ФГОУ СПО Томский политехнический техникум  
 
 
 
 
 
 
 

Электроснабжение  насосной станции.

Пояснительная записка

КП.140613.00.00.ПЗ

      Студент гр. 146Э

                     __________Райм А.В.

     «___»_________200__г. 

      Руководитель КП.

      __________Иванова Г.А.

      «___»_________200__г. 
 
 

                                                                   2008

Введение

 

    Производство электроэнергии всеми электростанциями России в 2001 г. достигает 924 млрд. кВт·ч, а к 2005 г. – 990 млрд. кВт·ч.

   Основными потребителями электроэнергии являются промышленные предприятия. Они расходуют более половины всей энергии, вырабатываемой в нашей стране.

   Ввод  в действие новых предприятий, расширение существующих, рост энерговооружённости, широкое внедрение различных видов электротехнологии во всех отраслях производств выдвигают проблему их рационального электроснабжения.

   Система распределения столь большого количества электроэнергии на промышленных предприятиях должна обладать высокими техническими и экономическими показателями и базироваться на новейших достижениях современной техники. Поэтому электроснабжение промышленных предприятий должно основываться на использовании современного конкурентоспособного электротехнического оборудования, надежных  экономичных аппаратах, прогрессивных конструкциях схем питания, широком применении автоматизации.

   Электрификация  играет важнейшую роль в развитии всех отраслей промышленности, является стержнем строительства экономики страны. Отсюда следует необходимость опережающих темпов роста производства электроэнергии.

   В условиях разрухи, голода, гражданской  войны в 1920 г. Всероссийский съезд  Советов утвердил Государственный  план электрификации России (ГОЭЛРО), который предусматривал в течение 10…15 лет строительство тридцати новых районных электростанций общей мощностью 1750 МВт, с доведением выработки электроэнергии до 8,8 млрд. кВт·ч в год. Этот план был выполнен за 10 лет. С 1930 г. крупные городские районные тепловые электростанции (ГРЭС) стали постепенно объединять в энергетические системы и энергообъединения, которые и в настоящие время остаются главными производителями электроэнергии для подавляющего большинства промышленных предприятий страны.

   Принципом развития энергосистемы России является производство электроэнергии на крупных электростанциях, объединяемых в Единую энергосистему общей высоковольтной сетью 500…1150 кВ.

   В современных условиях главными задачами специалистов, осуществляющих проектирование и эксплуатацию современных систем электроснабжения  промышленных предприятий, являются правильное определение электрических нагрузок, рациональная передача и распределение электроэнергии, обеспечение необходимой степени надёжности электроснабжения, качества электроэнергии на зажимах электроприёмников, электромагнитной совместимости приёмников электрической энергии с питающей сетью, экономия электроэнергии и других материальных ресурсов.       
 
 

    

Характеристика  технологического процесса.

Насосная  станция предназначена для мелиорации. Она содержит:  

1. Машинный зал

2 Ремонтный участок

3. Агрегатную

4. Бытовка.

5. Служебное помещение.

6. Сварочный пост

7.Вспомогательные  помещения

Электроснабжение  осуществляется от ГПП напряжением 10кВ, расположенной на территории.

 Количество  рабочих смен –3. Потребители цеха относятся к 1,2 и 3 категориям надёжности электроснабжения. Грунт в районе здания – глина с температурой +10 ⁰ C. Каркас здания смонтирован из блоков – секций длинной 6м. каждый. Размеры цеха Все вспомогательные помещения двухэтажные высотой 2.8м.

 
 

2. Расчёт электрической  нагрузки. 

При расчёте  силовых электрических нагрузок важное значение имеет правильное определение электрической нагрузки во всех элементах силовой сети. Завышение нагрузки может привести к перерасходу проводникового материала, удорожанию строительства; занижение нагрузки – к уменьшению пропускной способности электрической сети и невозможности обеспечения нормальной работы силовых электроприёмников

   Расчёт  начинают с определения номинальной  мощности каждого электроприёмника независимо от его технологического процесса средней мощности: мощности, затраченной в течение наиболее загруженной смены, и максимальной расчётной мощности участка, цеха, завода или объекта.

 

2.1. Расчет номинальной  мощности. 

Номинальная мощность – это полезная мощность электроприёмника, совершающая работу. Она указывается в паспортных данных электроустановок, электродвигателей, печей сопротивления, реактивных печей, силовых и печных трансформаторах и др. 

- Определяем  мощность осветительной установки: 

Р_оу = К_з·Р_уд.·F [Вт] 

К_з – коэффициент запаса (1,2 – 1,5).

Р_уд = 18 Вт/м.

F – площадь цеха м².

F = 1260 м². 

