Электроснабжение моечно-сушильного цеха фабрики ПОШПроизводство и потребление электроэнергии растет быстрыми темпами, определяя уровень развития экономики в странах мира. По объемам выработки электроэнергии развитые страны в значительной степени опережения развивающихся, процентное соотношение составляет примерно 80 к 20. Среди регионов мира по выработке электроэнергии лидируют Северная Америка и Зарубежная Европа. Среди стран мира ведущими производителями электроэнергии являются: США, Россия, Япония, Китай, Германия, Канада, Франция, Великобритания, Украина, Индия. В структуре производства электроэнергии во всех регионах мира лидируют тепловые электростанции.
Исключение составляет Латинская Америка, где преимущество отдается ГЭС, что связано с природными условиями этого региона.
Основными проблемами электроэнергетики являются: · Истощение запасов первичных ресурсов и их удорожание. · Загрязнение и разрушение природной среды.
Проблема разрушения и загрязнения природной среды стоит очень остро.
Тепловая электроэнергетика мира выбрасывает в атмосферу, повышает температуру вод.
Возникновение атомной энергетики породило проблему захоронения отходов.
Авария на АЭС. Гидроэнергетика приводит к экономическим нарушениям при строительстве ГЭС (затопление земель и нарушение водного баланса территорий, гибель рыбы, изменение режима рек и растительного покрова). В целях решения этой проблемы активизируются научные исследования, проводится прогнозирование предполагаемых изменений.
Решение проблемы истощения запасов минерального топлива видится в переходе к использованию альтернативных источников энергии. Среди нетрадиционных источников энергии в настоящее время наиболее широко применяется геотермальная энергия. Для обогрева и теплоснабжения она используется в Исландии, Италии, Франции, Венгрии, Японии, США, Новой Зеландии, России. В 20 странах мира построены геотермальные электростанции.
Наибольшую суммарную мощность они имеют в США, Мексики, Италии, Японии, Новой Зеландии, на Филиппинах.
Используют солнечную энергию для строительства СЭС Франция, Испания, Италия, Япония, США. Использование приливной энергии еще не получило широкого распространения и находится на экспериментальной стадии. Пока в мире построено 4 приливных электростанции не большой мощности (Франция, Россия, Китай, совместно США и Канада). Мощность тепловых электростанций достигла 2 млн. кВт. ВЭС построены в США (штат Калифорния), Дании, Швеции, Великобритании, Германии, Нидерландах, Испании, Канаде. К нетрадиционным источникам энергии можно отнести и синтетическое горючее, разрабатываемое на основе угля, горючих сланцев, нефтеносных песков и биомассы. Опыт получения есть в Германии, ЮАР, Венесуэле, Китае, Индии, Бразилии. 2. Характеристика объекта проектирования.
Моечно-сушильный цех ОАО «ПОШ» является основным цехом, то есть из мытой и просушенной шерсти изготавливают другие виды продукции.
Основными функциями цеха являются промывка и сушка шерсти.
Работа данного цеха осуществляется в односменном режиме.
Моечно-сушильный цех ОАО «ПОШ» относится ко второй категории надежности, так как незначительный перерыв не понесет за собой опасных последствий. 3. Анализ электрических нагрузок.
Промышленность характеризуется сложностью и энергоемкостью производственного процесса, ростом единичных мощностей оборудования.
Электрические нагрузки промышленных предприятий, а следовательно и потребителей электроэнергии зависят от вида и количества выпускаемой продукции, от уровня механизации и автоматизации технологического процесса, от санитарных требований данного производства от пользователей по обеспечению надлежащих условий работы и охраны труда рабочих и служащих.
Величина установленных мощностей электропотребителей некоторых промышленных предприятий достигает 1 МВт и более.
Современная тенденция производств и создания крупных промышленных комплексов приводит к тому, что увеличивается количество промышленного оборудования.
Совершенствуются схемы, добавляется большое количество различных установок.
Потребителями электроэнергии следует считать электропотребители или группу электроприемников объединенных общим технологическим процессом.
Моечно-сушильный цех выпускает чистую шерсть, работает в одну смену, относится к потребителям второй категории надежности. Все силовые потребители питаются от напряжения 0,4 КВ трехфазного тока с частотой 50 гц, за исключением электроосвещения, которое питается от однофазной сети напряжением 220 В.  Характеристика электрических нагрузок. | № пп | Кол-во ЭП. | Установленная мощность, кВт |  |  | Режим работы | | одного | общая | | Сушильная машина. | 2 | 128 | 256 | 0,7 | 0,8 | длительный | | Моечная машина. | 2 | 100 | 200 | 0,7 | 0,8 | длительный | | Вентиляторы. | 2 | 2,2 | 4,4 | 0,8 | 0,85 | длительный | | Освещение. | 56 | 0,08 | 4,5 | 0,9 | 0,95 | длительный | | Итого по цеху. | 6 | | 464,9 | | | | Таблица 1.  4. Картограмма электрических нагрузок. Для определения места расположения цеховой ТП, при проектировании систем электроснабжения, на план промышленного предприятия наносится картограмма электрических нагрузок.
