Расчет освещения производственной площади насосной станции

ЗАДАНИЕ

на выполнение магистерской диссертации

Магистранту Қ ожабаев Ержан Абдрейқ ұ лұ лы

(фамилия, имя, отчество)

Тема диссертации Теоретическое обоснование режимов работы и выработки электрической энергии ветровой электростанцией г. Ерейментау

утверждена Ученым советом университета № от «____ »________________

Срок сдачи законченной диссертации «10» ноября 2016 г._______________

Цель исследования Заключается в разработке метода исследования стационарных режимов, с целью снижение технологических потерь электроэнергий путем компенсаций реактивной мощности

Перечень подлежащих разработке в магистерской диссертации вопросов или краткое содержание магистерской диссертации:

1. Анализ режимов насосной станций________________________________

2. Измерение активной и реактивной мощности и построение графиков нагрузки

3. Измерение напряжение и анализ его качественных показателей________

4. Разработка алгоритмов управление реактивной мощностью

5. Определение потерь в сетях электроснабжение насосной станций______

Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)

Рекомендуемая основная литература

1. Лезнов Б.С Методика расчета экономии энергии при использовании регулируемых электроприводов в насосных установках. –Ассоциация теплотехнических и Инжиниринговых компаний. Каталог Статей, 2015;

2. Карелин В.Я, Минаев А.В Насосы и насосные станции Москва Стройиздат 1986 г;

3. Каргин А.С Эффективность работы насосных установок с учетом возникающих в них потерь энергии Новости теплоснабжения. 2009. №11. С. 28-32.

Г Р А Ф И К

подготовки магистерской диссертации

Наименование разделов, перечень разрабатываемых вопросов	Сроки представления научному руководителю	Примечание
1. Ознакомился с общими вопросами использования энергии ветра и солнца для выработки электроэнергии	09.09.2015-12.11.2015
2.Представлены перспективы развития ветровой и солнечной энергетики в Казахстане.	12.11.2015-07.01.2016
3. Исследование площадки ВЭС Ерейментау	07.01.2016-09.05.2016
4. Расчет фактической выработки электроэнергии ВЭС Ерейментау	09.05.2016-15.07.2016
5. Технико-экономический расчет	15.07.2016-12.08.2016
6.Оформление, подведение итогов.	12.08.2016-27.09.2016

Дата выдачи задания________ 09.09.2015 г.

Заведующий кафедрой________________

(подпись) (Ф.И.О.)

Руководитель диссертации_____________

(подпись) (Ф.И.О.)

Задание принял к исполнению

магистрант _________________________

(подпись) (Ф.И.О.)

Введение

Одной из главных проблем современной промышленной энергетики является использование наиболее рационального построения системы электроснабжения, выполнение всех её основных принципов. Это связано с огромным ростом энерговооружённости труда, широком внедрении электротехнологических процессов, значительным увеличением потребления электрической энергии.

Электропривод является неотъемлемой частью многих производственных механизмов, участвующих во всём многообразии современных производственных процессах. В каждом конкретном производстве можно выделить ряд операций, характер которых является общим для различных отраслей народного хозяйства. К их числу относятся перемещение грузов при строительно-монтажных работах, вентиляция, водоснабжение и многое другое.

Механизмы, выполняющие подобные операции, как правило, универсальны и имеют общепромышленное применение, в связи с этим и называются общепромышленными механизмами. Общепромышленные механизмы являются основными механизмами множества конкретных разновидностей производственных установок. К их числу относятся подъёмные краны, насосы, вентиляторы, воздуходувки и т.п.

Общепромышленные механизмы играют в народном хозяйстве страны важную роль. Они являются основным средством механизации и автоматизации различных производственных процессов. Поэтому уровень промышленного производства и производительность труда в значительной степени зависят от оснащённости производства общепромышленными механизмами и от их технологического совершенства.

Исходные данные к проекту:

- мощность энергосистемы S_с= 2500кВА;

- сопротивление системы Х_с=0, 5о.е;

- расстояние от энергосистемы до устройства высокого напряжения ПГВ L =5 км;

- производительность насосной станции Q_z=6000 м³/час;

- напор Н = 20000 м.

1 Технология и генеральный план насосной станции

Насосы представляют собой энергетические машины, в которых механическая энергия привода преобразуется в энергию потока жидкости. По принципу действия все существующие насосы подразделяются на три основных класса: лопастные или лопаточные (насосы обтекания), вихревые насосы (насосы увлечения) и объемные насосы (насосы вытеснения).

Наиболее распространенным видом энергетических машин являются лопастные насосы, используемые в большинстве современных отраслей техники.

В лопастных (лопаточных) насосах преобразование энергии двигателя происходит в процессе обтекания лопастей (лопаток) рабочего колеса и их силового воздействия на поток. У вихревых насосов преобразование энергии двигателя происходит в процессе интенсивного образования и разрушения вихрей при увлечении быстро движущимися частицами жидкости в ячейках рабочего колеса. А медленно движущихся частиц жидкости в боковых или охватывающих верхнюю часть колеса каналах (вихревой эффект). При движении жидкости в колесе вихревого насоса между участками всасывания и нагнетания имеет место и центробежный эффект. В объемных насосах преобразование энергии двигателя происходит в процессе вытеснения в напорный трубопровод объема жидкости из замкнутого пространства насоса поршнем (плунжером, скалкой), мембраной, имеющими возвратно-поступательное движение, или зубьями шестерен, винтами, кулачками, выдвижными скользящими пластинами при вращательном движении этих элементов насоса (ротационные насосы).

Лопастные насосы подразделяются на центробежные (радиальные), диагональные и осевые (пропеллерные). В центробежных насосах движение жидкости в рабочем колесе происходит от центральной части к периферии по радиальным направлениям, то есть в потоке частиц жидкости нет осевых составляющих абсолютной скорости. В диагональных насосах частицы жидкости движутся по поверхностям вращения с образующими, наклонными к оси, то есть осевые и радиальные составляющие абсолютной скорости - величины одного порядка. В осевых насосах частицы жидкости движутся в осевом направлении. Лопастные насосы обладают малой способностью самовсасывания. Поэтому при пуске их всасывающую трубу и колесо заливают жидкостью, применяя различные способы. Лопастные насосы удобны для непосредственного соединения с современными типами электродвигателей. Лопастные насосы отличаются компактностью и легкостью.

К.п.д. лопастных насосов достигает 0, 9 – 0, 92 и в области умеренных напоров не уступает к.п.д. поршневых насосов. Поэтому при невысоких и средних напорах и больших подачах применяются исключительно лопастные насосы. Лопастные насосы находят широкое применение при подаче нефти и нефтепродуктов по трубопроводам, для подачи воды в нефтяной пласт при нефтедобыче, для подачи высоко агрессивных и токсичных жидкостей в нефтехимии. Фактором, ограничивающим частоту вращения и высоту всасывания лопастного насоса, является кавитация. При засасывании насосом жидкости из резервуара давление, в подводящем трубопроводе по мере продвижения жидкости в насос, падает и при входе на колесо может стать меньше давления упругости насыщенных паров жидкости. Происходит холодное вскипание жидкости. Образовавшиеся при входе паровые пузырьки в области повышенного давления на выходе рабочего колеса мгновенно конденсируются, что сопровождается характерными потрескиваниями, шумами. Это явление носит название кавитации насоса. При сильном развитии кавитации может произойти полный срыв работы насоса.

Кавитацию сопровождает ряд нежелательных в эксплуатации насосов явлений:

- эрозия материала стенок. Образовавшиеся пузырьки пара, попадая в область повышенных давлений, мгновенно конденсируются, при смыкании частицы жидкости, окружающие пузырёк, движутся ускоренно к центру пузырька, и при полном исчезновении пузырька эти частицы сталкиваются, создавая мгновенное местное повышение давления, которое может достигать больших значений. Такие давления на рабочих поверхностях каналов колеса приводят к сильным ударам, выщерблению, разъеданию материала стенок;

- повышение вибрации, которая приводит к быстрому изнашиванию подшипников;

- быстрая химическая эрозия рабочих органов насоса при выделении паров химически активной жидкости. Химическая эрозия увеличивается также с повышением в паровой фазе содержания кислорода, растворенного в перекачиваемой жидкости и перешедшего при кавитации в паровую фазу;

- сужение проходного сечения подводящих каналов и полный срыв работы насосов при активном холодном кипении, что связано с выделением растворенных газов, в том числе и воздуха, из жидкости при прохождении ею области вакуума.

Вихревые насосы получили наибольшее распространение в стационарных и передвижных установках мощностью не превышающие несколько десятков киловатт для перекачки маловязких жидкостей, не содержащих абразивных примесей. Напор вихревых насосов в 2 - 5 раз больше напора центробежных насосов при тех же значениях диаметра колеса и частоты вращения, но они отличаются низким к.п.д. (0, 25 – 0, 5).

Объемные насосы характеризуются тем, что рабочие органы их периодически образуют замкнутые объемы жидкости и вытесняют эти отобранные порции жидкости, увеличивая давление в нагнетательный трубопровод. Особенностями объемных насосов являются постоянное, почти герметичное, разделение всасывающей и нагнетательной камер, а также способность к самовсасыванию. Подача объемного насоса определяется геометрическими размерами его рабочих органов и числом циклов в единицу времени. Подача объемных насосов от 0, 8 до 800 м³/ч. В объемных насосах величина напора принципиально не ограничена.

Области применения различных типов насосов в зависимости от их подачи и напора приведены на рис. 1.1 [1].

Центробежные насосы, применяемые в широком диапазоне напоров и подач, отличаются многообразием конструктивных исполнений. Они выполняются вертикальными и горизонтальными, как одноступенчатыми, так и многоступенчатыми, одностороннего и двустороннего входа.

Такое многообразие параметров и назначений центробежных насосов вызвало множество разных конструктивных решений. Конструкторам центробежных насосов приходится сопоставлять преимущества разных конструктивных решений и, анализируя их, находить самое оптимальное для каждого конкретного случая.

Определение числа и единичной подачи (напора) насосной установки производится по полной подаче (напору) насосной станции, по условиям оптимального числа центробежных насосов, исходя из необходимости маневрирования потоками перекачиваемой жидкости и надежности в электроснабжении.

Технологическая схема насосной установки представлена на рис.1.2.

Насосная станция — это замкнутое помещение, в котором необходимо создать условия для работы обслуживающего персонала. Насосы с их приводами являются сильными источниками тепла в помещении. Например, некоторые части насосной установки (электродвигателя) нагреты постоянно свыше 100 °С. Эти источники тепла достаточно серьезно влияют на микроклимат внутри насосной станции. В летние месяцы работы насосной станции температура воздуха в помещении может достигать уровня, при котором невозможен комфортный и производительный труд человека. К тому же в любом помещении необходима периодическая замена воздуха. Этим целям служит вентиляция помещений. В дипломе необходимо реализовать вентиляцию на основании опыта уже устроенных систем вентиляции на уже существующих насосных станциях.

Два приточных вентилятора в блоке с калориферами устанавливаются по бокам от главных ворот, предназначенных для подачи транспорта. Калориферы необходимы для создания тепловой завесы в зимнее время, что повышает эффективность отопления и снижает сквозняки от дверей. Еще один блок приточной вентиляции с калорифером устанавливается у центрального входа в мастерскую с улицы. Три вытяжных вентилятора устанавливаются с задней стены насосной станции.

В конструкциях насосных установок имеется множество металлических деталей, которые при эксплуатации подвергаются термическому и механическому воздействию, и как следствие этого процесса они изнашиваются. Для изготовления простых новых деталей, и поддержания старых в нормальном состоянии, а также для плановых и аварийных ремонтов узлов и агрегатов машин в мастерской устанавливается группа металлообрабатывающих станков и сварочных автоматов. Перечень типового устанавливаемого оборудования:

- один сверлильный станок;

- два токарно-винторезных станка;

- один фрезерный станок;

- один круглошлифовальный станок;

- один обдирочно-шлифовальный станок;

- два сварочных трансформатора.

Для монтажа насосов необходим кран. Мостовой кран необходим для замены крупных деталей насосов и электродвигателей. Назначение крана - подъем и доставка насосов к месту назначения.

