Розрахункове навантаження на шинах 6 кВ РП-1

Розрахункова потужність на шинах 6-10 кВ розподільчих і  головних підстанцій визначаеться з урахуванням коефіцієнта одночасності, значення якого приймаеться за /1, табл. 4/ в залежності від середньозваженого коефіцієнта використання і числа приєднання до зборним шинам розподільчого пристрою.

P_p = P_c × K_o,                                                                         (13)

Q_p = Q_c × K_o,                                                                        (14)

.                                                                          (15)

Розрахунок  електричної  потужності  для  відділення флотаціїі і фильтрації представленно в додатку 3.

ВИБІР ЧИСЛА І ПОТУЖНОСТІ ЦЕХОВИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ З УРАХУВАННЯМ КОМПЕНСАЦІЇ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ
     Кількість цехових ТП безпосередньо впливає на витрати на розподільні пристрої напругою 6-20 кВ і внутрішньозаводські і цехові електричні мережі. Так при зменшенні числа ТП (тобто при збільшенні їх одиничної номінальної потужності) зменшується число осередків РП, сумарна довжина ліній і втрати електроенергії і напруги в мережах 6-20 кВ, але зростає вартість мереж напругою 0,4 кВ і втрати в них. Збільшення числа ТП, навпаки, знижує витрати на цехові мережі, але збільшує число осередків РП 6-20 і витрати на мережу 6-20 кВ. При деякій кількості трансформаторів з номінальною потужністю Sном.т можна домогтися мінімуму приведених витрат при забезпеченні заданої ступеня надійності електропостачання.     Такий варіант буде оптимальним, і його слід розглядати як остаточний /3, с.101/.
    Вибір оптимального числа цехових трансформаторів.
Мінімальне число цехових трансформаторів Nmin однакової потужності Sном.т, призначених для живлення технологічно пов'язаних навантажень, визначається за формулою

            ,                                                                  (16)

    де Рр - розрахункова активна потужність технологічно пов'язаних навантажень;
Кз - рекомендований коефіцієнт завантаження трансформатора;
DN - добавка до найближчого цілого числа.

     Економічно оптимальне число трансформаторів Nопт визначається питомими витратами З* на передачу реактивної потужності і відрізняються від Nmin на величину m

Nопт = Nmin + m ,                                                                                      (17)
де m - додатково встановлені трансформатори;
З* = Кз • З*тп ,                                                                                        (18)

  При відсутності достовірних вартісних показників для практичних розрахунків допускається вважати З*тп = 0,5 і тоді Nопт визначати приймаючи значення m в залежності від Nmin
Отже m = 0, відповідно

Nопт = 8 + 0 = 8

  Найбільшу реактивну потужність, яку доцільно передавати через трансформатори в мережу напругою 0,4 кВ, визначають за формулою

 ,                                                      (19)

де Рр - розрахункова активне навантаження;

.

Сумарна потужність конденсаторних батарей на напругу 0,4 кВ складе

 ,                                               (20)
Qp - розрахункове реактивне навантаження.
Якщо в розрахунках виявиться, що Qнк1 < 0, то установка батарей конденсаторів при виборі оптимального числа трансформаторів не потрібно.
Вибір потужності конденсаторних батарей для зниження втрат потужності в трансформаторах
Додаткова потужність Qнк2 НБК для групи трансформаторів визначається за формулою:

Qнк2 = Qр - Qнк1 - g × Nтр × Sном.т.                                                         (21)

де g - розрахунковий коефіцієнт, що залежить від розрахункових параметрів Кр1 і Кр2 і який при відсутності достовірних даних можна прийняти рівним 0,4 /3 с. 107/.

Встановленя НБК2 не потрібно, тому Qнк2 < 0.
Встановлюємо 8 НБК типу УКМ58-0,4-200-33У3.
При потужності НБК Qнбк = 200 квар на нижчій стороні одного трансформатора загальна скомпенсуюча потужність ділянки

НЕскомпенсуюча реактивна потужнысть

СХЕМА ВНУТРІШНЬОГО ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ЗБАГАЧУВАЛЬНОЇ ФАБРИКИ

Опис схеми внутрішнього електропостачання

Рис. 1. Структурна схема внутрішнього електропостачання.

