистральной и радиальной схемам. Подстанции двухтрансформаторные, мощностькаждого трансформатора составляет 1000 кВА. Распределительная сетьвыполнена кабелем марки АСБ-10, проложенным в траншее. Расчетные электрическиесхемы приведены на рис. 4 и рис. 5. Необходимые значения длятехнико-экономического сравнения схем приведены в табл. 1.Таблица1. Данные расчета двухтрансформаторных подстанцийПараметры Значения параметров, согласно варианта
Длина участков кабеля, />:
РП – ТП-1
ТП-1 – ТП-2
РП – ТП-2
125
75
175 Загрузка трансформаторов в нормальном режиме (в% от номинальной) 65
Стоимость потерь электроэнергии, /> 1,6 Годовое число максимума нагрузки, 10 485
Установившийся ток КЗ, />
Приведенное время КЗ, />
13
0,22
2. По даннымдля каждого варианта следует определить потери мощности и напряжения втрехфазном симметричном токопроводе. Рассматривается два вида токопроводов:токопровод с круглым сечением и токопровод, состоящий из двух швеллеров.Сечение токопровода из швеллеров показано на рис. 3. Необходимые параметрыдля решения задачи приведены в табл. 2.
/>
Рис. 1.Двухтрансформаторные подстанции с магистральной схемой
/>
Рис. 2. Радиальная схема питания двухтрансформаторнойподстанции
Таблица 2. Расчетныепараметры к выбору схем питания подстанцийПараметры Значения параметров, согласно варианта
Сечение токопровода, состоящего из двух швеллеров, />
/>
Среднее геометрическое расстояние между площадями сечений двух фаз /> 1000
Отклонение напряжения от номинального в начале токопровода /> 7
Окружающая температура /> 27
Длина токопровода /> 3500
Коэффициент добавочных потерь /> 1,09
Коэффициент мощности /> 0,85
Напряжение, /> 10
Ток нагрузки, /> 2000
/>
Рис. 3.Сечение токопровода, состоящее из швеллеров
Введение
Схемыэлектроснабжения, обеспечивающие питание предприятия на его территории, ввидубольшой разветвленности электрической сети и большого количества аппаратовдолжны обладать в значительно большей степени, чем схемы внешнего снабжения,дешевизной и надежностью одновременно. Это положение обеспечивается тем, что взависимости от конкретных требований обеспечения приемников и потребителейприменяются различные схемы питания.
Внастоящее время проводится работа по проектированию новых схем электроснабженияразличных электропотребителей. Кроме того проходит расширение уже работающихэлектрических сетей. Одним из важных показателей при расчете являетсяэкономичность выбираемой схемы.
В связи сувеличением мощности и плотности электрических нагрузок появилась необходимостьпередавать токи 5000 А и более при напряжении 6 – 20 кВ. В этих случаяхцелесообразно применять специальные мощные шинопроводы (токопроводы). Припротекании электрического тока происходят потери электрической энергии. Длярасчета параметров электрических сетей необходимо учитывать потери мощности инапряжения в пассивных элементах. Кроме того, электропотребители должныобеспечиваться электроэнергией необходимого качества, поэтому необходимоучитывать то, что отклонение напряжения не должно превышать предельнодопустимого.
Данной работебудет рассмотрено технико-экономическое сравнение двух схем электроснабжения, атакже определены потери мощности и напряжения в токопроводе швеллерногосечения.
1. Технико-экономическоесравнение различных схем электроснабжения
Схемывнутреннего или внешнего электроснабжения выполняются с учетом особенностейрежима работы потребителей, возможностей дальнейшего расширения производства,удобства обслуживания и т.д.
Сравнениерадиальной и магистральной схемы питания цеховой подстанции проведем на основеанализа приведенных затрат на сооружение каждой схемы. При определениеприведенных затрат будем учитывать только те элементы, которыми эти схемыразличаются между собой. Так марка кабеля указана в условии, то для выборасечения необходимо определить токи нагрузки в нормальном и аварийном режимах, атакже при коротком замыкании.
Мощностьтрансформатора и напряжение заданы по условию, указана загрузкатрансформаторов. На основании этих данных легко можно определить ток внормальном режиме по следующей формуле:
/>, А, (1)
где /> кВА – номинальнаямощность трансформатора, согласно условию задания;
/> – коэффициент загрузкитрансформатора, согласно табл. 1;
/> кВ – напряжение, согласноусловию задачи.