В случае возникновения пожара необходимо его ликвидировать. Для этой цели устанавливаются два пожарных насоса по бокам от главных ворот.

Таким образом, основными электроприемниками насосной станции являются двигатели приводов насосов, вентиляторов, приводы оборудования мастерской, крановый привод, а также общее освещение производственной площади.

Генеральный план насосной станций представлен на рис. 1.3.

2 Определение расчетных электрических

нагрузок насосной станции

2.1 Выбор типа и числа рабочих насосов

Мощность на валу насоса Р_нас (кВт) или мощность, отдаваемая насосу ведущим двигателем при непосредственном соединении, определяется по следующей формуле [1]:

где К_з - коэфициент запаса (К_з= 1, 18 при Р> 200 кВт);

r — плотность перекачиваемой жидкости, для холодной воды равна 1000 кг/м³;

g —силы тяжести ускорение, м²/с;

Q — производительность насоса, м³/с;

Н — напор, м;

h_нас - к.п.д. насоса.

Выбираем 6 насосов типа 800В-2, 5/63 со следующими каталожными данными [1]: Q_h = 20 м³/с; Н_н =- 63 м; h_н = 85%; n_н = 1000 об/мин; Р_н = 680 кВт; m = 25000 кг; габариты L x B x H = 4300х4200х7000 мм.

В качестве ведущих двигателей выбираем синхронные электродвигатели типа СДН-17-71/10 со следующими каталожными данными [2]:

Р_н = 680 кВт; n₀, =500 об/мин; cos j = 0, 9; I_стат = 1280 А; h_н = 85%; U_h = 10 кВ;

M_max/М_н= 1; M_s_=0.05/M_н = 1, 8; Ub = 85 В; I_в = 1280 A; m=17400 кг, габариты LxB=4450x3250 мм.

Присоединенная мощность (кВт) определяется по следующей формуле:

(2.2)

где n - число электродвигателей;

Рн — номинальная мощность электродвигателя, кВт;

h_н - номинальный к.п.д. электродвигателя;

К_з - коэффициент загрузки.

Коэффициент загрузки определяется по следующему выражению:

Тогда по (2.2);

Выбранный тип насоса обеспечивает требуемую производительность и напор, если на сеть параллельно работают 8 насосов. Область работы насосов представлена на рис. 2.1. Параметры насосов по верхней границе поля Q-H обеспечиваются базовым рабочим колесом (РК), а в других точках поля - его обточкой по наружному диаметру или применением других колес в том же корпусе.

2.2 Выбор мощности вентиляторов

Для вентиляции машинного зала насосной станции с объемом помещения V= 22 55, 5 16 = 19536 м³ и высотой 16 м и мастерской с объемом V=22 14, 5 5= =1595 м³ и высотой 5 м устанавливаются центробежные вентиляторы.

Определим мощность приводного двигателя вентилятора, если часовая кратность обмена воздуха равна i = 2.0, полное сопротивление воздушного тракта, преодолеваемое вентилятором, составляет 120 кг/м² (мм вод. ст.).

Необходимая производительность вентилятора, м³/с:

(2.3)

где Q - объем помещения, м³.

Мощность электродвигателя вентилятора определяется по формуле:

(2.4)

где Q - производительность вентилятора, м³/с;

h — полное давление, кг/м²;

k - коэффициент запаса (к = 1, 2 –1, 8);

h — полный коэффициент полезного действия вентилятора (0, 6-0, 9).

Количество воздуха, подаваемого вентилятором в машинный зал насосной станции по (2.3):

Мощность электродвигателя вентилятора установленного в машинном зале насосной станции по (2.4):

Для привода вентилятора выбираем асинхронный двигатель с КЗ ротором типа 4А150S2У3 с каталожными данными [3]:

Р_н = 6 кВт; U_н = 380/660 В; cosj_н, =0, 89; h_н = 87 %; n₀ = 2800 об/мин;

S_н = 2, 3 %; I_п/I_н= 6; M_max/М_н = 2, 2; М_п/М_н = 1, 4.

Количество воздуха, подаваемого вентилятором в мастерскую по (2.3):

Мощность электродвигателя вентилятора установленного в мастерской по (2.4):

Для привода вентилятора выбираем асинхронный двигатель с КЗ ротором типа 4А90В2УЗ с каталожными данными [3]:

Р_н = 3 кВт; U_н =380 В; cosj_н, =0, 86; h_н = 84 %; n₀ = 3000 об/мин;

S_н = 5; I_п/I_н= 6, 7; M_max/М_н = 2, 2; М_п/М_н = 2.

Мощность электродвигателей дня приточной и вытяжной вентиляции принимаем одинаковой.

Приточные вентиляторы работают в блоке с калориферами. Мощность каждого калорифера принимаем равной 2 кВт.

Мощность, расходуемая на обогрев калориферами:

Р_кал = n× Р₁_k = 3× 2 = 6 кВт, (2.5)

где Р₁_k - мощность одного калорифера.

Присоединенная мощность двигателей для привода вентиляторов в мастерской:

(2.6)

где Р_{прит.мас}, Р_{выт.мас}— активные номинальные мощности двигателей соответственно для приточной и вытяжной вентиляции мастерской, кВт. Аналогично для машинного зала насосной станции:

(2.7)

Освещение машинного зала

Для расчета освещения машинного зала в качестве источника света выбираем лампы ДРЛ. Лампы типа ДРЛ применяются для общего освещения производственных помещений высотой более 8 метров, в которых не требуется правильной цветопередачи. Система освещения – общая, т.е. и искусственное и естественное освещение. Размеры машинного зала определяем по генеральному плану L_м.з.хВ_м.з.хН_м.з.= 55, 5х22х16 м. Лампы ДРЛ размещены в светильниках типа РСП-1000/ГОЗ с габаритами DxH=610x670 мм. Данный тип светильника имеет глубокую кривую силы света.

По (2.16) определим расчетную высоту: h=16 - 0 -1 =15 м.

По табл. 4-16 [4]: l_э=1, тогда расстояние между лампами, расположенными в одном ряду, L_а=lэ× h=1× 15=15 м.

При L_a = 14 м в ряду можно разместить 4 светильника, тогда

(2.18)

где l - расстояние от стены до крайнего светильника, м;

N₁ – число светильников в одном ряду.

l находиться в пределах (0, 3 – 0, 5)L_a т.е. (4, 5< 5, 25< 7, 5)м

Принимаем число рядов светильников равным двум, тогда L_в = 12 м. При прямоугольных полях рекомендуется La: Lв £ 1, 5 [4].

La: Lв=15: 12 = 1, 25 £ 1, 5.

Число светильников в машинном зале N = 8. Размещение светильников представлено на рис.2.2.

По табл.5-2 [4] принимаем r_п = 0, 7; r_с = 0, 5; r_р = 0, 3.

Индекс помещения по (2.17):

По табл.5 -17 [4] определяем коэффициент использования светового потока h = 75%.

По формуле (2.14) при Е_н = 150 лк и К_зап=1.5, принятых по табл.4-4 в [4] находим:

По полученному Ф подбираем из табл.2-17 [4] лампу типа ДРЛ мощностью 1000 Вт со световым потоком Ф_ном=50000 лм (Ф_ном отличается от Ф на 8, 84%, что допустимо).

Расчетная осветительная нагрузка определяется по формуле [5]:

P_o = P_ycт× K_c - К_пра (2.19)

где Р_уст - установленная мощность ламп, кВт;

К_с - коэффициент спроса;

К_пра - коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре (ПРА), К_пра=1, 1 - для ламп ДРЛ и ДРИ; К_пра= 1, 2 -для люминесцентных ламп со стартерными схемами включения и K_П_p_а= 1, 3 –1, 35 - для люминесцентных ламп с безстартерными схемами включения.

Расчетная осветительная нагрузка машинного зала no (2.19):

P_o_.м.з. = (8х1)× 0, 95× 1, 1 = 8, 36 кВт.

Для газоразрядных ламп типа ДРЛ cosj = 0, 5 (tgj = 1, 732), тогда:

Q_о.м.з.= Р_о.м.з.• tgj = 8, 36 • 1, 732 = 14, 48 кВар.

Освещение мастерской

Для расчета освещения в мастерской в качестве источника света применяем люминесцентные лампы типа ЛБ в светильниках ПВЛМ - ДОР с габаритами L_свхВ_свхН_св = 1625х270х215 мм, с прямым косинусным светораспределением. Система освещения - общая. Размеры мастерской по генплану: L_масхВ_масхН_мас =21х х14, 7х5 м.

Расчетная высота по (2.16): h = 5 – 0 – 0, 22 = 4, 78 м.

По табл. 4-11 [4]: l_с = 1, 4, тогда расстояние между рядами L = l_c× h = 1, 4 × 4, 78 = = 6, 7 м.

Намечаем два ряда светильников. Коэффициенты отражения от поверхностей принимаем такими же, как для машинного зала r_п = 0, 7; r_с = 0, 5; r_р = 0, 3.

Индекс помещения по (2.17):

По табл. 5-12 [4]: h = 58%; по табл. 4-4к [4] для металлообрабатывающих мастерских Е_н = 300 лк, К_зап =1, 5. Тогда по (2.14):

Число светильников в ряду по (2.15):

ламп;

где Ф_ном = 5220 лм для ЛБ мощностью 80 Вт

Общее число ламп - 52. Выбираем лампу типа ЛБ мощностью 80 Вт. При установке этих ламп расхождение расчетного и номинального светового потока составляет 1, 92%, что допустимо.

Длина непрерывного ряда светильников: l _ряда = N × L_c_в = 13× 1, 625 = 21, 125 м.

Определяем остаток расстояние и превратим в равные разрывы между светильниками:

l _o_ст = L_мас - l _ряда = 22 – 21, 125 = 0, 825 м, (2.20)

l_{разрыва} = l _ocm/N = 0, 825/13 = 0, 067 м. (2.21)

Расчетная осветительная нагрузка мастерской по (2.19):

Р_о.мас. = (52x0, 08)× 1× 1, 35 = 5, 616 кВт.

Для люминесцентных светильников cosj = 0, 9 (tgj = 0, 484).

Q_о.мас. = P_o_.м_ac × tgj = 5, 616 • 0, 484 = 2, 718 кВар. (2.22)

Общая мощность осветительной нагрузки по насосной станции в целом:

Р_о = Р_о.м.з. + Р_о.мас = 8, 36 + 5, 616 = 13, 976 кВт, (2.23)

Q_o = Q_o.м.з. + Q_o_.м_ac = 14, 48 + 2, 718 = 17, 198 кВар, (2.24)

(2.25)

При расчете осветительной нагрузки по методу удельной мощности получили завышенное значение, поэтому в дальнейших расчетах будем использовать значение расчетной осветительной нагрузки, определенное по методу коэффициента использования.

Таблица 2.11

Часы	Р, %	Р, кВт	Часы	Р, %	Р, кВт
0	98, 91887	16218, 961	12	99, 00769	16233, 525
1	98, 91887	16218, 961	13	99, 81548	16365, 972
2	98, 91887	16218, 961	14	99, 75114	16355, 422
3	98, 91887	16218, 961	15	99, 32982	16286, 342
4	98, 91887	16218, 961	16	100, 0000	16396, 226
5	98, 91887	16218, 961	17	100, 0000	16396, 226
6	98, 91887	16218, 961	18	99, 44982	16306, 017
7	98, 91887	16218, 961	19	99, 38539	16295, 453
8	100, 0000	16396, 226	20	99, 06326	16242, 636
9	100, 0000	16396, 226	21	99, 80674	16364, 539
10	99, 39423	16296, 903	22	99, 74231	16353, 975
11	99, 32982	16286, 342	23	99, 09548	16247, 919

Средняя нагрузка по (2.74):

Среднеквадратичная нагрузка по (2.75):

Среднеквадратичное отклонение по (2.76):

Расчетная нагрузка по (2.73):

Расчётное значение нагрузки по методу математической статистики получилось больше, чем по методу коэффициента спроса поэтому в дальнейших расчетах будем использовать значение расчетной нагрузки, определенное по методу коэффициента спроса.

Выбор системы питания

Выбор трансформаторов ППЭ

Выбор трансформаторов ППЭ производится согласно ГОСТ 14209-85, то есть по расчетному максимуму нагрузки S_å_m по насосной станции намечаются два стандартных трансформатора (первичное напряжение 35-220 кВ, вторичное 6-10 кВ).

