Радкевич В.Н. Проектирование систем электроснабжения

Подождите немного. Документ загружается.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

степени надежности электроснабжения, следует рассматривать как

объекты с неодинаковыми условиями резервирования.

В ходе проектирования выявляются потребители с несимметрич-

ными, толчкообразными и резкопеременными электрическими нагруз-

ками, вызывающими несимметрию и колебания напряжения в СЭС.

Несимметричную нагрузку дают лампы электрического освещения,

однофазные электрические печи и сварочные установки при их нерав-

номерном распределении между фазами, трехфазные дуговые печи;

толчкообразную — кузнечные машины, штамповочные прессы, сва-

рочные установки, подъемно-транспортные устройства; резкопере-

менную — двигатели главных электроприводов прокатных станов,

некоторые сварочные установки, дуговые электрические печи, элект-

родвигатели экскаваторов и т.п. Некоторые электроприемники рабо-

тают в условиях механических воздействий (вибрация, тряска т.п.).

Например, виброплощадки, формовочные машины при производстве

железобетонных изделий, дробилки, грохоты и т.п.

При наличии указанных электроприемников в проекте предусмат-

риваются меры по снижению несимметрии и колебаний напряжения, а

также соответствующее конструктивное исполнение электрических

сетей.

При проектировании определяется количество, структура и нагруз-

ки одиночных обособленных потребителей и электроприемников. Ос-

тальные электроприемники разбиваются на группы по упорядоченно-

му принципу:

• группы характерных электроприемников: электродвигателей произ-

водственных механизмов, станков, вентиляторов; осветительных

установок; электротермических установок и т.п.;

• группы электроприемников по степени надежности электроснабже-

ния, режиму работы и т.п.;

• группы по территориальному размещению электроприемников;

• группы по производственно-техническим узлам и т.д.

Каждая группа питается от одного распределительного устрой-

ства: шинопровода, шкафа, пункта и т.п. Следовательно, от спосо-

ба формирования групп электроприемников зависит выбор приме-

няемого электрооборудования. Для каждой группы определяются

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

электрические нагрузки. Отметим, что группа является достаточ-

но широким понятием. При расчете электрических нагрузок цех,

корпус и предприятие в целом могут рассматриваться как группа

электроприемников.

3. ХАРАКТЕРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Выбор всех элементов СЭС и определение параметров режима

работы электрических сетей проводятся на основе расчетных элект-

рических нагрузок. От величин нагрузок зависит также конструктив-

ное исполнение сетей и расположение сетевых объектов.

Электрические нагрузки характеризуют электропотребление от-

дельных электроприемников, групп и предприятия в целом. При про-

ектировании электроснабжения промышленных предприятий основны-

ми являются три вида нагрузок: активная мощность Р, реактивная

мощность Q и ток /.

Правильное определение ожидаемых электрических нагрузок суще-

ствующими методами играет исключительно важную роль при формиро-

вании рациональной СЭС. Ошибки, допущенные при расчете нагрузок,

сводят на нет усилия создателей СЭС в этом направлении и приводят к

неэффективному использованию инвестиций в проектируемый объект.

Исходной базой для определения электрических нагрузок являют-

ся данные о номинальных (установленных) мощностях потребителей.

Номинальная мощность электроприемника обычно известна и указы-

вается в паспорте.

Групповые номинальные активная (Р

ном

) и реактивная (Q

nou

) мощ-

ности — это алгебраические суммы номинальных активных (р

Вом

) и

реактивных (q ) мощностей рабочих электроприемников группы,

приведенных к ПВ =100 %:

п п

НОМ

/ , Г

НОМ.

*^НОМ

/ ,

Чиом

' V"*'/

,=1 1=1

где п — число электроприемников в группе.

Средняя нагрузка является основной статистической характерис-

тикой изменяющейся случайной величины электрической нагрузки.

