электроснабжение. 3. Построение графиков нагрузки

• Название: 3. Построение графиков нагрузки
• Анкор: электроснабжение
• Дата: 15.04.2021
• Размер: 288.69 Kb.
• Имя файла: Kursovoy_proekt_El_snabzhenie_137E.docx
• Тип: Документы; #195093

3. Построение графиков нагрузки.

Электрическая нагрузка промышленных предприятий зависит от вида производства, режима рабочего дня и числа смен. Наглядное представление о характере изменения электрических нагрузок во времени (смена, сутки, месяц, год) дают графики нагрузок. Графиком нагрузок называется кривая, показывающая изменение нагрузок за определенный промежуток времени. Каждая отрасль промышленности имеет свой характерный график нагрузок, определяемый технологическим процессом производства.
3.1 Построение суточного и годового графиков нагрузки.

Если откладывать по оси абсцисс часы суток, а по оси ординат потребляемую в каждый момент времени мощность в процентах от максимальной мощности, то получим суточный график нагрузки. Наибольшая возможность за сутки нагрузка применяется за 100%.

Типовые графики построены в относительных единицах и выражают нагрузки в разные часы в процентах от максимальной, принимаемой за 100%. По условиям количество рабочих смен для данного цеха равняется двум. Первая смена работает с 8⁰⁰ до 13⁰⁰. Вторая смена работает с 14⁰⁰ до 20⁰⁰.

Р_м=906,4 кВт ; S_м=912 кВА
По формулам



Где Р_ст –мощность активной нагрузки в определенное время суток кВт;

n – ордината соответствующей ступени типового графика, %;

Р_м – максимальная активная нагрузка, кВт;

S_ст – полная мощность в определенное время суток, кВА;

S_м – максимальная полная мощность, кВА;

Производим вычисления:




Аналогично производим остальные вычисления. Полученные данные заносим в таблицу 3.1.


Таблица 3.1

№ ст.	Часы суток	n, %	Рн, кВт	Sн, кВА
1	000-0800 2000-000	10%	90,64	91,2
2	800-1000 1400-1500	60%	543,84	547,2
3	1000-1200 1500-1900	100%	906,4	912
4	1300-1400	40%	362,56	364,8
5	1200-1300 1900-2000	80%	725,12	729,6

По данным строится суточный график активной мощности.


Рис. 3.1.


3.2. Построение годового графика.

Для планирования годового потребления и выработки электроэнергии составляют годовые графики нагрузки. Годовой график представляет собой кривую изменения убывающей нагрузки в течении года.

По суточным графикам строятся годовой график по продолжительности для активной мощности в порядке убывания. Так как годовой график имеет ступенчатую форму, то нагрузку необходимо расположить в убывающем порядке, начиная с наибольшей.

Данные для построения годового графика активной нагрузки сводим в таблице 3.2.
Таблица 3.2 Данные для построения годового графика активной нагрузки.

№ ступени графика	Р,%	Рн, кВт	ti, ч		Wa, кВт· W=Рн· ti
1	10	90,64	365·12=4380		90,64·4380=397184
2	60	543,84	365·3=1095		543,84·1095=595505
3	100	906,4	365·6=2190		906,4·2190=1985016
4	40	362,56	365·1=365		362,56·365=132334
5	80	725,12	365·2=730		725,12·730=529338
ИТОГО				8760		3639377

Годовой график активной нагрузки будет иметь вид, представленный на рис. 3.2.

Рис 3.2 Годовой график активной нагрузки





По графику годовой активной нагрузки определяем активную электроэнергию, потребляемую заводом:

W _a= 3639377 кВт·ч;

Максимальное количество часов использования максимальной нагрузки:



4. Выбор числа и расчет мощности трансформатора.

Выбор типа, и мощности трансформатора на подстанции обусловлен величиной и характером нагрузок. ТП должны размещаться как можно ближе к центру размещения потребителей, поэтому рекомендуется применять ТП, встроенные в цех. Наибольшее распространение в последнее время получили КТП – комплектные трансформаторные подстанции.

При наличии потребителей 2 категорий, а также при наличии неравномерного графика применяют двух трансформаторные подстанции. Число трансформатором более двух применяется в исключительных случаях принадлежащим обоснованию. Каждый трансформатор должен быть рассчитан на покрытие всех нагрузок 1 и основных нагрузок 2 категории при аварийном режиме.

Для двух трансформаторной подстанции, при аварийном отключении одного из трансформаторов, второй на время ликвидации аварии должен быть загружен не более чем на 140% согласно ПУЭ.

На проектируемом участке цеха:

S _м = 912 кВА

U₁ = 10 кВ – напряжение питающей сети.

