Технико-экономическое сравнение различных схем электроснабжения

Задание

 

1. Выполнить технико-экономическое сравнение вариантов питания цеховых подстанций по магистральной и радиальной схемам. Подстанции двухтрансформаторные, мощность каждого трансформатора составляет 1000 кВА. Распределительная сеть выполнена кабелем марки АСБ-10, проложенным в траншее. Расчетные электрические схемы приведены на рис. 4 и рис. 5. Необходимые значения для технико-экономического сравнения схем приведены в табл. 1.

Таблица 1. Данные расчета двухтрансформаторных подстанций

Параметры	Значения параметров, согласно варианта
Длина участков кабеля, : РП – ТП-1 ТП-1 – ТП-2 РП – ТП-2	125 75 175
Загрузка трансформаторов в нормальном режиме (в% от номинальной)	65
Стоимость потерь электроэнергии,	1,6
Годовое число максимума нагрузки, 10	485
Установившийся ток КЗ, Приведенное время КЗ,	13 0,22

 

2. По данным для каждого варианта следует определить потери мощности и напряжения в трехфазном симметричном токопроводе. Рассматривается два вида токопроводов: токопровод с круглым сечением и токопровод, состоящий из двух швеллеров. Сечение токопровода из швеллеров показано на рис. 3. Необходимые параметры для решения задачи приведены в табл. 2.

 

Рис. 1. Двухтрансформаторные подстанции с магистральной схемой

 

Рис. 2. Радиальная схема питания двухтрансформаторной подстанции

 

Таблица 2. Расчетные параметры к выбору схем питания подстанций

Параметры	Значения параметров, согласно варианта
Сечение токопровода, состоящего из двух швеллеров,
Среднее геометрическое расстояние между площадями сечений двух фаз	1000
Отклонение напряжения от номинального в начале токопровода	7
Окружающая температура	27
Длина токопровода	3500
Коэффициент добавочных потерь	1,09
Коэффициент мощности	0,85
Напряжение,	10
Ток нагрузки,	2000

 

Рис. 3. Сечение токопровода, состоящее из швеллеров

 

 

Введение

 

Схемы электроснабжения, обеспечивающие питание предприятия на его территории, ввиду большой разветвленности электрической сети и большого количества аппаратов должны обладать в значительно большей степени, чем схемы внешнего снабжения, дешевизной и надежностью одновременно. Это положение обеспечивается тем, что в зависимости от конкретных требований обеспечения приемников и потребителей применяются различные схемы питания.

В настоящее время проводится работа по проектированию новых схем электроснабжения различных электропотребителей. Кроме того проходит расширение уже работающих электрических сетей. Одним из важных показателей при расчете является экономичность выбираемой схемы.

В связи с увеличением мощности и плотности электрических нагрузок появилась необходимость передавать токи 5000 А и более при напряжении 6 – 20 кВ. В этих случаях целесообразно применять специальные мощные шинопроводы (токопроводы). При протекании электрического тока происходят потери электрической энергии. Для расчета параметров электрических сетей необходимо учитывать потери мощности и напряжения в пассивных элементах. Кроме того, электропотребители должны обеспечиваться электроэнергией необходимого качества, поэтому необходимо учитывать то, что отклонение напряжения не должно превышать предельно допустимого.

Данной работе будет рассмотрено технико-экономическое сравнение двух схем электроснабжения, а также определены потери мощности и напряжения в токопроводе швеллерного сечения.

 

 

Технико-экономическое сравнение различных схем электроснабжения

 

Схемы внутреннего или внешнего электроснабжения выполняются с учетом особенностей режима работы потребителей, возможностей дальнейшего расширения производства, удобства обслуживания и т.д.

Сравнение радиальной и магистральной схемы питания цеховой подстанции проведем на основе анализа приведенных затрат на сооружение каждой схемы. При определение приведенных затрат будем учитывать только те элементы, которыми эти схемы различаются между собой. Так марка кабеля указана в условии, то для выбора сечения необходимо определить токи нагрузки в нормальном и аварийном режимах, а также при коротком замыкании.

