Радкевич В.Н. Проектирование систем электроснабжения

Подождите немного. Документ загружается.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

хронными двигателями, имеющими Р

< 2500 кВт и и < 1000 мин ',

определяется как

д2

=5>б

Л1

, (5.13)

Реактивная мощность синхронных двигателей, которую экономи-

чески целесообразно использовать для компенсации при одновремен-

ном оптимальном потреблении реактивной мощности из энергосисте-

мы,

вычисляется по выражению

е;.

=е

Д|

+е

Д2

. (5.14)

Отметим, что синхронные двигатели, которые не целесообразно

применять для компенсации реактивной мощности, должны работать

с coscp = 1.

Пример 5.2. Химический комбинат получает питание от понижа-

ющей подстанции 220/10,5 кВ, В технологическом процессе использу-

ются следующие группы синхронных двигателей 10 кВ:

1) 6 двигателей по 630 кВт, п = 500 мин

;

2) 4 двигателя по 800 кВт, п = 1500 мин

-1

;

3) 4 двигателя по 1250 кВт, п - 500 мин

-1

;

4) 2 двигателя по 3200 кВт, и = 750 мин

-1

Все синхронные двигатели имеют COS<P

HOM

= 0.9; tg(p

HoM

= 0,48.

Комбинат работает в непрерывном режиме. Время использования

максимальной нагрузки

тах

6200 ч. На предприятии установлены

приборы учета максимальных нагрузок. Расчет за электроэнергию

осуществляется по двухставочному тарифу. Основная ставка тарифа

а= 1165 000 руб/(кВт-год), дополнительная — 6 = 880 руб/кВт-ч.

Определите величину реактивной мощности, которую экономичес-

ки целесообразно получать от синхронных двигателей 10 кВ.

Решение. Так как в табл. 5.3 отсутствуют двигатели мощнос-

тью 630 кВт, то их не целесообразно применять для компенсации

реактивной мощности. Эти двигатели должны работать с

cos(p

= 1.

Наиболее экономичными являются двигатели мощностью 800 кВт

(л > 1000 мин

) и 3200 кВт (Р

дн

>2500 кВт). С учетом того, что

=Р

-tg<p

HoM

, величину реактивной мощности, генерируемой дан-

ными электродвигателями, определяем по формуле (5.5)

=0,2 (4 • 800 • 0,48 + 2 • 3200

■

0,48) = 922 квар.

126

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Таблица

5.3

Синхронные

электродвигатели 10 кВ

п,

-1

мин

250

300

375

500

600

750

1000

0,2

0,6

1,0

1,2

0,2

0,6

1,0

1,2

0,2

0,6

1,0

1,2

0,2

0,6

1,0

1,2

0,2

0,6

1,0

1,2

0,2

0,6

1,0

1,2

0,2

0,6

1,0

1,2

Минимальное

значение R

при

Рд.н,

кВт

1250

0,016

0,025

0,03

0,035

0,015

0,025

0,03

0,035

0,015

0,025

0,03

0,035

0,015

0,025

0,03

0,035

0,02

0,025

0,02

0,025

0,017

0,022

0,025

1600

0,02

0,025

0,015

0,025

0,03

0,035

0,02

0,027

0,03

0,02

0,027

0,03

0,02

0,025

0,02

0,25

0,02

0,022

2000

0,02

0,025

0,03

0,02

0,025

0,028

0,02

0,022

0,02

0,022

0,02

0,022

0,018

2500

0,02

0,023

0,02

0,022

0,025

0,02

127

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Находим коэффициенты увеличения ставок тарифа на электроэнер-

гию по выражению (5.8)

Кг

1,8-10"

= —— = 19 417; к^

=■——!

48 889;

6019

417 +

1,8-6 200-Ю"

-48 889

к. ~ =

584.

60+1,8-6 200-Ю"

Для предприятия с непрерывной работой К = 0,8. При высшем

напряжении понижающей подстанции 220 кВ степень компенсации

\|/ =

0,5.

Тогда по табл 5.2 определяем T

= 6800 ч.

По выражению (5.6), приняв

, вычисляем удельную сто-

имость экономического потребления реактивной мощности из энерго-

системы

= (1,2 + 0,03 • 6800 • Ю-

) • 1,6 • 38 584 = 200 020 руб/квар.