   Внутрішньозаводське електропостачання збагачувальної фабрики здійснюється за допомогою електричної мережі напругою 6 кВ виконаної по радіальній схемі Рис. 1, кабельними лініями прокладеними в повітрі в кабельних коробах.
Компенсація реактивної потужності.
Компенсація реактивної потужності (КРП) є невід'ємною частиною завдання електропостачання промислового підприємства. Компенсація реактивної потужності одночасно з поліпшенням якості електроенергії в мережах промислових підприємств є одним з основних способів скорочення втрат електроенергії.
   Встановлення окремих високовольтних батарей конденсаторів (ВБК) рекомендується передбачати на тих РП, де реактивна навантаження відстаюча і є технічна можливість такого приєднання.
  Сумарна реактивна потужність ВБК розподіляється між окремими РП пропорційно їх некомпенсованої реактивної навантаження на шинах 10(6) кВ та округлюється до найближчої стандартної потужності комплектних конденсаторних установок (ККУ).
  До кожної секції РП рекомендується підключати ККУ однакової потужності, але не менше 1000 квар. При меншій потужності батареї її доцільно встановлювати підстанції.
Для підвищення коефіцієнта потужності електроустановок застосовуються конденсаторні установки (КУ), які призначені для автоматичної компенсації реактивної потужності навантажень споживачів у мережах загального призначення.
КУ являють собою осередки, в яких розміщені апаратура управління, вимірювання і сигналізації і конденсатори, з'єднані за схемою трикутника.
 Автоматичне вимкнення конденсаторів при перевантаженні по струму за рахунок підвищення напруги і зовнішніх гармонік в установках забезпечує электротоковое реле. Захист від струмів короткого замикання здійснюється плавкими запобіжниками. Для включення і відключення ступенів в установках застосовані магнітні пускачі. Установки оснащені регулятором і можуть працювати в режимі автоматичного і ручного управління. Є індикатори, що вказують стан установки в процесі її експлуатації.
Зробимо розрахунок оптимальної потужності компенсуючих пристроїв на РУ-1.
Необхідна потужність компенсуючих пристроїв на РУ -1 визначається виходячи з балансу між генерується і споживаної реактивними потужностями:
                                                                                    (22)

де Qку - потужність компенсуючих пристроїв, квар;
Qг.с - потужність, що видається системою, квар;
Qн - потужність навантаження, квар.
Реактивна потужність навантаження на РУ - 1 визначається як сума нескомпенсированной реактивної потужності з боку 0,4 кВ і споживаної реактивної потужності асинхронними двигунами.
Нескомпенсированная реактивна потужність з боку 0,4 кВ, визначена раніше, дорівнює Qнеск.04 - 3200 квар.
Реактивна потужність АД визначається за формулою:

,                                                                          (23)

де QадS - споживана реактивна потужність всіх АД, квар;
Радий - активна потужність одного АД, кВт;
tgfад - коефіцієнт потужності АД, рівний для цієї моделі
tgfад = 0,484;
Nад - кількість ПЕКЛО.

.

Реактивна потужність споживання на РУ - 1:

                                           (24)

Необхідна потужність КУ на РУ - 1:

   ,                                 (25)                                      

де Рру1 - активна потужність навантаження на РУ - 1 (визначена в розділі 1).
Потужність КУ на одну секцію:

,                                                                       (26)

де Nс - кількість секцій на РУ - 1.
Приймається для установки на одну секцію комплектне компенсує пристрій УКЛ56-6,3-450У3.
Повна потужність КУ на РУ - 1:

.
Повна некомпенсована реактивна потужність на РУ - 1:

,                                     (27)
.
   Вибір кабельних ліній по нагріванню тривало допустимим струмом.
Для забезпечення нормальних умов роботи лінії треба вибирати такий переріз провідника для якого допустимий струм більше або дорівнює найбільшому струму в лінії.
   Перерізу жил кабелів по нагрівання тривалим розрахунковим струмом. при цьому має дотримуватися співвідношення
Ip ≤ K П1 × N2 × Ід,                                                                                              (28)