Для данноймарки кабеля аварийный ток можно определить на основании тока в нормальномрежиме, с учетом поправочного коэффициента:
/>, А, (2)
где /> – поправочный коэффициент[1., с. 149].
Зная ток внормальном режиме, можно определить по экономической плотности токаэкономическое сечение кабеля. По [3, табл. 6.1] определяем экономическую плотностьтока равную 2,5/> так как годовоечисло используемой нагрузки, согласно условию, равно 4850 часов, значитэкономически выгодное сечение кабеля определится из выражения (3), используярезультаты, полученные в выражении (2):
/>, />. (3)
Знаяэкономически выгодное сечение кабеля, необходимо из стандартного ряда подобратьсечение кабеля, которое удовлетворяло бы заданным параметрам. Но прежде, чемсделать этот выбор необходимо определить сечение кабеля, которое подходило быпо нагреву в режиме короткого замыкания так как данные для расчета уже известныиз условия задания (см. табл. 1). Определение сечения по нагреву в режимекороткого замыкания производится по формуле (4):
/>, />, (4)
где /> – расчетный коэффициент,определяемый ограничением допустимой температуры нагрева жил кабеля [2. табл.8.1].
В нормальномрежиме кабель всегда работает с некоторой недогрузкой, поэтому при выборекабеля по термической стойкости следует принимать ближайшее меньшее, а небольшее стандартное сечение. Из приведенного расчета видно, что по условию нагревав режиме короткого замыкания сечение кабеля не должно быть меньше значения />. В тоже время вэкономически выгодное сечение кабеля равно 15 />,поэтому необходимо выбрать кабель марки АСБ-3/>25.Проверим подходит ли этот кабель. Из справочных данных [3. табл. П. 3.1]находим, что максимальный допустимый ток для данного кабеля равен 90 А.Но с учетом поправочного коэффициента это значение изменится и принимает вид:
/>, А, (5)
где /> – поправочный коэффициентдля определения допустимых токов [3. табл. П. 3–3].
Как видно извыражения (5), имеющийся кабель подходит как в нормальном (1), так и ваварийном режимах (2). Значение 78,3 А значительно превышает ток внормальном режиме равном 37,5 А и превышает ток в аварийном режиме – 75 А.
Длятехнико-экономического сравнения необходимо знать стоимость 1 кмкабеля и стоимость потерь 1 кВт×ч энергии. Стоимость 1 кмкабеля АСБ-3/>25 составляет 29000 руб.,согласно цен 1986 года с учетом поправочного коэффициента для 2000 года.Стоимость потерь энергии равна 1,6 руб./кВт×ч, согласно условиюзадания (см. табл. 1). Определим приведенные затраты для радиальной имагистральной сетей.
Длярадиальной сети:
/>, (6)
где /> – нормативный коэффициентэффективности;
/> – отчисления наамортизацию [4. табл. П. 5.27];
/> – капитальные затраты, руб./км, [4. табл. П. 5.56];
/> – удельное активноесопротивление кабеля, Ом/км [4. табл. П. 5.3];
/> – время максимальныхпотерь, ч [4. рис. 4.1.10];
/> – стоимость потерьэлектроэнергии, согласно табл. 1.
/> (7)
Длямагистральной сети, подставляя аналогичные значения, получим, с учетом длинны:
/>;
/> (8)
Сравниваярезультаты полученные в выражениях (7) и (8) видно, что магистральная схемапредпочтительней, так как она дешевле в 1,5 раза, но при питании от подстанциипотребителей первой или второй категории рекомендуется выбирать радиальнуюсхему. При более высоких затратах она является более надежной по сравнению смагистральной схемой.
2. Определение потерь мощности и напряжения в токопроводе
В связи сувеличением мощности и плотности электрических нагрузок появилась необходимостьпередавать токи 5000 А и более при напряжении 6–20 кВ. В этих случаяхцелесообразно применять специальные мощные шинопроводы (токопроводы), которыеимеют преимущества перед линиями, выполненными из большого числа параллельнопроложенных кабелей. Преимущества эти следующие: большая надежность,возможность индустриализации электромонтажных работ, а также доступностьнаблюдения и осмотра в условиях эксплуатации. При протекании электрическоготока происходят потери электрической энергии. Для расчета параметровэлектрических сетей необходимо учитывать потери мощности и напряжения в пассивныхэлементах. Кроме того, электропотребители должны обеспечиваться электроэнергиейнеобходимого качества, поэтому необходимо учитывать то, что отклонениенапряжения не должно превышать предельно допустимого.
