Электроснабжение компрессорной станции

Рассчитываем нагрузки шкафа ШР2

∑РнIII-V = 4·3+7,2·2+2,2·3 = 12+14,4+6,6 = 33 кВт,

∑РсмIII-V = 12·0,6+14,4·0,5+6,6·0,8 = 7,2+7,2+5,3 = 19,7 кВт,

Ки = = 0,6 >0,2,

m = = 3 =3.

Т.к. Ки >0,2, m =3, n ≥4, Pн ≠const, то

nэ = = 9 шт >8.

Т.к nэ больше n, то принимаем nэ равное n=8 шт.

При nэ=8, Ки=0,6 определяем коэффициент максимума Кm по справочнику [3, таблица 2.13]

Кm = 1,33,

РmIII-V = 1,33·19,7 = 26,2 кВт,

QсмIII-V = 7,2·0,75+7,2·0,33+5,3·0,62 = 11,06 кВар,

QmIII-V = 1,1·11,06 = 12,17 кВар,

SmIII-V = = 28,9 кВар.

Определяем нагрузки шкафа ШР3

Qmшр3 = 34,5·0,78 = 26,9 кВар,

Smшр3 = = 43,75 кВА,

Imшр3 = = 66,5 А.

Определяем максимальную активную мощность шкафа ШР2 Рmшр2, кВт, с учётом электроприёмников шкафа ШР3

Рmшр2 = Рm3-5+Pmшр3 ,

Рmшр2 = 26,2+34,5 = 60,7 кВт.

Определяем максимальную реактивную мощность электроприёмников шкафа ШР2, кВар

Qmшр2 = Qm3-5+Qmшр3,

Qmшр2 = 12,17+26,9 = 39,07 кВар,

Smшр2 = = 72,2 кВА,

Imшр2 = = 109,8 А,

cosφшр2 = = 0,84,

tgφшр2 = = 0,64.

Рассчитываем нагрузки шкафа ШР4

Рассчитываем номинальную активную мощность кран-балки, приведённую к длительному режиму работы Рн16, кВт

Рн16 = Рн ·,

где ПВ - продолжительность включения, в относительных единицах

Рн16 = 12,5 · = 7,9 кВт,

∑Рншр4 = 10·2+7,9 = 27,9 кВт,

∑Рсмшр4 = 20·0,16+7,9·0,1 = 3,2+0,79 = 3,99 кВт,

Ки = =0,14 <0,2,

m = = 1,27 <3.

Т.к. Ки <0,2, m < 3, n <4, то эффективное число электроприёмников определяем по формуле

Pmшр4 = Кз·∑Рн ,

где Кз – коэффициент загрузки. Для электроприёмников с продолжительным режимом работы Кз=0,9.  

Рmшр4 = 0,9·27,9 = 25,11 кВт,

∑Qсмшр4 = 3,2·1,33+0,79·1,73 = 5,62 кВар,

∑Qmшр4 = 1,1·5,62 = 6,18 кВар,

Smшр4 = = 25,86 кВА,

Imшр4 =  = 39,3 А,

cosφ =  = 0,97,

tgφ =  = 0,25.

Рассчитываем нагрузки сварочного аппарата шовного.

РнVIII = Sн · cosφ ·,

РнVIII = 100 · 0,7· = 49,5 кВт,

РсмVIII = 49,5·0,5 = 24,75 кВт,

PmVIII = 0,9·49,5 = 44,55 кВт,

QсмVIII = 24,75·1,02=25,25 кВар,

QmVIII = 1,1·25,25 = 27,78 кВар,

SmVIII =  = 51,2 кВА.

Определяем нагрузки распредилительного шкафа ШР5

Qmшр5 = 40,6·0,72 = 29,2 кВар,

Smшр5 = = 50 кВА,

Imшр5 = = 75,97 А.

Определяем нагрузки осветительного шкафа ЩО

Imщо == 14,89 А.

Определяем активную максимальную мощность дополнительной нагрузки Pmд.н., кВт

Pmд.н. = Smд.н.·cosφд.н.,

Рmд.н.=196,7·0,78=153,4 кВт.