Намеченные трансформаторы проверяются на эксплуатационную (систематическую) и послеаварийную перегрузки. В ряде случаев проверка на эксплуатационную перегрузку не имеет смысла, тогда проверка ведется только по послеаварийному режиму.

Трансформаторы ПГВ могут иметь мощности 4-80 МВА и всегда принимаются с регулированием под нагрузкой (РПН).

Определяем номинальную мощность трансформаторов по условию [5]:

Предварительно принимаем к установке трансформаторы типа ТДН-10000 с S_ном._m = 10 000 кВА.

Определим среднеквадратичную полную мощность по суточному графику нагрузок насосной станции (рис.2.12) по одной из следующих формул [12]:

(3.1)

(3.2)

где cosj_с.в. - средневзвешенный коэффициент мощности.

Полная среднеквадратичная мощность по (3.2)

Так как, S_cp.кв(17502, 7 кВА) < 2× S_ном.т (20000 кВА), то проверки на эксплуатационную перегрузку не требуется.

Проверка по послеаварийному режиму.

Определим начальную нагрузку К1 эквивалентного графика из выражения [13]:

(3.3)

где S_i - полные мощности (из графика нагрузок) при которых трансформатор недогружен, то есть S_i < S_ном._m;

t_i — интервачы времени, в которые трансформатор недогружен.

В данном случае К₁ = 0.

Определим предварительное значение нагрузки К₂' эквивалентного графика нагрузки из выражения [13]:

где S_i' — полные мощности (из графика нагрузок) при которых трансформатор перегружен, то есть Si' > S_ном._m;

h_i - интервалы времени, в которые трансформатор перегружен.

В данном случае

Сравним предварительное значение К₂' с К_mах исходного графика; если К₂'³ 0, 9 × К_mах, то принимаем К₂ = К₂'; если К₂' < 0, 9 × К_mах, то принимаем К₂ = 0, 9 × К_mах.

Тогда К₂ = К₂' = 1, 75

Для перегрузки t_п = 24 часа (по графику нагрузок), К₁ = 0, системы охлаждения трансформатора «Д» и среднегодовой температуры региона +8.4°С (для Омска) К_2доп = 1, 4 [13, 14].

В данном случае К₂ > К_2доп. Таким образом, трансформаторы типа ТДН-10000 не удовлетворяют условиям выбора. Берём более мощный трансформатор ТДН – 16000 с S_ном.т = 16000 кВА.

S_cp.кв(17502, 7 кВА) < 2× S_ном.т (32000 кВА).

Тогда К₁ = 0, а , отсюда:

Так как К₂’ > 0, 9 К_max, то К₂ = К₂' = 1, 09.

Выбранный трансформатор ТДН – 16000 удовлетворяет условию К₂ < К_2доп.

3.3 Выбор УВН и рационального напряжения

Для выбора УВН и рационального напряжения питания необходимо наметить несколько вариантов возможных технических решений, лучший из которых определяется на основании технико-экономического расчета (ТЭР).

Чтобы наметить варианты рационального напряжения для ТЭР воспользуемся формулой [15]:

где P_å_m - расчетная активная мощность, МВт;

l - расстояние от ИП до ППЭ, км.

Рациональное напряжение для расстояния 1 = 4 км и расчетного максисмума P_å_M =16, 190 МВт находится в пределах 35 -110 кВ, таким образом для рассмотрения намечаем варианты с напряжением 35 и 110 кВ.

При выборе УВН учитываются следующие факторы:

- расстояние до системы;

- уровень надежности потребителей;

- вид схемы питания: радиальная, магистральная и т.п.;

- окружающая среда:

- особые условия надежности.

При проектировании схемы электроснабжения предприятия наряду с надежностью и экономичностью необходимо учитывать такие требования, как характер размещения нагрузок на территории предприятии, потребляемую мощность, наличие собственного источника питания.

Для предприятий средней и большой мощности, получающих питание от районных сетей 35, 110, 220 и 330кВ, широко применяют схему глубокого ввода. Такая схема характеризуется максимально возможным приближением высшего напряжения к электроустановкам потребителей с минимальным количеством ступеней промежуточной трансформации и аппаратов.

Линии глубоких вводов проходят по территории предприятия и имеют ответвления к нескольким подстанциям глубоких вводов (ПГВ), расположенных близко от питаемых ими нагрузок. Обычно ПГВ выполняются на первичном напряжении 35-220кВ без сборных шин.

Наибольшее распространение получили следующие схемы:

– схема отделитель-короткозамыкатель при питании предприятия по магистральной линии и разъединитель-короткозамыкатель при питании по радиальной линии. В данной схеме отключающий импульс от релейной защиты подается на короткозамыкатель, который создает искусственное короткое замыкание, что приводит к отключению головного выключателя линии. При питании по магистральной линии отделитель во время безтоковой паузы срабатывает, отделяя УВН от линии, и через выдержку времени устройство автоматического повторного включения (АПВ) на головном выключателе подает на него включающий импульс и линия вновь включается, обеспечивая электроснабжение оставшихся потребителей. При радиальной схеме устройство АПВ на головном выключателе не устанавливается, следовательно отделитель в схеме не нужен. Применение данной схемы, при малых расстояниях от подстанции до короткозамыкателя (до 5 км), не рекомендуется из-за возникновения километрического эффекта;

– схема глухого присоединения линии к трансформатору через разъединитель является более дешевой по сравнению с предыдущей при малых расстояниях (рис.3.1а). Отключающий импульс в данной схеме подается по контрольному кабелю на головной выключатель;

– в последнее время широкое распространение получила схема с выключателем на стороне высокого напряжения (рис.3.1б).

В нашем случае, при длине ЛЭП до насосной станции равное 4 км, потребители электроэнергии I категории, подходят две последние, выше указанные, схемы (рис.3.1). Питание осуществляется по радиальным схемам с нормальной окружающей средой.

С учётом вышеперечисленного для рассмотрения в ТЭР намечаем четыре варианта:

1) U = 110 кВ и УВН по схеме на рис. 3.1а;

2) U = 35 кВ и УВН по схеме на рис. 3.1а;

3) U = 110 кВ и УВН по схеме на рис. 3.1б;

4) U = 35 кВ и УВН по схеме на рис. 3.1б.

Окончательный вариант выберем на основании технико-экономического расчета (ТЭР).

Целью технико-экономического расчета является определение приведенных годовых затрат на монтаж и эксплуатацию оборудования. Наиболее экономичным решением электроснабжения является вариант, отвечающий требованиям и имеющий наименьшие приведенные затраты. Если приведенные затраты отличаются на 5-10% (возможная точность расчетов), предпочтение следует отдавать варианту с меньшими капиталовложениями, с лучшими качественными показателями.

При проведении ТЭР критерием оптимальности решения являются меньшие расчетные (приведенные) затраты, определяемые по следующему выражению [14]:

З_i = И_i + Е_н· К_i + У_i, (3.5)

где Е_н = 0, 12 — нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, 1/год;

К - капиталовложения в электроустановку, руб/год;

И - годовые издержки производства, руб/год:

И = И_а.о+ И_пот, (3.6)

И_{а, о} = a_а.о× К -амортизационные отчисления и издержки на обслуживание электроустановки (текущий ремонт и зарплата персонала), руб/год;

a_а.о - норма отчислений, о.е;

И_nom - издержки, вызванные потерями электроэнергии в проектируемой электроустановке, руб/год:

И_пот = И_пот.т – И_пот.л (3.7)

И_пот.т и И_пот.л. - издержки, вызванные потерями электроэнергии в трансформаторах и линиях электропередач (ЛЭП) соответственно, руб год.

Стоимость потерь энергии группы одинаковых параллельно включенных трансформаторов, руб/год [16]:

(3.8)

где n - число трансформаторов в группе;

DР_х и DР_к - соответственно номинальные потери холостого хода и короткого замыкания, кВт;

С_э.х и С_э.к - стоимость 1 кВт× ч потерь энергии холостого хода и короткого замыкания соответственно (см. рис.6.2[16]), руб/(кВт-ч);

Т — время работы трансформаторов (при его работе круглый год Т = 8760 ч/год), ч/год;

S_å_m - расчетная полная мощность, протекающая по всем трансформаторам группы, кВА;

S_hom — номинальная мощность трансформатора, кВА;

t - время максимальных потерь, ч/год [5]:

(3.9)

Стоимость потерь энергии для линий, руб/год [16]:

И_пот.л = DЭ_л × С_э (3.10)

Потери энергии в ЛЭП, кВт× ч/год

(3.11)

где S - полная мощность, передаваемая по ЛЭП, ВА;

U — номинальное напряжение ЛЭП, кВ;

г_о — удельное активное сопротивление ЛЭП, Ом/км;

L - длина ЛЭП, км;

n - число параллельно включенных ЛЭП.

Потери энергии в трансформаторах

(3.12)

Ущерб от перерыва электроснабжения определяется по формуле:

У = Т_пер × Р_р × У_о, (3.13)

где У_о - удельный ущерб от недоотпуска электроэнергии, руб/(кВт-ч);

Т_пер — среднегодовое время перерыва электроснабжения, ч/год;

Р_р - расчетная активная мощность, потребляемая предприятием, кВт.

Для определения времени перерыва электроснабжения необходимо произвести оценку надежности элементов электроснабжения по следующим выражениям [10]:

параметр потока отказов линии или присоединения

(3.14)

среднее время восстановления после отказа одной линии или присоединения

(3.15)

коэффициент аварийного простоя

k_a = l_a_å × T_в_å, (3.16)

коэффициент планового простоя

k_n = 1, 2× k_ni_._max; (3.17)

коэффициент аварийного простоя, когда первая линия отключена для планового ремонта и в это время вторая отключается из-за повреждения, соответственно для второй линии

k_2a.n = 0, 5 × l_a_å × k_nnpu k_n £ Tв_å; (3.18)

k_2a.n = k_a × (k_n × 0, 5 × Tв_å) npu k_n > Tв_å; (3.19)

коэффициент аварийного простоя двух линий или присоединений при одинаковых параметрах надежности

k_nep = k_a² + 2 • k₂_a_._n, (3.20)

среднегодовое время перерыва электроснабжения

Т_пер = k_nep • 8760, (3.21)

где l_ai — параметр потока отказов одного элемента системы электроснабжения (СЭС), 1/год;

T_в_i — среднее время восстановления после отказа, лет;

k_ni_._max — максимальный коэффициент аварийного простоя одного элемента СЭС входящего в данное присоединение, о.е.

ТЭР для варианта №1.

Для того, чтобы учесть капитальные затраты на ЛЭП, необходимо предварительно выбрать сечение провода. При выборе сечения провода необходимо учесть потери мощности в трансформаторах ППЭ.

Каталожные данные трансформатора ТДН-16000/110 [14]:

DР_х = 18 кВт; DР_к = 85 кВт; U_к= 10, 5%; I_x = 0, 7%; S_ном = 16000 кВА.

Потери мощности при работе двух трансформаторов

Потери мощности при работе одного трансформатора

Расчетная мощность, с учетом потерь мощности в трансформаторах ППЭ, в нормальном и послеаварийном режимах

Выбор сечения проводов ЛЭП.

Выбор сечений проводов для напряжений 35 кВ и выше, согласно ПУЭ, производится по нагреву расчетным током. Проверка проводится по экономической плотности тока и по условиям короны. Принимается большее из полученных значений. При этом проводники любых назначений должны удовлетворять условиям выбора по нагреву как в нормальных, так и послеаварийных режимах, а также в период ремонта и возможной неравномерности распределения токов между линиями.

Определим расчетный ток нормального и послеаварийного режимов соответственно

(3.22)

Выбираем провод марки АС-70/11 с I_доп = 265 А и сечением F = 70 мм², так как минимально допустимое сечение по условию потерь на корону согласно ПУЭ 70 мм².

Сечение провода по экономической плотности тока

(3.23)

где j_э = 1 - экономическая плотность тока при Тmах > 5000 ч [17], А/мм².

Определим потери напряжения в ЛЭП в послеаварийном режиме:

Для послеаварийного режима допускаются потери напряжения до 10%.