Картограмма электрических нагрузок представляет собой размещенные по плану окружности, площади которых в выбранном масштабе соответствуют расчетным нагрузкам цехов или группы электропотребителей. Для каждого цеха или группы электропотребителей наносится своя окружность, центр которой совпадает с центром нагрузок цеха или группы электропотребителей. Центр нагрузок каждой группы электропотребителей определяют символически, то есть считают, что электрические нагрузки равномерно распределены по территории цеха, и поэтому центр нагрузок фигуры отображающей размещение электропотребителей в группе должен совпадать с центром тяжести этой геометрической фигуры. Центр тяжести этой геометрической фигуры, которая должна отображать размещение в ней электропотребителей, находится на пересечении диагоналей этой фигуры. По-этому для отображения расположения электрических нагрузок используют такие геометрические фигуры как квадрат, прямоугольник, ромб, треугольник.
Цеховую ТП следует размещать как можно ближе к центру электрических нагрузок (общепринятое ЦЭН), так как это позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электрической энергии, сократить протяженность как распределительных сетей высокого напряжения, так и цеховых электрических сетей низкого напряжения, уменьшить расход проводникового материала, снизить потери электрической энергии. · Для построения картограммы электрических нагрузок необходимо знать не только центры окружности отображающих нагрузку каждой группы, но и рассчитать радиусы этой окружности. · Для определения радиуса окружности принимают, что площадь каждой окружности в выбранном масштабе будет соответствовать суммарной активной мощности каждой группы электропотребителей, то есть    · Центр электрических нагрузок представляет собой точку на координатной плоскости ЦЭН (    Полученными расчетными значениями строим на плане цеха точку С. · На плоскости вычерчиваем контур цеха. · Вычерчиваем фигуры отображающие размещение электропотребителей в группах на плоскости · Находим центр нагрузок электропотребителей · Рассчитываем радиусы окружности отображающих нагрузку групп электропотребителей.
Выбираем масштаб  см. Таким образом для первой группы электроприемников с общей нагрузкой 256 кВт:  Для второй группы электроприемников с общей нагрузкой 200 кВт:  Для третьей группы электропотребителей с общей нагрузкой 4,4 кВт:  Координаты первой группы  Координаты второй группы  Координаты третьей группы  Определяем общий центр электрических нагрузок (ЦЭН):    5.  Расчет электрических нагрузок.
Создание каждого промышленного объекта начинается с его проектирования.
Определением расчетных значений электронагрузок являются первым и основополагающим этапом проектирования систем электроснабжения.
Расчет электронагрузок – это не простое суммирование установленных мощностей предприятия, а определение необходимых, ожидаемых значений электронагрузок.
Расчетная максимальная мощность, потребляемая электропотребителем, определяется всегда меньше суммы номинальных мощностей этих электропотребителей.
Необходимость определения расчетных нагрузок промышленных предприятий вызвана не полной загрузкой некоторых электропотребителей, не одновременностью их работы, случайным характером включения и отключения электропотребителей, которое зависит от особенностей технологического процесса производства. От правильного расчета электронагрузок зависят данные для выбора всех элементов систем электроснабжения промышленных предприятий, денежных затрат на установку, монтаж и эксплуатацию выбранного оборудования. Если завысить расчет нагрузок, то это в свою очередь приведет к удорожанию строительства, перерасходу проводникового материала электросетей, к неоправданному увеличению мощности трансформаторов.
Занижение расчета электронагрузок может привести к уменьшению пропускной способности электросети, к потерям мощности, к перегреву проводов, кабелей, трансформаторов.
Существующие ныне методы определения расчетных нагрузок, проектируемых предприятием, основаны на обработке экспериментальных и практических данных об электронагрузках действующих производственных предприятий.
Расчет электронагрузок выполняют методом коэффициента максимума, который основан на формуле:   Расчет электронагрузок моечно-сушильного цеха ОАО «ПОШ» проведем согласно алгоритма. 1. Определяем среднесменные активные и реактивные нагрузки электропотребителей цеха:  Следовательно:  2. Для расчета максимальных значений электронагрузок необходимо определить коэффициент максимума, который в свою очередь зависит от среднего коэффициента использования и эффективного числа электропотребителей:   где  - эффективное число электропотребителей.
Зависит от коэффициента силовой сборки ( m )  (m) можно определить  если   если  рассчитывают по формуле:   Следовательно:  , значит  Зная значение среднего коэффициента использования и значение эффективного числа электропотребителей, по таблицам справочной литературы определяем значение коэффициента максимума   3. Определяем максимальную активную и реактивную электронагрузку:  Следовательно:  Практикой отмечено, что  зависит от эффективного числа электропотребителей  ·  если   · если   В нашем случае   4. Определяем полную максимальную нагрузку цеха:  5. Определяем расчет на рабочий ток электропотребителей:  Составляем сводную ведомость расчетных значений электронагрузок объекта проектирования: Таблица 2. | № пп | Наимен. ЭП | Кол-во ЭП | Суммарная установленная мощность кВт |  |  | Ср.см Эл.нагр | |  | Макс. Эл. Нагр. |  |  |  |  |  |  | | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | | 1. | Сушильная машина | 2 | 256 | 0,7 |  | | | | | | | | | | 2. | Моечная машина | 2 | 200 | 0,7 | | | | | | | | | | | 3. | Вентиляторы | 2 | 4,4 | 0,8 |  | | | | | | | | | | 4. | Освещение | 56 | 4,5 | 0,9 |  | | | | | | | | | | Итого по цеху | 6 | 464,9 | | | 326,99 | 240,73 | 7,26 | 1,2 | 392,4 | 264,8 | 473,4 | 684,1 26,1 | 6.  Компенсация реактивной мощности.