Определяем реактивную максимальную мощность дополнительной нагрузки Qmд.н., кВар

Qmд.н. = ,

Qmд.н. ==123,1 кВар.

Imд.н.= =298,8 A

Рассчитываем нагрузки I секции.

Рm1c =Pmшр1+Pmшр2+Pmшр4+PmVIII+Pmшр5+Pmщо+Pmд.н.,

Рm1c = 28,4+60,7+25,11+44,55+40,6+9,8+153,4=362,56 кВт,

Qm1c = Qmшр1+Qmшр2+Qmшр4+QmVIII+Qmшр5+Qmд.н.,

Qm1с =15,03+39,07+6,18+27,78+29,2+123,1 = 240,36 кВар,

Sm1c = =435 кВА,

Im1c = = 660,9 А.

Находим нагрузки цеха с учётом симметричной нагрузки II секции

Рmц = 2·362,56= 725,12 кВт,

Qmц =2·240,36= 480,72 кВар,

Smц == 870 кВА,

Imц = = 1321,8 А.

Рассчитываем средневзвешанные коэффициенты активной (cosφсрв) и реактивной (tgφсрв) мощности по цеху

cosφсрв == 0,83,

tgφсрв == 0,66.

Итак, по полной максимальной мощности Smц =870 кВА выбираем число и мощность силовых трансформаторов. По максимальному току Imц =1321,8 А выбираем питающие сети и защитную аппаратуру, по средневзвешенному коэффициенту активной мощности будем решать вопрос о необходимости компенсации реактивной мощности.

5. Компенсация реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности, или повышение коэффициента мощности электроустановок имеет большое народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителям электроэнергии.

Реактивная мощность, потребляемая электроприемниками производственных предприятий распределяется между отдельными видами электроприемников следующим образом: 65-70% приходится на асинхронные двигатели, 20-25% - трансформаторы и около 10% - воздушные электросети и другие электроприемники.

Увеличение потребления реактивной мощности электроустановокой вызовет рост тока в проводниках любого звена системы электроснабжения и снижение величины коэффициента мощности электроустановки.

Повышение коэффициента мощности зависит от снижения потребления реактивной мощности.

В результате расчёта электрических нагрузок максимальная реактивная мощность, потребляемая электроприёмниками цеха составила Qmц=480,72 кВар, при средневзвешанном коэффициенте мощности сosφсрв=0,83 (tgφсрв=0,66).

Т.к. данный коэффициент мощности не отвечает требованиям энергосистемы сosφэ=0,94 (tgφэ=0,36),то выполняем компенсацию реактивной мощности путём установки конденсаторных батарей (КБ)

Т.к. электроприёмники проектируемого объекта относятся к 1 категории по надёжности электроснабжения, то согласно [4, пункты 1.2.17, 1.2.18] принимаем двухсекционную схему распределения электрической энергии, согласно рисунку 1.

Рисунок 1 – Упрощённая однолинейная схема

Определяем максимальную реактивную мощность, подлежащую компенсации Qmкб, кВар, по формуле

Qmкб = Pmц · (tgφсрв – tgφэ),

Qmкб = 725,12 · (0,66-0,36) = 217,5 кВар.

Принимаем к предварительной установке две КБ типа УКБН-0,38-135 Т3 по каталогу [5, таблица 2.192]

Определяем максимальную реактивную мощность после компенсации Qmц', кВар

Qmц' = Qmц – Qкб · nкб,

где Qкб – мощность генерируемая одной КБ, кВар;

nкб – число КБ, шт.

Qmц’ = 480,72 – 135 · 2 = 210,72 кВар.

Находим максимальную полную мощность цеха после компенсации Smц', кВА

Smц' = ,

Smц' = = 755,1 кВА.

Находим коэффициенты мощности после компенсации

сosφ' =  = 0,96 > сosφэ=0,94,

tgφ' =  = 0,29 < tgφэ=0,36.

Итак, т.к. полученные значения не превышают требуемого коэффициента реактивной мощности энергосистемы, то КБ принимаем к окончательной установке, все полученные данные сводим в таблицу 2.