Окончательно выбираем провода марки АС-70/11 с I_доп = 265 А.

ЛЭП на железобетонных опорах.

Капитальные затраты.

К = К_тр + К_ору+ К_лэп+ К_кл.эп = (2 × 53000) + (2 × 11500) + (2 × 7700 × 4) + (2 × 470 × 4) = = 194360 руб.

Издержки.

Время максимальных потерь по (3.9):

Потери энергии в ЛЭП по (3.11):

По (3.10): И_пот.л = 169183, 48 • 0, 0075 = 1268, 876 руб/год.

Потери энергии в трансформаторах

В данном случае С_эх » С_эк = 0, 0075 руб/(кВт-ч), тогда

И_пот.т = DЭ_т • С_э = 729730, 74 • 0, 0075 = 5472, 98 руб / год.

Издержки на обслуживание и амортизационные отчисления

И_{а, о} = a_а.оору × К_ору + a_а.о.тр× К_тр + a_а.о.лэп× К_лэп+ a_а.о.кл× К_кл=

= 0, 094 • 23000 + 0, 094 • 106000 + 0.028 • 61600 + 0, 073 × 3760 =

= 14125, 28 руб/год.

Годовые издержки по (3.6):

И =14125, 28 + (5472, 98 + 1268, 876) = 20867, 13 руб /год.

Ущерб.

По (3.13): l_а_å = 0, 01 + 0, 088 + 0, 008 + 0, 06 + 0, 01 + 0, 2 = 0, 332 1/год.

По(3.14):

По (3.15): k_a = 0, 332 • 0, 01129 = 0, 00375 о.е.

По (3.16): k_n = 1, 2 • 0, 074 = 0, 0888 о.е.

По (3.18): k₂_a_._n = 0, 00375 • (0, 0888 - 0.5 • 0, 01129) = 0, 00031 о.е.

По (3.19): k_nep = 0, 00375² + 2 • 0, 00031 = 0, 0000634 о.е.

По (3.20): Т_пер = 0, 0000634 • 8760 = 5, 55 ч/ год.

По (3.12): У =5, 55 • (16169, 243 + 87, 518) • 0, 6 = 54135 руб/ год.

Приведенные затраты по (3.5):

3 = 0, 12 • 194360 + 20867, 14 +54135 = 98325, 34 руб/год.

Для остальных вариантов расчеты сведены в табл.3.1 и табл.3.2.

Согласно рекомендации СН174-75, если затраты варианта с большим напряжением превосходят на 10-12%, то следует принимать вариант с большим напряжением, как наиболее перспективный.

В данном случае по результатам ТЭР проходит четвёртый вариант.

Таблица 3.2 Результаты ТЭР

№ варианта	Наименование оборудования	Стоимость, руб	n шт	Kaп. затраты, руб.	Издержки					Ущерб руб/год	Затраты, руб/год
№ варианта	Наименование оборудования	Стоимость, руб	n шт	Kaп. затраты, руб.	l_а.о, о.е.	И_а.о, руб/год	С_э, руб/ (кВт ч)	DЭ, (кВт ч)/ год	И_пот, руб/год	Ущерб руб/год	Затраты, руб/год
1	AC - 70/11	30800	2	61600	0, 028	1724, 8	0, 0075	169183, 5	1268, 87	54135	98325, 3
	ТДН–16000/110	53000	2	106000	0, 094	9964		169183, 5	1268, 87
	ОРУ	11500	2	23000	0, 094	2162		729730, 7	5472, 98
	Контр. Кабель	1880		3760	0, 073	274, 48		729730, 7	5472, 98
2	AC - 150/19	9200	2	18400	0, 028	515, 2	0, 0075	3098510	23238, 83	53257	86926, 9
	ТДНС-16000/35	37000	2	74000	0, 094	6956		3098510	23238, 83
	ОРУ	2400	2	4800	0, 094	451, 2		297891, 5	2234, 19
	Контр. Кабель	1880		3760	0, 073	274, 48		297891, 5	2234, 19
3	AC - 70/11	30800	2	61600	0, 028	1724, 8	0, 0075	169183, 5	1268, 88	7218	6116, 68
	ТДН –16000/110	53000	2	106000	0, 094	9964		169183, 5	1268, 88
	ОРУ	36000	2	72000	0, 094	6768		729760, 7	5473
4	AC- 150/19	9200	2	18400	0, 028	515, 2	0, 0075	3098510	2323, 83	4272, 27	50615, 7
	ТДНС-16000/35	37000	2	74000	0, 094	6956		3098510	2323, 83
	ОРУ	5400	2	10800	0, 094	1015, 2		297891, 5	2234, 18

4 Выбор системы распределения электроэнергии

Таблица 4.2 Выбор кабельных ЛЭП

№	Назначение КЛЭП	n	S_npиc (S_p), кВА	I_p, A		j_э, А/мм²	мм²	F_ct, мм2	I_доп, А	К_З	I_д.нр А	I_д.пар А	U, кВ	L, м	Марка кабеля
№	Назначение КЛЭП	n	S_npиc (S_p), кВА	Н.Р.	П.А.Р.	j_э, А/мм²	мм²	F_ct, мм2	I_доп, А	К_З	I_д.нр А	I_д.пар А	U, кВ	L, м	Марка кабеля
1	ПГВ-СД1	1	2109, 73	122	-	1, 2	101, 6	120	240	-	240	-	10	13	ААШв 3х120
2	ПГВ-СД2	1	2109, 73	122	-	1, 2	101, 6	120	240	-	240	-	10	3	ААШв 3х120
3	ПГВ-СДЗ	1	2109, 73	122	-	1, 2	101, 6	120	240	-	240	-	10	10	ААШв 3х120
4	ПГВ-СД4	1	2109, 73	122	-	1, 2	101, 6	120	240	-	240	-	10	20	ААШв 3х120
5	ПГВ-СД5	1	2109, 73	122	-	1, 2	101, 6	120	240	-	240	-	10	30	ААШв 3х120
6	ПГВ-СД6	1	2109, 73	122	-	1, 2	101, 6	120	240	-	240	-	10	19	ААШв 3х120
7	ПГВ-СД7	1	2109, 73	122	-	1, 2	101, 6	120	240		240	-	10	25	ААШв 3х120
8	ПГВ-СД8	1	2109, 73	122	-	1, 2	101, 6	120	240		240	-	10	35	ААШв 3х120
9	ПГВ-КТП	2	194, 6	5, 62	11, 25	1, 2	4, 68	16	75	1, 1	69, 7	76, 7	10	31	ААШв 3х16

Для распределения электроэнергии по отдельным электроприемникам устанавливаются два силовых пункта СП-4 и СП-3 типа ШРС1-20У3.

Расчетные токи линий, питающих отдельные электроприемники, определяем как сумму номинальных токов двигателей, установленных на электроприемнике, а линий, питающих СП, - по расчетной мощности.

(4.10)

где Р_{н(пв = 100%)} - номинальная мощность ЭП приведенная к ПВ = 100%, кВт;

U_н - номинальное напряжение, кВ;

h - к.п.д. электроприемника;

cosj - коэффициент мощности электроприемника.

I_пуск= К_п× I_н(4.11)

где К_п - кратность пускового тока;

I_н- номинальный ток ЭП, А.

Чтобы определить ток плавской вставки для группы электроприёмников, воспользуемся следующими формулами:

(4.12)

где I_n_.в_c. - ток плавкой вставки. А;

I_n_{уск.мах} – наибольший из пусковых токов двигателей группы приёмников, определяемый по паспортным данным;

I_гр.р – расчётный ток группы ЭП, А;

К_и.а. – коэффициент использования, характерный для двигателя, имеющего наибольший пусковой ток (0, 12 – 0, 14);

I_{ном.мах} – номинальный ток двигателя (приведённый к ПВ=1) с наибольшим пусковым током.

Номинальный ток для группы ЭП, А:

(4.13)

где - среднеарифметическое значение;

- расчётное значение мощности по паспортным данным;

n – количество группы ЭП.

Ток плавкой вставки, защищающей один электродвигатель, определяется по формуле [5]:

(4.14)

a - коэффициент перегрузки, a = 2, 5 – при легких пусках.

Все расчеты по выбору СП-4 сведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3

СП – 4	Наименование оборудования	Рн, кВт (ПВ=1)	I_н, А	I_пуск, А	I_bct.p, А	I_n._вс, А	Тип предо-хранителя
	Вентилятор мастерской; Калорифер	2, 2	4, 63	30, 1 -	37, 1	40	1хНПН2 - 63
	Вентилятор мастерской; Калорифер	2	3, 039	30, 1 -	37, 1	40	1хНПН2 - 63
	Вентиляторы в машинном зале	15	28, 5	213, 8	85, 52	100	3хПН2-100
	Пожарный насос	7, 5	14, 8	111	44, 4	50	1хпн2-100

Определим расчетный ток линии, питающей СП-4.

Расчетную мощность определяем по методу коэффициента спроса (см. гл.2 табл. 2.1).

Расчетный ток линии, питающей СП-4:

(4.15)

Окончательно выбираем шкаф типа ШРС1-55УЗ с каталожными данными:

- степень защиты IP54;

- номинальный ток шкафа 280 А;

- число отходящих линий и токи предохранителей 4х60+4х100 А;

- размеры (высотахширинахглубина) 1600х500х580 мм.

Произведем аналогичный расчет для СП-3 используя формулы (4.4 - 4.7).

Таблица 4.4

СП – 3	Наименование оборудования	Рн, кВт (ПВ=1)	I_н, А	I_пуск, А	I_bct.p, А	I_n._вс, А	Тип предо-хранителя
	Вентилятор машинного зала; калорифер	15	28, 5	213, 8	240, 72	250	1хПН2 - 250
	Вентилятор машинного зала; калорифер	2	3, 039	-	240, 72	250	1хПН2 - 250
	Освещение машинного зала	8, 36	25, 43	-	25, 43	16	1хНПН2-63
	Пожарный насос	7, 5	14, 8	111	44, 4	50	1хпн2-100
Я БПУ	Мостовой кран: - механизм подъёма	47, 43	111	222	468, 88	500	ПП-57-31
	-механизм передвижения тележки	3, 48	8, 41	16, 82
	-механизм передвижения моста	13, 91	37, 78	75, 56

Определим расчетный ток линии, питающей СП-3.

Расчетная мощность определяется по методу коэффициента спроса (см. гл.2 табл. 2.1).

Расчетный ток линии, питающей СП-3:

Окончательно выбираем шкаф типа ШРС1-27УЗ с каталожными данными:

- степень защиты IP22;

- номинальный ток шкафа 400А;

- число отходящих линий и токи предохранителей 5х100-2х250 А;

- размеры (высотахширинахглубина) 1600х700х580 мм.

Мостовой кран запитывается отдельно от шкафа типа ЯБПУ со встроенным предохранителем типа ПП – 57.

Расчёт тока плавкой вставки предохранителя осуществляется с помощью формул (4.11-4.13):

I_пуск = (2 – 2, 5)I_{н.дв.мах} = 2 · 111 = 222 А

Расчетный ток линии, питающей ЯБПУ:

Распределительную сеть выполняем проводом марки АПВ (алюминиевые жилы, поливинилхлоридная изоляция). Для питания силовых пунктов выбираем кабель марки АПВГ (алюминиевые жилы, изоляция из полиэтилена, оболочка из поливинилхлоридного пластика). Провода и кабели прокладываем в газовых трубах, уложенных в каналах пола. Сечения проводов и жил кабелей выбираем по (4.8) и приводим в табл. 4.5.

Таблица 4.5

Наименование Оборудования	Pном, кВт (Sр, кВА)	Сosj	КПД	I_ном, А (I_р, А)	I_доп, А	S, мм²
Вентилятор мастерской	2, 2	0, 87	0, 83	4, 63	18	3х2
Вентилятор в машинном зале	15	0, 91	0, 88	28, 5	30	3х5
Калорифер в мастерской	2	1	-	3, 039	18	3х2
Калорифер в машинном зале	2	1	-	3, 039	18	3х2
Пожарный насос	7, 5	0, 88	0, 875	14, 8	18	3х2
Освещение машинного зала	(15, 882)	-	-	24, 15	28	4х5
ЯБПУ	(41)	0, 753	-	260, 2	285	3х120+1х50
СП –4	(56, 681)	-	-	(86, 22)	90	3х16+1х6
СП –3	(76, 91)	-	-	(117)	130	3х50+1х16

Мастерская.