Компенсация реактивной мощности – это повышение коэффициента мощности  Основными электропотребителями реактивной мощности являются: асинхронные электродвигатели (до 60%), силовые трансформаторы и линии электропередач (до 25%), вспомогательное оборудование (до 15%). В зависимости от характера работы оборудования его реактивная мощность может составлять до 130% по отношению к активной.
Поэтому при проектировании систем электроснабжения необходимо предусматривать компенсацию реактивной мощности.
Передача большого количества реактивной мощности системы электроснабжения не выгодно по следующим причинам: · Возникают дополнительные потери активной мощности; · Возникают потери напряжения на отдельных участках сети электроснабжения; · Возникает расбаланс между электроэнергией отпущенной генераторами электростанций и электроэнергией переданной потребителям; · Для компенсации реактивной мощности применяют естественные и искусственные мероприятия. К естественным мероприятиям относятся: · Упорядочивание и автоматизация технологических процессов предприятия, которые ведут к выравниванию графика нагрузки и улучшению энергетического режима работы оборудования; · Создание рациональной схемы электроснабжения; · Замена трансформаторов и другого электрооборудования старых конструкций на новые; · Замена малозагруженных трансформаторов и электродвигателей,  трансформаторами и двигателями меньшей мощности; · Применение синхронных двигателей вместо асинхронных, если это допустимо по условиям технологического процесса; · Ограничение продолжительности холостого хода двигателей; · Улучшение качества ремонта электрооборудования, уменьшение переходных контактных соединений.
Искусственная компенсация реактивной мощности подразумевает увеличение промышленных электроприемников использованием специальных компенсирующих устройств. При определении необходимой величины компенсации реактивной нагрузки нужно представлять значение · Текущее значение · Средневзвешенное значение коэффициента мощности, которое представляет собой значение  Естественное значение - это значение до компенсации реактивной нагрузки с помощью компенсирующих устройств. Общее значение - это значение после компенсации реактивной мощности с использованием компенсирующих устройств.
Согласно ГОСТов желаемый промышленных электропотребителей должен находиться в пределах  Согласно норм стандартизации рекомендуется до 90% компенсировать нагрузку естественными мерами.
Расчет компенсации реактивной мощности сводится к определению величины потребляемой реактивной мощности компенсацией, которую можно определить согласно формулы:   , где   - расчетная максимальная активная мощность,  - средневзвешенное значение до компенсации реактивной нагрузки:   - средневзвешенное значение коэффициента мощности после компенсации реактивной нагрузки, его значение принимают по значению желаемого  Зная расчетную потребную реактивную мощность, которую нужно скомпенсировать, по таблицам справочной литературы выбираем число, мощность, тип компенсирующих устройств в соответствии со следующими условиями:  Выбираем комплексную конденсаторную установку типа КС-  в количестве двух штук с общим значением 100кВар, для силовых сетей 380В.  7. Выбор схемы электроснабжения. Схема цеховой силовой сети определяется технологическим процессом производства, категорией надежности электроснабжения, взаимным расположением цеховых трансформаторных подстанций, размещением электроприемников по территории цеха, установленной мощности электроприемников. Схема должна быть проста, безопасна и удобна в эксплуатации, а так же она должна быть экономична и обеспечивать применение современных индустриальных методов монтажа. Схемы сетей электроснабжения могут быть радиальными, магистральными и смешенными. При радиальной схеме электрическая энергия от отдельного узла питания (трансформаторной подстанции) может поступать как к одному достаточно мощному электропотребителю, так и к групповому распределительному пункту, от которого в свою очередь получают питание средние и мелкие электропотребители.
Радиальные схемы выполняют как одноступенчатые – когда электропотребители питаются непосредственно от трансформаторной подстанции, и двухступенчатые – когда подключение происходит к какому-то промежуточному распределительному пункту.
Радиальные схемы следует применять для питания сосредоточенных нагрузок большой мощности, а так же при неравномерном распределении электропотребителей по площади цеха, а так же для питания электропотребителей во взрывоопасных, пожароопасных помещениях. ПУЭ рекомендует использовать радиальное электроснабжение для питания электропотребителей первой категории надежности, и второй категории надежности, при наличии значительного числа электропотребителей большой мощности.
Радиальные схемы следует выполнять кабелем, проводами, проложенными в трубах, лотках, коробах.
Основным достоинством радиальных схем является их высокая нежность, то есть авария на одной из линий не влияет на работу других  электропотребителей. К недостаткам можно отнести их повышенную стоимость, из-за значительного расхода проводникового материала, необходимости в дополнительных площадях при размещении силовых распределительных пунктов. При магистральных схемах электропотребители подключаются к любой точке магистрали.
Магистрали могут присоединятся как непосредственно к трансформатору подстанции по схеме «блок трансформатора – линия», так и к силовым распределительным пунктам.
Магистральные схемы с распределительными шинопроводами применяют при питании электропотребителей одной технологической линии или при равномерно распределенных по площади цеха электропотребителей. ПУЭ рекомендует применять магистральные схема для питания электропотребителей третьей категории надежности, а так же потребителей второй категории надежности при наличии только электропотребителей малой и средней мощности.
Рекомендуют выполнять магистральные схемы шинопроводом, кабелем, проводами.