Средние активная и реактивная мощности электроприемника за лю-

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

бой интервал времени t при известном законе изменения нагрузки во

времени определяются по выражениям

jp(t)dt; q

=- jq(t)dt. (4.5)

^ о 'о

В случаях, когда известны величины расходов активной (м>

) и

реактивной (у) электроэнергии за время t, средние нагрузки электро-

приемника

w v

=т;

Яс=т-

Для групп электроприемников средние активная и реактивная на-

грузки вычисляются по формулам

Pci

ишР

=^~;

(4.7)

а=Х^илие

(4-8)

где W

и V

— количество израсходованной активной и реактивной

электроэнергии группой электроприемников за время /.

Средняя нагрузка может быть найдена за любой период. Однако

на практике наиболее часто определяются средние тридцатиминут-

ные и часовые нагрузки, средние нагрузки за наиболее загруженную

смену, сутки, месяц, год.

Расчетные нагрузки служат для выбора сечений токоведущих эле-

ментов, электрических аппаратов, числа и мощности силовых транс-

форматоров, преобразовательных и компенсирующих устройств, рас-

чета защиты, определения потерь мощности, энергии и напряжения, а

также других параметров режима СЭС.

Расчетная нагрузка по допустимому нагреву — такая длительная

неизменная во времени нагрузка элемента СЭС (линии, трансформа-

тора, аппарата и т.п.), которая эквивалентна ожидаемой изменяющей-

ся нагрузке по наиболее тяжелому тепловому воздействию — макси-

мальной температуре нагрева или максимальному тепловому износу

изоляции.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

При проектировании СЭС определяются расчетные нагрузки по

активной {Р ) и реактивной (Q ) мощностям и расчетный ток I .

Пиковая нагрузка — это максимальная кратковременная нагрузка

длительностью 1—2 с, периодически возникающая при пусках элек-

тродвигателей, работе электросварочного оборудования, дуговых печей

и других электроприемников с толчкообразной и переменной нагрузка-

ми.

В проектной практике в большинстве случаев определяются пико-

вые токи, по которым проводятся расчеты колебаний напряжения, по-

терь напряжения в контактных сетях, токов срабатывания защитных

аппаратов, а также выбираются плавкие вставки предохранителей.

4.4.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК,

ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

В СЭС имеется несколько характерных уровней определения рас-

четных электрических нагрузок [2; 22]. Их число зависит от схемы

электроснабжения, мощности потребителей электроэнергии и их раз-

мещения на территории предприятия. На рис. 4.1 приведена упрощен-

ная принципиальная схема электроснабжения предприятия с указани-

ем уровней, на которых проводится расчет электрических нагрузок.

На схеме в качестве электроприемников показаны электродвигатели

М1-М8,

на месте которых при реальном проектировании могут быть

электроприемники других видов. Из приведенной схемы видно, что

влияние электроприемников на электрические нагрузки определенных

уровней зависит от схемы электроснабжения. Например, электропри-

емник МЗ участвует в формировании нагрузок всех девяти уровней, а

М8 — только четырех (1, 7, 8 и 9). В табл. 4.1 дается информация о

том, при выборе каких видов электрооборудования и сечений провод-

ников используются электрические нагрузки указанных уровней СЭС.

Для единичных электроприемников в качестве расчетных нагрузок

принимаются их номинальные активные и реактивные мощности. Рас-

четная нагрузка группы электроприемников всегда меньше установлен-

ной мощности, и ее необходимо определять тем или иным методом.

При проектировании электрическая нагрузка на всех уровнях СЭС

определяется с помощью коэффициента расчетной нагрузки. Прибли-

женно нагрузка может быть найдена также по коэффициенту спроса

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ип

35—220 кВ

СП

РШ1

ВУ

"ГГ

10,5 (6,3) кВ

10(6) кВ

МИГу 0,4 кВ

' «—

РШ2

1 ее е-

Ml М2 МЗ М4 М5 Мб М7 М8

Рис. 4.1. Уровни определения электрических нагрузок

и установленной мощности, по удельному расходу электроэнергии на

единицу выпускаемой продукции, по удельной нагрузке на единицу

производственной площади [25].