Таблица 2 Компенсация реактивной мощности

Im(10) = ,

Im(10) = = 50,2 А,

Im(10) = = 43,6 А.

Таким образом, в результате установки двух КБ, с мощностью по QКБ = 135 квар получили снижение полной максимальной мощности на величину 113,66 кВА, что позволяет выбирать трансформатор меньшей мощности и питающие сети высокого напряжения меньшего сечения. Увеличение коэффициента активной мощности дает снижение потерь активной мощности при транспортировании электроэнергии.

6. Выбор числа и мощности трансформаторов цеховой подстанции.

Выбор типа подстанции

Однотрансформаторные цеховые подстанции напряжением 6…10 кВ можно применять при наличии складского резерва для потребителей всех категорий по надёжности электроснабжения, даже для потребителей первой категории, если величина их не превышает 15…20% общей нагрузки и их быстрое резервирование обеспечено при помощи автоматически включаемых резервных перемычек на вторичном напряжении.

Двухтрансформаторные подстанции применяются в тех случаях, когда большинство электроприёмников относится к первой или второй категориям. Также эти подстанции целесообразно применять при неравномерном графике нагрузки.

Применение подстанций с числом трансформаторов более двух экономически невыгодно.

Мощности трансформаторов и их количество зависит от: величины и характера графика нагрузки; длительности нарастания нагрузки по годам; числа часов работы объекта электроснабжения; стоимости энергии и других факторов.

В результате компенсации реактивной мощности в сетях низкого напряжения полная мощность цеха составила Smц' = 764,6 кВА. Т.к. электроприёмники данного цеха относятся к 1 категории по надёжности электроснабжения то согласно [4, пункты 1.2.17, 1.2.18] принимаем к установке два силовых трансформатора с полной номинальной мощностью Sн = 630 кВА по каталогу [6, приложение 12]

Проверяем выбранный трансформатор по коэффициенту загрузки в нормальном режиме работы Kзн

Kзн =  ,

где nтр – число трансформаторов, шт.

Kзн = = 0,60 < 0,75.

Проверяем выбранный трансформатор по коэффициенту загрузки в аварийном режиме работы Kз.ав.

Kз.ав. =  ,

Kз.ав. = = 1,2 < 1,4.

Т.к. коэффициент загрузки не превышает рекомендуемых правилами эксплуатации значений, то принимаем трансформаторы к окончательной установке, его технические параметры сводим в таблицу 3.

Таблица 3 – Параметры силового трансформатора

Выбранная компоновка электрооборудования должна обеспечить: пожаробезопасность и взрывобезопасность, действие окружающей среды на оборудование, безопасность обслуживания оборудования в нормальном режиме работы установки, максимальную экономию площади, возможность удобного транспортирования оборудования, безопасный осмотр, смену, ремонт аппаратов, со снятием напряжения не нарушив нормальной работы аппаратов под напряжением.

Т.к. среда в помещении нормальная, площадь цеха позволяет расположить трансформаторную подстанцию, то принимаем к установке двухтрансформаторную комплектную подстанцию внутрицехового исполнения.

7. Расчёт потерь мощности в трансформаторе

Потери мощности в трансформаторах состоят из потерь активной и реактивной мощности.

Потери активной мощности состоят из двух составляющих: потерь, идущих на нагрев обмоток трансформатора, зависящих от тока нагрузки и потерь, идущих на нагревание стали, зависящих от тока нагрузки.

Потери реактивной мощности состоят из двух составляющих: потерь, вызванных рассеянием магнитного потока в трансформаторе, зависящих от квадрата тока нагрузки и потерь, идущих на намагничивание трансформатора, независящих от тока нагрузки, которые определяются током холостого хода.

Расчёт потерь мощности в трансформаторе необходим для более точного выбора сетей высокого напряжения, а также для определения стоимости электроэнергии.

Определяем потери активной мощности в трансформаторе ΔP, кВт, по формуле

ΔP = Pкз · Kзн2+Рхх,

где Pкз – потери активной мощности в трансформаторе при проведении опыта короткого замыкания  

Рхх – потери активной мощности в трансформаторе при проведении опыта холостого хода, кВт.