U₂ = 0,4 кВ – напряжение распределительной сети цеха.

Нагрузка представлена потребителями 2 категории. Выбираем встроенную в цех комплектную двух трансформаторную подстанцию, с трансформаторами S_н.тр = 1000 кВА. При работе двух трансформаторов каждый имеет коэффициент загрузки:


В аварийном режиме, при отключении одного из двух трансформаторов:



Трансформатор выбираем с завышенной мощностью учитывая перспективные расширения объекта.

Выбираем трансформатор по каталогу и его технические данные заносим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 Технические параметры трансформатора:

Тип	Sном, кВА	U1н, кВ	U2н, кВ	Рхх, кВт	Ркз, кВт	Uкз, %	Iхх, %
ТАМ-1000/10	1000	10	0,5	4,9	15	15	5,5

Определяем реактивные потери мощности в трансформаторах:





Приняв К_эк=0,05 кВт/кВАр – коэффициент потерь, экономический эквивалент реактивной мощности , определяем приведенные потери активной мощности:


При малых нагрузках (например в ночные часы суток) экономически более целесообразно держать в работе только один трансформатор, поэтому необходимо определить S_кр – критическую мощность, при которой необходимо подключить второй трансформатор:



Где n – количество работающих трансформаторов.



Рассчитываем приведенные потери мощности и потери энергии за год:

К_загр=S_нагр\n*S_н.тр – коэффициент загрузки трансформатора, определяется для каждой ступени графика.


Расчеты заносим в таблицу 4.2

Для первой степени нагрузки (начиная с максимальной)



Далее результаты расчета заносим в таблицу 4.2

Таблица 4.2. Потери мощности и энергии в трансформаторе за год:

№	Sнагр кВА.	Число работ. тр-ов, шт.	Т, час
1	912	2	2190	24,6	53874
2	729,6	1	730	10,6	7738
3	547,2	1	1095	9,33	10216
4	364,8	1	365	8,4	3066
5	91,2	1	4380	8	35040
Итого			8760	60,93	109934

5. Выбор питающих кабелей.

Сечение кабелей напряжением выше 1 кВ согласно ПУЭ выбирается по экономической плотности тока J_эк , величина которой определяется из справочной таблицы в зависимости от Т_max и типа изоляции, материала проводника. Питающий кабель U = 10кВ будем выбирать с медными жилами и бумажной изоляцией.

При расчетном значении T_max = часов из справочной таблицы

определяем экономическую плотность тока:

J_к = 2,5 А/мм²,

Экономическое целесообразное сечение определяется из соотношения:



где I_расч – расчетный ток в кабеле. Определяется по формуле:





Экономическое сечение S_эк:



Выбираем трехжильный кабель типа ААБ2л 3 16;

6. Расчет токов короткого замыкания.

В электроустановках могут возникать различные виды коротких замыканий, которые сопровождаются резким увеличением тока в цепи, соединяющей источник питания с местом повреждения и снижением напряжения. Электрооборудование, которое установлено в системах электроснабжения, должно быть устойчиво к токам короткого замыкания.

Для правильного выбора и проверки необходимо выполнить расчет, при котором нужно определить возможные наибольшие значения токов короткого замыкания. Источником питания всегда можно считать систему бесконечной мощности S_с= , так как мощность любого конкретного потребителя электроэнергии неизмеримо меньше мощности питающей электросистемы. Расчет токов короткого замыкания можно произвести в относительных единицах, при котором сопротивление всех элементов схемы, связывающих точку к.з. с источником питания, приводят к базисным условиям. Необходимо при этом задаться базисной мощностью S_б и базисным напряжением U_б. За S_б обычно принимают величину удобную для расчета. Чаще всего базисная мощность принимается S_б = 100 мВА. За U_б принимается напряжение той ступени, где произошло к.з., причем при расчетах используют среднее номинальное напряжение по шкале U_ср.н. = 0,23; 0,4; 0,69; 6,3; 10,5; 37; 115; 230 кВ.

Для расчета задается схема, в которой указываются только те элементы, сопротивление которых указывается при расчетах токов к.з.

В нашем расчете возьмем схему, в которой питание ТП осуществляется от ПГВ завода по кабельной линии. В свою очередь ПГВ завода связана с питающей энергосистемой S_c = по ВЛ.
Рис 6.1. Расчетная схема токов короткого замыкания:





1=1,4 км. Uср_к3=0,4 кВ.

Ucp_к1=115 кВ. Ucp_к2=10 кВ. Sн_т2=1000 кВА.

Х₀=0,4 Ом/км. Х₀=0,08 Ом/км. U_кз=15%.

