Следуя указаниям литературы, был произведен расчет электрических нагрузок по предприятию, полученные данные сведены в таблицу 1.3.

Расчетные данные по отдельным цехам в дальнейшем используются при выборе числа и мощности цеховых понижающих трансформаторов и затем с учетом потерь мощности в указанных трансформаторах для расчета питающих линий. Расчетные данные по предприятию в целом с учетом потерь мощности в цеховых трансформаторах используются при выборе трансформаторов главной понизительной подстанции (ГПП) и расчете схемы внешнего электроснабжения.

1. 1.3 Расчет картограммы электрических нагрузок предприятия

Картограмма нагрузок представляет собой размещенные на генеральном плане окружностей, центры которых совпадают с центрами нагрузок цехов, а площади окружностей пропорциональны расчетным активным нагрузкам. Каждая окружность делится на секторы, площади которых пропорциональны активным нагрузкам низковольтных, высоковольтных и осветительных электроприёмников. При этом радиус окружности и углы секторов для каждого цеха соответственно определяются:

R_i = , (1.22)

где Р_рi, Р_рнi, Р_рвi, Р_роi – расчетные активные нагрузки всего цеха, низковольтных, высоковольтных и осветительных электроприёмников, кВт;

Масштаб площадей картограммы нагрузок, кВт∙м².

m = , (1.23)

где Р_{min p} – минимальная расчетная активная мощность одного цеха;

R_min – минимальный радиус, R_min = 5 мм.

Углы секторов для каждого цеха определяются по формулам:

; ; . (1.24)

Центр электрических нагрузок предприятия является символическим центром потребления электрической энергии (активной мощности) предприятия, координаты которого находятся по выражениям:

х_о = ; у_о = , (1.25)

где х_i, у_i – координаты центра i-го цеха на плане предприятия, м.

Расчет предоставлен в таблице 1.4.

Таблица 1.4 – Расчёт картограммы нагрузок

Масштаб равен 65,14 кВт/мм².

1. Выбор числа, мощности и типа трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций предприятия

Мощность трансформаторов цеховых ТП зависит от величины нагрузки электроприемников, их категории по надежности электроснабжения, от размеров площади, на которой они размещены и т.п. При одной и той же равномерно распределенной нагрузке с увеличением площади цеха должна уменьшаться единичная мощность трансформаторов. Так, в цехе, занимающем значительную площадь, установка трансформаторов заведомо большой единичной мощности увеличивает длину питающих линий цеховой сети и потери электроэнергии в них.

, (2.1)

где S_р – расчетная электрическая нагрузка цеха, кВА;

F_ц – площадь цеха, м².

Таблица 2.1 – Связь между экономически целесообразной мощностью отдельного трансформатора цеховой ТП и σ.

Выбор цеховых ТП сводится к решению нескольких задач:

- выбор единичной мощности трансформатора;

- выбор общего числа трансформаторов (оптимального);

- выбор числа трансформаторов на каждой подстанции;

- выбор местоположения.

Минимальное число трансформаторов в цехе:

N_{т min} = +ΔN_т, (2.2)

где К_{з доп} – коэффициент загрузки – допустимый.

ΔN_т – добавка до ближайшего целого числа.

Допустимые значения коэффициента загрузки для двухтрансформаторных подстанций:

К_{з доп} = 0,65…0,7 – I категория

К_{з доп} = 0,8…0,85 – II категория (при наличие складского резерва трансформаторов)

К_{з доп} = 0,93…0,95 – III категория

Найденное число трансформаторов не может быть меньше, чем число трансформаторов, требуемых по условиям надежности.

Предельную величина реактивной мощности, которую могут пропустить выбранные трансформаторы:

Q_1р = ; (2.3)

, (2.4)

где N_т – число трансформаторов цеховой ТП;

К_{з доп} – допустимый коэффициент загрузки трансформаторов цеховой ТП в нормальном режиме;

S_{н тi} – номинальная мощность трансформаторов цеховой ТП;

Р_рi – расчетная активная нагрузка на ТП.

При Q_1рi < Q_1р трансформаторы ТП не могут пропустить всю реактивную нагрузку и поэтому часть ее должна быть скомпенсирована с помощью конденсаторов, которые следуют установить на стороне низшего напряжения на ТП. Мощность этих конденсаторов будет составлять

Q_ку = Q_рi - Q_1i . (2.5)

и они должны устанавливаться на ТП обязательно.

Коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном и послеаварийном режимах будут соответственно:

К_{з норм} = ; К_{з п/ав} = , (2.6)

где N_т – число взаиморезервируемых трансформаторов цеховой ТП;

S_р.тi – полная расчетная нагрузка, приходящаяся на один трансформатор ТП.

Потери активной мощности в трансформаторах:

ΔР_т = N×(ΔР_хх + ·ΔР_кз), (2.7)

где N – число ТП в цехе;

К_{з норм} – коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме;

ΔР_хх – потери холостого хода в трансформаторе;

ΔР_кз – потери короткого замыкания.

Потери реактивной мощности в трансформаторах:

ΔQ_т = N· , (2.8)

где I_хх – ток холостого хода;

U_кз – напряжение короткого замыкания;

S_{н т} – номинальная мощность трансформатора.

Результаты расчётов по выбору числа и мощности трансформаторов приведены в таблице 2.2.

2. Выбор напряжения, схемы внешнего электроснабжения и трансформаторов ГПП предприятия

Величина напряжения питания главной понизительной подстанции предприятия определяется наличием конкретных источников питания, уровнями напряжения на них, расстоянием от главной понизительной подстанции до этих источников, возможность сооружения воздушных линий для передачи электроэнергии и другими факторами.

Из всех возможных вариантов внешнего электроснабжения нужно выбрать оптимальный, т.е. имеющий наилучшие технико-экономические показатели. Для этого, прежде всего, следует найти величину рационального напряжения, которую возможно оценить по приближенной формуле Стилла:

U_р.рац = 4,34∙ , (3.1)

где l – длина питающей линии главной понизительной подстанции, км;

Р_р.n – расчетная нагрузка предприятия на стороне низшего напряжения, кВт.

Расчетная активная нагрузка предприятия:

Р_р.n = ( Р_р.н + Р_р.В + ∆Р_mΣ) + Р_{р.о ,} (3.2)

где Р_р.н, Р_р.В – расчетные низковольтная и высоковольтная нагрузка всех цехов предприятия, кВт;

∆Р_mΣ – суммарные потери активной мощности в трансформаторах цеховых трансформаторных подстанций, кВт;

Р_р.о – расчетная активная освещения цехов и территории, кВт.

Р_р.n = 27164 кВт.

Подставив все найденные данные в формулу (3.1) найдем рациональное напряжение:

U_р.рац = 64,27 кВ.

Для сравнения заданы два варианта внешнего электроснабжения предприятия 35 и 110 кВ.

Полная расчетная нагрузка предприятия, необходимая для выбора трансформаторов ГПП: