Конструктивное выполнение электрической сети
Выбор способа распределения электроэнергии зависит от величины электрических нагрузок и их размещения, плотности застройки предприятия, конфигурации технологических, транспортных и других коммуникаций, загрязненности грунта на территории предприятия и т.д.
Токопроводы напряжением 6, 10, 35 кВ (жесткие и гибкие) при нормальной окружающей среде прокладываются на открытых опорах, при загрязненной среде или загруженной коммуникациями территории - в закрытых галереях, тоннелях и на железобетонных кронштейнах, укрепляемых на наружной стене производственного здания.
Кабельные линии могут прокладываться в траншеях, блоках, каналах, на кабельных эстакадах и галереях. Прокладка кабелей в блоках допускается; в местах пересечения с железными дорогами; в условиях большой стесненности трассы; в местах, где возможны случаи разлива расплавленного металла и т.п.
Типы кабелей выбираются в зависимости от принятого способа прокладки в соответствии с рекомендациями.
После выбора и расчета схем внутреннего электроснабжения на А1 -м формате рисуется полная принципиальная электрическая схема предприятия. На схеме показываются все связи ГПП (ЦРП) с высоковольтными РП, ТП и высоковольтными электроприемниками, а также связи ТП с низковольтными РПН. На схеме указываются тип и длина воздушных и кабельных линий, типы силовых трансформаторов, коммутационной аппаратуры, предохранителей, трансформаторов тока и напряжения, шин распределительных устройств, трансформаторов собственных нужд, конденсаторных установок, комплексных распределительных устройств и измерительных приборов, устанавливаемых на стороне высшего и низшего напряжения главной понизительной подстанции. При этом в обозначении используемого электрооборудования следует указать номинальные данные, например, напряжение, мощность, ток, а также ток электрической стойкости, коэффициент трансформации трансформаторов тока и т.д.
Для пояснительной записки на А4 -м формате рисуется упрощенная схема электроснабжения предприятия (без разъединителей, трансформаторов тока и напряжения). На ней показываются только шины низшего напряжения ГПП, РП, ТП, РПН и высоковольтные электроприемники. Схемы на А4 -м формате используется для пояснения расчетов питающих линий предприятия. На (рис. 6.3) приведен пример упрощенной электрической схемы внутреннего электроснабжения предприятия.
Расчет питающих линий
Сечение кабелей напряжением 10 кВ определяется по экономической плотности тока и проверяется по допустимому току кабеля в нормальном режиме работы с учетом условий его прокладки, по току перегрузки, потере напряжения в послеаварийном режиме и термической стойкости к токам короткого замыкания. Весь расчет сводится в табл. 6.1.
Расчетный ток в кабельной линии в нормальном режиме:
(6.1)
где Sр.к. - мощность, которая должна передаваться по кабельной линии в нормальном режиме.
Например, при питании однотрансформаторной цеховой подстанции это расчетная нагрузка трансформатора подстанции, при питании двухтрансформаторной подстанции это расчетная нагрузка, приходящаяся на один трансформатор, а при питании распределительного устройства 6, 10 кВ это нагрузка, потребляемая одной секцией сборных шин. Для магистральной линии мощность Sр.к. должна определяться для каждого участка путем суммирования расчетных нагрузок соответствующих трансформаторов, питающих по данному участку магистральной линии.
Сечение кабельной линии, определяемое по экономической плотности тока:
(6.2)
где Jэ - экономическая плотность тока, зависящая от типа кабеля и продолжительности Тм использования максимума нагрузки.
По результату расчета выбирается кабель, имеющий ближайшее меньшее стандартное сечение по отношению Fэ. При выборе типа исполнения кабеля должны учитываться условия окружающей среды. Для выбранного кабеля по таблицам из справочников находят длительно допустимый ток.
Допустимый ток кабеля с учетом условий его прокладки рассчитывается по формуле: 
, (6.3)
где Кп - поправочный коэффициент на число параллельно прокладываемых кабелей;
Кт - поправочный коэффициент на температуру среды, в которой прокладывается кабель;
Nк - число запараллеленных кабелей в кабельной линии;
Кпер = 1,25 – коэффициент перегрузки.
