Электроснабжение насосной станции. 2

Содержание: 
 

1. Введение
2. Расчетная часть
1. Краткая характеристика среды и строительной части помещения
2. Краткое описание технологического процесса
3. Выбор электродвигателей
4. Выбор схемы питания и распределения сети насосной станции
5. Расчёт электрических нагрузок
6. Компенсация реактивной мощности
7. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов
8. Выбор способа прокладки питающей и распределительной сети. Описание конструктивного исполнения сети
9. Выбор защитных аппаратов в сети
10. Выбор марки и сечения кабелей питающей и распределительной сети
11. Расчёт токов к.з.
12. Проверка электрооборудования и кабелей к току к.з.

Список используемой литературы

     1. Введение

     Электрическая энергия – самый уникальный вид  энергии, главным образом за счет своей универсальности: во-первых, возможно преобразование в любые другие виды энергий (механическую, гидравлическую, химическую, и т.д.) и обратно; во-вторых, передавать на огромные расстояния от источника; в-третьих, запасать, аккумулировать в батареях; и др. Неудивительно такое широкое распространение электричества в промышленности, на производстве и в быту. Электроэнергия приводит в движение станки на заводах и фабриках, подъёмные краны на стройках, электропоезда на железных дорогах, трамвай и троллейбусы на улицах наших городов. Она заставляет ярко светиться лампочки, от самых маленьких, до огромных прожекторов. Она выплавляет металл, гонит в пространство радиоволны, нагревает утюги, показывает кинофильмы, трепещет в проводах телеграфа и телефона. Без электрической энергии не могут существовать современная промышленность, сельское хозяйство, транспорт, связь, армия, медицина. Подобным образом можно ещё долго и долго перечислять отрасли народного хозяйства.

     Процесс получения, распределения, использования  электрической энергии с давних пор  волновал умы людей. Величайшие гении человечества, такие как Александр Вольт (изобрёл непрерывный источник электрического тока в конце XVIII в), Стерджен (первый электромагнит в 1821г), Андре Ампер (опытным путем установил, что два параллельно расположенных проводника, по которым течет ток, способны совершать механическую работу), Майкл Фарадей (открыл явление электромагнитной индукции в 1831г), Б.С. Якоби (создал один из первых в мире практический электродвигатель), Джеймс Максвелл ( в 1865г открыл теорию электромагнитного поля), и многие другие внесли огромный вклад в копилку знаний об электричестве, его свойствах и законах. Пополняют этот кладец и современные ученные новейшими технологиями и разработками.

     В нашей стране (по данным 1999г) работают тепловые электростанции, такие как Костромская ГРЭС мощностью 3,6 ГВт, Сургутские ГРЭС-1 и ГРЭС-2, Экибастузские ГРЭС-1 и ГРЭС-2, Березовская ГРЭС, и другие. Довольно быстрыми темпами развивается атомная энергетика. Ещё не так давно была запущена в действие Обнинская АЭС мощностью 5 МВт, как уже появились до 4000 МВт. Однако из-за роковой аварии на Чернобыле до сих пор возникает много споров о возможности использования энергии атома. Среди действующих АЭС – Ленинградская, Нововоронежская, Кольская, Курская, Смоленская, Игналинская, Белоярская и другие. В полной мере используется энергия текущей воды. В Сибири работают такие гидроэлектростанции, как Братская мощностью 4,5 ГВт, Красноярская (6 ГВт), Усть-Илимская и Саяно-Шушенская мощностью 3,8 и 6,4 соответственно. Поистине колоссальны гидроэнергетические ресурсы бассейнов мощных рек России. На Енисеи – потенциально можно выработать 588 млрд. кВт·ч; Лена – 587 млрд. кВт·ч; Обь – 247 млрд. кВт·ч; Амур - млрд. кВт·ч; Волга – 114 млрд. кВт·ч; Колыма – 104 млрд. кВт·ч. Есть возможности для расширения. По данным 1990г, в России используется 162 млрд. кВт·ч из 2395 млрд. кВт·ч возможных.

     Сейчас  в связи с истощением природных  горючих ископаемых, как никогда, необходим переход на ресурсосберегающие технологии. А именно: развитие и  использование возобновляемых источников энергии (солнечной, геотермальной, ветровой, приливной), реконструкции или полной замене устаревшего оборудования, повышение уровня использования вторичных ресурсов, сокращение энергетических потерь, и т.д.