Дляопределения потерь мощности и напряжения в токопроводе необходимо знатьактивное и реактивное сопротивление токопровода.
Сечениешвеллерного токопровода:
/>. (9)
Активноесопротивление проводника:
/>, Ом, (10)
где /> – удельное сопротивлениеалюминиевого проводника при температуре 20 °С;
/>, км – длинапроводника, согласно табл. 2;
/> – сечение проводника,согласно (9);
/> – температурныйкоэффициент электрического сопротивления [1, с. 264];
/>, °C – температуратокопровода, согласно табл. 2.
Определимактивное сопротивление токопровода, с учетом (10), и того, что коэффициентдобавочных потерь равен 1,09 согласно табл. 2:
/>, Ом. (11)
Среднеегеометрическое расстояние площади сечения фаз от самой себя:
/>, мм. (12)
Найдеминдуктивное погонное сопротивление токопровода, учитывая (12) и значениями изтабл. 2:
/>. (13)
Индуктивноесопротивление токопровода, с учетом (13):
/>, Ом. (14)
Потериактивной мощности в алюминиевом токопроводе:
/>, кВт.
Потериреактивной мощности в токопроводе:
/>, кВАр.
Определим теперь потерю напряжения в алюминиевом токопроводе. Для этогонеобходимо определить мощность передаваемую по данному токопроводу, учитываяисходные данные из табл. 2, имеем:
/>, кВА. (15)
Из формулы для определения потери напряжения видно, что необходимо знатьотдельно активную и реактивную мощность передаваемую по токопроводу, используя(15) и табл. 2.
/>, кВт; (16)
/>, кВАр. (17)
Зная (16) и(17) теперь легко можно определить потерю напряжения в алюминиевом токопроводедлиной 3500 м.
/>%.
Определим отклонение напряжения в конце токопровода:
/>%,
где />% – отклонение напряженияот номинального в начале токопровода, согласно табл. 2.
Из полученного результата видно, что отклонение напряжения в концетокопровода не выходит за пределы допустимые ГОСТ 13109–87.
Заключение
При выборесхем электроснабжения можно сделать ряд выводов. Преимущества радиальных схем:простота выполнения и надежность эксплуатации электрической сети, возможностьприменения быстродействующей защиты и автоматики. Недостатком же является то,что при аварийном отключении питающих радиальных линий, идущих от РП,нарушается электроснабжение нескольких цеховых трансформаторных подстанций,применение радиальные схем электроснабжения увеличивает количество используемойвысоковольтной аппаратуры, что в свою очередь, удорожает строительную часть РУи увеличивает капитальные затраты.
Магистральнаясхема электроснабжения дает возможность снизить капитальные затраты за счетуменьшения длины питающих линий, снижения количества используемыхвысоковольтных частей подстанций. Основным же недостатком магистральных схемявляется меньшая надежность электроснабжения, так как повреждение магистраливедет к отключению всех потребителей, питающихся от нее.
В связи с увеличением мощности и плотности электрических нагрузок появиласьнеобходимость передавать токи 5000 А и более при напряжении 6–20 кВ. В этихслучаях целесообразно применять специальные мощные шинопроводы (токопроводы).При протекании электрического тока происходят потери электрической энергии. Длярасчета параметров электрических сетей необходимо учитывать потери мощности инапряжения в пассивных элементах. Кроме того, электропотребители должныобеспечиваться электроэнергией необходимого качества, поэтому необходимоучитывать то, что отклонение напряжения не должны превышать предельно допустимое.
Библиографический список
1. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий.Промышленные электрические сети. 2-е изд., перераб. и доп./ Под общ. Ред. А.А. Федороваи Г.В. Сербиновского. – М.: Энергия, 1980. – 576 с.
2. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособиедля курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий:Учеб. Пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 368 с.
3. Шпиганович А.Н., Шпиганович А.А. Электроснабжение:Учебное пособие. Липецк: ЛГТУ, 1998.
4. Федоров А.А., Каменева В.В. Основыэлектроснабжения промышленных предприятий: Учебник для вузов. М.:Энергоатомиздат, 1984.
5. Шпиганович А.Н., Бойчевский В.И. Методическиеуказания к оформлению учебно-технической документации. Липецк: ЛГТУ, 1997.