де k п1 - поправочний температурний коефіцієнт;
N2 - поправочний коефіцієнт, що залежить від кількості паралельно прокладаються кабелів і від відстані між ними.
Ід - допустимий струм для провідника прийнятої марки і умов його прокладки.
Значення припустимих тривалих струмових навантажень складені для нормальних умов прокладки провідників: температура повітря +25 °С, землі +15 °С і за умови, що в траншеї покладений тільки один кабель.
Якщо монтаж кабелів виконаний на лотках щільною групою, то поправочний коефіцієнт Кп2 можна знайти за формулою /9, с.18/:

   ,                                                                 (29)

де n - загальне число кабелів в групі;
m - число шарів у групі;
А - для неброньованих кабелів А = 1, а для броньованих відповідно при одношарової, двошарової і тришарової прокладці А = 1,08; 1,15; 1,2.
Коефіцієнт k п1 можна знайти за формулою:

,                                                                                            (30)

де Тм - максимально допустима температура жили;
Т01 - розрахункова температура навколишнього середовища;
Т02 - змінена температура навколишнього середовища, для якої необхідно перерахувати струм навантаження.
Ідоп ≥ Інб,                                                                                                            (31)
      При перевірці на нагрів приймається півгодинний максимум струму найбільший з середніх півгодинних струмів, тобто Інб - це найбільший з середніх за півгодини струмів даної лінії. Для ВЛ перевіряються нормальні, післяаварійні і ремонтні режими.

  Для кабельних ліній 10 кВ можна перевищити Ідоп при перевантаженнях або аваріях, якщо найбільший струм попереднього навантаження лінії в нормальному режимі був не більше 80% допустимого /6, табл. 1.3.1/, тобто за умови

0,8Ідоп ≥ Інб,                                                                                                       (32)

В післяаварійних режимах кабельних ліній перевантаження допускається до 5 доби і визначається умовою

КавІдоп ≥ Іав.нб,                                                                                                 (33)

де Іав.нб - найбільший з середніх півгодинних струмів у післяаварійному режимі;
Кав - коефіцієнт перевантаження в післяаварійному режимі, що показує на скільки можна перевищувати Ідоп.
В залежності від умов прокладки кабелю, попереднього навантаження в нормальному режимі і тривалості найбільшого навантаження Кав визначається за /6, табл. 1.3.1/.
Вибір здійснимо на прикладі КЛ з'єднує РУ-1 та КТП-1 трьома фідерами.
Кабель типу АВВГ (3х240) має перетин 240 мм2, прокладений в повітрі при температурі 10°С, тривало допустимий струм згідно з /7, табл. 7.10/ Ідоп.табл = 470 А, а допустима температура Θдоп = 65°С.
Розрахунки представлені в додатку 5.
Результати перевірка інших кабельних ліній зведено в таблицю 3

РОЗРАХУНОК СТРУМІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ ТА ВИБІР   ВИСОКОВОЛЬТНОГО ОБЛАДНАННЯ

Розрахунок струмів короткого замикання в мережі 6 кВ
Коротким замиканням називають всяке випадкове або навмисне, не передбачене нормальним режимом роботи, електричне з'єднання різних точок електроустановки між собою або землею, при якому струми в апаратах та провідниках, що примикають до місця з'єднання, різко зростають, перевищуючи, як правило, розрахункові значення нормального режиму.
При розрахунку струмів коротких замикань в електроустановках змінного струму напругою понад 1 кВ допускається:
1. Не враховувати зсув по фазі ЕРС різних синхронних машин і зміна їх частоти обертання, якщо тривалість КЗ не перевищує 0,5 с;
2. Не враховувати міжсистемні зв'язки, виконані з допомогою електропередачі (вставки) постійного струму;
3. Не враховувати поперечну ємність повітряних ліній електропередачі напругою 110 - 220 кВ, якщо їх довжина не перевищує 200 км, і напругою 330 - 500 кВ, якщо їх довжина не перевищує 150 км;
4. Не враховувати насичення магнітних систем електричних машин;
5. Не враховувати струм намагнічування трансформаторів і автотрансформаторів;
6. Не враховувати вплив активних опорів різних елементів вихідної розрахункової схеми на амплітуду періодичної складової струму КЗ, якщо активна складова результуючого еквівалентного опору розрахункової схеми щодо точки КЗ не перевищує 30% від індуктивної складової результуючого  еквівалентного опору;
7. Наближено враховувати загасання апериодической складової струму КЗ, якщо вихідна розрахункова схема містить кілька незалежних контурів;
8. Наближено враховувати електроприймачі, зосереджені в окремих вузлах вихідної розрахункової схеми;
9. Приймати чисельно рівними активний опір і опір постійному струму будь-якого елемента вихідної розрахункової схеми.
  При розрахунку початкового діючого значення періодичної складової струму трифазного КЗ в електроустановках напругою понад 1 кВ в вихідну розрахункову схему повинні бути введені всі синхронні генератори і компенсатори, а також синхронні і асинхронні електродвигуни потужністю 100 кВт і більше, якщо між електродвигунами і точкою КЗ відсутні струмообмежуючі реактори або силові трансформатори.
При розрахунку початкового діючого значення періодичної складової струму КЗ аналітичним методом за прийнятою вихідною розрахунковою схемою попередньо складається еквівалентна схема заміщення, у якій асинхронні машини представляються приведеними до базисної ступені напруги сверхпереходными опорами і сверхпереходными ЕРС.
Параметри схеми заміщення визначаються в іменованих одиницях щодо шин 6 кВ.
Опір системи при заданому струмі відключення вимикача на початку

