35
является одним из наиболее важных составных. Основное предназначение –
подача воды в технологические узлы электросталеплавильной печи и
прокатного стана для охлаждения их конструктивных элементов, а также
участвуют в технологическом процессе производства готовой продукции.
На территории здания СВП предусмотрены следующие помещения:
- насосная электросталеплавильного цеха и прокатного цеха (ЭСПЦ и
ПЦ);
- отделение осветления;
- отделение обезвоживания;
- отделение умягчения воды;
- бытовые и вспомогательные помещения;
- помещение комплектной трансформаторной подстанции и
распределительного устройства 10кВ.
Согласно «Правил устройства электроустановок» (ПУЭ) СВП
относится к потребителям по надёжности электроснабжения второй
категории.
Электроприёмники второй категории – электроприёмники, перерыв
электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции,
массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта,
нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и
сельских жителей.
Электроприёмники второй категории в нормальных режимах должны
обеспечиваться ЭЭ от двух независимых источников питания.
Для электроприёмников второй категории при нарушении ЭСН от
одного из источников питания допустимы перерывы ЭСН на время,
необходимое для включения резервного питания действиями дежурного
персонала или выездной оперативной бригады [1].
Так как электроснабжение всех потребителей разделено на две двух-
трансформаторные и одну одно-трансформаторную подстанции 10/0,4,
36
исходя из разделения на системы электроснабжения групп электроустановок,
участвующих в подаче и подготовке воды в технологический процесс. При
этом питание электрооборудования насосных ЭСПЦ и ПЦ, то есть основного
электрооборудования осуществляется двумя двух-трансформаторными
подстанциями 10/0,4кВ, а вспомогательное электрооборудование запитано от
одно-трансформаторной подстанции 10/0,4кВ
В том числе, среди основных потребителей имеются 6 насосных
агрегатов с электродвигателями напряжением 10кВ.
Источником электроэнергии для трансформаторных подстанций и
высоковольтных электродвигателей является комплектное
распределительное устройство 10кВ (далее КРУ), расположенное в здании
СВП.
Электроснабжение КРУ осуществляется от главной понизительной
подстанции (далее ГПП) 220/35/10кВ, которая территориально расположена в
пределах завода. Расстояние от ГПП до СВП чуть больше 1 километра.
Тем самым, чтобы отбросить лишние расчёты, за основу при расчётах
берётся существующее основное электрооборудование станции
водоподготовки.
Рассматриваемые нами потребители указаны в таблице 1.1.
Таблица 1.1
Перечень потребителей
№
пп
Наименование потребителя
Мощность,
кВт
Буквенное
обозначение
1
Электродвигатели 10кВ насосная группа
2685
Р
(н/а ВН)
2
Электродвигатели 0,4кВ насосных групп
4096
Р
(н/а НН)
3
Электродвигатели 0,4кВ градирен
418
Р
(ГР)
4
Электродвигатели 0,4кВ систем осветления воды
85,3
Р
(ОВ)
5
Электродвигатели 0,4кВ очищения и умягчения
воды
917
Р
(УВ)
6
Электродвигатели 0,4кВ отделения обезвоживания
285
Р
(ОО)
7
Электродвигатели 0,4кВ задвижек
49,41
Р
(З)
8
Системы вентиляции и кондиционирования
38,4
Р
(ВК)
37
9
Освещение
31,6
Р
(О)
10
Вспомогательное электрооборудование
100
Р
(ВО)
Итого потребителей 0,23кВ
131,6
Итого потребителей 0,4кВ
5889,11
Итого потребителей 10кВ
2685
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
1. Расчёт нагрузки станции водоподготовки.
2. Выбор схемы электроснабжения с расчётом числа и мощности
трансформаторов.
3. Выбор электрооборудования СЭС
4. Оценка надёжности и технико-экономическое обоснование
проектных решений относительно существующей СЭС.
Практическая значимость данного проекта состоит в том, что результат
проектных исследований могут быть применены при проектировании систем
электроснабжения на аналогичных предприятиях.
2.3 Расчёт электрических нагрузок
Для определения более точного расчёта потребляемой нагрузки, нам
необходимо использовать не номинальную мощность электроприёмников, а
приведённое значение к коэффициенту использования.
Будем исходит из следующего:
1. насосные группы состоят из трёх агрегатов, из которых в работе
постоянно находятся два насосных агрегата, а один постоянно в резерве;
2. с определённой периодичностью, зависящей от наработки часов,
происходит смена рабочих и резервных насосных агрегатов.
Таким образом каждый электродвигатель в течение года нарабатывает
примерно 2/3 от общего количества часов в году и тем самым коэффициент
использования для насосных агрегатов составляет 67%.
