Выбор и расчет схем электроснабжения

Тогда ориентировочная  мощность трансформатора будет равна:

S_тр.ор = , кВА (9)

где  S_тр.ор. – ориентировочная мощность трансформатора,

К_за – коэффициент загрузки в аварийном режиме.

S_тр.ор =  = 925 кВА,

т. к. такой стандартной мощности нет, то необходимо рассмотреть и сравнить два варианта: меньшей и большей стандартной мощности, и сделать выбор варианта. Меньшей мощности высоковольтных трансформаторов в справочнике нет. Поэтому рассмотрим вариант с большим стандартным значением мощности 1000 кВА.

Рассчитываем  коэффициенты загрузки при нормальном и аварийном режимах работы:

К_зн = = 0,6                                           (10)

К_за = = = 1,2                                           (11)

где  К_зн - коэффициент загрузки в нормальном режиме,

S_тр – мощность трансформатора.

Этот вариант  нам подходит: в нормальном режиме загрузка 60%, а в аварийном 120%. По справочнику (кн. 2) выбираем трансформатор  марки ТМ 1000\10 и записываем его  основные параметры:

S_тр.ном = 1000 кВА

U_1ном = 10 кВ

U_2ном = 6,3 кВ

∆ P_xx = 2,45 кВт

∆ P_кз = 11,6 %

U_кз = 5,5 %

I_xx = 1,4 %

Определяем  число подстанций и мощности трансформаторов для низковольтной нагрузки. Для этого подсчитаем суммарную максимальную полную нагрузку.

S_Σн.в. = S_max2 + S_max3 + S_max4 + S_max5 ; кВА                                  (12)

S_Σн.в. = 378,8 + 290,8 + 491 + 55 = 1215,6  ; кВА.

Расчетная низковольтная нагрузка составляет S_max = 1215,6 кВА.

Принимаем одну трансформаторную подстанцию с  двумя трансформаторами. Принимаем  К_за = 1,3. Определяем ориентировочную мощность трансформатора, по формуле (9):

S_тр.ор = = 935; кВА.

Такой стандартной  мощности нет, рассмотрим два варианта: трансформатор с большей мощностью 1000 кВА и меньшей мощностью 630 кВА.

По формулам (10) и (11) находим:

Вариант 1. Мощность трансформатора 1000 кВА.

К_зн = 0,6 ;

К_за = 1,2 .  

Вариант 2. Мощность трансформатора 630 кВА.

К_зн = 0,96 ;

К_за = 1,9 .

Вывод: подходит 1вариант, в нормальном режиме трансформаторы работают с нагрузкой 60%, а в аварийном  – с перегрузкой 20%, что допускается  ПТЭ, п. Э 2.4.20. (кн. 3).

Выбираем  марку трансформатора ТМ 1000\10. Записываем его технологические параметры:

S_тр.ном = 1000 кВА

U_1ном = 10 кВ

U_2ном = 0,4 кВ

∆ P_xx = 2,45 кВт

∆ P_кз = 12,2 %

U_кз = 5,5 %

I_xx = 1,4 %

          Вывод: рассчитано, для высоковольтной нагрузки необходима одна подстанция с двумя трансформаторами и для низковольтной нагрузки – одна подстанция с двумя трансформаторами.

2.3 Расчёт потерь мощности в трансформаторах

          

Для правильного выбора питающих сетей необходимо учитывать потери мощности в трансформаторах, которые в аварийных режимах могут достичь 10 – 12% от номинальной мощности трансформатора.

Выбор питающих сетей проводится по полному подводимому  к трансформатору току, который определяется по полной мощности:

S_n = S_max + ∆S_тр                                                  (13)

где      S_n – полная мощность, подводимая к трансформатору,

          ∆S_тр – потери мощности в трансформаторе.

            Потери мощности в трансформаторе  состоят из потерь активной  мощности и потерь реактивной  мощности:

         ∆S_тр = ; кВА                                                (14)

          В свою очередь потери как  активной, так и реактивной мощности  состоят из потерь, зависящих  от нагрузки и потерь, не зависящих  от нагрузки. В целом потери  активной мощности в трансформаторе  определяются по формуле:

          ∆P_тр = ∆P_xx + K_п · ∆Q_хх + K_зн(∆P_кз + K_п · ∆Q_кз),                       (15)

где ∆P_xx – потери активной мощности холостого хода, кВт.

∆P_кз – потери активной мощности трансформатора при коротком замыкании, кВт. Принимается из справочника (кн. 2).

