Выбор питающих напряжений

Характеристика потребителей. Расчет электрических нагрузок.

Введение

Около 70 % всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии потребляется промышленными предприятиями. Приемники электроэнергии промышленных предприятий делят на: приемники трехфазного тока напряжением до 1 кВ, частотой 50 Гц; приемники трехфазного тока напряжением выше 1 кВ, частотой 50 Гц; приемники однофазного тока напряжением до 1 кВ, частотой 50 Гц; приемники, работающие с частотой, отличной от 50 Гц, питаемые от преобразовательных подстанций и установок; приемники постоянного тока, питаемые от преобразовательных подстанций и установок.

Согласно ПУЭ электротехнические установки, производящие, преобразующие, распределяющие и потребляющие электроэнергию, подразделяют на электроустановки напряжением до 1 кВ и электроустановки на­пряжением выше 1 кВ. Электроустановки в отношении мер электробезопасности разделяют на: электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю); электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю); электроустановки напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью; электроустановки напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью.

По частоте тока приемники электроэнергии делят на приемники промышленной частоты (50 Гц) и приемники с высокой (выше 10 кГц), повышенной (до 10 кГц) и пониженной (ниже 50 Гц) частотами. Большинство приемников использует электроэнергию нормальной промышленной частоты.

Приемники электроэнергии могут быть разделены на группы по сходству режимов работы, т. е. по сходству графиков нагрузки. Деление приемников электроэнергии на группы позволяет более точно находить среднюю и расчетную нагрузку узла системы электроснабжения, к которому присоединены группы различных по режиму работы приемников.

Различают три характерные группы приемников электроэнергии:

1) приемники, работающие в режиме с продолжительно неизменной или маломеняющейся нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без повышения температуры отдельных частей машины или аппарата выше допустимой. Примерами приемников, работающих в этом режиме, являются электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов и т. п.:

2) приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки. В этом режиме рабочий период машины или аппарата не настолько длителен, чтобы температура отдельных частей машины или аппарата могла достигнуть установившегося значения. Период останова машины или аппарата на­столько длителен, что машина практически успевает охладиться до температуры окружающей среды. Примерами такой группы приемников являются электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих, гидравлических затворов и т. п.;

3) приемники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные рабочие периоды машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжитель­ностью включения (ПВ) и длительностью цикла. В повторно-кратковременном режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неогра­ниченное время, причем повышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером этой группы приемников являются электродвигатели кранов, сварочные аппараты и т. п.

В отношении обеспечения надежности и бесперебойного питания приемники электроэнергии в соответствии с ПУЭ делят на три категории. Приемники электроэнергии I категории — приемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный ущерб

народному хозяйству, связанный с повреждением дорогостоящего оборудования, массовым браком продукции, расстройством сложного технологического процесса промышленного предприятия, нарушением функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Из состава приемников электроэнергии I категории выделяется особая группа приемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждений доро­гостоящего основного технологического оборудования. Приемники электроэнергии II категории — приемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Все остальные при­емники электроэнергии, не подходящие под определения I и II категорий, относят к приемникам III категории.

В практике проектирования систем электроснабжения применяют различные методы определения электрических нагрузок, которые подразделяют на основные и вспомога­тельные. В первую группу входят методы расчета по:

· установленной мощности и коэффициенту спроса;

· средней мощности и отклонению расчетной нагрузки от средней (статистический метод);

· средней мощности и коэффициенту формы графика на­грузок;

· средней мощности и коэффициенту максимума (метод упорядоченных диаграмм).

Вторая группа включает в себя методы расчета по:

ü удельному расходу электроэнергии на единицу продук­ции при заданном объеме выпуска продукции за определен­ный период времени;

ü удельной нагрузке на единицу производственной пло­щади.

Применение того или иного метода определяется допу­стимой погрешностью расчетов. При проведении укрупнен­ных расчетов (в частности, на стадии про-

ектного задания) пользуются методами, базирующимися на данных о суммарной установленной мощности отдельных групп приемников — отделения, цеха, корпуса.

Анализируя задание на проектирование, приходим к выводу о целесообразности использования метода установленной мощности и коэффициента спроса.

Результаты расчета электрических нагрузок сведены в таблицу 1 (см. Приложение). Приемники электрической энергии, описанные в задании на проектирование (см. Приложение) можно отнести к потребителям II,III категории. Действительно, обращаясь к определению категории потребителей, можно сделать вывод о том, что перерыв электроснабжения данных потребителей не приведет к появлению угрозы для жизни людей. Принимая во внимание небольшую суммарную мощность предприятия (порядка 7,5 МВ·А, предприятие относится к объекту средней мощности), предположим, что перерыв электроснабжения также не приведет к значительному ущербу народному хозяйству, а также нарушению функционирования важных элементов коммунального хозяйства. Таким образом, наиболее подходящим вариантом является отнесение приемников электрической энергии данного предприятия ко II,III категориям. Эта особенность будет учитываться при выборе схемы электроснабжения машиностроительного предприятия.

Приведем некоторые соображения по поводу выбора напряжения приемников. Выбор напряжения сопряжен с выбором мощности тех или иных приемников, так как именно мощность зачастую оказывается решающим фактором, определяющим напряжение потребителей. Так как не указано точное количество приемников по отдельным корпусам и участкам, выбор мощности и напряжения потребителей проведем условно.