ПЛ 110 кВ  Іотк.ном = 3,25 кА:

                                                                                   (34)

Індуктивний опір ВЛ 110 кВ наведене до шин 6 кВ.
       ,                                                                             (35)

Опору обмоток триобмоткового трансформатора розраховуються за формулами:

Активне

,                                                                                     (36)

де ΔРк - втрати в трансформаторі, МВт;
Sном.т - потужність трансформатора, МВА.
Індуктивне:

,                                                                                     (37)

де ик.в - напруга короткого замикання обмотки ВН, %.
Сверхпереходное індуктивний опір асинхронного електродвигуна визначається за формулою /2, с.120, табл. 2.41/:

,                                                                                             (38)

де Sад.ном - номінальна потужність асинхронного електродвигуна, МВА.
Опір постійному струму обмотки статора асинхронного електродвигуна обчислюється за формулою /2, с.125, ф.2.168/:

,                                                                                     (39)

де Sном - номінальна ковзання асинхронного електродвигуна, %.
Сверхпереходная ЕРС асинхронних електродвигунів в момент, що передує КЗ, визначається за формулою:

,                             (40)

де Х”_АД   - сверхпереходное індуктивний опір електродвигуна, Ом;

U(0) - напруга(фазна) в розрахунковій точці КЗ до моменту виникнення КЗ, кВ.
I(0) - струм в розрахунковій точці КЗ до моменту виникнення КЗ, кА.

Опору кабельних ліній, прокладених кабелем ААВГ 3 (3х 185) з питомими параметрами r0 = 0,159 Ом/км і x0 = 0,073 Ом/км, кабельних ліній, прокладених кабель ААШВ 3х150 r0 = 0,206 Ом/км і x0 = 0,074 Ом/км і кабель ААШВ 3х70 r0 = 0,443 Ом/км і x0 = 0,08 Ом/км.
Вплив комплексної навантаження на струм КЗ не враховується, тому що струм в місці КЗ від тієї навантаження становить менше 5% струму в місці КЗ, визначеного без урахування навантаження.
Початкове діюче значення періодичної складової струму в місці КЗ визначається за формулою:
          ,                                                                              (41)
Також початкове діюче значення періодичної складової струму в місці КЗ визначається за формулою:

 ,                                                                                       (42)

де U(0) - напруга (лінійний) в розрахунковій точці КЗ до моменту виникнення КЗ, кВ.

Рис. 2. Схема заміщення для розрахунку струмів КЗ в точці К1

Рис. 3. Схема заміщення після перетворень

Найбільше значення апериодической складової струму КЗ в загальному випадку приймається рівним амплітуді періодичної складової струму в початковий момент КЗ /6, с.45, ф.5.9/, тобто.