38
Режим работы градирен зависит от графика плановых остановок
прокатного и электросталеплавильного цехов, остановка которых происходит
по одному разу в неделю. Остальное время градирни работают без остановки.
Таким образом коэффициент использования градирен составит примерно
95%. Такой же коэффициент применим и для насосных агрегатов в цикле
осветления воды и отделения обезвоживания.
Для электродвигателей очищения и умягчения воды коэффициент
использования примем равным 0,5, так как в каждой группе по два насосных
агрегата, которые работаю в течение года каждый равное количество часов.
Для электродвигателей задвижек значение коэффициента
использования будет равен обратно пропорционально значению
коэффициент использования основных насосных агрегатов с учётом их
разового использования приблизительно в течение одной минуты на
закрытие и на открытие. Следовательно, коэффициент использования
задвижек насосных агрегатов примерно будет равен 6%, так как их режим
характеризуется как кратковременный.
Для вспомогательного электрооборудования и освещения коэффициент
использования примем равным 75% [4].
Для вентиляции и кондиционирования, ввиду их непрерывной работы
значение коэффициента использования примем равным 98%.
Имея все данные произведён расчёт номинальной мощности каждой
группы потребителей по формуле [4]:
Р
см
= Р
ном
∙ k
и
, кВт (2.1)
где Р
ном
– номинальная мощность электроустановки, кВт;
Р
см
– средняя мощность электроустановки, кВт;
k
и
– коэффициент использования.
Р
см (н/а ВН)
= 2685,00 ∙ 0,67 = 1798,95 кВт
Р
см (н/а НН)
= 4096,00 ∙ 0,67 = 2744,32 кВт
Р
см (ГР)
= 418,00 ∙ 0,95 = 397,10 кВт
39
Р
см (ОВ)
= 85,30 ∙ 0,95 = 81,04 кВт
Р
см (УВ)
= 917,00 ∙ 0,5 = 458,50 кВт
Р
см (ОО)
= 285,00 ∙ 0,95 = 270,75 кВт
Р
см (З)
= 49,41 ∙ 0,06 = 2,96 кВт
Р
см (ВК)
= 38,40 ∙ 0,98 = 37,63 кВт
Р
см (О)
= 31,60 ∙ 0,75 = 23,70 кВт
Р
см (ВО)
= 100,00 ∙ 0,75 = 75,00 кВт
Полученные значения, а также значения cosφ, tgφ для каждой группы
насосных и технологических агрегатов занесём в таблицу 2.1.
Таблица 2.1
Технические характеристики потребителей
Потребитель
U
н
,
кВ
Мощность
активная,
кВт
Мощност
ь
реактивн
ая, кВАр
Ток
I
н
cosφ
tgφ
КПД,
%
k
и
Р
см
,
кВт
н/а гр.1
10
1566,00
-
108,60
0,89
0,51
93,00
н/а гр.2
10
1119,00
-
82,50
0,87
0,57
93,00
Итого
2685,00
191,10
0,67
1798,95
н/а гр.3
0,4
783,00
-
1365,00
0,92
0,44
95,30
н/а гр.4
0,4
90,00
-
181,50
0,90
0,48
93,60
н/а гр.5
0,4
450,00
-
774,00
0,94
0,36
93,60
н/а гр.6
0,4
225,00
-
414,00
0,87
0,57
94,50
н/а гр.7
0,4
76,00
-
146,00
0,84
0,66
95,20
н/а гр.8
0,4
672,00
-
1200,00
0,85
0,62
93,50
н/а гр.9
0,4
135,00
-
267,00
0,82
0,71
93,60
н/а гр.10
0,4
270,00
-
489,00
0,85
0,62
94,00
н/а гр.11
0,4
165,00
-
300,00
0,85
0,62
93,50
н/а гр.12
0,4
165,00
-
300,00
0,85
0,62
93,50
н/а гр.13
0,4
1065,00
-
1830,00
0,87
0,57
95,80
Итого
4096,00
7266,50
0,67
2744,32
Градирни (ГР)
ГР-1
0,4
330,00
-
564,00
0,90
0,48
93,90
ГР-2
0,4
22,00
-
39,50
0,88
0,54
91,60
ГР-3
0,4
22,00
-
40,50
0,86
0,59
91,60
ГР-4
0,4
44,00
-
80,60
0,87
0,57
91,60
Итого
418,00
724,60
0,95
397,10
Отделение осветления воды (ОВ)
Флокуляторы
0,4
10,30
-
13,50
0,71
0,99
0,71
40
н/а гр.14
0,4
75,00
-
147,00
0,83
0,67
88,70
Итого
85,30
160,50
0,95
81,04
Отделение умягчения воды (УВ)
н/а 4.01
0,4
110,00
-
294,30
0,87
0,57
90,30
н/а 4.06
0,4
30,00
-
30,80
0,90
0,48
91,10
н/а 4.13
0,4
60,00
-
104,00
0,89
0,51
92,30
н/а 4.18
0,4
60,00
-
110,00
0,87
0,57
91,90
н/а 4.04
0,4
175,00
-
314,30
0,89
0,51
90,40
н/а 4.02
0,4
120,00
-
220,00
0,90
0,48
91,20
н/а 4.14
0,4
74,00
-
129,00
0,89
0,51
92,90
н/а 4.03
0,4
30,00
-
51,40
0,90
0,48
91,50
н/а 4.04.3
0,4
22,00
-
40,00
0,88
0,54
90,50
н/а 4.05.3
0,4
22,00
-
40,00
0,88
0,54
90,50
Потребитель
U
н
,
кВ
Мощность
активная,
кВт
Мощност
ь
реактивн
ая, кВАр
Ток
I
н
cosφ
tgφ
КПД,
%
k
и
Р
см
,
кВт
н/а 4.08
0,4
15,00
-
29,00
0,88
0,54
91,00
н/а 4.22
0,4
15,00
-
30,40
0,85
0,62
90,50
н/а 4.05.4
0,4
4,40
-
9,16
0,85
0,62
92,10
н/а 4.20
0,4
8,00
-
15,00
0,90
0,48
91,00
н/а 4.21
0,4
3,00
-
5,30
0,83
0,67
93,20
н/а 4.15
0,4
6,00
-
12,00
0,87
0,57
90,60
н/а 4.24
0,4
6,00
-
11,80
0,88
0,54
91,30
н/а 4.25
0,4
2,20
-
4,30
0,85
0,62
93,10
н/а 4.07
0,4
15,00
-
28,30
0,86
0,59
91,80
н/а 4.12
0,4
15,00
-
29,00
0,87
0,57
91,00
н/а 4.23
0,4
15,00
-
27,60
0,85
0,62
92,40
н/а 4.05
0,4
90,00
-
156,40
0,87
0,57
90,50
н/а 4.16
0,4
15,00
-
16,20
0,90
0,48
91,10
н/а 4.17
0,4
4,40
-
8,78
0,85
0,62
83,20
Итого
917,00
1717,04
0,50
458,50
Отделение обезвоживания (ОО)
н/а 100 - 400
0,4
44,00
-
84,80
0,83
0,67
91,00
н/а 510, 520
0,4
8,00
-
14,60
0,89
0,51
85,80
S100М01,
S200М01,
S300М01
0,4
135,00
-
240,00
0,87
0,57
93,10
S100М02,
S200М02,
S300М02
0,4
90,00
-
162,00
0,87
0,57
92,30
Конвейер
0,4
8,00
-
15,00
0,80
0,75
85,10
Итого
285,00
516,40
0,95
270,75
Неосновное оборудование (НО)
Задвижки
0,4
49,41
-
169,10
0,75
0,88
80,20
0,06
2,96
Системы
вентиляции и
кондициониров
ания
0,4
38,40
-
120,16
0,75
0,88
72,00
0,98
37,63
Освещение
0,23
31,60
-
149,30
0,92
0,43
-
0,75
23,70
Вспомогательн
ое
электрооборуд
0,23
100,00
-
511,50
0,85
0,62
-
0,75
75,00
41
ование
Итого
219,41
950,06
139,30
Сумма
8705,71
11526,20
Для группы электроприёмников «Неосновное оборудование»
определим среднее значение коэффициента использования k
и(ср)
по
следующей формуле:
k
и
= Р
см
/ Р
ном
, кВт (2.2)
Подставив значения из таблицы 2, вычислим:
k
и
= 139,30 / 219,41 = 0,63
Таким образом мы имеем общее количество групп электроприёмников
равное 1 на напряжение 10кВ и 6 на напряжение до 1000В. Для того, чтобы в
дальнейшем произвести рассчёты трансформаторов, необходимо определить
полную расчётную мощность групп электроприёмников по формуле:
S
р
=
, кВА (2.3)
где S
р
– полная расчётная мощность, кВА;
Р
р
– расчётная активная мощность группы электроприёмников, кВт;
Q
р
– расчётная реактивная мощность группы электроприёмников,
кВАр.
Поскольку нам неизвестны значения активной и реактивной
мощностей групп электроприёмников, нам необходимо найти их значения,
которые определяются по следующим формулам:
Р
р
= ΣР
см
∙ k
max
, кВт (2.4)
Q
р
= Σ1,1 ∙ Q
см
, кВАр (2.5)
где Р
см
– средняя активная мощность группы электроприёмников до
1000В, кВт. Представляет собой для электроприёмников до 1000В сумму
значений Р
см
электроприёмников до 1000В (таблица 2.1);
Q
см
– средняя реактивная мощность группы электроприёмников, кВАр;
k
max
– коэффициент максимума.