Корпус 1. Участки корпуса содержат приемники небольшой мощности. Приемники питаются от сети 380 В. Например, термический участок может содержать различные шкафы управления электронагревательными элементами в функции температуры. Потребители обычно 3-х фазные, напряжение силовых цепей 380 В, цепей управления — 220 В.

Сварочный участок может содержать оборудование для различных типов сварки. Например, ультразвуковые машины для шовной сварки мягких термопластичных материалов типа УЗСМ1-0,4/44(УЗОР), применяемые в различных отраслях промышленности (в том числе и машиностроительной), питаются от сети 380 В.

Шлифовальный, заточный, станочный участки могут содержать станки, в приводах которых могут использоваться различные асинхронные двигатели, напряжение которых 220/380 В (двигатели асинхронные трехфазные с короткозамкнутым ротором серии RА71 и А71, АИР71, АИС80, АИРМ63, АИСМ71 и т.д. и т.п.).

Вентиляционный участок также может содержать вентиляторы, осевые и радиальные, с различными сериями асинхронных двигателей (4А132S4, 4А180М2, АИР100S4, АИР112МА6), которые также питаются от 3-х фазной сети 380 В.

Корпус 2. Выбор оборудования проводится аналогично. Основным напряжением будем считать также 380 В.

В качестве осветительной нагрузки примем люминесцентные лампы, напряжение которых должно быть не выше 220 В. Электроснабжение рабочего освещения выполняется самостоятельными линиями от щитов подстанции. При этом электроэнергия от подстанции передается питающими линиями на осветительные магистральные пункты или щитки, а от них — групповым осветительным щиткам.

Вспомогательные и сторонние. Ввиду небольшой мощности приемников примем за основное напряжение 380 В.

Таким образом, основным напряжением данного машиностроительного предприятия будет считаться напряжение 0,4 кВ. Соответственно для преобразования высокого напряжения 6 кВ потребуются трансформаторные подстанции.

Характерной особенностью предприятия является отсутствие приемников с резкими ударными нагрузками.

Режимы работы (ПР, ДР, ПКР) указаны в задании на проектирование.

Выбор питающих напряжений

Выбор напряжения пи­тающих и распределительных сетей зависит от мощности, потребляемой предприятием, его удаленности от источника питания, напряжения источника питания (особенно для небольших и средних предприятий), количества и единичной мощности электро­приемников (электродвигатели, электропечи, преобразователи и др.).

напряжение 35 кВ имеет экономи­ческие преимущества при передаваемой мощ­ности не более 10 МВ • А. Его применение целесообразно, например, для удаленных на­сосных станций водозаборных сооружений промышленных предприятий. Это же напря­жение может применяться и для распреде­ления электроэнергии на предприятиях ука­занной мощности при помощи глубоких вводов в виде магистралей, к которым при­соединяются трансформаторы 35/0,4-0,66 или 35/6 - 10 кВ, а также для питания мощ­ных электроприемников (сталеплавильные электропечи) на предприятиях большей мощ­ности;

напряжение 110 кВ целесообраз­но применять при потребляемой промыш­ленным предприятием мощности 10-150 МВ • А даже при необходимости соот­ветствующей трансформации на РПС.

Значение первичного напряжения су­щественно не влияет на экономические показатели, важнее значение напряжения, на которое производится трансформация.

При мощностях, превышающих 120 - 150 МВ • А, для электроснабжения промыш­ленных предприятий возможно применение напряжения 220 кВ при наличии свободной мощности на РПС на этом напряжении;

напряжения 10 и 6 кВ применя­ются в питающих и распределительных сетях небольших и средних предприятий и на второй и последующих ступенях распре­делительных сетей крупных предприятий при применении глубоких вводов

Задание на проектирование включает в себя реконструкцию существующего распределительного устройства. Напряжение КСО - 272 6 кВ, кроме этого предприятие получает питание от собственной подстанции 6 кВ. Следовательно, номинальным напряжением будет являться 6 кВ. При отсутсвии этих условий целесообразным был бы переход на напряжение 10 кВ. Таблица 1.1 включает в себя характеристику приемников.

Таблица 1

Итак, потребители данного машиностроительного предприятия относятся к 3,2 категориям, напряжение 380/220 В.

Расчет нагрузок, приведенный в приложении, таким образом, носит ориентировочный характер. Нагрузка, рассчитанная методом коэффициента спроса, относится к 3 уровню, то есть она определена для шин НН цеховых ТП.

Учтем тот факт, что при расчете нагрузки на 3 уровне не вводится коэффициент разновременности максимумов. Следовательно, расчетные нагрузки будут равны:

P_расч = 6088,36 кВт; Q_расч = 4501,161 кВАр; S_max = 7551,99 кВА.

Следует отметить то, что реактивная мощность (и полная мощность) дана без учета компенсации реактивной мощности.

В теории выбор мощности цеховых трансформаторов производится по средней мощности за наиболее загруженную смену на 3 уровне. Лишь в исключительных случаях выбор осуществляется по максимальной нагрузке. Будем считать наш случай исключительным, так как расчет производился не методом упорядоченных диаграмм.