     В будущем за счёт использования энергии ветра в России можно покрыть 20% потребности в электроэнергии. Удачных примеров использования ветровых электрических установок (ВЭУ) не мало. Например, в Калифорнии (США) действует приблизительно 15000 установок, которые обеспечивают электроэнергией жителей города Сан-Франциско. Теоретические расчеты показывают, что в трех штатах: Северная и Южная Дакота и Техас потребность в электроэнергии может быть полностью обеспечена за счет энергии ветра. Да, конечно, использование ВЭУ экономически выгодно, не наносит вред окружающей среде. Но так ли это на самом деле? Во-первых, ветровые фермы занимают большие площади, но эти земли можно использовать для сельскохозяйственных нужд. Во-вторых, часто оказывается так, что благоприятная территория для ВЭУ располагается вдали от промышленных центров, и приходится возводить новые линии электропередач, но зато отпадает проблема влияния шума, создаваемого ветряками, на население городов и на качество радиосвязи.

     Солнечное излучение не только неисчерпаемый, но и абсолютно чистый источник энергии, обладающий огромным энергетическим потенциалом.

     Первые  опытные образцы солнечных электростанций (СЭС) башенного типа были построены после изобретения параболоцилиндрических концентраторов, которые концентрируют солнечную энергию на трубчатых приемниках, расположенных в фокусе концентраторов. В качестве теплоносителя используется вода, а полученный пар подаётся к турбинам. Первая СЭС, построенная в 1984г, имела КПД 14,5%. При дальнейшем её усовершенствовании получилось повысить КПД до 25-30% и снизить себестоимость электроэнергии. Прогнозируют, что в недалёком будущем СЭС станет экономичным и конкурентоспособным по сравнению с ТЭС.

     В перспективе можно использовать для получения электроэнергии разность температуры слоев воды в океане, которая может достигать 20°С. Станции на этой основе (ОТЭС) находятся в разработке. Первый вариант подобной установки мощностью 5 МВт проектируется в Израиле. Меньшие по мощности установки действуют в Австралии, Калифорнии и ряде других стран. Основная сложность перспективы их использования – низкая экономичность и как следствие отсутствие коммерческого интереса.

     Начиная с 70-х годов было потрачено много  средств на разработки фотоэлектрических преобразователей. За последние 10 лет стоимость фотоэлектрических преобразователей снижалась. Мировой объем производства с 6,5 МВт в 1980г увеличился до 29 МВт в 1987г и в 1993г составил более 60 МВт. Наилучшим примером использования таких систем является Доминиканская республика, где 2 тыс. домов имеют фотоэлектрические установки, сконструированные в последние 9 лет. Фотоэнергетика может стать ведущим источником энергии мировой индустрии считают эксперты. В результате создания новых технологий и повышения технического уровня продукции может быть преодолен барьер для внедрения фотоэлектрических систем, связанный с высокой их стоимостью.

     За  прошедшие 15 лет производство электроэнергии на геотермальных электростанциях (ГеоТЭС) в мире значительно выросло. Работы по изучению геотермальных источников и созданию прогрессивных систем для извлечения и практического применения геотермальной энергии ведутся в России и во многих зарубежных странах. Современное развитие геотермальной энергетики предполагает экономическую целесообразность использования следующих видов подземных геотермальных вод: температурой более 140°С и глубиной залегания до 5км для выработки электроэнергии; температурой около 100°С для систем отопления зданий и сооружений; температурой около 60-70°С для систем горячего водоснабжения.

     Выработка электричества из энергии биомассы (дерево, древесный уголь, отходы сельскохозяйственного производства и животных) более всего целесообразно в деревенской местности, т.к. отпадает необходимость добывать, транспортировать какое-либо другое топливо. Наиболее распространён этот вид энергоресурсов в развивающихся странах и составляет в среднем 20%. При этом в ряде стран Африки использование биомассы для энергетических целей равно примерна 60% общего энергопотребления, в азиатских странах - 40%, в странах Латинской Америки до 30% и в ряде стран Европы, Ближнего Востока и Северной Африки до 10%. Самая актуальная проблема на сегодняшний день – утилизация твердых бытовых отходов (бытового мусора)  остро стоит перед всеми странами. Выход мусора составляет 250-700кг на душу населения в год, увеличиваясь на 4 - 6% в год, опережая прирост населения. Решение проблемы найдено в использовании технологии твердофазного сбраживания на обустроенных полигонах с получением биогаза. Эта технология самая дешевая, не оперирует с токсичными выбросами и стоками. В настоящее время в мире действуют десятки установок для получения биогаза из мусора.

