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
|
Тип трансформатора |
Sm, кВА |
Uв.н., кВ |
Uн.н., кВ |
ΔP,кВт |
ΔQ,кВар |
ΔS,кВА |
|
ТСЗ-630/10 |
630 |
10 |
0,4 |
4,6 |
31,4 |
31,7 |
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
|
Uн, кВ |
Im(10), А |
Марка и сечение кабеля |
Iд′, А |
r0, Ом/км |
x0, Ом/км |
l, км |
ΔU, % |
|
10 |
22,6 |
ААШв 3×16 |
72 |
1,95 |
0,113 |
0,8 |
0,59 |
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.
Проверяем выбранный кабель по потере напряжения ∆U, %, при длине кабеля l=0,015 км
,
∆U=· 28,4 · 0,015 · (1,25 + 0,0662 · 0,53) = 0,38% ≤ 5%
Т.к. Iд′ ≥ Imшр1, Iд′ ≥ Iз · Кз, ∆U ≤ 5%, то кабель принимаем к окончательной прокладке. Аналогичным образом выбираем кабели, идущие к остальным шкафам. Все полученные данные сводим в таблицу 7.
Выбор кабелей идущих к одиночным электроприёмникам
Т.к. сети, идущие к одиночным электроприёмникам, не подлежат проверке по экономической плотности тока, то выбор ведём по номинальному току электроприёмника Iн, А.
Определяем номинальную силу тока двигателя компрессора, позиция 1 Iн1, А