Удельную стоимость потерь активной мощности в синхронных

двигателях при непрерывном режиме работы (Т= 8500 ч) определяем

по выражению (5.11):

рг

60 •

417 + 1,8 • 8500 • 10

•

48 889 = 8 645 037 руб/кВт.

Соотношение удельных стоимостей С и С

„ 200020 „ '

/? = = 0,023.

8645037

По табл. 5.3 для R =

0,023

путем линейной интерполяции (см.

пример 4.1) для двигателя мощностью 1250 кВт и п =500 мин

-1

находим значение коэффициента загрузки по реактивной мощности:

по

0,023-0,015 ,

поч АСО

а=0,2+—

(0,6-0,2)=0,52.

0,025-0,015

Реактивная мощность, генерируемая четырьмя двигателями с

Р = 1250 кВт, вычисляется по выражению (5.13)

=0,52

• 4 • 1250 • 0,48 = 1248 квар.

Суммарную реактивную мощность, которую экономически це-

лесообразно получать от синхронных двигателей комбината, опре-

деляем как

Q' = 922 + 1248 = 2170 квар.

128

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

5.5.

РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ

МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ИЗ СЕТИ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ

Экономически целесообразное значение реактивной мощности, по-

требляемой предприятием в часы больших нагрузок из сети энерго-

системы, определяется по выражению

=/vg(p

, (5-15)

где Р

— математическое ожидание расчетной активной нагрузки

потребителя на границе балансового разграничения с энергосистемой;

tg(p

— максимальное значение экономического коэффициента реак-

тивной мощности, определяемого оптимизационным (tg(p

) или нор-

мативным (tgq>

) методами.

Математическое ожидание расчетной активной и реактивной на-

грузок потребителя

=ед.

(

5Л7

где Р и Q — расчетная активная и реактивная мощность предпри-

ятия (с учетом потерь в трансформаторах);

— коэффициент приве-

дения расчетной нагрузки к математическому ожиданию, £ =0,9.

В расчетах компенсации, как правило, определяется нормативное

значение экономического коэффициента реактивной мощности по вы-

ражению

240Щ(рЖ.

max

где

tg(p

— базовый коэффициент реактивной мощности, принимаемый

равным 0,25; 0,3 и 0,4 для сетей

6—20

кВ, присоединенных к шинам

подстанций с высшим напряжением соответственно 35, ПО и 220—

330 кВ; а — основная ставка действующего тарифа на активную

мощность, руб/(кВтгод);

max

— отношение потребления энергии в

квартале максимальной нагрузки энергосистемы к потреблению в

квартале максимальной нагрузки предприятия (при отсутствии таких

сведений принимают

max

= 1); b — дополнительная ставка действу-

ющего тарифа на активную электроэнергию, коп/кВт-ч.

Если в результате расчета по формуле (5.18) окажется, что

129

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

tg(p

5i]

>0,6, его значение принимают равным 0,6. Для шин

6—20

кВ

понизительных подстанций с высшим напряжением 500 кВ и выше и

шин генераторного напряжения tg

= 0,6. Для потребителей, питаю-

щихся от сети до 1 кВ энергоснабжающей организации, принимается

tg(p,

= 0,15.

Пример 5.3. Определите экономическое значение реактивной

мощности, потребляемой в часы максимальных нагрузок из сети

энергосистемы, для приборостроительного завода, питающегося от

понижающей подстанции 110/10,5 кВ. Расчетная активная нагрузка

завода с учетом потерь мощности в цеховых трансформаторах

Р=10500 кВт, Г

тах

=3200 ч. Основная ставка тарифа на электро-

энергию а=\ 165000 руб/(кВт-год), дополнительная й=880 руб/кВтч.

Решение. Коэффициенты увеличения ставок тарифа на электро-

энергию определены в примере 5.2 : ^=19 417,

=48 889.

Значение коэффициента к, учитывающего изменение цены на КУ,

принимаем равным k

, определяемому по формуле (5.8):

, , 60-19417 +

1,8-3200-10"

-48889

„„„„

к.

—

к = ; = 33852.

60+1,8-3200-Ю^

Так как сведений о потреблении электроэнергии заводом в кварта-

лах максимальных нагрузок энергосистемы и предприятия не имеет-

ся,

то принимаем

fi?

max

1. Для сети 10 кВ, присоединенной к шинам

подстанций с высшим напряжением 110 кВ, базовый коэффициент

реактивной мощности tg(p

=0,3. В этом случае максимальное значе-

ние экономического коэффициента реактивной мощности определяет-

ся по выражению (5.18)

240-0,3-33 852

tg(p,

= = 0,44.