Достоинством магистральных схем является: упрощение щитов подстанций, высокая гибкость сети, которая дает возможность перемещать технологическое оборудование по площади цеха без переделки сети.
Недостатками является их значительно меньшая надежность по сравнению с радиальными, так как при исчезновении напряжения на магистрали все подключенные к ней электропотребители теряют питание. При современном проектировании систем электроснабжения чаще всего стали применять смешанные схемы электроснабжения, так как по этой схеме часть электропотребителей получают питание от магистралей, а другая часть от силовых распределительных пунктов, которые в свою очередь сами питаются либо от щита подстанции, либо от магистральных или распределительных шинопроводов.
Именно такое сочетание позволяет более полно использовать достоинство как радиальных, так и магистральных  схем.
Смешанные схемы электроснабжения очень широко применяются для питания электропотребителей второй категории надежности. Для нашего варианта электроснабжения моечно-сушильного цеха ОАО «ПОШ» подходит смешанная схема электроснабжения с использованием элементов радиальной и магистральной схемы питания.
Обосновано это тем, что для моечной и сушильной машин нежелательно отключение электричества, так как это может повлиять на производительность цеха, и к тому же эти машины являются мощными электропотребителями в отличии от освещения и вентиляторов, для которых внезапная авария не повлияет на работоспособность цеха.  8.Выбор числа и мощности трансформаторов на подстанцию. 8.1 Правильный выбор числа и мощности трансформаторов на подстанцию производственного предприятия является одним из основных вопросов рационального построения систем электроснабжения. В нормальных условиях силовые трансформаторы должны обеспечить питание всех электропотребителей предприятия. Как правило, трансформаторов на подстанциях должно быть не более двух. При проектировании систем электроснабжения, установка одного трансформатора на трансформаторную подстанцию, рекомендуется для питания электропотребителей третьей категории надежности, а так же при полном резервировании электропотребителей первой второй категории надежности.
Двухтрансформаторные подстанции применяются при питании электропотребителей первой и второй категории надежности, не имеющей электропотребителей относящихся к особой группе, при сосредоточенных нагрузках на данном участке с высокой удельной плотностью. Кроме того двухтрансформаторные подстанции целесообразны при неравномерном суточном и годовом графиках электронагрузок производственных предприятий, при сезонном режиме работы предприятий, при значительной разнице загрузки смен. Так как наш цех относится к потребителю второй категории надежности, будем считать, что для установки трансформаторной подстанции достаточно принять два трансформатора, так как цех имеет потребители большой мощности, поэтому на подстанцию устанавливаем два трансформатора.  8.2 Выбор мощности трансформаторов производится исходя из полной расчетной нагрузки объекта электроснабжения, числа часов использования максимальной нагрузки, темпов роста нагрузок, стоимости электроэнергии и максимальных перегрузок трансформаторов. На двухтрансформаторных подстанциях следует устанавливать однотипные трансформаторы одинаковой мощности. Самая выгодная загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории надежности электропотребителей, от числа выбранных трансформаторов на трансформаторную подстанцию, от способов резервирования.
Допустимые нагрузки, систематические и аварийные перегрузки определяют нагрузочную способность трансформатора. Если не учитывать нагрузочную способность трансформатора, то можно завысить выбираемую установленную мощность трансформатора, что экономически не целесообразно.
Нормальный срок службы трансформаторов составляет 20-25 лет. · Если известна расчетная полная максимальная мощность объекта проектирования и коэффициент допустимой перегрузки, то можно определить расчетную номинальную мощность трансформатора:  n – число трансформаторов на трансформаторную подстанцию.  - для двухтрансформаторных подстанций с электропотребителями второй категории надежности.  ПУЭ рекомендует: 1. трансформаторы более 1000 кВа применять только при наличии электропотребителей большой мощности. 2. при наличии электропотребителей второй категории надежности большой и средней мощности устанавливать на подстанцию не менее двух трансформаторов. 3. при установке двух трансформаторов на подстанцию, мощность каждого трансформатора выбирать с таким учетом, чтобы при выходе из строя одного из трансформаторов, оставшийся в работе трансформатор мог бы нести всю нагрузку потребителей и был бы при этом загружен не более чем на 140%. Мощность трансформаторов следует выбирать по полной максимальной расчетной нагрузке, с учетом работы компенсирующих устройств.  Для выполнения технико-экономического расчета трансформаторов необходимо по таблицам справочной литературы выбрать два возможных варианта трансформаторов. По расчетной номинальной мощности трансформаторов выбираем по таблицам справочной литературы выбираем трансформаторы ТМ-250 и ТМ-400. Проверяем выбранные трансформаторы в нормальном и аварийном режимах работы. · В нормальном режиме работы трансформаторы проверяются по его коэффициенту загрузки:  - при установке двух трансформаторов на подстанцию.   ·  В аварийном режиме трансформаторы проверяются по условиям:  - при установке двух трансформаторов на подстанцию.  Условия выполняются, принимает выбранные трансформаторы к технико-экономическому сравнению.