                                                                                             (43)

Апериодическая складова струму КЗ у довільний момент часу визначається за формулою /6, с.45, ф.5.10/:

,                                                                             (44)

де Та.эк - постійна часу загасання апериодической складової струму КЗ, о.е.; вона визначається за формулою:

    ,                                                                                        (45)

де Хек - результуюче еквівалентний опір схеми заміщення при обліку в ній різних елементів розрахункової схеми тільки індуктивними опорами, тобто при виключенні всіх активних опорів, Ом;
Rэк - результуюче еквівалентний опір схеми заміщення при виключенні з неї всіх індуктивних опорів, Ом.
При розрахунку ударного струму КЗ з метою перевірки провідників і електричних апаратів за умовами КЗ допустимо вважати, що амплітуда періодичної складової струму КЗ у момент настання ударного струму дорівнює амплітуді цієї складової в початковий момент КЗ.
Ударний струм визначається за формулою:

,                                                                                 (46)

де Куд - ударний коефіцієнт.
Тому ставлення Хек/Rэк > 5, ударний коефіцієнт допустимо визначати за формулою /6, с.48, п.5.4.4./:
                                                                                (47)

При визначенні ударного струму з боку асинхронних двигунів необхідно врахувати зміну періодичної складової з часом. У наближених розрахунках для визначення діючого значення періодичної складової струму КЗ від асинхронних електродвигунів в довільний момент часу при радіальній схемі слід застосовувати метод типових кривих /6, с.50, п.5.5.3./.
Електрична віддаленість точки КЗ від асинхронної машини характеризується відношенням діючого значення періодичної складової струму електродвигуна в початковий момент КЗ до номінального струму:

      ,                                                                            (48)

де Іад.ном - номінальний струм асинхронного електродвигуна, кА.
Використовуючи типові криві для асинхронного електродвигуна, періодична складова в довільний момент часу визначається за формулою:

,                                                                  (49)

де γt.ад - параметр, який визначається за типовою кривий за /6, с.55, рис. 5.9/.

Рис. 4. Схема заміщення для розрахунку струмів КЗ в точці К2

Рис. 5. Схема заміщення після перетворень

Рис. 6. Схема заміщення для розрахунку струмів КЗ в точці К3

Рис. 7. Схеми заміщення

Розрахунок діючого значення періодичної складової струму КЗ у довільний момент часу від групи асинхронних електродвигунів з урахуванням впливу віддаленого від розрахункової точки КЗ джерела енергії, пов'язаних з точкою КЗ загальним для цього джерела і електродвигунів опором (гілка КЗ) проводиться в наступній послідовності:
обчислюється періодична складова струму від еквівалентного електродвигуна в початковий момент КЗ:
,                                                                        (50)

де Е’0.ад - початкове значення сверхпереходной ЕРС еквівалентного електродвигуна, кВ;
Єс - ЕРС віддаленого джерела енергії (системи), кВ;
Z1 - опір зі сторони системи, Ом;
Z2 - опір зі сторони еквівалентного електродвигуна, Ом;
Zк - загальний опір, Ом.
визначається значення величини, що характеризує електричну відстань розрахункової точки КЗ від еквівалентного електродвигуна;
по знайденому значенням електричної віддаленості на типової діаграмі /6, с.58, рис. 5.13./ вибирається відповідна типова крива і для заданого моменту часу t визначається коефіцієнт;
з використанням цього коефіцієнта визначається діюче значення періодичної складової струму еквівалентного електродвигуна в момент часу t:

                                                                                    (51)

обчислюється шукане діюче значення періодичної складової струму в місці КЗ в момент часу t:

                                                                                     (52)

Рис. 8. Схема заміщення для розрахунку струмів КЗ в точці К4

Рис. 9. Схеми заміщення
 

Розрахунки струмів КЗ в додатку 6.1.
Для обмеження струмів КЗ необхідно зробити вибір токоограничивающих реакторів. Вибір параметрів реакторів і техніко-економічне обґрунтування застосування їх для обмеження струмів КЗ в розподільній мережі проводять при розробці схеми електропостачання промислового підприємства.                 Оптимальне значення розрахункового струму КЗ слід визначати з  урахуванням економічного чинника (мінімум витрат на електроустаткування і провідники) і забезпечення необхідної якості електроенергії (обмеження відхилень і коливань напруги при резкопеременних толчковых навантаженнях). Як правило, струм КЗ в мережах промислових підприємств повинен дозволяти застосування КРУ серійного виробництва.
Розрахунки струмів КЗ після вибору реактора в додатку 6.2.
Проведемо розрахунки струмів КЗ у вищевказаних точках і їх значення введемо в таблицю 4.

  Таблиця 4 – Значення струмів КЗ в різних ділянках мережі