Электроснабжение насосной


 Министерство образования Республики Башкортостан

ГОУ СПО Уфимский топливно-энергетический колледж

 

 

 

 

 

                                     Специальность 140613

 

 

 

 

 

 

 

БЛОК УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА

 

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

 

 

 

 

Пояснительная записка  к курсовому проекту

 

УТЭК.140613.КП.20.00.000.ПЗ

 

            

 

 

 

                     Руководитель

                                          Л.Ф.Давыдова


                     14 .12.2009         

                   Разработчик                           

                                                  А.Ф.Хаматвалиев


                    14.12.2009

 

 


1 Введение

 

1.1 Данный  КП выполнен на основании задания №20 «Блок утилизации тепла». К заданию прилагается план расположения оборудования с указанием мощности электроприемников, а также данные энергосистемы. Потребители электроэнергии относятся к 1 категории электроснабжения. Электроприемники 1 категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимнорезервирующих источников питания. Перерыв электроснабжения этих электроприемников допускается на время работы АВР. Основными электроприемниками в данном КП служат электроприводы насосов.

 

1.2 В  данном проекте выполнено:

- выбор  электродвигателей;

- выбор  схемы питания и распределение  сети цеха;

- расчет  электрических нагрузок;

- компенсация  реактивной мощности;

- выбор  числа и мощности силовых трансформаторов  с учетом силовой и осветительной  нагрузок;

- выбор  способа прокладки питающей и  распределительной сети. Описание конструктивного исполнения сети;

- выбор  защитных аппаратов в сети 0,4кВ  и 6кВ;

- выбор  марки и сечения кабелей питающей и распределительной сети;

- расчет  токов короткого замыкания;

- проверка  электрооборудования и кабелей  к току короткого замыкания.

 

1.3 Наиболее приемлемым и, как представляется, эффективным в экономическом отношении может быть предложение о новой концепции дальнейшего развития ядерной энергетики России, а именно объединения новых АЭС в крупные ядерно-энергетические комплексы. Такие энергокомплексы должны размещаться на тщательно выбранных отдаленных площадках и содержать до 15 энергоблоков каждый. Иными словами, новая ядерная энергетика России могла бы состоять примерно из 4 комплексов, обеспечивающих полный цикл существования энергоблоков. 
     Существует тесная взаимосвязь между энергообеспечением и мощью государства, энергопотреблением и благосостоянием.


 народа. Уровень развития общества, да и отдельного человека, определяется его энергообеспечением. Технология использования доминирующего энергоресурса подчиняется закону уменьшающейся прибыли - каждый следующий шаг в повышении эффективности получения полезной энергии обходится дороже предыдущего. Наступает момент, когда дальнейшие энергоусовершенствования перестают приносить экономические выгоды из-за нарастания негативных побочных эффектов.

Наиболее  приемлемым и, как представляется, эффективным  в экономическом отношении может  быть предложение о новой концепции  дальнейшего развития ядерной энергетики России, а именно объединения новых АЭС в крупные ядерно-энергетические комплексы. Такие энергокомплексы должны размещаться на тщательно выбранных отдаленных площадках и содержать до 15 энергоблоков каждый. Иными словами, новая ядерная энергетика России могла бы состоять примерно из 4 комплексов, обеспечивающих полный цикл существования энергоблоков.

 Такая концепция обладает рядом преимуществ. Она лучше отвечает специфике ядерно-энергетического комплекса - высокой централизации, технической сложности и значительной капиталоемкости. Благодаря исключению внешних перевозок радиоактивных материалов, более эффективной организации радиационного контроля при концентрации производства, централизации управления и лучшей организации эксплуатации резко уменьшается вероятность радиоактивного заражения больших территорий. Важно и то, что при переходе к массовому строительству АЭС с быстрыми реакторами единство топливного цикла будет отвечать ускоренному обращению ядерного топлива и интенсивному развитию использования быстрых реакторов.

Поразительный результат, свидетельствующий о  том, что и с точки зрения расходования инвестиционных ресурсов ядерная энергетика почти в три раза экономичнее  газовой, тоже закономерен. Здесь снова  решающее значение проявляет природная  слагаемая российских затрат.