Таблица 3. | |  |  |  |  |  |  - стоимость Трансформатора в рублях. | | 2. | 3. | 4. | 5. | 6. | 7. | | 1. |  | 0,82 | 3,7 | 4,5 | 2,3 | 75 т.руб (2005г) | | 2. |  | 0,95 | 5,5 | 4,5 | 2,1 | 98 т.руб (2004г) | 8.3  Технико-экономическое сравнение трансформаторов. 8.3.1. Определяем потери реактивной мощности трансформаторов в режимах короткого замыкания и холостого хода:   8.3.2 Определяем потери активной мощности трансформаторов в режимах холостого хода и короткого замыкания:  8.3.3 Определяем приведенные потери активной мощности трансформаторов:   8.3.4 Определяем годовые потери электроэнергии трансформаторов:  Где    8.3.5 Определяем годовые амортизационные расходы на установку трансформаторов:  Где  - коэффициент амортизационных расходов. На амортизационные расходы трансформаторов принимают 10% от стоимости трансформатора, поэтому  8.3.6 Определяем стоимость потерь электроэнергии в трансформаторах:  Где  8.3.7 Определяем годовые суммарные эксплуатационные расходы на установку и обслуживание трансформаторов:  8.3.8 Для выбора экономически выгодного варианта трансформатора используют метод срока окупаемости:  Время окупаемости трансформатора сравнивают с нормативным временем  Если   9. Выбор величины рационального напряжения и расчет питающей линии. 9.1 Выбор величины рационального напряжения определяется параметрами линии электропередач, параметрами выбираемого электрооборудования на подстанцию. При решении задачи о величине рационального напряжения в общем случае определяют величину нестандартного значения напряжения, при котором имели бы место минимальные затраты. Зная величину такого нестандартного напряжения можно определить величину целесообразного стандартного значения напряжения. Для выбора стандартного напряжения внутризаводского электроснабжения руководствуемся следующими рекомендациями: · Для питания крупных промышленных предприятий можно применять на первой ступени распределения электроэнергии напряжение 35110 кВ. · Для питания электропотребителей промышленных предприятий средней мощности на первой ступени распределения электроэнергии применяют напряжение 6-10 кВ. · На второй ступени распределения электроэнергии внутризаводского электроснабжения следует применять напряжение равное 0,4 ,23 кВ. Для своего объекта проектирования принимаем первичное напряжение 10 кВ, а вторичное 0,4 кВ, так как это напряжение хорошо сочетается с однофазными потребителями. 9.2 Сечение проводов и жил кабелей должны выбираться в зависимости от технических и экономических факторов.
Увеличение сечения линии повышает капитальные затраты на ее сооружение.  С уменьшением затраты снижаются, но возрастает стоимость потерь электроэнергии, величина которой прямо пропорциональна потерям активной мощности и обратно пропорциональна площади поперечного сечения проводников. Для выбора экономического сечения проводника необходимо определить приведенные затраты на сооружение линии с их различными сечениями.
Минимум этих затрат и будет соответствовать сечению проводника, которое называется экономическим. На основе анализа всех факторов, влияющих на величину экономического сечения, ПУЭ рекомендует в практических расчетах экономическое сечение проводника определять по экономической плотности тока   где  - это расчетное значение тока на шины подстанции высокого напряжения. Для выполнения технико-экономического расчета сечения питающей линии составляем таблицу.
Таблица 4. | |  |  |  |  | | | 1. | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | | 1. | 16 | 75 | 39 | 0,8 | 56350 | | 2. | 25 | 90 | 40 | 0,8 | 61600 | | 3. | 35 | 115 | 42 | 0,8 | 65800 | | 4. | 50 | 140 | 44 | 0,8 | 73850 |  9.3 Путем технико-экономических расчетов определяем экономическое целесообразное сечение питающего кабеля. 9.3.1 Определяем коэффициент загрузки линии при каждом ее сечении:         9.3.2 Определяем потери активной мощности в линиях при их действительной нагрузке.          9.3.3 Принимаем, время потерь в линиях таким же, как и время потерь в трансформаторах.
Определяем потери электрической энергии в линиях.     9.3.4 Определяем стоимость потерь электрической энергии в линиях.     Где - стоимость одного киловатта электроэнергии. 9.3.5 Капиталовложения на сооружение линии складываются из стоимости линии и стоимости СМР (строительно-монтажных работ), предполагая, что стоимость СМР при всех сечениях одинакова, за капиталовложения возьмем стоимость линии:     9.3.6. Ежегодные амортизационные отчисления на линию предполагаются в размере 3% от капиталовложений на линию, поэтому стоимость ежегодных амортизационных отчислений определяем:     Где - коэффициент амортизационных отчислений на линию. 9.3.7 Полагая стоимость расходов на содержание персонала и ремонт линии одинаковыми для всех сечений кабеля, определяем стоимость эксплуатационных годовых расходов:      9.3.8 Определяем годовые затраты на монтаж, эксплуатацию и ремонт кабельной линии:     9.3.9 Зная затраты на линию при различных сечениях, строим график зависимости сечения линии от затрат:  На основе выполненных расчетов и полученных результатов принимаем для питающей линии кабель АШШВ   10. Расчет токов короткого замыкания.
Коротким замыканием называется непосредственное замыкание нескольких фаз или фазы и нулевого провода или фазы с землей в одной точке не предусмотренных нормальными условиями работы электроустановок.
Следует различать три основных вида короткого замыкания: · Трехфазное короткое замыкание , при котором все три фазы соединяются в одной точке.
Сопровождается пожарами, взрывами (5%). · Двухфазное короткое замыкание, при котором две фазы соединяются в одной точке.