ΔP = 7,3 · 0,62+2 = 4,6 кВт.

Рассчитываем потери реактивной мощности в трансформаторе ΔQ, кВар

ΔQ = 0,01 · (Uкз · Kзн2 + Iхх) · Sн,

где Uк.з. – напряжение при опыте короткого замыкания в процентах от номинального

Iх.х. – ток при опыте холостого хода в процентах от номинального

ΔQ = 0,01 · (5,5 · 0,62+3) · 630 = 31,4 кВар.

Определяем потери полной мощности в трансформаторе ΔS, кВА

ΔS = ,

ΔS = = 31,7 кВА.

Все полученные данные сводим в таблицу 4.

Таблица 4 – Потери мощности в трансформаторе

Итак, потери мощности в трансформаторе будут зависеть от коэффициента загрузки трансформатора, от его конструктивного исполнения и полной номинальной мощности. Для уменьшения потерь необходимо правильно выбрать трансформатор и оптимально загрузить его.

8. Расчёт и выбор сетей напряжением выше 1 кВ

Критерием для выбора сечения кабельных линий является минимум приведённых затрат. В практике проектирования линий массового строительства выбор сечения производится не по сопоставительным технико-экономическим расчётам в каждом конкретном случае, а по нормируемым обобщённым показателям.

Т.к. сети напряжением выше 1 кВ не входят в перечень [4, пункта 1.3.28], то выбор сетей до цеховой трансформаторной подстанции осуществляем по экономической плотности тока jэк, .Рассчитываем максимальную активную мощность, проходящую по высоковольтному кабелю, Рm(10), кВт с учётом потерь мощности в трансформаторе

Рm(10) = Рmц+nтр · ΔP,

Рm(10) = 725,12+2·4,6=734,32 кВт.

Определяем максимальную реактивную мощность, проходящую по кабелю U=10 кВ с учётом потерь мощности в трансформаторе Qm(10), кВар, по формуле

Qm(10)=Qm'+ nтр · ΔQ,

Qm(10)=210,72+2·31,4=273,52 кВар.

Определяем полную мощность в сетях высокого напряжения Sm(10), кВА

Sm(10)= =783,6 кВА.

Рассчитываем коэффициенты активной (cosφ(6)) и реактивной (tgφ(6)) мощности высоковольтной линии

cosφ(10)= = 0,94,

tgφ(10)= = 0,37.

Рассчитываем силу тока, проходящую по линии напряжением U=10 кВ Im(10), A

Im(10)= =22,6 А.

По справочнику [4, таблица 1.3.36] определяем экономическую плотность тока, учитывая, что число часов использования максимума нагрузки в год Тm=3000-5000 тысяч час/год и прокладываемый кабель марки ААШв

jэк = 1,4 А/мм2

Определяем экономически целесообразное сечение кабеля Fэк, мм2

Fэк=,

Fэк= =16,14 мм2.

Принимаем к прокладке кабель ближайшего стандартного сечения 16 мм2, т.е.  ААШв 3х16 с допустимым током Iд, А, определяемым по каталогу [4, таблица 1.3.16]

Iд=80 А.

Определяем допустимую величину тока с учётом поправочных коэффициентов

Iд'=Iд·Kп·Kт,

где Kп – поправочный коэффициент на параллельную прокладку двух кабелей   

в траншее, принимаемый по каталогу по [4, таблица 1.3.26], Kп=0,9;

Kт – поправочный коэффициент на температуру земли, принимаемый по каталогу [4, таблица 1.3.3], Kт=1, т.к. принята температура t=15 ºC.

Iд'=80·0,9·1=72 А > Im(10)=22,6 А.

По справочнику [7, таблица 4-79] определяем активное (r0) и реактивное (х0) сопротивления кабельной линии, Ом/км

r0=1,95 Ом/км,

х0=0,113 Ом/км.

Проверяем выбранный кабель по потере напряжения ∆U, %, которые согласно [8] не должны превышать 5%

∆U=,

∆U==0,59% .

Параметры кабеля заносим в таблицу 5.