Итак, атомная энергетика в России - пока единственное средство для производства электроэнергии с затратами, которые  обеспечивают самоокупаемость АЭС  при ценах на электроэнергию, удовлетворяющих  платежеспособный спрос на нее. АЭС  также являются единственным крупномасштабным средством производства полезной энергии, отвечающим экологическим вызовам времени.


2 Расчетная  часть

 

2.1 Краткая характеристика среды  и строительной части помещения

Проектируемый цех - блок утилизации тепла - снабжается энергией от заводской электрической подстанции при нормальном номинальном напряжении Uном=10 кВ. По условиям бесперебойности электроснабжения данный цех относится к потребителям 1-й категории.

Цех является открытой электроустановкой.

Блок утилизации тепла имеет размеры: по длине 12 м, по ширине 12 м. Каркас сооружен из бетонных стоек, крыша односкатная, покрыта шифером, стены закрыты на высоту 2 м от фундамента, для защиты от захлестывания атмосферных осадков, закрыты профилированными асбестцементными плитами. Высота здания 5 м. Полы бетонные имеют уклон в сторону водостока 2 %, потолок побелен, стены окрашены светлой краской.

Так как цех - открытое помещение, температура  внутри помещения будет составлять -15 + 20 С.

    По условиям окружающей среды  помещение относится к категории В-Іг, т.е. наружные установки, где взрывоопасные смеси возможны только в результате аварии или неисправности. Применяется любое взрывозащищенное электрооборудование для соответствующих категорий и группы взрывоопасных смесей в пределах взрывоопасной зоны и пыленепроницаемое вне взрывоопасной зоны наружных установок. Взрывоопасными зонами для данной категории помещений является; до 3 м по горизонтали и вертикали от взрывоопасного закрытого технологического оборудования и 5 м по вертикали и горизонтали от дыхательных и предохранительных клапанов – для остального оборудования.

  Трансформаторная подстанция размером 12х6 м расположена на расстоянии 15 м от здания.

 

 

 

2.2 Краткое описание технологического   процесса.

Блок  утилизации тепла предназначен для перекачки продуктов переработки нефти с целью использования их тепла для производственных нужд. Он являются неотъемлемой частью  производственного процесса предприятия

Режим работы электродвигателей насосов - продолжительный, а задвижек   кратковременный.

.

2.3 Выбор электродвигателей

 

В данном курсовом проекте двигатели не выбираются, они поставляются комплектно с механизмами и оборудованием.

В общем  случаи двигатели выбираются по условию


 

 

 

где Рн.д. – номинальная мощность электродвигателя

   Ррасч – расчётная мощность электродвигателя

   Рна валу – мощность на валу электродвигателя

   - КПД электродвигателя

   n – количество электродвигателей


2.4 Выбор  схемы питания и распределения  сети цеха

 

В проектируемой  насосной станции находятся электро-приемники первой категории. Это такие электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, повреждение дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушению функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства (связь, канализация, водопровод).


Электроприемники  первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаиморезервирующих источников питания. Перерыв электроснабжения этих приемников допускается на время работы АВР (автоматическое включение резервов).

Сети  напряжением до 1 кВ служат для распределения  электроэнергии внутри цехов промышленных предприятий. А также для питания  некоторых электроприемников, расположенных за пределами цеха на территории предприятия.

Электрические сети промышленных предприятий выполняются  внутренними и наружными. Наружные сети напряжением до 1 кВ имеют весьма ограниченное значение, т.к. на современных промышленных предприятиях электропитание цеховых нагрузок производится от встроенных и пристроенных подстанций.

Схема внутрицеховых сетей определяется технологическим процессом производства, планировкой цеха, взаимным расположением  трансформаторных подстанций, электроприемников и вводов питания, расчетной мощностью, требованиями бесперебойности электроснабжения, технико-экономическими соображениями.

Цеховые сети делятся на питающие, которые  отходят от источника питания (подстанции), и распределительные, к которым присоединяются электроприемники.