Приводит к расстройству технологического процесса, длительному простою оборудования, рабочих (35%). · Однофазное короткое замыкание, при котором одна фаза электрической сети замыкается в точку на нулевой провод лили на землю.
Сопровождается искрением, что приводит к ожогам кожи рук и лица обслуживающего персонала (60%). Физическая сущность процесса короткого замыкания – сопротивление в электрической сети резко падает, напряжение на отдельных участках сети уменьшается, скачком возрастает ток.
Значение этого тока и представляет собой ток короткого замыкания.
Основными причинами возникновения короткого замыкания в электрической сети являются: · Старение и износ изоляции электрооборудования и электрических сетей; · Ошибочные действия обслуживающего персонала.  Расчет токов короткого замыкания необходим: · Для выбора рационального варианта схем электроснабжения; · Для определения условий работы электропотребителей в аварийном режиме; · Для выбора электрических аппаратов на подстанцию; · Для проектирования устройств релейной защиты и автоматики систем электроснабжения; · Для проектирования защитного заземления. При расчете токов короткого замыкания все входящие в расчет величины как в именованных единицах, так и в относительных единицах. Так как параметры входящие в расчет схемы систем электроснабжения элементов в справочнике указывают в различных единицах, то их необходимо привести к базисным условиям. За базисные условия принимают базисную мощность   За базисную мощность принимают либо мощность систем электроснабжения, либо для расчетов можно применять следующие значения:  За базисное напряжение принимают напряжение равное его среднему номинальному напряжению ступени. Для расчетов токов короткого замыкания необходимо составить расчетную схему, в которой указать все элементы систем электроснабжения, а по ней составить схему замещения, в которой элементы системы электроснабжения заменяют сопротивлениями приведенными к базисным условиям.
Расчет токов короткого замыкания в сетях напряжением свыше тысячи вольт целесообразно производить в относительных единицах, расчет токов короткого замыкания в сетях напряжением до тысячи вольт ведут в именованных единицах.  Составляем расчетную схему и схему замещения внутрицехового электроснабжения, в которой все элементы электроснабжения приведем к базисным условиям.  10.1   Расчет токов короткого замыкания в точке     10.1.1Определяем сопротивление линии в относительных единицах приведенных к базисным условиям:    - соответственно удельные реактивные сопротивления линии. Для алюминиевого кабеля сечением   10.1.2 Определяем полное сопротивление линии:  10.1.3 Определяем периодическую составляющую тока короткого замыкания в точке  Определяем значение ударного тока:   - ударный коэффициент, который на шинах напряжением 10кВ принимаем равным 1,8:  Определяем мощность короткого замыкания:   10.2 Расчет токов короткого замыкания на шинах напряжением до 1000В состоит из элементов с активными и индуктивными сопротивлениями: · Цеховые трансформаторы -  · Трансформаторов тока -  · Токовых катушек расцепителей, автоматических выключателей -  · Шин -  · Жил распределительных кабелей -  · Активного сопротивления переходных контактов -  10.2.1 При расчете токов короткого замыкания в сетях напряжением до 1000В считают, что суммарное активные сопротивления системы меньше, чем суммарные реактивные сопротивления системы  Определяем активные и индуктивные сопротивления цеховых трансформаторов, значение которых приводится к напряжению ступеней:  10.2.2 Зная передаточную составляющую тока короткого замыкания можно определить периодическую составляющую в точке    Большинство данных входящие в эти формулы берем из справочника А.Федорова часть 1 « электроснабжение».  - реактивное сопротивление системы, которое до цеховых ТП можно принять 0,31, а суммарное активное сопротивление до цеховых ТП можно  принять равное 0, то есть   Тогда  Определяем ударный ток короткого замыкания:   - по таблицам справочной литературы  Определяем мощность короткого замыкания:  На основе полученных расчетов составляем таблицу: | № пп | Точка короткого замыкания |  |  |  | | 1. | 2. | 3. | 4. | 5. | | 1. | | 3,7 | 9,3 | 67,2 | | 2. | | 15,4 | 26,1 | 10,7 |  11. Выбор электроаппаратуры на подстанцию.
Электрические аппараты, токоведущие устройства в процессе эксплуатации работают в трех основных режимах: длительном режиме, в режиме перегрузки и в режиме короткого замыкания. В длительном режиме нормальная работа аппарата обеспечивается правильным выбором их номинального напряжения и номинального тока. В режиме перегрузки надежная работа аппаратов обеспечивается ограниченными значениями величин и длительности.
Повышение напряжения в таких пределах, в которых гарантируется нормальная работа электрических установок за счет запаса прочности. В режиме короткого замыкания надежная работа аппаратов обеспечивается соответствием выбранных аппаратов электроустановок, условиями термичной и электродинамичной устойчивости к токам короткого замыкания. Для выбора предохранителей, выключателей нагрузки, обязательно добавляется условие выбора их на отключающую способность.
Рекомендуется при выборе аппаратов учитывать температуру окружающей среды, влажность, загрязненность. Для каждого аппарата выбирается такой режим работы, при котором аппарат находится в наиболее тяжелых, по реальным условиям, условиях работы.