Р_оу = 1,5 · 18 · 1260 = 34 кВт. 

    Площадь цеха составляет 1260м² 

Составляем сводную  таблицу нагрузки участка:

 
 

2.2. Расчёт сменной  мощности. 

Сменная мощность учитывает количество мощности, израсходованной в период наиболее загруженной смены. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 2.2.1

 
 

- Определяем  сменные мощности на примере  станков: 

Р_см1 = Р_ном.· К_и = 42,5× 0,14 = 5.95 (кВт)

К_и – коэффициент использования. 

Q_см1 = Р_см1· tgφ =5.95*1.33=7,91  (кВар) 

- Определяем  сменные мощности на примере Эл.нагревателя: 

P_см1 =66 × 0,55 = 36,3 (кВт) 

Q_см1 = 36,3 × 0,33 = 11.98 (кВар) 

- Определяем  сменные мощности на примере  вентиляторов и насосов: 

P_см1 = 1280× 0,65 = 832 (кВт) 

Q_см1 = 832 × 0,75 = 624 (кВар) 

- Определяем  сменные мощности на примере  крана: 
 

P_см1 = 6,75× 0,06 =0,4 (кВт) 

Q_см1 = 0,4 × 1,98 =0,8 (кВар) 

  - Определяем  среднее значение cosφ для данного участка цеха:

cosφ =

; 

Р_смΣ – активная сменная суммарная мощность;

S_смΣ – полная сменная суммарная мощность. 

cоsφ =

 
 

- Определяем  полную суммарную мощность: 

 кВА. 
 

- Определяем  среднее значение К_и для участка цеха: 

= 0,62

Р_номΣ – номинальная суммарная мощность. 

    Расчет электрической нагрузки  производится для выбора питающей трансформаторной подстанции, которая выбирается общей для цеха, или для нескольких цехов, расположенных в непосредственной близости друг от друга. 

  

2.3.  Расчёт и выбор  компенсирующего  устройства. 
 

   Расчётная величина cosφ_р =0.93. Согласно ПУЭ для действующих электроустановок требуется нормированное значение cosφ. 

сosφ_н. = 0,92 ÷ 0,95 

   Поэтому необходимо принять меры для повышения  cosφ до принятого нормируемого значения. Для проектируемого цеха должен быть принят ряд мероприятий, которые обеспечивают повышение cosφ естественным путём, т.е. не требует дополнительных установок и затрат. Но естественных способов повышения  cosφ недостаточно, поэтому необходимо выбрать компенсирующее устройство. Наиболее распространенным методом компенсации реактивной мощности является применение конденсаторных установок, которые устанавливают на подстанции на шинах 0,4 кВ.  
 

- Определяем  расчётную мощность конденсаторных  установок: 

Q_ку = Р_смΣ · (tgφ₁ – tgφ₂);

   

  При cosφ_р = 0,80 , приняв cosφ_н = 0,93 определяем (tgφ₁ – tgφ₂) = 0,355 из справочной таблицы. 

   Q_ку = 908,4· 0,355= 322,48 кВар. 

   Предполагается, что на проектируемой подстанции цеха будет установлено два трансформатора (так как электрическая нагрузка представлена в основном потребителями второй категории), необходимо выбрать две конденсаторные установки.

      Выбираем две комплектные конденсаторные  установки типа             

                                 УКМ-0.4-200-33 У6  с Q_ном =200 кВар . 
 

2.4. Определение максимальной  расчётной мощности. 

   Максимальная  мощность – это наибольшая мощность, в течение смены за 30 минут. 

   Р_мах = К_мах · Р_см; 

    Значение  К_мах определяют из справочной таблицы в зависимости от эффективного числа электроприёмников n_э  и среднего значения К_и.

   

;

Р_1мах – единичная мощность наибольшего электроприёмника. 

   Из  справочной таблицы выбираем К_мах = 1,23. 

   Р_мах = 1,23 ·1134.8 = 1395.8 кВт. 

   Так как n_э>10 то Q_мах = Q_см = 665,93 кВар. 

Теперь  можно определить полную расчётную  мощность с учётом выбранной КУ. 

 
 

   

 кВА 
 
 

   3. Построение графиков  нагрузки. 

   Режим работы потребителей электроэнергии изменяется в часы суток и месяцы года. Эти изменения изображают в виде графиков. При проектировании пользуются типовыми графиками, у которых по оси ординат указывается изменение нагрузки в течение суток или года в % на основании анализа работы действующих предприятий различных отраслей промышленности.

   На  сновании расчётов для суточного  графика нагрузки строится годовой график. 
 

Суточный  график.