Определение силовых нагрузок по коэффициенту расчет-

ной нагрузки проводится согласно «Указаниям по расчету элек-

трических нагрузок» РТМ 36.18.32.4—92 ВНИПИ «Тяжпромэлек-

тропроект» (г. Москва).

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Таблица 4.1

Использование нагрузок уровней СЭС при выборе

электрооборудования и сечений проводников

Уровень

СЭС

Электроприемники и

элементы схемы, для

которых определяются

нагрузки

Отдельные

электроприемники

Вводные устройства (ВУ)

технологических

агрегатов

станков с

несколькими

электроприемниками

Группы

электроприемников,

силовые пункты (СП),

распределительные

шинопроводы (РШ)

Рас пр е делите льны е

пункты (РП) до

1 кВ

цеха

Шины до

1 кВ

ТП,

магистральные

шинопроводы (МШ)

Линии 6—ЮкВ,

питающие цеховые ТП

Секции РП

6—ЮкВ

Элементы СЭС и параметры схемы,

выбираемые на основе электрической

нагрузки уровня

Сечения проводников ответвлений к

электроприемникам и электрические

аппараты в цепях ответвлений

Сечения проводников и электрические

аппараты линий, питающих

ВУ

СП и

РШ,

а также электрические

аппараты и сечения проводников линий,

питающих СП и РШ

Вводные панели

РП,

электрические

аппараты и сечения проводников линий,

питающих РП

Число и мощность цеховых

трансформаторов, сечение шин РУ

цеховой ТП,

МШ,

электрические

аппараты в цепях трансформаторов

напряжением до

кВ

Сечения проводников линий, питающих

ТП, а также электрические аппараты,

устанавливаемые на линиях

Сечения шин 6—10 кВ РП и

проводников линий, питающих каждую

секцию РП, а также электрические

аппараты, устанавливаемые на

питающих линиях

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Окончание табл. 4.1

Секции РУ

6,3—10,5

кВ

ГПП

Шины РУ 35—220 кВ ГПП

Число и мощность понижающих

трансформаторов ГПП, сечения шин РУ

6,3—10,5

кВ,

электрические аппараты,

устанавливаемые в цепях трансформаторов

напряжением

6,3—10,5

кВ

Сечения проводов линий, питающих ГПП и

электрические аппараты, устанавливаемые

на линиях 35—220 кВ

Исходной информацией для выполнения расчетов является пе-

речень электроприемников с указанием их номинальных мощнос-

тей,

наименований механизмов или технологических установок.

Мощность электроприемников, работающих в ПКР, должна быть

приведена к ПВ = 100 %. Для каждого приемника электроэнергии

по справочной литературе [10; 13] или по табл. П5 подбираются

средние значения коэффициентов использования к

и активной

мощности cosq). При наличии в справочных таблицах интерваль-

ных значений к рекомендуется брать большее.

По данному методу расчетная активная нагрузка группы электро-

приемников (п > 1) определяется по выражению

^P5X/W (4.9)

;=i

где К — коэффициент расчетной нагрузки.

Если величина Р окажется меньше номинальной мощности наиболее

мощного электроприемника группы р

тах

, следует принимать Р

—р

тах

Величина К принимается в зависимости от эффективного числа

электроприемников группы п

и группового коэффициента использова-

ния К. При расчете нагрузок распределительных шкафов, пунктов,

шинопроводов, троллеев, и других устройств, питающихся с помощью

проводов или кабелей, значения К берутся из табл. П6, а магистраль-

ных шинопроводов, цеховых трансформаторов, цеха или корпуса в

целом — из табл. П7.

Под эффективным (приведенным) числом электроприемников пони-

мается такое число однородных по режиму работы приемников одина-

ковой мощности, которое обусловливает ту же величину расчетной

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

нагрузки, что и группа различных по номинальной мощности и режиму

работы электроприемников. Его вычисляют по формуле

(LP™,)

/Ц=-^ • (4-Ю)

Аном

(

1=1

Найденное значение п округляется до ближайшего меньшего це-

лого числа.