42
Для того, чтобы определить значение k
max
, нам понадобиться
вычислить вначале k
и.ср
для группы электроприёмников до 1000В, так как для
остальных групп электроприёмников значение данного коэффициента нам
известно.
Воспользуемся следующими формулами:
k
и.ср.вз.
= Σ k
и.ср
/ n (2.6)
где n – количество коэффициентов.
Подставим имеющиеся значения, и вычислим:
k
и.ср.вз.
=
= 0,78
Таким образом, при значении k
и
(полученного ранее и занесённого в
таблицу 2.1) и эффективного количества электроприёмников, k
max
примет
следующие значения:
- группа электроприёмников №1 10кВ – 1,4;
- группа электроприёмников №2 до 1000В – 1,14.
Имея полученные значения рассчитаем расчётную активную мощность
группы электроприёмников по формуле (2.4):
Р
р (ВН)
= 1798,95 ∙ 1,4 = 2518,53 кВт
Р
р (НН)
= (2744,32+397,10+81,04+458,50+270,75+139,30) ∙ 1,14 =
= 4663,74 кВт
Следующим шагом нам необходимо определить значение реактивной
мощности для каждой группы потребителей по ниже приведённой формуле:
Q
см
= Р
см
∙ tgφ, кВАр (2.7)
где tgφ – средневзвешенное значение для каждой группы потребителей.
Данный tgφ мы вычислим по формуле:
tgφ = Σ(Р
ном
∙ tgφ) / ΣР
ном
(2.8)
tgφ
(н/а ВН)
=
????????
= 0,54;
tgφ
(н/а НН)
=
????
????
= 0,54;
43
tgφ
(н/а ГР)
=
????????
= 0,50;
tgφ
(н/а ОВ)
=
????????
= 0,71;
tgφ
(н/а УВ)
=
????
????
????
????
= 0,53;
tgφ
(н/а ОО)
=
????????
= 0,59;
tgφ
(н/а НО)
=
????????
= 0,70;
Теперь по формуле (2.7) определяем значение реактивной мощности
для каждой группы потребителей:
Q
см (н/а ВН)
= 1798,95 ∙ 0,54 = 962,45 кВАр;
Q
см (н/а НН)
= 2744,32 ∙ 0,54 = 1487,18 кВАр;
Q
см (н/а ГР)
= 397,10 ∙ 0,50 = 197,92 кВАр;
Q
см (н/а ОВ)
= 81,04 ∙ 0,71 = 57,42 кВАр;
Q
см (н/а УВ)
= 458,50 ∙ 0,53 = 243,29 кВАр;
Q
см (н/а ОО)
= 270,75 ∙ 0,59 = 159,42 кВАр;
Q
см (н/а НО)
= 139,30 ∙ 0,70 = 97,05 кВАр;
Получив значения реактивной мощности, определим расчётную
реактивную мощность группы электроприёмников, подставив их в формулу
(2.5):
Q
рВН
= 1,1 ∙ 962,45 = 1058,69 кВАр
Q
рНН
= 1,1 ∙ (1487,18+197,92+57,42+243,29+159,42+97,05) =
= 2466,51 кВАр
Полученные значения подставим в формулу (2.3) и определим полную
расчётную мощность групп электроприёмников:
S
р ВН
=
= 2732,00, кВА;
S
р НН
=
= 5275,81 кВА
44
Выполненные расчёты и полученные значения в дальнейшем ходе
проекта позволят найти необходимые параметры для выбираемого
оборудования.
2.4 Картограмма электрических нагрузок
Для определения наиболее оптимального расположения комплектной
трансформаторной подстанции (далее КТП) и распределительных устройств
0,4кВ и 10кВ, нам необходимо определение центра электрических нагрузок
каждого потребителя станции водоподготовки.
Будем исходить из того, что каждый электроприёмник работает по
своему графику нагрузки. Данный график нагрузки выполним в качестве
окружности с площадью пропорциональной потребляемой нагрузке. При
этом принимаем равномерное распределение нагрузки по площади
расположения потребителей, а центр нагрузки совпадёт с центром тяжести
фигуры изображения помещения.
Радиусы нагрузок будем определять по следующей формуле:
r
i
=
????????
(кВт/м
2
), (2.9)
где m – масштаб площади круга. Примем равным 2,0кВт/м
2
.
Произведём расчёты и занесём полученные результаты вместе с
координатами центров нагрузок в таблицу 3:
r
н/а ВН
=
????????
= 18,02 м
r
н/а НН
=
????????
= 22,29 м
r
ГР
=
????????
= 8,41 м
r
ОВ
=
????????
= 3,98 м