∆Q_хх – потери реактивной мощности холостого хода трансформатора, кВАр.

Эта величина рассчитывается по формуле:

∆Q_хх = _· S_тр.ном                                           (16)

где  I_xx % - ток холостого хода трансформатора, взят из справочника (кн. 2);

S_тр.ном – номинальная мощность трансформатора, кВА;

∆Q_кз – потери реактивной мощности трансформатора при коротком замыкании, кВА. Эта величина определяется по формуле:

∆Q_кз = · S_тр.ном ; кВАр                                           (17)

где U_кз % - напряжение короткого замыкания трансформатора в %, значение берется из справочника;

К_п – коэффициент удельных потерь трансформатора, кВт\кВАр;

К_п =0,05 кВт\кВАр.

Потери  реактивной мощности в трансформаторе определяются по формуле:

∆Q_тр = ∆Q_xx +  _тр = ∆Q_xx +  · х_тр                       (18)

 

где S_max – максимальная мощность рассчитываемого режима, кВА;

U_1ном – номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, кВт;

х_тр - индуктивное сопротивление трансформатора, Ом.

Величину х_тр с учетом допустимых погрешностей можно определить по формуле:

 

х_тр = · , Ом.                                            (19)

 

где  К_зн – коэффициент загрузки трансформатора в нормальном режиме.

Как правило, потери мощности в трансформаторе рассчитываются как для нормального, так и для аварийного режимов, поэтому в расчетных формулах следует использовать соответствующие коэффициенты загрузки.

К_за – коэффициент загрузки трансформатора в аварийном режиме работы.

После определения  полной подводимой мощности S_n , необходимо определить полный ток, подводимый к трансформатору, по формуле:

I_n = , А                                                  (20)

Все исходные данные и полученные результаты заносим  в таблицу 3.

Рассчитаем  потери мощности в трансформаторах  для нормального режима работы, затем для аварийного:

1) для силового трансформатора, К_зн = 0,6.

∆Q_xx =   кВАр;

∆Q_кз = = 55 кВАр;

∆P_тр = 2,45 + 0,05·14 + 0,6² · (11,6 + 0,05·55) = 8,37 кВт;

х_тр = = 0,0055 Ом;

∆Q_тр = 14 + · 0,0055 = 33,8 кВАр;

∆S_тр = = 34,8 кВА.

2) для силового трансформатора  в аварийном режиме, К_за = 1,2:

∆P_тр = 2,45 + 0,05·14 + 1,2² · (11,6 + 0,05·55) = 23,8 кВт;

∆Q_тр = 14 + · 0,0055 = 93,2 кВАр;

∆S_тр = = 96,2 кВА.

3) для трансформатора, питающего  низковольтную нагрузку, в нормальном  режиме, К_зн = 0,6:

∆Q_xx =   кВАр;

∆Q_кз = = 55 кВАр;

∆P_тр = 2,45 + 0,05·14 + 0,6² · (12,2 + 0,05·55) = 8,5 кВт;

х_тр = = 0,0055 Ом;

∆Q_тр = 14 + · 0,0055 = 33,8 кВАр;

∆S_тр = = 34,9 кВА.

4) для трансформатора, питающего  низковольтную нагрузку, в аварийном  режиме, К_за = 1,2:

∆P_тр = 2,45 + 0,05·14 + 1,2² · (12,2 + 0,05·55) = 24,7 кВт;

∆Q_тр = 14 + · 0,0055 = 93,2 кВАр;

∆S_тр = = 96,4 кВА.

Определим полную подводимую мощность к силовому трансформатору в нормальном режиме, К_зн = 0,6:

S_n = 0,6 · 1000 + 34,8 = 634,8 кВА.

Определим полную подводимую мощность к силовому трансформатору в аварийном режиме, К_за = 1,2:

S_n = 1,2 · 1000 + 96,2 = 1296,2 кВА.

Определим полную подводимую мощность к трансформатору, питающему низковольтную нагрузку в нормальном режиме, К_зн = 0,6:

S_n = 0,6 · 1000 + 34,9 = 634,9 кВА.

Определим полную подводимую мощность для низковольтного  трансформатора в аварийном режиме, К_за = 1,2:

S_n = 1,2 · 1000 + 96,4 = 1296,4 кВА.

Определяем  полный ток, подводимый к трансформаторам.