Мощность трансформатора и напряжение заданы по условию, указана загрузка трансформаторов. На основании этих данных легко можно определить ток в нормальном режиме по следующей формуле:

 

, А,                                    (1)

 

где  кВА – номинальная мощность трансформатора, согласно условию задания;

 – коэффициент загрузки трансформатора, согласно табл. 1;

 кВ – напряжение, согласно условию задачи.

Для данной марки кабеля аварийный ток можно определить на основании тока в нормальном режиме, с учетом поправочного коэффициента:

 

, А,                                       (2)

где  – поправочный коэффициент [1., с. 149].

Зная ток в нормальном режиме, можно определить по экономической плотности тока экономическое сечение кабеля. По [3, табл. 6.1] определяем экономическую плотность тока равную 2,5  так как годовое число используемой нагрузки, согласно условию, равно 4850 часов, значит экономически выгодное сечение кабеля определится из выражения (3), используя результаты, полученные в выражении (2):

 

, .                                    (3)

 

Зная экономически выгодное сечение кабеля, необходимо из стандартного ряда подобрать сечение кабеля, которое удовлетворяло бы заданным параметрам. Но прежде, чем сделать этот выбор необходимо определить сечение кабеля, которое подходило бы по нагреву в режиме короткого замыкания так как данные для расчета уже известны из условия задания (см. табл. 1). Определение сечения по нагреву в режиме короткого замыкания производится по формуле (4):

 

, ,                     (4)

 

где  – расчетный коэффициент, определяемый ограничением допустимой температуры нагрева жил кабеля [2. табл. 8.1].

В нормальном режиме кабель всегда работает с некоторой недогрузкой, поэтому при выборе кабеля по термической стойкости следует принимать ближайшее меньшее, а не большее стандартное сечение. Из приведенного расчета видно, что по условию нагрева в режиме короткого замыкания сечение кабеля не должно быть меньше значения . В тоже время в экономически выгодное сечение кабеля равно 15 , поэтому необходимо выбрать кабель марки АСБ-3 25. Проверим подходит ли этот кабель. Из справочных данных [3. табл. П. 3.1] находим, что максимальный допустимый ток для данного кабеля равен 90 А. Но с учетом поправочного коэффициента это значение изменится и принимает вид:

 

, А,                                           (5)

 

где  – поправочный коэффициент для определения допустимых токов [3. табл. П. 3–3].

Как видно из выражения (5), имеющийся кабель подходит как в нормальном (1), так и в аварийном режимах (2). Значение 78,3 А значительно превышает ток в нормальном режиме равном 37,5 А и превышает ток в аварийном режиме – 75 А.

Для технико-экономического сравнения необходимо знать стоимость 1 км кабеля и стоимость потерь 1 кВт × ч энергии. Стоимость 1 км кабеля АСБ-3 25 составляет 29000 руб., согласно цен 1986 года с учетом поправочного коэффициента для 2000 года. Стоимость потерь энергии равна 1,6 руб./кВт × ч, согласно условию задания (см. табл. 1). Определим приведенные затраты для радиальной и магистральной сетей.

Для радиальной сети:

 

,                                       (6)

 

где  – нормативный коэффициент эффективности;

 – отчисления на амортизацию [4. табл. П. 5.27];

 – капитальные затраты, руб./км, [4. табл. П. 5.56];

 – удельное активное сопротивление кабеля, Ом/км [4. табл. П. 5.3];

 – время максимальных потерь, ч [4. рис. 4.1.10];

 – стоимость потерь электроэнергии, согласно табл. 1.

      (7)

 

Для магистральной сети, подставляя аналогичные значения, получим, с учетом длинны:

 

;

     (8)

 

Сравнивая результаты полученные в выражениях (7) и (8) видно, что магистральная схема предпочтительней, так как она дешевле в 1,5 раза, но при питании от подстанции потребителей первой или второй категории рекомендуется выбирать радиальную схему. При более высоких затратах она является более надежной по сравнению с магистральной схемой.