Выбранные аппараты должны отвечать требованиям технико-экономической целесообразности. Для внутризаводского распределения электрической энергии, на подстанцию со стороны высокого напряжения, выбираем высоковольтные выключатели или выключатели нагрузки и предохранители, если выключатели нагрузки не комплектуются предохранителями, а так же изоляторы. По стороне низкого напряжения выбираем сечение токоведущих устройств (шин), а также выбираем автоматический выключатель и трансформаторы тока. 11.1 Выбираем высоковольтный выключатель: | №пп | Параметры выбора | Формула выбора | | 1. | Номинальное напряжение  |  | | 2. | Номинальный ток  |  | | 3. | Допустимое действительное значение тока к.з. -  |  | | 4. | Динамический ударный ток  |  | | 5. | Мощность отключения  |  | Выбираем высоковольтный выключатель типа  в комплекте с предохранителем типа ПК-1030, так как он подходит по всем расчетным параметрам. 11.2 Выбор изоляторов. | №пп | Параметры выбора | Формула выбора | | 1. | Номинальное напряжение  |  | | 2. | Номинальный ток проходного изолятора |  | | 3. | Допустимое усиление на изолятор  | где    |  , где   а – расстояние между фазами, пределы   Выбираем проходной изолятор для внутренней установки типа ПК – 10160-180 11.3 Выбор шин. Шины выбирают длительно-допустимой токовой нагрузке и проверяют на электродинамическую стойкость током короткого замыкания. | №пп | Параметры выбора | Формулы выбора | | 1. | Длительно-допустимая токовая нагрузка  |  | | 2. | Электродинамическая устойчивость к токам к.з. – механическое напряжение машины  |    wмомент сопротивления шин.  | , где n – число полос в пакете шин. втолщина шины (мм) h – ширина шины (мм)  Выбираем по расчетному току алюминиевые шины размером  11.4  Выбор автоматических выключателей.
Автоматические выключатели выбирают по номинальному напряжению и номинальному току и проверяют по отключающей способности. | №пп | Параметры выбора | Формула выбора | | 1. | Номинальное напряжение  |  | | 2. | Номинальный ток  |  | | 3. | Отключающая способность  |  | Для низкой стороны выбираем к установке на ТП автоматический выключатель типа ВА-53, номинальным током 750А 11.4 Выбор трансформаторов тока.
Трансформаторы тока на цеховую подстанцию выбирают по номинальному напряжению, по первичному номинальному току и по классу точности. | №пп | Параметры выбора | Формула выбора | | 1. | Номинальное напряжение  |  | | 2. | Номинальный первичный ток |  | | 3. | Класс точности | 0,5 | Выбираем к установке трансформатор тока шинный типа ТШ-120.  12. Выбор устройств РЗиА систем электроснабжения. 12.1 В электросетях промышленных предприятий возможны возникновения повреждений, которые нарушают нормальную работу электроустановок.
Наиболее распространенными и опасными повреждениями являются режимы короткого замыкания. К анормальным относятся режимы перегрузки.
Повреждения и анормальные режимы могут привести к аварии как всей СЭС, так и отдельных ее частей, сопровождающиеся определенным недоотпуском электроэнергии или разрушением основного электрооборудования.
Предотвратить возникновение аварии можно путем быстрого отключения поврежденных элементов или участка сети. Для этой цели электроустановки снабжают автоматически действующими устройствами – релейной защитой.
Которая является основным видом противоаварийной автоматики.
Устройства релейной защиты могут быть предназначены и для сигнализации о нарушениях в электрических сетях. При повреждении СЭС: Короткое замыкание в результате ошибочных действий персонала, глубоких понижениях напряжения, релейная защита выявляет поврежденный участок и отключает его воздействуя на коммутационный аппарат. При анормальных режимах: Медлительные перегрузки, замыкание одной фазы на землю, ухудшение состояния трансформаторного масла, понижение уровня масла в расширителе трансформатора. В этом случае релейная защита действует на сигнал, предупреждающий обслуживающий персонал о неисправностях в режиме работы электрооборудования.
Выполнение устройств релейной защиты регламентируется специальными «Руководящими указаниями о релейной защите». Защита трансформаторов цеховых подстанций зависит от мощности установленных трансформаторов: ·  для защиты трансформаторов 1000-1600кВа по стороне высокого напряжения применяют высоковольтный коммутационный электроаппарат-выключатель, который будет срабатывать на отключение поврежденного трансформатора, при подаче на него сигналов со схем релейной защиты. На цеховой подстанции можно применять максимальную токовую защиту (МТЗ), токовую отсечку; · по стороне низкого напряжения от однофазных замыканий на землю, защиту выполняем автоматическими выключателями, трансформаторы тока используем для контроля нормального режима работы силового трансформатора; от внутренний повреждений в трансформаторе применяем газовую защиту; · для защиты трансформаторов мощностью 100-630кВа включительно по стороне высокого напряжения используют разъединитель мощности – выключатель нагрузки в комплекте с предохранителями; по стороне низкого напряжения трансформатор защищаем автоматическими выключателями от однофазных коротких замыканий на землю, контроль режима работы трансформатора ведем с помощью трансформаторов тока и контрольно-измерительных приборов; защиту от внутренних повреждений в трансформаторах выполняем газовым реле РГЧЗ-66. В нашем случае выбраны на ТП два трансформатора мощностью 250кВа, следовательно по высокой стороне применяем защиту выключателем нагрузки  в комплекте с предохранителями. По низкой стороне применяем автоматический выключатель АВМ10. Защиту от внутренний повреждений трансформатора предусматриваем установкой газового реле РГЗЧ-66. 12.2  Устройства автоматизации осуществляют автоматическое управление схемы электроснабжения, как в нормальном, так и аварийном режимах работы.