Внутрицеховые сети выполняются по магистральным, радиальным или смешанным схемам. В данном курсовом проекте внутрицеховые  сети выполняются по радиальной схеме питания, т.к. она характеризуется тем, что от источников питания отходят линии, питающие крупные электроприемники или групповые распределительные щиты от которых в свою очередь                                 питаются мелкие электроприемники.

В насосных станциях распределение сетей производится радиальными линиями от распределительных щитов или пунктов, вынесенных в отдельное помещение. Радиальные схемы                                                         обеспечивают высокую надежность питания, в них легко можно применить элементы автоматики.

Однако  радиальные схемы требуют больших затрат на установку распределительных щитов и на монтаж проводов и кабелей.

Так как имеются электродвигатели мощностью 75кВт, они запитываются индивидуально. Электродвигатели мощностью 50кВт и ниже запитываются от щита 1Щ.

Смотреть рисунок 1.


      2.5 Расчет электрических нагрузок

 

Правильное  определение электрических нагрузок во всех элементах цепи является решающим фактором при проектировании и эксплуатации электрических сетей, т.к. электрические нагрузки промышленных предприятий определяют выбор всех элементов системы электроснабжения, мощности районных трансформаторных подстанций, питательных и распределительных сетей. При расчете электрических нагрузок в данном курсовом проекте определяется средняя нагрузка групп электроприемников за максимально нагруженную смену.

Рассчитываются  электрические нагрузки методом  коэффициента максимума. Это основной метод расчета электрических нагрузок, который сводится к определению максимальных (Pм, Qм, Sм) расчетных нагрузок группы электроприемников.

Рассмотрим  расчет электрических нагрузок на примере  первой группы электроприемников.

Общее число электродвигателей насосов: 4шт., 2 из которых резервных, следовательно, рассчитывается только 2 электродвигателя.

Суммарная мощность ∑Pном электроприемников в группе

 

∑Pном = Р1 + Р2   (1) 

∑Pном = 110+75=185

Коэффициент использования Ки находится в  методических указаниях (Таблица П-1 стр. 79,) для насосов Ки = 0,7

Определяем  среднюю активную мощность за наиболее нагруженную смену

 

Рсм = Ки • ∑Pном (2)

Рсм = 0,7 • 185 = 129,5 

 

 

 

Определяется  реактивная мощность за наиболее нагруженную  смену

 

Qсм = Рсм • tg φ (3)

Qсм = 129,5 • 0,75= 97,12кВар


Затем по формуле  вычисляется средняя полная нагрузка

 

Sсм =  (4)

 

Sсм =

= 161,87 кВА

Км = F(Ки, nэ) – коэффициент максимальной активной нагрузки. Км можно определить в зависимости от эффективного числа Ки и nэ. Под эффективным числом электроприемников понимают такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которые обеспечивают тот же расчетный максимум, что и группа различных по мощности и режиму работы электроприемников.

               

 
     При  большом количестве электроприемников  в группе определение nэ по выше указанной формуле вызывает затруднение. Поэтому если электроприемников >5 nэ определяется упрощенным способом. Для вводится коэффициент m – это отношение электроприемника большей мощности к электроприемнику меньшей мощности. Если получается меньше 3-х, то в графе «m» пишется <3, если больше 3-х, то >3.


После того как определили nэ и Ки находим Км по таблице 1.5.3 (Шеховцов). Км' – коэффициент реактивной нагрузки. Если nэ>10, то Км =1, если nэ<10, то Км =1,1.

Когда все коэффициенты найдены определяем максимальную активную нагрузку Рм.

Рм = Pсм • Км (5)

Рм = 129,5 • 1 =129,5 кВт

Далее определяется реактивная нагрузка Qм по формуле:

Qм = Qсм • Км' (6)

Qм = 97,12 • 1,1 = 106,83 кВар

Максимальная  мощность определяется по формуле

Sм =  (7)

Sм =

= 167,88 кВА


 Максимальный ток определяется по формуле:

                       

                  Iм =  (8)

 

Iм =

= 255,37 А

 

Для электродвигателей насосов число  часов работы в год – 8000 ч. (Методические указания П-3) Годовой расход электроэнергии определяется по формуле.