1165 000 + 50-880 • 100

Вычисляем по формуле (5.16) математическое ожидание расчет-

ной активной нагрузки завода:

=0,9-10500 = 9450 кВт.

Экономически целесообразное значение реактивной мощности, по-

требляемой в часы максимальных нагрузок из сети энергосистемы,

определяется по выражению (5.15)

0=945О-О,44=4158квар.

130

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

5.6 АНАЛИЗ БАЛАНСА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ НА ГРАНИЦЕ

РАЗДЕЛА СЕТИ ПОТРЕБИТЕЛЯ И ЭНЕРГОСИСТЕМЫ

После определения Q

Q' и Q вычисляется величина

л<2'

= <2р-<2н

,-<2;.

.-е

(

5Л9

Если Ag'<0, то рекомендуется уменьшить Q

}

до обеспечения

условия Ag'=0. На этом расчет компенсации заканчивается.

При установке в узле нагрузки большого числа синхронных

двигателей, генерирующих реактивную мощность, численно пре-

восходящую расчетную реактивную нагрузку остальных электро-

приемников,

-е„

К1

-е:

<о.

(з.го)

В этом случае в целях ограничения выдачи реактивной мощности

в сеть энергосистемы рекомендуется предусмотреть работу синхрон-

ных двигателей со значением cos ф, близким к 1. Технический предел

генерирования реактивной мощности в сеть энергосистемы в часы

малых нагрузок определяется при tgф

= 0,1.

При AQ' > 0 должна быть рассмотрена возможность получения

недостающей реактивной мощности следующими способами:

1) дополнительным генерированием реактивной мощности синхронными

двигателями мощностью до 2500 кВт и п < 1000 мин *', если их

располагаемая реактивная мощность не использована полностью

при определении Q

(ос

< 1,2);

2) дополнительной установкой БНК (сверх g

HK1

);

3) установкой батарей высоковольтных конденсаторов в узлах

нагрузки 6—10 кВ (для предприятий с непрерывным режимом

работы);

4) дополнительным потреблением реактивной мощности из

энергосистемы, превышающим экономическое значение.

Перечисленные способы получения реактивной мощности рассмат-

риваются взаимосвязанно согласно [28].

5.7. РАЗМЕЩЕНИЕ КОНДЕНСАТОРНЫХ УСТАНОВОК И УПРАВЛЕНИЕ ИМИ

При использовании для распределения электроэнергии магистраль-

ных шинопроводов (МШ) установка БНК может осуществляться не-

посредственно в производственных помещениях, если окружающая

131

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

среда не содержит проводящей пыли, химически активных веществ,

не отнесена к взрывоопасным или пожароопасным зонам, исключены

механические воздействия от транспортных средств и перемещае-

мых грузов, а степень защиты оболочки БНК не ниже IP4X. При этом

на одном МШ следует предусматривать установку не более двух

близких по мощности БНК.

Если основные реактивные нагрузки МШ присоединяются во вто-

рой его половине, то следует устанавливать только одну БНК (рис.

5.2, а). Точка ее присоединения определяется условием

>^>Q

h+l

(5.21)

где Q

h+l

— наибольшие реактивные нагрузки МШ перед узлом

h и после него; Q

— мощность БНК.

При присоединении к МШ двух БНК (рис. 5.2, б) точки их подклю-

чений находят из условий:

дальней по отношению к трансформатору БНК мощностью Q

HK2

f+i

, ' (5-22)

ближней по отношению к трансформатору БНК мощностью Q

-<2HK2

>^>Q

~йшг- (5.23)

БНК с единичной мощностью до 400 квар подключается к МШ

без дополнительной установки коммутационного аппарата, а при

мощности более 400 квар — через коммутационный аппарат. Если

условия окружающей среды отличаются от вышеуказанных, то БНК

рекомендуется устанавливать в помещениях цеховых трансформа-

торных подстанций с подключением к сборным шинам низшего на-

пряжения с помощью автоматического выключателя распредели-

тельного устройства. БНК могут также размещаться и в других

электропомещениях.