Потребителями электроэнергии в мастерской насосной станции являются станки, сварочные трансформаторы, вентилятор и калорифер. Все приемники электроэнергии рассчитаны на трехфазный переменный ток и напряжение 380В промышленной частоты, по надежности электроснабжения относятся к III категории.

Микроклимат на участке нормальный, то есть температура не превышает +30°С, отсутствует технологическая пыль, газы и пары, способные нарушить нормальную работу оборудования.

Учитывая расположение приемников электроэнергии на плане, можно выделить три узла потребителей: первый узел включает в себя токарновинторезный станок, круглошлифовальный станок, обдирочношлифовальный станок и освещение мастерской; второй – сверлильный станок, токарновинторезный станок, фрезерный станок; третий - два сварочных трансформатора, вентилятор и калорифер мастерской.

Для распределения электроэнергии по отдельным электроприемникам устанавливаем три силовых пункта СП-2, СП-1 и СП-5 типа ШРС1-20/У3.

Произведем расчет для СП-2 используя формулы (4.4 - 4.7).

Все расчеты сведем в табл. 4.6.

Таблица 4.6

СП – 2	Наименование оборудования	Рн, кВт (ПВ=1)	I_н, А	I_пуск, А	I_bct.p, А	I_n._вс, А	Тип предо-хранителя
	Токарновинторезный станок	16, 22	37, 7	205	239, 2	250	1хПН2 – 250
	Круглошлифовальный станок	9, 87	23, 68	113, 7	135, 6	160	1хПН2-250
	Обдирочношлифовальный станок	7, 5	15, 16	113, 7	45, 48	63	1хНпн2-63
	Освещение мастерской	5, 616	9, 5	-	9, 5	10	1хНпн2-63

Определим расчетный ток линии, питающей СП-2. Расчетную мощность определяем по методу коэффициента спроса (см. гл2. табл. 2.1).

Расчетный ток линии, питающей СП-2:

Окончательно выбираем шкаф типа ШРС1-58УЗ с каталожными данными:

- степень защиты IP54;

- номинальный ток шкафа 280А;

- число отходящих линий и токи предохранителей 2х60+4х100+2х250А;

- размеры (высотахширинахглубина) 1600х700х580 мм.

Произведем расчет для СП-1 используя формулы (4.4-4.8).

Все расчеты сведем в табл. 4.7.

Таблица 4.7

СП – 1	Наименование оборудования	Рн, кВт (ПВ=1)	I_н, А	I_пуск, А	I_bct.p, А	I_n._вс, А	Тип предо-хранителя
	Сверлильный станок	7, 62	17, 09	113, 7	128, 9	160	1хПН2 – 250
	Токарновинторезный станок	16, 22	37, 7	205	239, 2	250	1хПН2-250
	Фрезерный станок	19	38, 4	205	239, 8	250	1хпн2-250

Определим расчетный ток линии, питающей СП-1.

Расчетную мощность определяем по методу коэффициента спроса (см. гл.2 табл. 2.1).

Расчетный ток линии, питающей СП-1:

Окончательно выбираем шкаф типа ШРС1-56У3 с каталожными данными:

- степень защиты IP54;

- номинальный ток шкафа 280А;

- число отходящих линий и токи предохранителей 5х250А;

- размеры (высотахширинахглубина) 1600х700х580 мм.

Произведем расчет для СП-5 используя формулы (4.4—4.8).

Все расчеты сведем в таблицу 4.8.

Таблица 4.8

СП – 5	Наименование оборудования	Рн, кВт (ПВ=1)	I_н, А	I_пуск, А	I_bct.p, А	I_n._вс, А	Тип предо-хранителя
	Сварочный трансформатор	100, 44	212	-	212	250	2хПН2 –250
	Вентиляторы в мастерской	2, 2	4, 63	30, 12	36, 46	40	1хПН2-100
	Калорифер мастерской	2, 0	3, 039	-	36, 46	40	1хПН2-100

Определим расчетный ток линии, питающей СП-5.

Расчетную мощность определяем по методу коэффициента спроса (см. гл.2 табл. 2.1).

Расчетный ток линии, питающей СП-5:

Окончательно выбираем шкаф типа ШРС1-57У3 с каталожными данными:

- степень защиты IР54;

- номинальный ток шкафа 280А;

- число отходящих линий и токи предохранителей 5х100+2х250А;

- размеры (высота х ширина х глубина) 1600х700х5 80.мм.

Распределительную сеть выполняем проводом марки АПВ (алюминиевые жилы, поливинилхлоридная изоляция). Для питания силовых пунктов выбираем кабель марки АПВГ (алюминиевые жилы, изоляция из полиэтилена, оболочка из поливинилхлоридного пластика). Провода и кабели прокладываем в газовых- трубах, уложенных в каналах пола. Сечения проводов и жил кабелей выбираем по (4.8) и приводим в таблице 4.9.

Таблица 4.9

Наименование оборудования	Pном, кВт (Sр, кВА)	Сosj	КПД	I_ном, А (I_р, А)	I_доп, А	S, мм²
Освещение мастерской	(6, 24)	-	-	9, 5	15	4х2
Вентилятор мастерсокй	2, 2	0, 87	0, 83	4, 63	18	3х2
Калорифер мастерской	2, 0	1	-	3, 039	18	3х2
Токарновинторезный станок	16, 22	0, 79	-	31, 7	40	3х8
Круглошлифовальный станок	9, 87	0, 758	-	23, 68	28	3х4
Обдирочношлифовальный станок	7, 5	0, 86	0, 875	15, 16	18	3х2
Сверлильный станок	7, 62	0, 78	-	17, 09	18	3х2
Фрезерный станок	19	0, 86	-	33, 6	40	3х8
Сварочный трансформатор	104, 44	0, 62	0, 9	212	220	3х120
СП – 2	(12, 45)	-	-	18, 9	21	4х3
СП – 1	(9, 97)	-	-	15, 16	19	4х2, 5
СП – 5	(103, 09)	-	-	156, 8	165	3х70+1х25
СП – 1, 2	(22, 42)	-	-	34, 1	40	3х8+1х2, 5

Таблица 6.2

Условия выбора	Каталожные данные	Расчетные параметры
U_н ³ U_уст	U_н = 36 кВ	U_уст = 35 кВ
i_дин³ i_уд	i_дин = 16 кА	i_уд = 11, 613 кА
(I_т)²t_т ³ В_к	(I_т)²·t_т = 90²·1 = = 8100 кА²·с	В_к = (I”_ПО)²·(t_р.з.+t_с.в.+ Т_а) = = 7, 569²·(1 + 0, 07+0, 00427)= = 61, 54 кА²·с

Предварительно выбираем выключатель типа МКП - 35 –1000 – 25 АУ1.

Таблица 6.3

Условия выбора	Каталожные данные	Расчетные параметры
U_н ³ U_уст	U_н = 35 кВ	U_уст = 35 кВ
I_н ³ I_м.р	I_н = 1000 А	I_м.р = 291 А
I_н.откл. ³ I”_п_t	I_н.откл = 25 кА	I”_п_t = 7, 569 кА
I_дин ³ I”_п_о	I_н.откл = 25 кА	I”_по = 7, 569 кА
i_дин³ i_уд	i_дин = 64 кА	i_уд = 11, 613 кА
(I_т.)²t_т ³ В_к	(I_т)²·t_т = 25²·4 = = 2500 кА²·с	В_к = (I”_ПО)²·(t_р.з.+t_с.в.+ Т_а) = = 7, 569²·(1 + 0, 07+0, 00427)= = 61, 54 кА²·с

Выбор электрооборудования на стороне 10 кВ.

Выбор ячеек и выключателей РУНН ПГВ.

Максимальный расчетный ток:

Выбираем ячейки КМ-1: U_h = 10 кВ, I_н = 1600 А, i_дин = 80 кА. Ячейки комплектуются маломасляными выключателями типа ВКЭ-10-31, 5/1600У3.

Таблица 6.4

Условия выбора	Каталожные данные	Расчетные параметры
U_н ³ U_уст	U_н = 10 кВ	U_уст = 10 кВ
I_н ³ I_м.р	I_н = 1600 А	I_м.р = 1018, 3 А
I_н.откл. ³ I”_п_t	I_н.откл = 31, 5 кА	I”_п_t = 9, 623 кА
I_дин ³ I”_п_о	I_н.откл = 31, 5 кА	I”_по = 11, 78 кА
i_дин³ i_уд	i_дин = 80 кА	i_уд = 28, 74 кА
(I_т.)²t_т ³ В_к	(I_т)²·t_т = 31, 5²·4 = = 3969 кА²·с	В^*_к = 58, 78 кА²·с

Окончательно выбираем маломасляный выключатель типа ВКЭ-10-31, 5/1600У3.

· При коротком замыкании вблизи группы двигателей тепловой импульс определяется как суммарный от периодической В_к.п и апериодической В_к.а составляющих [18]:

В_к = В_к.п + В_к.а; (6.2)

(6.3)

где Т_д - постоянная времени эквивалентного двигателя. При отсутствии точных данных можно принять значение Т_д равным 0, 07 с.

Апериодические составляющие токов двигателей от системы затухают по экспонентам с близкими постоянными времени. Поэтому апериодическую составляющую тока в месте КЗ можно представить в виде одной экспоненты с эквивалентной постоянной времени [18]:

(6.4)

Тепловой импульс от апериодической составляющей тока КЗ [18]:

(6.5)

По (6.2): В_к.п = 6, 675²× 1, 07 + 2 × 6, 645 × 5, 135 × 0, 07 +

+ 0, 5 × 5, 135²× 0, 07 =52, 95 к.А²× с.

По (6.4):

где Т_а._сд- из табл. 2.45[10].

По (6-5): В_к.а = (6, 645 + 5, 135)²× 0, 042 = 5, 83 кА²× с.

По (6.6): В_к = 52, 95 + 5, 83 = 58, 78 кА²× с.

роверка КЛЭП по термической стойкости к токам КЗ.

Проверка по термической стойкости к токам К3 производится по следующему выражению:

(6.5)

где С – тепловая функция, для кабелей 10 кВ с алюминиевыми однопроволочными жилами и бумажной изоляцией, С-=94 А× с^2/мм²табл. 2.72 [10];

По (6.2): В_кл = 6, 645²× 0, 17 + 2 × 6, 645 × 5, 135 × 0, 07 + 0, 6 × 5, 135²× 0, 07 =

= 13, 206 кА²× с,

где t = t_p_з + t_c_в._om_кл = 0, 1 + 0, 07 = 0, 17 с.

По (6.1): В_к= 13, 206 + 5, 23 = 19, 036 кА²× с,

где В_к.а = 5, 23 кА²× с (см. выбор ячеек РУНН ПГВ).

По (6.5):

Исходя из условий термической стойкости кабеля к токам КЗ выбираем кабель (отходящий от ПГВ к КТП) ААШв 3х50 с I_доп = 90 А.

Выбор трансформатора напряжения.

Условия выбора:

- по напряжению U_уст £ U_h;

- по конструкции и схеме соединения обмоток;

- по классу точности;

_-по вторичной нагрузке S₂ < S₂_н

где S_2н - номинальная мощность в выбранном классе точности;

S₂ - нагрузка всех измерительных приборов.

Таблица 6.5

Наименование приборов		Тип		Количество		S, ВА		Число катушек		cosj		sinj		Р, вт		Q, вар
Вольтметр		Э-335		4		2		1		1		0		8		0
	Ваттметр		Д-335		1		1, 5		2		1		0		3		0
Варметр		Д-335		1		1.5		2		1		0		3		0
Счетчик активной энергии		И-680		1		2Вт		2		0, 38		0, 925		4		9.79
Счетчик реактивной энергии		И-676		1		3Вт		2		0, 38		0, 925		6		14, 6
Частотомер		Э-371		1		3		1		1		0		3		0
Итого:														27		24, 34

Вторичная нагрузка трансформатора напряжения:

Выбираем трансформатор напряжения типа НАМИ-10-66У3 со следующими каталожными данными: U_н =10 кB; U₂_H = 100 B; S_2н= 120 ВА в классе точности 0, 5.