 

W = Pм • Т  (9)

W = 129,5 • 8 = 1036 тыс кВт

ч

V = Qм • Т (10)

V = 106,83 • 8 = 854,64 тыс кВар

ч

 

Расчет  остальных электроприемников см. в Таблице 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

 

     2.6 Компенсация реактивной мощности

 

    Компенсация реактивной мощности производится для уменьшения потерь в линиях электропередач.

В результате расчёта cosφ получился с учётом освещения 0,85. Для увеличения коэффициента мощности необходимо скомпенсировать реактивную мощность путём подключения в сеть компенсирующего устройства. Мощность компенсирующего устройства выбирается по условию 

 

Qрасч – Qк.у ≥ Qэ    (11)

 

Qэ принимается таким чтобы cos φ>0,95. Для компенсации реактивной мощности Qрасч = 1075,6кВар используется установка УКМ 58-04-50-10 У3. Реактивная мощность этой установки

Qв = 2 • 50 = 100 кВар. Применяются 2 конденсаторные установки, по одной на каждую секцию.

Количество  потребляемой реактивной энергии пересчитывается  она буден равняться разности

 

V = Vном – Vком (12)

V=1075.6 – 800 = 275.6 кВар.


Определяем tgφ после компенсации по формуле, подставляя уже пересчитанные количества потребляемых электроэнергий.


  1.  

tgφ = 1075.6/1312.79 = 0.20

 

По таблице на странице 118 методических указаний находится cosφ, он равен 0,98.

 

 

 

 

     2.7 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов с учетом осветительной и силовой нагрузок

 

В нормальных условиях силовые трансформаторы должны обеспечивать питание всех электроприемников предприятия. Как правило, трансформаторов на подстанции должно быть не более двух. Двухтрасформаторные подстанции применяются при значительном числе потребителей первой и второй категории снабжения. Для уменьшения токов К.З. работа трансформаторов на двухтрансформаторной подстанций в сетях промышленных предприятий принимается раздельной.


Выбор мощности трансформаторов  производится исходя из расчетной нагрузки электроприемников. Если к моменту проектирования эти данные не известны в полном объеме, то мощность трансформаторов выбирается так, чтобы в нормальных условиях окружающей среды при подключении всех расчетных нагрузок предприятия коэффициент нагрузки βт не превышал 0,7-0,75

Рекомендуемые коэффициенты нагрузки:

  1. при преобладании нагрузок первой категории на двухтрансфоматорных подстанциях βт=0,65-0,7
  2. при преобладании нагрузок второй категории на однотрасформаторную подстанцию и взаимном резервировании трансформатора по связям вторичного напряжения βт=0,7-0,8
  3. при преобладании нагрузок второй категории и при наличии централизованного резерва, а также при наличии нагрузок третьей категории βт=0,9-0,95
  4. на ступенях высшего напряжения (ГПП, ЦРП) βт=0,5-0,55

 

Sм = 169.77 кВА (см. таблица 1)

 

Sтр =  (14)

Sтр =

= 130.63 кВА

 

Выбирается номинальную мощность трансформаторов, установленных в комплектной трансформаторной подстанции 2•160кВА

βист=  (15)

βист =

= 0.53

Таблица 2

 

 

 

 

 

Тип подстанции

 

 

 

 

Тип

вводного устройства

НН

 

 

 

 

Тип трансформатора

 

 

 

 

Схема и группа

соединения

 

Напряжение,

кВ

 

Распределительное

устройство  НН

 

 

ВН

 

 

НН

 

Тип

Вводного

Шкафа

 

Тип линейного шкафа

 

КТП-160

 

ШВВ-3

 

ТМЗ-160

 

Y/Y-O

 

6; 10

 

0,4

 

ШВ-А

 

ШЛ-А



Таблица 3

 

 

Вводной шкаф ВН

Тип трансформатора

Вводной шкаф РУНН

Линейный шкаф РУНН

Тип шкафа

ШВВ-3

  

ШВ-А

ШЛ\А

Ячейка РУНН

  