Если значение р

тж

не более чем в три раза превышает номиналь-

ную мощность наименее мощного приемника группы, то можно при-

нять п = п.

При значительном числе электроприемников (расчет нагрузок ма-

гистральных шинопроводов, цеховых трансформаторных подстанций,

корпуса, предприятия) величина п

может определяться по упрощен-

ной формуле

п,=-^

. (4.11)

гн.

max

Если вычисленное по выражению (4.11) значение п>п, следует

принять п

=п.

Групповой коэффициент использования вычисляется по выражению

7 /

^и,

/'ном ,.

К«=—

• (4Л2)

Ином j

i=l

Расчетная реактивная мощность нагрузки определяется следую-

щими способами:

Для питающих сетей до

кВ, выполненных проводами и кабелями,

по выражению

i-i

|XA,O«,

tg%.

если

",^

;

„

' (4.13)

5X/W. ten*

если

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

где tg

(р.—

среднее значение коэффициента реактивной мощности /-го

электроприемника.

Для магистральных шинопроводов, на шинах цеховых ТП, а также

для цеха, корпуса и предприятия в целом

3. =

*Р5ХЛ«,

(4-14)

При необходимости к расчетной активной и реактивной мощности

силовых электроприемников до 1 кВ добавляются осветительные

активная и реактивная нагрузки.

Для кабельных линий 6—10 кВ при расчете электрических нагру-

зок величина К ~ 1.

Расчетная активная нагрузка предприятия в целом (на шинах

6—10 кВ РП и ГПП) определяется по формуле

= К„5Х ,/>„„„,, (4.15)

где т — число присоединений на сборных шинах 6—10 кВ РП или

ГПП; К„ — среднее значение коэффициента использования /-го присо-

единения;

— коэффициент одновременности максимумов нагрузок;

нш

.—

суммарная номинальная мощность электроприемников /-го при-

соединения.

Величина K

принимается по табл. П8 в зависимости от числа т

и средневзвешенного значения коэффициента использования

V к р

(

И,

НОМ

"f ■ (4-16)

/ i НОМ;

( = 1

Расчетная реактивная нагрузка предприятия на шинах 6—10 кВ

РП или ГПП

= ^о5ХДом,, tgq>,., (4.17)

/=i

где tg ф. — среднее значение коэффициента реактивной мощности

/-го присоединения.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Полная мощность расчетной нагрузки на всех уровнях вычисляет-

ся по формуле

=№+%.

(4.18)

Расчетный ток нагрузки группы приемников

* ном

Отметим, что результирующая нагрузка на стороне высокого

напряжения определяется с учетом применяемых средств ком-

пенсации реактивной мощности и потерь мощности в трансфор-

маторах.

Метод коэффициента спроса используется при отсутствии ин-

формации о номинальных мощностях отдельных электроприемников.

По данному методу расчетная активная нагрузка группы электропри-

емников, объединенных технологическим процессом, определяется из

выражения

Р =КР , (4.20)

р с пом

v '

где К

— коэффициент спроса, характерный для электроприемников

группы; Р

юм

— установленная мощность группы электроприемников.

Расчетная реактивная нагрузка группы

ЩЦ>,

(4.21)

где tg(p — среднее значение коэффициента реактивной мощности для

рассматриваемой группы электроприемников.

Значения К

даются в справочной литературе. Для некоторых по-

требителей они приведены в табл. П9.

При расчете нагрузок группы величина К принимается одинако-

вой для всех электроприемников, т.е. предполагается, что все они

однотипны и имеют один и тот же режим работы. В максимальной

степени этому условию удовлетворяют осветительные установки.

Поэтому данный метод широко применяется для расчета нагрузок

электрического освещения. Силовые электроприемники группы мо-

гут значительно отличаться по характеристикам электропотребле-

ния. Вследствие указанного обстоятельства метод коэффициента

спроса используют лишь для ориентировочной оценки величины

силовой нагрузки.