S₂ (36, 532 ВА) < S_2н (120 ВА).

Таким образом, трансформатор напряжения НАМИ-10-66УЗ будет работать в выбранном классе точности 0, 5.

Выбор трансформатора тока.

Условия выбора:

- по напряжению U_уст £ U_h;

- по номинальному первичному току I_м.р £ I_1н;

- по номинальному вторичному току;

- по классу точности;

- по вторичной нагрузке Z₂ £ Z_2н,

где Z_2н — номинальная нагрузка в выбранном классе точности;

Z₂- нагрузка всех измерительных приборов.

Таблица 6.6

Наименование приборов

Тип

Количество

S, BA

Амперметр

Э-377

0.1

Ваттметр

Д-335

0.5

Варметр

Д-335

0.5

Счетчик активной энергии

И-680

2.5

Счетчик реактивной энергии

И-676

2.5

Итого:

6.1

Максимальный расчетный ток I_м.р = 1018, 3 А.

Предварительно выбираем трансформатор тока типа ТПЛК-10: I_1н = 1500А;

I_2н = 5А; Z₂_H = 0, 4 Ом (в классе точности 0, 5); I_т = 70, 8 кА; t_т = 3 c.

Определим расчетное сопротивление приборов:

Определим расчетное сопротивление соединительных проводов:

где R_конт. - сопротивление контактов, Ом.

Сечение соединительных проводов определяется по выражению:

(6.6)

где r = 0, 028 - удельное сопротивление алюминия;

l_р - расчетная длина, зависящая от схемы соединения трансформаторов тока и расстояния l от трансформатора тока до приборов: при включении в неполную звезду м;

Сечение соединительных проводов по (6.6):

Принимаем стандартное сечение алюминиевого провода F_ст =6 мм².

Расчетное сопротивление нагрузки вторичной цепи:

Z₂ (0.392 Ом) < Z₂_h (0, 4 Ом).

Таким образом трансформатор тока ТПЛК-10 будет работать в выбранном классе точности.

Проверка на электродинамическую стойкость.

Условие проверки: i_m_.дин ³ i_уд.

i_m_.дин (74, 5 кА) > i_уд (28, 74 кА)

Трансформатор типа ТПЛК-10 удовлетворяет условию проверки.

Проверка на термическую стойкость к токам КЗ.

Условие проверки:

I²_т· t_т (15038 кА²·с) > В_к (58, 78 кА²·с)

Трансформатор типа ТПЛК-10 удовлетворяет условию проверки.

Таким образом, окончательно выбираем трансформатор тока типа ТПЛК-10.

Схема подключения приборов показана на рис. 6.1.

Выбор электрооборудования на стороне 0, 4 кВ.

Выбор вводного автоматического выключателя.

Максимальный расчетный ток:

Предварительно выбираем автоматический выключатель типа А3734С.

Таблица 6.7

Условия выбора	Каталожные данные	Расчетные параметры
U_н³ U_уст	U_н = 660 В	U_уст = 380 В
I₀³ I_м.р.	I_н = 400 А	I_м.рас= 271, 13 А
I_н.откл ³ I”_о	I_н.откл = 50кА	I”_по = 4, 32 кА

Уставка тока срабатывания защиты:

I_расц ³ (1, 1 – 1, 3)I_м.р.

I_расц³ (298, 243 – 352, 47) А.

Принимаем уставку I_расц.н = 350 А.

I_{ср.авт.кз}=3 × I_расц.н = 3 × 350 = 1050 А.

Окончательно выбираем автоматический выключатель типа А3734С.

Выбор автоматического выключателя на линии к СП-4.

Максимальный расчетный ток берем из таблицы 4.5: I_м.р = 86, 22 А.

Предварительно выбираем автоматический выключатель типа А3716БУЗ.

Таблица 6.8

Условия выбора	Каталожные данные	Расчетные параметры
U_н³ U_уст	U_н = 660 В	U_уст = 380 В
I_о³ I_м.р.	I_н = 160 А	I_м.рас= 86, 22 А
I_н.откл ³ I”_о	I_н.откл = 40кА	I”_по = 4, 32 кА

Уставка тока срабатывания защиты:

I_расц ³ (1, 1 – 1, 3)I_м.р.

I_расц³ (94, 84 – 112) А.

Принимаем уставку I_расц.н = 100 А.

I_{ср.авт.кз}=3 × I_расц.н = 3 × 100 = 300 А.

Окончательно выбираем автоматический выключатель типа A3716БУЗ.

Выбор автоматического выключателя на линии к СП-3.

Максимальный расчетный ток берем из таблицы 4.5: I_м.р= 117 А.

Предварительно выбираем автоматический выключатель типа А3716БУЗ.

Таблица 6.9

Условия выбора	Каталожные данные	Расчетные параметры
U_н³ U_уст	U_н = 660 В	U_уст = 380 В
I_о³ I_м.р.	I_н = 160 А	I_м.рас= 117 А
I_н.откл ³ I”_о	I_н.откл = 40кА	I”_по = 4, 32 кА

Уставка тока срабатывания защиты:

I_расц ³ (1, 1 – 1, 3)I_м.р.

I_расц³ (128, 7– 152, 1) А.

Принимаем уставку I_расц.н = 150 А.

I_{ср.авт.кз}=3 × I_расц.н = 3 × 150 = 450 А.

Окончательно выбираем автоматический выключатель типа А3716БУЗ.

Выбор автоматического выключателя на линии к СП-1, 2.

Максимальный расчетный ток берем из таблицы 4.9: I_м.р = 34, 1 А

Предварительно выбираем автоматический выключатель типа А3716БУЗ.

Таблица 6.10

Условия выбора	Каталожные данные	Расчетные параметры
U_н³ U_уст	U_н = 660 В	U_уст = 380 В
I_о³ I_м.р.	I_н = 160 А	I_м.рас= 34, 1А
I_н.откл ³ I”_о	I_н.откл = 40кА	I”_по = 4, 32 кА

Уставка тока срабатывания защиты:

I_расц ³ (1, 1 – 1, 3)I_м.р.

I_расц³ (37, 51– 44, 33) А.

Принимаем уставку I_расц.н = 40 А.

I_{ср.авт.кз}=3 × I_расц.н = 3 × 40 = 120 А.

Окончательно выбираем автоматический выключатель типа А3716БУЗ.

Выбор автоматического выключателя на линии к СП-5.

Максимальный расчетный ток берем из таблицы 4.9: I_м.р = 156, 8 А

Предварительно выбираем автоматический выключатель типа А3726БУЗ.

Таблица 6.11

Условия выбора	Каталожные данные	Расчетные параметры
U_н³ U_уст	U_н = 660 В	U_уст = 380 В
I_о³ I_м.р.	I_н = 160 А	I_м.рас= 156, 8А
I_н.откл ³ I”_о	I_н.откл = 40кА	I”_по = 4, 32 кА

Уставка тока срабатывания защиты:

I_расц ³ (1, 1 – 1, 3)I_м.р.

I_расц³ (172, 48 –203, 84) А.

Принимаем уставку I_расц.н = 200 А.

I_{ср.авт.кз}=3 × I_расц.н = 3 × 200 = 600 А.

Окончательно выбираем автоматический выключатель типа А3726БУЗ.

Таблица 7.3

Обозначение на схеме	Параметры выбора		Каталожные данные
Обозначение на схеме	U_уст, В	I_м.р, А	Тип	U_h, В	U_h, В	I_h.kohА	S_в.кат, ВА
KМ1	=76	0, 03 × 275= 8, 25=	МК 1 - 10	=220	=220	40	40 Вт
KМ2	=76	275	КПВ – 602	=220	=220	630	-
KМ3	~220	60	ПМЛ - 410002	~220	~220	63	200
КМ4	~220	60	ПМЛ - 410002	~220	~220	63	200

Указательные реле.

Таблица 7.4

Обозначение на схеме

Параметры выбора

Каталожные данные

U_ycт, B

Тип

U_h, b

КН1-КН7

~220

РЭУ 11-11

~220

Мощность, потребляемая реле переменного тока с катушкой тока не более 2ВА.

Каталожные данные для промежуточных реле, реле времени, контакторов и указательных реле взяты из справочной литературы [19].

Сигнальные лампы.

Обозначение на схеме HL1-HL5.

Выбираем светосигнальное устройство типа ACШB 035У2 [20]: U_н = 220B, f=50 Гц, Р_н = 10 Вт, светофильтр красный.

Кнопочные посты управления.

Обозначение на схеме: SB1-SB4.

Выбираем кнопочные посты управления ПКЕ 712-2 [20]: U_н = 220B, I_н = 6А.

Резисторы.

Разрядное сопротивление:

где U_bh - номинальное напряжение возбуждения, В;

I_вн - номинальный ток возбуждения, А.

Выбираем резистор, регулируемый проволочный типа ПЭВР с диапазоном регулирования 3 - 220 Ом.

Резистор регулятора возбуждения.

R_B = 2 × R_B_(при_I_вн)= 2 × 4, 2 = 8, 4 Ом.

Выбираем резистор, регулируемый проволочный типа ПЭВР с диапазоном регулирования 3 - 220 Ом.

Электроконтактный манометр.

Обозначение на схеме: SP.

Электроконтактный манометр типа ЭКМ-1У предназначен для измерения и сигнализации или позиционного регулирования избыточного давления нейтральных жидкостей и газов. В нашем случае, электроконтактный манометр контролируют давление жидкости (воды) в нагнетающем трубопроводе.

Напряжение манометра 220 В; разрывная мощность 10 ВА - класс точности 1, 5.

Верхние пределы измерения избыточного давления ЭКМ-1У [20]: 0, 1; 0, 16; 0, 25; 0, 4; 0, 6; 1, 0; 1, 6; 2, 5; 4, 0; 6, 0; 10, 0 МПа.

Реле контроля заливки.

Обозначение на схеме: SL.

Реле контроля заливки предназначено для контроля заполнения водой насоса. Выбираем реле контроля заливки типа РЗН-67.

Накладки контактные.

Обозначение на схеме: ХВ1, ХВ2.

Выбираем накладки контактные типа НКР-3.

Автоматический выключатель.

Обозначение на схеме: SF.

Максимальный расчетный ток:

Предварительно выбираем автоматический выключатель типа АП-50 [15].

Уставка тока срабатывания защиты:

I_расц ³ (1, 1-1, 3)I_м.р.

I_расц. ³ (2, 53 – 2, 99) А.

Принимаем уставку I_расц.н = 10 А.

I_cp_._a_вт.КЗ. = 10 × I_pa_ц.н = 10 × 10 = 100 A.

Окончательно выбираем автоматический выключатель типа АП-50.

Типы реле, применяемые в схеме защиты СД.

Реле тока.

Таблица 7.5

Обозначение на схеме	Тип реле
КА	РТ-40
КА1-КА4	РТ-40
КА5	РТ-80
КА6	РТ-40
КА7	РЭВ-830
КА8	РЭВ-830

Реле напряжения.

Таблица 7.6

Обозначение на схеме	Тип реле
KV1, KV2	РН-50
KV3	РН-50
KV4	РН-50

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении дипломного проекта «Электроснабжение и электропривод насосной станции» были произведены все необходимые расчёты для определения всей нагрузки насосной станции.

Согласно заданию была скомплектована насосная станция, которая состоит из машинного зала и мастерской. После проведения расчёта по выбору мощности, типа и количества насосов принято решение установить восемь насосов типа 800В –2, 5/63 единичной производительностью 2, 5 м³/с.

По ходу расчётов определено, что насосная станция будет получать питание от энергосистемы по схеме УВН с выключателем на стороне высшего напряжения ПГВ на напряжение 35 кВ. Выбор производился согласно технико-экономическому расчёту.

Электроснабжение насосной станции осуществляется по двум воздушным ЛЭП – 35 кВ, выполненных проводом АС-70 на железобетонных опорах.

Подстанция глубокого ввода расположена справа от главных ворот машинного зала.

На ПГВ установлены два двухобмоточных трансформатора типа ТДН – 16000/35. На стороне 10 кВ одинарная система шин, секционированная маслянным выключателем РУ – 10кВ. Распределительное устройство низкого напряжения выполнено ячейками КМ – 1 с выкатными тележками.