1=8 км. Sн_т1=25 мВА. ∆Р_кз=22,5 кВт.

U_кз=10,5 %.

Расчет необходимо выполнить в трех указанных точках к.з. При расчете тока к.з. в цепях с U > 0,4 кВ учитываются в основном только индуктивные сопротивления всех элементов, активными можно пренебречь вследствие их малости. Необходимо учесть активное сопротивление у кабелей так как при малых сечениях оно может быть даже больше индуктивного.

Для выбираемого электрооборудования желательно принять такой режим работы схем, при котором величины токов к.з. будут наименьшими.

В реальных схемах электроснабжения для ограничения величин токов к.з. принимается раздельная работа трансформаторов на подстанции и питающих линий, то есть в нормальном режиме работы секционные аппараты на шинах подстанции отключены. Поэтому схема замещения составляется только для одной цепи и рассчитывается в относительных единицах сопротивление всех элементов.

Рис 6.2. Схема замещения токов короткого замыкания.



Определяем в относительных единицах сопротивление ВЛ:





Определяем в относительных единицах сопротивление трансформатора от ПГВ:





Рассчитываем для КЛ сечение которой S = 25 мм² активное и индуктивное сопротивление в относительных единицах:

[8, стр.20]



где γ – удельная проводимость для алюминия, ( ) (для Al – 32, для Cu – 53).

Определяем в относительных единицах активное и индуктивное сопротивление трансформатора ТП:

[8, стр.20]

Так как мощность трансформатора Sнт ≥ 1000 кВА, то его базисное сопротивление определяется по формуле:


Производим расчет тока короткого замыкания в точке к – 1.


Рис.6.3. Схема замещения.

Определяем результирующее сопротивление для точки К1:

[1, стр.21]

Определяем базисный ток:

[1, стр.21]

Определяем действующее значение периодической составляющей тока к.з.

[1, стр.21]

Определяем амплитудное значение тока к.з. – ударный ток:

[1, стр.21]

k_у =1,8 – ударный коэффициент, в случае когда не учитывается активное сопротивление.

Производим расчёт тока короткого замыкания в точке к – 2.



Рис.6.4. Схема замещения.

Определяем результирующее индуктивное сопротивление:

[1, стр.21]
Определяем результирующее активное сопротивление:

[1, стр.21]

Определяем полное результирующее сопротивление:

[1, стр.21]

Для точки К2 I_б=5,5 кА

Определяем периодический ток к.з. в точке к – 2:

[1, стр.21]

Для определения k_у находим отношение:

[1, стр.21]

По кривой из [2, стр.228] определяем k_у=1,0.

Определяем ударный ток К.3. :

[1, стр.22]

Производим расчёт токов короткого замыкания в точке К3.



Рис.6.5. Схема замещения.

Определяем результирующее индуктивное и активное сопротивление:





Определяем полное результирующее сопротивление:

[1, стр.22]

Определяем базисный ток:

[1, стр.22]

Определяем периодический ток к.з.:

[1, стр.22]

Определяем ударный ток:

k_у=1,1

[1, стр.22]

На основании выполненных расчётов для точек К1 и К2 необходимо определить t_пр – приведённое время к.з., которое необходимо для проверки ЭО на термическую устойчивость, состоящее из периодической и апериодической частей tпр = tпр.а. + tпр.п. и действительное время протекания тока КЗ: t = tвыкл + tзащ. (tвыкл=0,15…0,2).

Определяем t_пр для точки к.з. К1:

t_пр=t_пр.а+t_пр.п [1, стр.22]

Для определения обеих составляющих t_пр необходимо знать:

А) Коэффициент затухания:

[1, стр.23]

Так как источником в схеме является система бесконечной мощности S_с=∞, то I^//=I∞=I_п, следовательно, в нашем примере расчёта β^//=1. (допущение о том, что напряжение в питающей сети остается неизменным из-за удаленности от энергосистемы).

Б) Действительное время протекания тока k_у =t_защ+t_выкл

t_защ – время работы релейной защиты.

t_выкл – время отключения цепи выключателем.

Приняв t_защ=0,1 сек, t_выкл=0,18 сек t=0,1+0,18=0,28

Апериодическая составляющая приведенного времени

t_пр.а=0,005β^//2=0,005·1²=0,005 сек.

Периодическая составляющая приведённого времени определяется по кривым в зависимости от β^// и t. t_пр.п = 0,25 сек, следовательно, t_пр=0,005+0,25=0,255 сек.

Для точки к.з К2:

β^//=1 t=0,2

t_пр.а=0,005·1²=0,005 сек.

t_пр.п =0,2 сек.

t_пр=0,005+0,2=0,205 сек.