1-2

3-4

6-9

Типоисполнение  выключателя

ВН-11

ТМЗ-160

А3744с

А3712Б

А3722Б

А3712Б

А3722Б

Номинальный ток выключателя

 

200

  

 

630

 

160-400

 

160-250


 

Динамическая  стойкость сборных шин устройства ВН – 70 кА

Термическая стойкость в течение 0,5с – 30кА

Динамическая  стойкость сборных шин и ответвлений  от них к отдельным аппаратам – 25кА

Термическая стойкость в течение 1с – 10КА

Однолинейную  схему ТП смотрите рис.2

 

 

 

 

 

 

2.8 Выбор способа прокладки питающей и распределительной сети. Описание конструктивного исполнения

 

Питающий  кабель от ГПП до трансформаторной подстанции проложен в земле на глубине 0,9 м. Через отверстие в фундаменте кабель подводится в трансформаторную подстанцию. Внутри неё кабель проложен в канале. Внутри насосной кабель проложен по кабельным конструкциям на высоте 3 метров. К электроприводам насосов кабель подводится в металлических трубах для защиты его от механических повреждений

2.9 Выбор защитных аппаратов  в сети 0,4кВ и 6кВ

 

При эксплуатации электрических сетей возможно нарушение нормального режима: перегрузка, короткие замыкания и т.д., поэтому линии электропередач должны быть надежно защищены от ненормальных аварийных режимов. Для предотвращения чрезмерного нагрева проводников и электрооборудования каждый участок сети должен быть снабжен защитным аппаратом, отключающим поврежденный участок сети с наименьшим временем действия. защита от К.З. должна быть предусмотрена во всех случаях. Согласно ПУЭ защита от перегрузок предусматривается в силовых и осветительных сетях, выполненных внутри помещений открыто проложенными изолированными незащищенными проводниками с горячей изоляцией.

Для защиты электрических  сетей напряжением до 1кВ применяются плавкие предохранители, автоматические выключатели, тепловые реле магнитных пускателей. Выбор автоматического выключателя производится по следующим условиям:

  1. По напряжению:

       Uн авт ≥ Uн сети

  1. По току:

                Iн авт ≥ Iн сети

  1. По току расцепителя:


 

       Iн расц ≥ 1,25 Iн расч – для одиночных электроприемников,

       Iн расц ≥ 1,1 Iн расч – для многоприводных двигателей

 

Рассмотрим выбор  защитного аппарата на примере одного электроприемника, расположенного в насосной установке

 

Выбор блоков управления для электродвигателей насосов мощностью 75 кВт

Для того чтобы выбрать блок управления нужно сначала рассчитать Iном по формуле:


Iном =  (16)

Iном =

= 158,4А

 

По  найденному току из таблицы №3,12 (методические указания) выбираем тип блока БМ 5130 - 4274 УХЛ4 Iном=160А

В этом блоке управления имеется:

- выключатель  QF (для защиты от ненормальных  режимов)

- пускатель  КМ1 (для частых включений и  отключений при нормальных режимах)

- блок зажимов

- тепловое реле

Выбор остальных БУ см. в Таблице 5

 

В этом блоке управления имеются следующее типы выключателей, пускателей и т.д.:

  1. QF – выключатель

        типа ВА 57Ф35 340010 Iрасц=200А

  1. КМ – пускатель

        типа ПМ 12-250150 кат    Iкз=125А

  1. Тепловое реле РТТ-321 160А

Комплекты остальных БУ см. в Таблице 6

  1. SF-Автомат защиты ВА 24-29 IР6.3 А

 

 

 

 

 


Таблица 5 Блоки управления

 

 

Наименова-ние электро-приемника

 

 

Тип блока

БМ

 

 

Индекс

 

 

Iн,  А

 

Предел регулирования тока

Номинальное напряжение цепей, В

Силовое

Управления

 

Насосы

Н101.1,Н101,2

 

5130

 

3674УХЛ4

 

40

 

38-52

 

 

 

 

 

≈380

 

 

 

 

 

≈220

 

Насосы

Н103.1,Н103.2

 