КТП расположена внутри машинного зала напротив главных ворот и укамплектована двухобмоточными трансформаторами на 160 кВА с вторичным напряжением 0, 4 кВ. От этой подстанции получают питание силовые пункты (СП1 – СП2, ЯБПУ), через которые в свою очередь запитывается всё электрооборудование насосной станции напряжением до 1000 В.

Рассмотрены схемы защиты и управления синхронного двигателя насоса. Для этих схем был произведён выбор аппаратов.

3.Разработка алгоритмов управление реактивной мощностью.

На основе проведенного исследования методов и устройств компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения преобразовательных установок поставим задачу проектирования.

Необходимо синтезировать устройство компенсации реактивной мощности для систем электроснабжения преобразовательных установок на основе трехфазной группы индуктивных сопротивлений – реакторов – с тиристорными регуляторами тока и конденсаторной установки.

В разрабатываемом тиристорном компенсаторе реактивной мощности к шинам нагрузки параллельно подключены компенсирующие реакторы и силовые фильтры высших гармоник.

Тиристорный регулятор реактивного тока выполнен в виде тиристорно-реакторных групп, соединенных в треугольник. Каждая тиристорно-реакторная группа состоит из последовательно соединенных реактора и тиристорного ключа в виде встречно-параллельно включенных тиристорных вентилей.

Источником реактивной мощности в данном устройстве является конденсаторная установка силовых фильтров высших гармоник.

Конденсаторная установка состоит из конденсаторных батарей, соединенных в треугольник и включенных на линейное напряжение электрической сети.

Это устройство должно обеспечивать быстродействующую компенсацию реактивной мощности; осуществлять фильтрацию высших гармоник токов и напряжений, генерируемых приемником электроэнергии – преобразовательной установкой, компенсацию изменений напряжения, а также симметрирование напряжения сети; обладать достаточным диапазоном регулирования реактивной мощности.

Разработаем алгоритм функционирования проектируемого устройства, на основании которого обеспечивалось бы выполнение всех функций устройства, указанных в задании на проектирование.

Проектируемое устройство должно иметь структуру, которая обеспечила бы, прежде всего, проверку правильности работы всей системы и отключение устройства в случае сбоя. Устройство должно содержать узлы для контроля параметров сети электроснабжения, а также блоки для измерения значения коэффициента мощности в сети и коррекции величины генерируемой устройством реактивной мощности в случае, когда величина ее фактического значения выходит за заданные пределы.

После подачи питания на проектируемое устройство производится проверка напряжения в системе. Если величина напряжения не находится в пределах, заданных как норма, то выполняется диагностика функционирования системы. Если U_пит = 0, то осуществляется повторная подача питания в систему, а если же U_пит ¹ 0, то после вывода результатов диагностики устройство отключается от сети для проверки исправности функционирования блоков системы.

Если напряжение в системе не выходит за рамки нормируемой величины, то проводится контрольное тестирование элементов системы регулирования реактивной мощности, и в случае удовлетворительных результатов тестирования выполняется контроль параметров сети электроснабжения.

Если результаты тестирования окажутся неудовлетворительными, или же в сети обнаружится короткое замыкание, то после вывода результатов тестирования устройство отключается от сети.

После того, как тестирование системы и контроль параметров сети дадут удовлетворительные результаты (т.е. покажут, что устройство компенсации реактивной мощности работает не в аварийном режиме), производится ввод задающих воздействий на систему. Вводятся предельное значение напряжения и требуемое значение коэффициента мощности в системе электроснабжения.

Теперь устройство готово для выполнения своей основной задачи – компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения.

Регулирование реактивной мощности, генерируемой в сеть, производится за счет изменения угла управления тиристоров a. При этом изменяется величина и длительность протекания тока через компенсирующие реакторы, т.е. потребление компенсирующими реакторами реактивной мощности при постоянстве реактивной мощности, генерируемой конденсаторными установками фильтров.

Работа устройства происходит следующим образом.

Измеряются мгновенные значения тока и напряжения в сети, и вычисляется фактическое значение коэффициента мощности в сети, которое сравнивается с заданным ранее требуемым значением.

Если фактическое значение коэффициента мощности равно (с учетом зоны нечувствительности) заданному значению cos j, то устройство не изменяет величину генерируемой в сеть реактивной мощности, а возвращается к контролю параметров сети для обнаружения возможного аварийного режима работы устройства или изменения величины потребляемой в сети реактивной мощности.

Когда же окажется, что фактическое значение cos j отлично от заданного, вырабатывается напряжение управления U_упр для блока управления системы импульсно-фазового управления (СИФУ) тиристорами. В СИФУ происходит формирование опорных напряжений и сравнение U_упр и U_оп. И, наконец, моменты переключения компараторов СИФУ преобразуются в импульсы управления тиристорами. Импульсы, подаваемые на тиристоры, смещены относительно моментов естественного отпирания тиристоров на угол a, значение которого зависит от величины U_упр.

Если значение угла управления a находится в разрешенных пределах, то формируемые СИФУ импульсы управления тиристорами изменяют интервал проводимости тиристоров и, соответственно, величину генерируемой в сеть реактивной мощности проектируемым устройством.

Если в результате регулирования реактивной мощности фактическое значение напряжения в сети превысит заданное граничное, то формируется управляющий сигнал нелинейного регулятора реактивной мощности. Приводится в действие нелинейный регулятор, чем снижается величина напряжения в сети до допустимого значения (не допускается перенапряжение в системе электроснабжения), даже если это достигается ценой уменьшения фактического значения коэффициента мощности в сети.

Разрабатываемый алгоритм должен позволять отключать устройство от сети не только в случае возникновения сбоев, перегрузок, аварийных режимов, но и по требованию потребителя. Для этого производится проверка наличия оснований для отключения устройства по требованию пользователя. Если с пульта управления компенсатором реактивной мощности поступила команда на отключение, то система производит тестирование устройства, выводит результаты тестирования в виде, удобном для пользователя, и отключает устройство от сети.

В том случае, когда команда на отключение не поступает, устройство продолжает циклически функционировать по описанному выше алгоритму.

На основании этих требований составляем алгоритм функционирования проектируемого устройства, блок-схема которого приведена на рисунке 35.

По составленному алгоритму функционирования синтезируем структурную схему проектируемого устройства, реализующую алгоритм.

Устройство содержит пульт оператора, позволяющий задавать значения напряжения, реактивной мощности и коэффициента мощности в сети в ручном или автоматическом режиме. Это осуществляется через соответствующие блоки задания.

Устройство содержит также блок дистанционного задания, с помощью которого можно установить требуемые значения контролируемых параметров сети электроснабжения предприятия, на котором устанавливается разрабатываемое устройство, используя ЭВМ.

Эти структурные элементы устройства на схеме объединены в блок задания предельного напряжения и cos j в электросети.

В разработанном устройстве для управления тиристорами, входящими в тиристорно-реакторную группу, применяется система импульсно-фазового управления. СИФУ осуществляется генерация отпирающих импульсов для тиристоров, смещение их по фазе относительно питающего напряжения силовой схемы.

Она позволяет преобразовать выходное напряжение блока управления U_упр в последовательность подаваемых на тиристоры отпирающих импульсов, момент формирования которых смещен относительно моментов естественного отпирания тиристоров на угол a, зависящий от значения U_упр.

В систему импульсно-фазового управления вводится опорное напряжение, взятое от источника, питающего силовую схему. Генерация отпирающего импульса для тиристора происходит на одном из фронтов соответствующего опорного напряжения в момент совпадения опорного с управляющим напряжением. При изменении управляющего напряжения импульс сдвигается относительно опорного и, следовательно, относительно напряжения силовой схемы.

При смещении отпирающих импульсов изменяется интервал времени, в течение которого через реактор, входящий в тиристорно-реакторную группу, протекает ток, изменяется среднее значение напряжения на реакторе. Следовательно, изменяется значение потребляемой реактором реактивной мощности.

Таким образом осуществляется регулирование коэффициента мощности и компенсация реактивной мощности в системе электроснабжения.

В работе используется синхронная многоканальная система импульсно-фазового управления, т.е. СИФУ, в которой выполняется отсчет угла a от моментов естественного отпирания для встречно-параллельно включенных тиристоров каждой фазы.

Система импульсно-фазового управления состоит из узла формирования опорных напряжений, компараторов, сравнивающих напряжение управления U_упр и опорные напряжения U_оп, узлов, преобразующих моменты переключения компараторов в импульсы управления тиристорами, узлов ограничения диапазона изменения угла a и выходных усилителей.

Под действием изменения времени проводимости тиристоров устройства изменяется генерируемая в сеть реактивная мощность, изменяются также значения напряжений и токов в сети.

Устройство содержит блоки измерения мгновенных значений тока и напряжения сети и узел определения фактического значения коэффициента мощности.

Эти блоки необходимы для определения фактического значения реактивной мощности в сети с целью подачи информационно-управляющих импульсов в блок управления компенсатора реактивной мощности.

В составе устройства предусмотрен блок формирования нелинейного закона регулирования реактивной мощности, который в случае появления в сети перенапряжений посылает в блок управления информационные импульсы, призванные исключить работу сети в аварийном режиме.

ЗАДАНИЕ

на выполнение магистерской диссертации

Магистранту Қ ожабаев Ержан Абдрейқ ұ лұ лы

(фамилия, имя, отчество)

утверждена Ученым советом университета № от «____ »________________

Срок сдачи законченной диссертации «10» ноября 2016 г._______________

1. Анализ режимов насосной станций________________________________

2. Измерение активной и реактивной мощности и построение графиков нагрузки

3. Измерение напряжение и анализ его качественных показателей________

4. Разработка алгоритмов управление реактивной мощностью

5. Определение потерь в сетях электроснабжение насосной станций______

Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)

Рекомендуемая основная литература

2. Карелин В.Я, Минаев А.В Насосы и насосные станции Москва Стройиздат 1986 г;

Г Р А Ф И К

подготовки магистерской диссертации

Наименование разделов, перечень разрабатываемых вопросов	Сроки представления научному руководителю	Примечание
1. Ознакомился с общими вопросами использования энергии ветра и солнца для выработки электроэнергии	09.09.2015-12.11.2015
2.Представлены перспективы развития ветровой и солнечной энергетики в Казахстане.	12.11.2015-07.01.2016
3. Исследование площадки ВЭС Ерейментау	07.01.2016-09.05.2016
4. Расчет фактической выработки электроэнергии ВЭС Ерейментау	09.05.2016-15.07.2016
5. Технико-экономический расчет	15.07.2016-12.08.2016
6.Оформление, подведение итогов.	12.08.2016-27.09.2016

Дата выдачи задания________ 09.09.2015 г.

Заведующий кафедрой________________

(подпись) (Ф.И.О.)

Руководитель диссертации_____________

(подпись) (Ф.И.О.)

Задание принял к исполнению

магистрант _________________________

(подпись) (Ф.И.О.)

Введение

Исходные данные к проекту:

- мощность энергосистемы S_с= 2500кВА;

- сопротивление системы Х_с=0, 5о.е;

- расстояние от энергосистемы до устройства высокого напряжения ПГВ L =5 км;

- производительность насосной станции Q_z=6000 м³/час;

- напор Н = 20000 м.

1 Технология и генеральный план насосной станции

Кавитацию сопровождает ряд нежелательных в эксплуатации насосов явлений:

- повышение вибрации, которая приводит к быстрому изнашиванию подшипников;

Области применения различных типов насосов в зависимости от их подачи и напора приведены на рис. 1.1 [1].

Технологическая схема насосной установки представлена на рис.1.2.

- один сверлильный станок;

- два токарно-винторезных станка;

- один фрезерный станок;

- один круглошлифовальный станок;

- один обдирочно-шлифовальный станок;

- два сварочных трансформатора.

Генеральный план насосной станций представлен на рис. 1.3.

2 Определение расчетных электрических

нагрузок насосной станции

2.1 Выбор типа и числа рабочих насосов

где К_з - коэфициент запаса (К_з= 1, 18 при Р> 200 кВт);

r — плотность перекачиваемой жидкости, для холодной воды равна 1000 кг/м³;

g —силы тяжести ускорение, м²/с;

Q — производительность насоса, м³/с;

Н — напор, м;

h_нас - к.п.д. насоса.