Таблица 5 – Параметры кабеля

ААШв – кабель с алюминиевыми жилами, с бумажной изоляцией, алюминиевая оболочка, в поливинилхлоридном шланге.

Итак, кабель выбранный по экономической плотности тока обеспечивает снижение сопротивления кабеля, возможность расширения производства, а также запас по току, что ведет к снижению эксплуатационных затрат, т.к кабель нагревается значительно меньше, обеспечивая, тем самым, меньший физический износ изоляции, а как следствие меньшее число повреждений и пробоев.

9. Расчёт и выбор питающих сетей напряжением до 1 кВ

Согласно [4, пункт 1.3.20] проверке по экономической плотности тока не подлежат: сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1 кВ при числе использования максимума нагрузки предприятий до 4000-5000; сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых распределительных устройств всех напряжений; ответвления к отдельным электроприёмникам напряжением до 1 кВ, а также осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий.

Т.к. шины не входят в перечень [4, пункт 1.3.28], то выбор осуществляем по току с условием, что Iд≥Imц с проверкой по потере напряжения и на действие токов короткого замыкания.

В результате расчёта электрических нагрузок максимальный ток Imц=1321,8 А.Т.к. ток проходящий по одной секции Im1с=660,9 А, то принимаем к предварительной установке шину алюминиевую сечением 50×6 с Iд=740А по каталогу [6,таблица 1.3.31].

Согласно [4, пункт 1.3.23] при расположении шин плашмя ток, указанный в справочнике [4, таблица 1.3.31], должен быть уменьшен на 5 %, если ширина шины до 60 мм и на 8 %, если ширина шины больше 60 мм.

Iд′ = 740-0,05·740 = 703 А > Im1с=660,9 А.

По справочнику [7, таблица 4-79] определяем активное (r0) и реактивное (х0) сопротивления шины, Ом/км

х0=0,137 Ом/км,

r0=0,119 Ом/км.

Проверяем выбранную шину по потере напряжения ∆U, %, при длине шины l =0,005 км

∆U= Im1c·l·( r0·cosφсрв+ х0·sinφсрв),

∆U%=·100%,

∆U= 660,9·0,005·(0,119·0,83+0,137·0,55) =0,57 В,

∆U%=·100=0,3 % ≤ 1,8%.

Т.к. Iд′ = 703 А > ImIс = 669,9 А; ΔU% = 0,5 % < 1,8 %, то принимаем шину к предварительной установке. Окончательное решение будет принято после проверки шины на термическое и динамическое действие токов короткого замыкания.

Выбор кабельных сетей, идущих к силовым шкафам.

В результате расчёта электрических нагрузок шкафа ШР1 Imшр1= 48,8 А. Т.к. согласно [4, пункт 1.3.28] сети напряжением до 1 кВ не подлежат проверке по экономической плотности тока при Tm ≤ 5 тыс. час/год, то выбор осуществляем по току с условием, что Iд ≥ Imшр1, с проверкой по потере напряжения и на установленную защитную аппаратуру.

Определяем ток расцепителя автоматического выключателя Iрасц, А

Iрасц = Kп1·Imшр1,

где Кп1 – поправочный коэффициент учитывающий неточность калибровки  расцепителя и одновременный запуск всех потребителей шкафа, принимаем Кп1 = 1,25.

Iрасц = 1,25·48,8 = 61 А.

Принимаем к установке автоматический выключатель ВА 13-29  по каталогу [9]

Принимаем к предварительной прокладке кабель АВВГ 4×25 с   Iд = 75·0,92 = 69 А по справочнику [4, таблица 1.3.7]

Проверяем кабель на установленную защитную аппаратуру по условию

Iд′ ≥ Iз · Кз ,

где Iз – ток срабатывания защиты, равный току расцепителя, А,  

принимаем Iз = 63 А;

Кз – коэффициент защиты, зависящий от вида защитной аппаратуры, изоляции кабеля, среды в помещении и необходимости защиты кабеля от перегрузки, принимаем Кз = 1по [3, таблица 2.10].

Iд′ = 69 А > (63 · 1) А,

r0 = 1,25 Ом/км,

x0 = 0,0662 Ом/км.

Страницы: 1, 2, 3