5130

 

4474УХЛ4

 

250

 

228-360

 

Насосы Н104.1, Н104.2

 

5130

 

3974УХЛ4

 

80

 

68-92

Задвижки  З11,З12

5430

1974УХЛ4

0,8

0,61-1

≈380

≈220

Задвижки  З13,З14,З15,З16

5430

2574УХЛ4

3,2

2,4-4

≈380

≈220


 

Таблица 6 Аппараты блоков управления

 

 

 

 

Тип блока

Состав  блока

 

 

Выключатель

 

 

Пускатель

 

Тепловое  реле

БМ 5130 3974 УХЛ4

ВА 57Ф35 340010 100А

ПМ12-100150

РТТ-321 80А(68-92)

БМ 5130 4474 УХЛ4

ВА 57Ф35 340010 250А 

ПМ12-250150

РТЛ-1010 (228-360)

БМ 5130 3674 УХЛ4

АЕ2046 50Аотс.121н

50А

ПМЛ4100

РТЛ-2057(38-52)

БМ 5430 2574 УХЛ4

ВА 51-25-3400 6,3 А

 

ПМЛ 1100

РТЛ-1008 (2,4-4)

БМ 5430 1974 УХЛ4

ВА 51-25-3400 1,6А 

 

ПМЛ 1100

РТЛ-1005(0,61-1)



*На все пускатели  ПМЛ устанавливается приставка ПКЛ-2204(~220В, 2з 2р)

Выбор защитных аппаратов на 1Щ QF6 и QF8

Для автоматического  регулирования электрических цепей  при ненормальных режимах и для  резких оперативных переключений применяются  автоматические выключатели.

Выбор вводных  и секционных автоматов QF6 и QF8 на щите 1Щ

                      ,       (17)

 

где Smaх - максимальная полная мощность на щите 1Щ, кВт;

          Uн - номинальное напряжение питающей сети, В;

                   Iн = .

 

Ток расцепителя Iн.р., А, вычисляется по формуле

Iн.р. = Iн * 1,1; (18)

                                     

Iн.р. = 68,79 * 1,1 =75,66 А.

Выбирается  автомат серии ВА-51-31 с током Iном.=100А, Iрас. =80 А, Iмгн. =1600А по «Методическим указаниям к выполнению курсового проекта» [10,С. 95].

 Выбор линейных  автоматов QF7, QF5

Для автоматов QF7, QF5 расцепитель выбирается по номинальному току расцепителя автоматов QF6 и QF8.

Выбираются  автоматы типа А3712Б Iном. = 160А, Iрас. = 100А, Iмгн. = 1600А.

Выбор вводных защитных аппаратов на щите 0,4кВ QF1 и QF2

Вводные и секционные автоматы QF1 и QF2, на щите 0,4кВ, выбираются по максимальной мощности на щите 0,4кВ по формулам (17), (18).

Iн =

;


 

Iн.р. = 258,24 * 1,1 =284,06 А.

Выбираются автоматы типа А3744С Iном. = 630А, Iрас. = 320А, Iмгн. = 3200А.

Выбор аппаратов  защиты для индивидуальных приемников QF3,QF10 и QF4.QF11

Выбор QF3,QF10 и QF4.QF11 заключается в сравнении с номинальным током и током расцепителя блока управления по условию (16).

QF3.QF10 выбираются автоматы типа А3712Б Iн.а = 160А, Iн.р. = 160А, Iотс. = 630А.

QF4.QF11 выбираются автоматы типа А3712Б Iн.а = 250А, Iн.р. = 250А, Iотс. =2500А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


2.10  Выбор марки и сечения кабелей  питающей и     распределительной  сети

   Сечения проводов и кабелей в электросетях определяют расчётным путём в зависимости от электрических нагрузок.

Выбор сечения в сети напряжением до 1кВ проводят следующими методами:

2.10.1. Проверка по нагреву

Iдд ≥ Iрасч

 

где   Iдд – длительно допустимый ток, А (Кнорринг Г.М. таблицы 12.13, 12.14)

2.10.2. Проверка сечения по отключающей способности автомата