Р_н = 680 кВт; n₀, =500 об/мин; cos j = 0, 9; I_стат = 1280 А; h_н = 85%; U_h = 10 кВ;

M_max/М_н= 1; M_s_=0.05/M_н = 1, 8; Ub = 85 В; I_в = 1280 A; m=17400 кг, габариты LxB=4450x3250 мм.

Присоединенная мощность (кВт) определяется по следующей формуле:

(2.2)

где n - число электродвигателей;

Рн — номинальная мощность электродвигателя, кВт;

h_н - номинальный к.п.д. электродвигателя;

К_з - коэффициент загрузки.

Коэффициент загрузки определяется по следующему выражению:

Тогда по (2.2);

2.2 Выбор мощности вентиляторов

Необходимая производительность вентилятора, м³/с:

(2.3)

где Q - объем помещения, м³.

Мощность электродвигателя вентилятора определяется по формуле:

(2.4)

где Q - производительность вентилятора, м³/с;

h — полное давление, кг/м²;

k - коэффициент запаса (к = 1, 2 –1, 8);

h — полный коэффициент полезного действия вентилятора (0, 6-0, 9).

Количество воздуха, подаваемого вентилятором в машинный зал насосной станции по (2.3):

Мощность электродвигателя вентилятора установленного в машинном зале насосной станции по (2.4):

Для привода вентилятора выбираем асинхронный двигатель с КЗ ротором типа 4А150S2У3 с каталожными данными [3]:

Р_н = 6 кВт; U_н = 380/660 В; cosj_н, =0, 89; h_н = 87 %; n₀ = 2800 об/мин;

S_н = 2, 3 %; I_п/I_н= 6; M_max/М_н = 2, 2; М_п/М_н = 1, 4.

Количество воздуха, подаваемого вентилятором в мастерскую по (2.3):

Мощность электродвигателя вентилятора установленного в мастерской по (2.4):

Для привода вентилятора выбираем асинхронный двигатель с КЗ ротором типа 4А90В2УЗ с каталожными данными [3]:

Р_н = 3 кВт; U_н =380 В; cosj_н, =0, 86; h_н = 84 %; n₀ = 3000 об/мин;

S_н = 5; I_п/I_н= 6, 7; M_max/М_н = 2, 2; М_п/М_н = 2.

Мощность электродвигателей дня приточной и вытяжной вентиляции принимаем одинаковой.

Приточные вентиляторы работают в блоке с калориферами. Мощность каждого калорифера принимаем равной 2 кВт.

Мощность, расходуемая на обогрев калориферами:

Р_кал = n× Р₁_k = 3× 2 = 6 кВт, (2.5)

где Р₁_k - мощность одного калорифера.

Присоединенная мощность двигателей для привода вентиляторов в мастерской:

(2.6)

(2.7)

Расчет освещения производственной площади насосной станции

Расчет общего освещения по удельной мощности является упрощенной формой метода коэффициента использования. Удельная мощность d (Вт/м²) является важнейшим энергетическим показателем осветительной установки, широко используемым для оценок экономических решений и для предварительного определения нагрузки при начальных стадиях проектирования.

Удельная мощность d определяется по таблицам [4] и зависит от типа светильников, нормированной освещенности, коэффициента запаса, коэффициента отражения поверхностей помещения, значения расчетной высоты установки светильника, площади помещения.

Площадь помещения машинного зала определяется по генеральному плану насосной станции F_м.з. = 1331 м². Удельная мощность осветительной установки для машинного зала равна d=20 Вт/м².

Мощность осветительной нагрузки машинного зала определяется по формуле:

Р_{осв.м.з.}= К_с× d× F. (2.8)

Р_{осв.м.з.}= 0, 95× 20× 1331 = 25, 289 кВт.

Значения коэффициента спроса осветительной нагрузки К_с приведены в [5]. Для газоразрядных ламп коэффициент мощности cosj = 0, 54 (tg j = 1, 156).

Реактивная мощность, потребляемая освещением, рассчитывается по формуле:

Q_ocв.м.з.= Р_осв.м.з.× tgj. (2.9)

Q_oc_в.м.з.= 25, 289 1, 156 = 29, 234 кВар.

Определяем полную мощность осветительной нагрузки:

S_ocв.м.з.= (2.10)

S_ocв.м.з.=

Расчет освещения мастерской ведется аналогично расчету освещения машинного зала насосной станции. Площадь мастерской по генплану F_мас = 321 м². Удельная мощность осветительной установки мастерской по [4] равна d =18 Вт/м. Освещение производится люминесцентными лампами. Коэффициент мощности для люминесцентных ламп cosj = 0, 9 (tgj = 0, 484).

Мощность осветительной нагрузки мастерской определяется по формуле (2.8):

Р_{осв.мас.}= 1 • 15 • 319 = 4, 785 кВт.

Реактивная мощность, потребляемая освещением, рассчитывается по формуле (2.9):

Q_oc_в.м_ac_.= 4, 785 • 0, 484 = 2, 316 кВар.

Определяем полную мощность осветительной нагрузки по формуле (2.10);

S_ocв.м.з.=

Определение общую мощности осветительной нагрузки по насосной станции в целом:

Р_осв = Р_осв.м.з+ Р_{осв.мас}=25, 289 + 4, 785 =30, 074 кВт, (2.11)

Q_oc_в = Q_oc_в.м.з.+ О_{осв.мас}= 29, 284 + 2, 316 = 31, 6 кВар, (2.12)

S_ocв= (2.13)

Для сравнения, определим мощность осветительной нагрузки с помощью метода коэффициента использования, учитывающего геометрию помещения, конструкцию и конкретное расположение осветительной установки, нормы освещенности, вид светильников и характеристики применяемых ламп.

Метод коэффициента использования светового потока предназначен для расчета равномерного освещения горизонтальных поверхностей при отсутствии крупных затеняющих предметов.

При расчете по этому методу световой поток Ф (лм) ламп в каждом светильнике, необходимый для создания заданной минимальной освещенности (норма освещенности - Ен), определяется по следующей формуле [5]:

(2.14)

где К_зап — коэффициент запаса:

F - площадь освещаемой поверхности, м²;

Z - коэффициент минимальной освещенности, z=l.l - для люминесцентных ламп, Z = 1, 6 для ламп накаливания и ДРЛ;

N - число светильников;

h - коэффициент использования светового потока источника света, в долях единицы.

По значению Ф выбирается стандартная лампа так, чтобы ее поток отличался от расчетного значения Ф на -10 ¸ +20%. При невозможности выбора источника света с таким приближением корректируется число светильников.

При расчете освещения, выполненного люминесцентными лампами, чаще всего первоначально намечается число рядов n, которое в (2.8) соответствует величине N. Тогда под Ф следует понимать поток ламп одного ряда.

Если световой поток ламп в каждом светильнике составляет Ф_ном, то число светильников в ряду определяется по формуле

(2.15)

Суммарная длина N светильников сопоставляется с длиной помещения, при этом возможны следующие случаи:

1) суммарная длина светильника превышает длину помещения. В этом случае необходимо применить более мощные лампы (у которых поток на единицу длины больше) или увеличить число рядов, можно компоновать ряды из сдвоенных, строенных светильников и т.д.:

2) суммарная длина светильников равна длине помещения: задача решается установкой непрерывного ряда светильников;

3) суммарная длина ряда меньше длины помещения: принимается ряд с равномерно распределенными вдоль него разрывами между светильниками. Рекомендуется, чтобы расстояние между светильниками в ряду не превышало 0.5 расчетной высоты

Расчетная высота (м) определяется по следующей формуле [5]:

H = H - h_p - h_c (2.16)

где Н - высота помещения, м;

h_p - высота расчетной поверхности над полом, м;

h_с - расстояние светильника от перекрытия, м.

Коэффициент использования светового потока является функцией индекса помещения i, который определяется по формуле [5]:

(2.17)

где L - длина помещения, м;

В - ширина помещения, м;

h - расчетная высота, м.

Для определения коэффициента использования h кроме индекса помещения i необходимо оценить коэффициенты отражения поверхностей помещения: потолка r_n стен r_c и рабочей поверхности r_p.

Основное требование при выборе расположения светильников заключается в доступности их при обслуживании. Кроме того, размещение светильников определяется условием экономичности. Важное значение имеет отношение расстояния между светильниками или рядами светильников к расчетной высоте l = L_a/h, уменьшение его приводит к удорожанию осветительной установки и усложнению ее обслуживания, а чрезмерное увеличение приводит к резкой неравномерности освещения и к возрастанию расходов энергии.

При расположении рабочих мест рядом со стенами здания светильники следует устанавливать на расстоянии L от стены, которое принимается равным (0, 3-0, 5)L.

Освещение машинного зала

По (2.16) определим расчетную высоту: h=16 - 0 -1 =15 м.

По табл. 4-16 [4]: l_э=1, тогда расстояние между лампами, расположенными в одном ряду, L_а=lэ× h=1× 15=15 м.

При L_a = 14 м в ряду можно разместить 4 светильника, тогда

(2.18)

где l - расстояние от стены до крайнего светильника, м;

N₁ – число светильников в одном ряду.

l находиться в пределах (0, 3 – 0, 5)L_a т.е. (4, 5< 5, 25< 7, 5)м

La: Lв=15: 12 = 1, 25 £ 1, 5.

Число светильников в машинном зале N = 8. Размещение светильников представлено на рис.2.2.

По табл.5-2 [4] принимаем r_п = 0, 7; r_с = 0, 5; r_р = 0, 3.

Индекс помещения по (2.17):

По табл.5 -17 [4] определяем коэффициент использования светового потока h = 75%.

По формуле (2.14) при Е_н = 150 лк и К_зап=1.5, принятых по табл.4-4 в [4] находим:

Расчетная осветительная нагрузка определяется по формуле [5]:

P_o = P_ycт× K_c - К_пра (2.19)

где Р_уст - установленная мощность ламп, кВт;

К_с - коэффициент спроса;

Расчетная осветительная нагрузка машинного зала no (2.19):

P_o_.м.з. = (8х1)× 0, 95× 1, 1 = 8, 36 кВт.

Для газоразрядных ламп типа ДРЛ cosj = 0, 5 (tgj = 1, 732), тогда:

Q_о.м.з.= Р_о.м.з.• tgj = 8, 36 • 1, 732 = 14, 48 кВар.

Освещение мастерской

Расчетная высота по (2.16): h = 5 – 0 – 0, 22 = 4, 78 м.

По табл. 4-11 [4]: l_с = 1, 4, тогда расстояние между рядами L = l_c× h = 1, 4 × 4, 78 = = 6, 7 м.

Индекс помещения по (2.17):

По табл. 5-12 [4]: h = 58%; по табл. 4-4к [4] для металлообрабатывающих мастерских Е_н = 300 лк, К_зап =1, 5. Тогда по (2.14):

Число светильников в ряду по (2.15):

ламп;

где Ф_ном = 5220 лм для ЛБ мощностью 80 Вт

Длина непрерывного ряда светильников: l _ряда = N × L_c_в = 13× 1, 625 = 21, 125 м.

Определяем остаток расстояние и превратим в равные разрывы между светильниками:

l _o_ст = L_мас - l _ряда = 22 – 21, 125 = 0, 825 м, (2.20)

l_{разрыва} = l _ocm/N = 0, 825/13 = 0, 067 м. (2.21)

Расчетная осветительная нагрузка мастерской по (2.19):

Р_о.мас. = (52x0, 08)× 1× 1, 35 = 5, 616 кВт.

Для люминесцентных светильников cosj = 0, 9 (tgj = 0, 484).

Q_о.мас. = P_o_.м_ac × tgj = 5, 616 • 0, 484 = 2, 718 кВар. (2.22)

Общая мощность осветительной нагрузки по насосной станции в целом:

Р_о = Р_о.м.з. + Р_о.мас = 8, 36 + 5, 616 = 13, 976 кВт, (2.23)

Q_o = Q_o.м.з. + Q_o_.м_ac = 14, 48 + 2, 718 = 17, 198 кВар, (2.24)

(2.25)

12 3 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