Применение автоматизации позволяет обеспечит длительное нормальное функционирование системы электроснабжения, в кратчайший срок ликвидировать аварию, обеспечить высокую надежность электроснабжения электропотребителей, сократить расходы на обслуживание, обнаружить поврежденные участки с наименьшими затратами труда, повысить качество электроэнергии. На ТП промышленных предприятий нашли применение следующие устройства автоматизации: АВР – автоматический выключатель резерва, АВП – автомат повторного включения, АЧР – автоматическая частотная разгрузка.
Автоматизация систем электроснабжения считается экономически целесообразной, если дополнительные ежегодные затраты на нее меньше вероятного ущерба от простоя оборудования при нарушении электроснабжения. В сетях промышленных предприятий питающих потребители первой категории надежности, широко применяется устройство АВР, которое повышает надежность электроснабжения и сокращает простой электрооборудования. АВП осуществляет быстрое повторное восстановление электроснабжения электропотребителей после кратковременных самоустраняющихся повреждений в электросети.
Согласно ПУЭ, АВП обязательны на всех воздушных линиях и воздушных линиях с кабельными вставками.
Устройства АЧР должны устанавливаться на тех предприятиях, которые питаются от районной энергосистемы и на которых возможно возникновение значительного дефицита активной мощности. В основном АЧР на цеховых подстанциях не используют. В нашем случае берем секционирование по низкой стороне автоматическим выключателем ВА-53.  13. Расчет заземляющих устройств.
Заземлением называется предназначенное электрическое соединение металлических и токоведущих частей, нормально не находящихся под напряжением, но которые могут оказаться под напряжением в следствии повреждения изоляции, с землей или ее эквивалентом. При обслуживании электроустановок опасность представляют не только не изолированные токоведущие части находящиеся под напряжением, но и те конструктивные части электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением: корпуса электродвигателей, баки трансформаторов, кожухи шинопроводов, металлические каркасы щитов и т.д.
Следует различать следующие виды заземлений: защитное, рабочее, грозозащитное. Целью защитного заземления является защита обслуживающего персонала от опасного поражения электрическим током.
Заземляющие устройства состоят из заземлителей и заземляющих проводников. Для выполнения заземления используют естественные и искусственные заземлители. В качестве естественных используются: водопроводные трубы, алюминиевые оболочки кабелей, части фундаментов зданий и сооружений. В качестве искусственных заземлителей используют: металлические стержни и полосы, погруженные в почву для надежного контакта с землей.
Расчет заземляющих устройств ведут методом коэффициента использования, принимая при этом грунт однородным по глубине.
Предполагаем сооружение контура по периметру объекта проектирования, с расположением по контуру вертикальных заземлителей, в качестве которых используют прутковый электрод диаметром 15мм и длиной 5м. Метод погружения – ввертывания.
Верхние концы вертикальных стержней погружаются на глубину 0,7метра и привариваются к  горизонтальному заземлителю, в качестве которого используют стальные полосы сечением  13.1 Согласно ПУЭ сопротивление заземления не должно быть более 4ом, для расчета принимаем сопротивление заземления  13.2 Определяем сопротивление естественных заземлителей, но так как это сопротивление можно определить путем замера его конкретной установки, то для расчетов следует принять   сопротивление естественных заземлителей больше сопротивления заземлителя, то необходимо сооружение контура искусственных заземлителей, сопротивление которых можно определить:  13.3 Определяем предварительную конфигурацию контура заземления с учетом его размещения для объекта проектирования, причем расстояние между вертикальными стержнями должно быть не менее длины стержня. Для расчета заземляющих устройств по плану контура заземления определяем предварительное количество вертикальных стерней и намечаем длину горизонтального заземлителя:  Длину горизонтального заземлителя считаем приблизительно равным периметру объекта проектирования:  13.4 Определяем сопротивление одного вертикального заземлителя:  - диаметр стержня принимаем, равным 0,015 м .  - расчет удельного сопротивления грунта, принимаем равным 300омм .  - длина вертикального стержня, принимаем равным 5м.  - коэффициент сезонности, принимаем равным 1,5 (по таблицам справочной литературы).  - глубина заложения вертикального стержня.  Следовательно:  13.5 Определяем сопротивление горизонтальных заземлителей:   - длина горизонтальной полосы, принимаем равным 600м в – ширина полосы, принимаем равным 0,04м. t – глубина заложения горизонтального заземлителя, принимаем равным 0,7м.
Следовательно:  13.6 Определяем сопротивление горизонтальных полос связывающих между собой вертикальные электроды:   - коэффициент использования горизонтальных заземлителей, принимаем равным 0,21. Следовательно:  13.7 Определяем необходимое сопротивление вертикальных заземлителей с учетом использования горизонтальной заземлительной полосы:   13.8 Уточняем количество необходимых вертикальных заземлителей:   - коэффициент использования вертикальных заземлителей, принимаем равным 0,43. Следовательно:  На основе полученных расчетов уточняем конфигурацию заземляющего устройства:  Список литературы. 1. Н.П. постников, Г.М. Рубашов – Электроснабжение промышленных предприятий.
|