- к силовому, в нормальном режиме:

I_n = = 36,7 А;

- к силовому трансформатору, в  аварийном режиме:

I_n = = 74,9 А;

- к трансформатору, питающему низковольтную  нагрузку, в нормальном режиме:

I_n = = 36,7 А;

- к низковольтному трансформатору, в аварийном режиме:

I_n = = 74,9 А.

Рассчитаем  максимальные значения мощностей: полной, активной и реактивной для таблицы 3. Для расчета лучше подойдет аварийный режим, cosφ трансформаторов примем равным 0,8.

- для силового трансформатора  при К_за = 1,2; cosφ=0,8:

S_max = K_за · S_тр.ном = 1200  кВА                           (21)

P_max = S_max · cosφ = 960  кВт                                      (22)

Q_max = _{= 720 кВАр                              (23)}

- для низковольтного трансформатора  при К_за = 1,2; cosφ=0,8:

S_max = 1200 кВА;

P_max = 960 кВт;

Q_max = 720 кВАр.

Запишем данные в таблицу 3.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3 – Расчет потерь мощности трансформаторов

Sтр.ном	U1ном	U2ном	Iхх	Uкз	∆Pхх	∆Pкз	Kзн	Kза	Kп	∆Pтр	∆Qтр	∆Sтр	xтр	Pmax	Qmax	Smax	Sn	In
кВА	кВ	кВ	%	%	кВт	кВт			кВт\кВАр	кВт	кВАр	кВА	Ом	кВт	кВАр	кВА	кВА	А
1000	10	6	1,4	5,5	2,45	11,6	0,6	1,2	0,05	8,37	33,8	34,8	0,0055	960	720	1200	634,8	36,7
										23,8	93,2	96,2					1296,2	74,9
1000	10	0,4	1,4	5,5	2,45	12,2	0,6	1,2	0,05	8,5	33,8	34,9	0,0055	960	720	1200	634,9	36,7
										24,7	93,2	96,4					1296,4	74,9

 

Примечания: там, где таблица делится на 2 строки, верхняя строка – для нормального режима, нижняя – для аварийного.

 

2.4 Выбор  марки и сечения кабеля

 

Для выбора марки и сечения кабелей необходимо вначале определиться, какие и  сколько кабелей необходимо выбрать, их марки, напряжение, длину, условия  прокладки, используемый проводником материал.

Для решения  этих вопросов составим скелетную схему  с указанием трансформаторов, РУ, кабелей. Для  упрощения каждому  кабелю присвоим номер.

 

 

Рисунок 1 - Скелетная схема отделения

Для кабелей, проложенных по воздуху, поправочный коэффициент не учитывается. В качестве высоковольтных кабелей будем использовать марку ААШВ, а в качестве низковольтных будем применять марку АВВГ. Экономическую плотность тока примем по ПУЭ =1,7 А\мм². Эта величина будет использоваться при выборе высоковольтных кабелей (№1 – 4) Для выбора низковольтных кабелей табличное значение увеличивается на 40% =2,38 А\мм².

Выбираем  сечение кабеля от ГПП до РУ – 10 кВ.

Кабель №1 прокладывается в земле.

Определим полный ток первого кабеля:

(24),

где Iп – полный ток кабеля;

Iп₁ – полный ток высоковольтной нагрузки;

п – число подстанций;

Iп₂ – полный ток низковольтной нагрузки.

Определим экономически целесообразное сечение

S_эк =       (25),

где  S_эк - экономически целесообразное сечение;

- экономическая плотность тока.

.

Сечение берём из таблицы:

S=95 мм²;

I_ДЛ.ДОП.=165 А.

Выбираем кабель марки  ААШВ – 10 – 1(3 95)

Проверим выбранный  кабель на потерю напряжения:

r₀ =                                                            (26),

где r₀ – активное сопротивление 1км кабеля, Ом\км;

 – удельная проводимость  материала, для алюминия  = 32 м\Ом·мм².

r₀ = = 0,33 Ом\км

cosφ = 0.8

 

Проверка принятого  сечения на допустимую потерю напряжения, не превышающую 5%:

∆U = · (r₀ · cosφ + x₀ · sinφ) ≤ 5%                                 (27),

где I – расчетный ток кабеля, А;

l – длина кабеля, км;

U_ном – номинальное напряжение, В;

x₀ – индуктивное сопротивление 1км кабеля, Ом\км, x₀ = 0,8 Ом\км.

∆U = · (0,33 · 0,8 + 0,08 · 0,6) = 2,06% ≤ 5% ,

- значит, кабель выбран верно, и его марка ААШВ – 10 –1(3×95).