     Современные исследования дают основание сделать  вывод, что волны в сравнении  с другими возобновляемыми источниками  энергии океана обладают довольно хорошими показателями, что позволит в будущем эффективно использовать их энергию. Каждая волна моря, направляющаяся к берегу, несет с собой огромную энергию (например, волна высотой в 3м несет около 90 кВт мощности на 1м побережья). В настоящее время имеются реальные инженерные и технические возможности для эффективного преобразования волновой энергии в электрическую. Опыт использования волновых электростанций уже имеется и в СНГ, и в других странах мира.

     2. Расчетная часть

     2.1 Краткая характеристика среды и строительной части помещения

      При нормальных условиях эксплуатации в  машинных залах насосных для перекачки нефти и нефтепродуктов не содержатся пары перекачиваемых жидкостей. Однако в аварийных ситуациях или при возникновении неисправностей могут появиться пары нефти или нефтепродуктов. При этом помещение становится взрывоопасным. Поэтому машинные залы перекачивающих насосных относятся к помещениям класса В-1а [1, пункт 7.3.41], и устанавливаемее здесь электрооборудование должно быть во взрывозащищенном исполнении.

      Взрывоопасные смеси газов и паров с воздухом относятся к категории IIА “промышленные газы и пары” [1, таблица 7.3.1] и воспламеняются при температуре от 200 до 300 С°, группа Т3 [1, таблица 7.3.2].

     Помещение нашего цеха не запылённого типа, т.к. отсутствуют явные источники пыли, такие как дерево или метало обрабатывающие станки. В нормальном режиме работы нет химически-активной среды, но она появляется при аварии.

     Здание  насосной станции представляет собой  обычное промышленное здание, которое проектируется из унифицированных строительных элементов.

     Размеры здания: ширина – 12000 [мм], длина – 24000 [мм], высота – 7000 [мм].

     Согласно  требованиям [1, пункты от 1.7.49 до 1.7.79] на данной НПС приняты меры защиты от прямого поражения эл. током: все токоведущие части покрыты основной изоляцией и находятся вне зоны досягаемости; на КТП имеется ограждение со степенью защиты IP 2X; для дополнительной защиты применяются устройства защитного отключения (УЗО).

     Также приняты меры защиты при косвенном  прикосновении к токоведущим частям: корпуса эл. машин, трансформаторов, аппаратов, распределительных шкафов, а также корпуса прочего электрооборудования и всех остальных металлических конструкций присоединены к глухозаземлённой нейтрали источника питания в системе TN.

     2.2 Краткое описание технологического процесса

     Насосная  станция перекачки нефти предназначена  для перекачивания нефти в  системах сбора и подготовки нефти. Магистральные нефтепроводы предназначены для транспорта нефти из района её добычи на морские, речные, железнодорожные пункты налива, на нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ). Магистральные нефтепроводы имеют насосные перекачивающие станции (НПС) – головные и промежуточные. Головные станции располагаются в начале трубопровода и служат для перекачки нефти или нефтепродуктов из ёмкости в магистральный трубопровод. Промежуточные станции предназначены для повышения давления перекачиваемых продуктов в магистральном трубопроводе. В состав сооружений головной НПС всегда входят резервуарный парк и подпорная насосная станция. Подпорная насосная служит для подачи жидкости на вход основных насосов, т.к. при откачке из безнапорных резервуаров основные насосы не в состоянии вести откачку без предварительного создания давления жидкости на их входе. На многих трубопроводах, находящихся в эксплуатации, промежуточные насосные станции также имеют ёмкости для нефти или нефтепродуктов и ведут откачку из этих ёмкостей.