 
 

          Sн кВА 
 

 

  100 

    80 

    60 

    40  

    20 

                                                                                                                                        T ч

         0      1    2    3    4    5    6    7    8    9   10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24 
 
 

 

  100 % по типовому графику соответствуют S_мах или Р_мах. Продолжительность работы в году с определённой нагрузкой учитывается:

   Т₁=t₁·365 час;   Т₂=t₂·365 ч;  Т₃=t₃·365 ч;  Т₄=t₄·365 ч;  T₅=t₅·365 ч;

   Т=t*365=8*365=2920 ч.

   W=P·T.=670*2920=1956400 квт*ч 

   Данные  расчёта сводятся в таблицу 3.1.  

    Таблица  3.1.

 

   По  результатам суточного графика  строим годовой график. 

Годовой график. 
 

          Рн кВт

  1200 

  1100

  1000

  900 

   800

   700

   600

   500

   400 

   300

   200

   100

                                                                                 T ч.

                1000  2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 
 
 
 
 

На основании  расчётов годового графика определяем число часов использования максимальной нагрузки Т_мах. 

   

 
 
 
 

   4. Выбор числа и  мощности трансформаторов. 

   Выбор типа, и мощности трансформатора на подстанции обусловлен величиной и характером нагрузок. ТП должны размещаться как можно ближе к центру размещения потребителей, поэтому рекомендуется применять ТП, встроенные в цех. Наибольшее распространение в последнее время получили КТП – комплексные трансформаторные подстанции.

   При наличии потребителей 2 категории, а также при наличии неравномерного графика применяют двух трансформаторные подстанции. Число трансформаторов более двух применяется в исключительных случаях принадлежащим обосновании. Каждый трансформатор должен быть рассчитан на покрытие всех нагрузок 1 и основных нагрузок 2 категории при аварийном режиме. 

На проектируемом  участке цеха:

S_{р мах}=1435 кВА 

U₁=10 кВ – напряжение питающей сети.

U₂=0,4 кВ – напряжение распределительной сети цеха.

   Нагрузка  представлена потребителями  2 и 3 категории. Выбираем встроенную в цех комплективную двух трансформаторную подстанцию, с трансформаторами Sн_т=1000 кВА. При работе трансформаторов каждый имеет коэффициент загрузки: 

   

 

 

   В аварийном режиме, при отключении одного из двух трансформаторов К_ЗАВ=11.5%, то есть перегрузки меньше допустимой. 
 
 

   Выбираем  трансформатор по каталогу и его  технические данные заносим в  таблицу 4.1. 
 
 
 

Таблица 4.1.

 

- Определяем  реактивные потери мощности в  трансформаторах: 

 

 

- Приняв  К_эк=0,05 кВт/кВАР коэффициент потерь, экономический эквивалент реактивной мощности (задаётся энергосистемой), определяем приведённые потери активной мощности: 

ΔР^/_хх = ΔР_хх+К_э ·ΔQ_хх = 1,9+0,05·13.7 = 2,58 кВт. 

ΔР^/_кз = ΔР_кз+К_эк·ΔQ_кз = 10,8+0,05·55 = 13,55 кВт. 

- Нагрузка  цеха изменяется по графику  который приведён выше. При малых  нагрузках (например в ночные часы суток) экономически более целесообразно держать в работе только один трансформатор, поэтому необходимо определить S_кр – критическую мощность, при которой необходимо подключить второй трансформатор: 

 

Где n – количество работающих трансформаторов. 

. 

    

- Рассчитываем  приведённые потери мощности  и потери энергии за год  согласно принятого графика: 

 ΔР_тр = ΔР^/_хх+ К²_загр· ΔР^/_кз кВт 

К_загр = S_нагр\Sн_тр – коэффициент загрузки трансформатора, определяется для каждой ступени графика. 

ΔW₁ = ΔPтр₁·Т₁ кВт·ч 

Расчёт  заносим в таблицу 4.2. 

Для первой ступени нагрузки (начиная с максимальной)

ΔР_тр =[2,58+13,55 (1148/2·1000)² ]·2= 14 кВт. 

ΔW₁ = 14·1460 = 20440 кВт·ч. 

Далее результаты расчёта приведёны в таблице 4.2. 

    Таблица 4.2.

 
 
 

5. Выбор питающих  кабелей. 

   Питание цеховых ТП выполняется либо от главной понизительной подстанции ГПП завода, либо от центрального распределительного пункта ЦРП, или от шин генераторного напряжения ближайшей энергостанции. Напряжение в сети внешнего электроснабжения принимается 6 кВ или 10 кВ. Наиболее вероятным вариантом выполнения сети внешнего электроснабжения является использование кабельных линий (КЛ). Воздушные линии (ВЛ) применяются только в случаях. Когда они проходят по незаселённой местности.