Установки БВК следует размещать, как правило, в специальных

помещениях, а также в электромашинных помещениях и подстанциях.

Установки БНК и БВК должны иметь ручное управление для

включения или отключения установки в целом и ее части эксплуата-

ционным персоналом.

132

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

<п>

мш

| ■

Тч

бнк

^-р^мш Qh. QH+I

7Sn

fil

-HKl

ГчТ

FMC.

5.2. Схемы подключения БНК к магистральным шинопроводам

Чтобы обеспечить оптимальный режим работы электрических се-

тей с переменным графиком потребления реактивной мощности, уста-

новки БНК в своем составе должны иметь устройства автоматичес-

кого ступенчатого регулирования мощности в функции реактивной

мощности, реактивного или полного тока узла нагрузки, к которому

подключена БНК. Этому условию удовлетворяют установки типа

УКМ, УКТ, УКТБ, АКУ и т.п.

Автоматическое регулирование мощности БВК рекомендуется

осуществлять при наличии у потребителя выключателей 6—10 кВ,

предназначенных для частой коммутации емкостной нагрузки. При их

отсутствии не следует регулировать мощность БВК.

Конденсаторы батарей должны иметь разрядные устройства, в

качестве которых могут применяться:

• трансформаторы напряжения или устройства с активно-

индуктивным сопротивлением для БВК;

• устройства с активным или активно-индуктивным сопротивлением

для БНК.

133

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

В установках БВК разрядные устройства должны быть постоянно

присоединены к конденсаторам (без коммутационных аппаратов). Для

БНК рекомендуется автоматическое включение разрядных устройств

в момент отключения конденсаторов. При этом для конденсаторов со

встроенными разрядными сопротивлениями наружных разрядных ус-

тройств не требуется.

Конденсаторные установки в целом должны иметь защиту от то-

ков короткого замыкания, действующую на отключение без выдержки

времени.

Пример 5.4. Определите место присоединения БНК мощнос-

тью Q

= 300 квар к магистральному шинопроводу. Реактивные

нагрузки в узлах 1—5 и на отдельных участках МШ в киловольт-

амперах реактивных приведены на рис. 5.3.

Решение. Выполняем проверку условия (5.21) для всех узлов

нагрузки МШ:

<£>

630

530

410

260

100 120 150

200

Рис. 5.3. Схема распределения реактивных нагрузок в МШ

узел/ 630 > 300/2 < 530;

узел 2 530>300/2<410;

узелЗ 410 > 300/2 < 260;

узел 4 260>300/2>60;

узел 5 60<300/2>0.

Очевидно, что условию (5.21) удовлетворяет узел 4, в котором

целесообразно подключить БНК мощностью 300 квар.

Пример 5.5. Для схемы, показанной на рис. 5.3, определите точки

присоединения к МШ двух БНК. Ближняя БНК имеет мощность

HK1

=150 квар, дальняя

HK2

200 квар.

134

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Решение. По условию (5.22) находим точку подключения к МШ

дальней БНК:

узел 5 60<200>0;

узел 4 26О20О60;

узел 3 410>200<260.

Таким образом, оптимальным местом подключения дальней БНК

является узел 4.

Место подключения к МШ ближней БНК определяется по усло-

вию (5.23)

узел 1 630-200 >150/2<530-200;

узел 2 530-200 >150/2<410-200;

узел 3 410-200 >150/2>260-200;

узел 4 260-200 <150/2>60-200.

Ближняя БНК мощностью 150 квар должна быть подключена в узле 3.

6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 кВ

6.1.

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ,

ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРОЕКТАМ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Выбор экономически целесообразного варианта проекта силово-

го и осветительного электрооборудования необходимо осуществ-

лять по минимуму приведенных затрат. Сравниваемые варианты

по техническому уровню, надежности и удобству эксплуатации

должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к проектиру-

емому объекту.

Конструкцию, вид исполнения, способ установки и класс изоляции

электрооборудования и материалов следует принимать в соответ-

ствии с номинальным напряжением сети и условиями окружающей

среды. Элементы электроустановок (трансформаторы, электродвига-

тели, генераторы, аппараты, провода, кабели, шины и т.п.) должны

выбираться такой мощности или с такой длительно допустимой на-

грузкой, которые необходимы для предотвращения их чрезмерного

нагрева в условиях нормальной эксплуатации.

135