рис. 6.3 Фрагмент упрощенной электрической схемы внутреннего электроснабжения предприятия
Согласно ПУЭ для кабельных линий, прокладываемых по трассам в различных условиях охлаждения, сечения кабелей должны выбираться по участку трассы с худшими условиями охлаждения, если длина его составляет более 10 м. Например, при прокладке кабеля в траншее и кабельном канале цеха коэффициент Кт берется по температуре цеха не ниже +20 ... 25 градусов.
Под послеаварийным режимом кабельной линии будем понимать режим, когда выходит из строя одна из двух кабельных линий, питающих потребителей 1 и 2 категории. При этом нагрузка на линию удваивается, то есть Iав = 1Iр.к. Допустимая перегрузка в указанном режиме.
(6.4)
где Кав - коэффициент перегрузки.
Потери напряжения в кабельной линии:
(6.5)
где Рр, Qр - расчетная активная и реактивная нагрузки;
Rо, Xо- удельные активное и индуктивное сопротивление кабеля.
На этом предварительный расчет кабельных линий для нормального и аварийного режимов заканчивается. Полученные сечения кабелей используются при расчете токов короткого замыкания, после которого определяется сечение кабелей Fт.с. по термической стойкости к токам короткого замыкания и, если выбранное в данном разделе сечение кабеля оказывается меньше Fт.с., то производится его соответствующее уточнение в табл. 6.1.
Для проверки кабеля по термической стойкости определяется тепловой импульс тока короткого замыкания:
кА2´с (6.6)
где tотк. - время отключения, вычисляется по формуле :
с (6.7)
где Та - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ;
tотк.в. - полное время отключения выключателя;
tр.з. - время действия релейной зашиты;
Ino - начальное значение периодической составляющей тока КЗ.
Таблица 6.1
| № | конечные пункты кабельной линии | Рр, кВт | Qр, кВар | Sp.k., кВ´А | Ip.k., A | Fэ, мм | Fт.с., мм | Тип и кол-во кабелей | Способ прокладки |
Окончание таблицы 6.1
| нагрузка А на кабель | |||||||||||
| в нормальном режиме | в после -аварийном режиме | Iдоп, А | Кn, о.е. | Кt, о.е. | I’доп, А | Кав, о.е. | I’ав, А | L, км | Ro, ом км | Xo, ом км | U, % |
Капитальные затраты каждого варианта включает в себя стоимость ячеек РУ с выключателями Кв, устанавливаемые на РУ ГПП, стоимость кабельных линий Кл и стоимость вводных ячеек с выключателями нагрузки Квн, тыс.р.
(6.8)
где Кв = n ´ Кво; Квн = m ´ Квн, (6.9)
n, m- количество ячеек РУ с выключателем;
Кво - стоимость одной ячейки РУ с силовым выключателем;
Квн - стоимость одной ячейки РУ с выключателем нагрузки.
(6.10)
где Куд - стоимость 1км кабельной линии с принятым сечением, тыс.руб.
L - длина кабельной линии, км (определяется из генплана предприятия).
Эксплутационные расходы Сэ состоят из стоимости потерь электроэнергии в линиях Спл, амортизационных отчислений на ячейки РУ с выключателями Сав и кабельные линии Сал.
(6.11)
Коэффициент загрузки кабеля в нормальном режиме:
(6.12)
где Iдоп - допустимый ток кабелей;
Iр - расчетный ток кабелей;
Ксм - коэффициент снижения токовой нагрузки, принимает равным 0.9;
Потери активной мощности в линии при действительной нагрузке:
кВт´ч (6.13)
где Ro - удельное активное сопротивление кабелей.
Потери энергии в линии составляет, кВт´ч:
(6.14)
где t - число часов максимальных потерь в целом по предприятию.
Стоимость ежегодных потерь электроэнергии в линиях тыс.р./год.
(6.15)
где Спо – 1,6 р/(кВт´ч) стоимость 1 кВт´ч потерь электроэнергии или задается преподавателем.
Амортизационные отчисления на выключатели(Сав) и линии (Сал), тыс.р./год.
(6.16)
где aв и aл удельные амортизационные отчисления соответственно на выключатели и кабельные линии.
Приведенные затраты с учетом внутризаводского электроснабжения, тыс.р./год:
(6.17)
На основании сравнения показателей системы внутризаводского электроснабжения окончательно принимают вариант, имеющий наименьшие приведенные затраты и удовлетворяющий всем техническим требованиям, местным условиям, перспективному развитию и т.п.