      На  данной насосной внешней перекачки нефти установлено семь (4 рабочих и 3 резервных) насосов. Насосы включены последовательно, чем обеспечивается необходимое давление на выходе станции с помощью задвижки. Задвижка имеет электрический привод.

      На  данной насосной имеется воздушная  компрессорная с двумя насосами.

     2.3 Выбор электродвигателей

     Электродвигатель  выбирается таким образом, чтобы обеспечивать бесперебойную работу насоса. Определяющими характеристиками в этом случае являются требуемая мощность электродвигателя.

     Мощность  трех электродвигателей насосов 160 кВт. Выбираем электродвигатель типа АИР 315S2, технические данные которого приведены в таблице 1. Мощность четырех электродвигателей насосов и двух двигателей компрессорной 5,5 кВт выбираем электродвигатель типа АИР112M4, технические данные которого приведены в таблице 1. Мощность электродвигателя задвижки 0,25 кВт выбираем электродвигатель типа АИР М63А4, технические данные которого приведены в таблице 1.

     Таблица 1

     2.4 Выбор схемы питания и распределения сети насосной станции

     На  нефтеперекачивающей станции установлено  электрооборудование: рабочие и резервные насосы, для перекачивания нефти или нефтепродуктов, перерыв в электроснабжении которых может привести к значительному материальному ущербу и расстройству сложного технологического процесса, следовательно, данные объекты относятся к электроприёмникам первой категории [1, пункт 1.2.18]. Электроприёмники первой категории в нормальном режиме работы должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания [1, пункт 1.2.19].

     Электрические сети служат для передачи и распределения  электрической энергии к цеховым потребителям промышленных предприятий. Потребители электроэнергии присоединяются через внутрицеховые подстанции и распределительные устройства при помощи защитных и пусковых аппаратов. Сети должны обеспечивать надёжность питания потребителей электроэнергии, быть удобными в эксплуатации. При этом затраты на сооружение линий, расходы проводникового материала и потери электроэнергии должны быть минимальными.

     В нефтеперерабатывающей промышленности большинство потребителей обычно относится к первой категории, перерыв в питании которых приводит к длительному расстройству технологического процесса. Кроме того, наличие взрывоопасных, коррозионных и загрязнённых цехов требует выполнения электрических сетей с повышенной степенью надёжности. Поэтому здесь применяют прокладку кабелями или проводами с механической защитой и с подключением потребителей по радиальной схеме к распределительным щитам, имеющим автоматическое включение резервного питания (АВР).

     Радиальные  схемы характеризуются тем, что  от источника питания отходят  линии, питающие крупные электроприёмники или групповые распределительные пункты, от которых, в свою очередь, отходят самостоятельные линии, питающие прочие мелкие электроприёмники. Распределение энергии в них производится радиальными линиями от распределительных пунктов, вынесенных в отдельные помещения. Радиальные схемы обеспечивают высокую надёжность питания; в них легко могут быть применены элементы автоматики. Однако радиальные схемы требуют больших затрат на установку распределительных щитов, проводку кабеля и проводов.

     В сетях нашего цеха электрическая проводка выполняется проводами с медными жилами с резиновой изоляцией марки ВВГзнг, проложенными в стальных трубах. Также при глухозаземлённой нейтрали питающего источника все электрические силовые цепи переменного тока должны выполняться с отдельной жилой провода или кабеля, предназначенного для заземления. Это увеличивает надёжность работы электрической защиты и снижает напряжение прикосновения. Заземляются все элементы электроустановок, включая и те, которые не требуется заземлять в невзрывоопасных зонах.

     Для питания крупных электроприёмников (в нашем цехе это главные насосы), распределительных шкафов предназначаются  кабельные линии больших сечений.

     Для привода 5 задвижек и 4 вентиляторов используются короткозамкнутые асинхронные продуваемые двигатели взрывозащищённого исполнения серии АИР на напряжение 380 [В].

     2.5 Расчёт электрических нагрузок

     Расчёт  электрических нагрузок промышленных предприятий производим методом упорядоченных диаграмм, рекомендованным в “Руководящих указаниях по определению электрических нагрузок промышленных предприятий”. Метод применим в тех случаях, когда известны номинальные данные всех ЭП предприятия и их размещение на плане цехов и на территории предприятия. Метод позволяет по номинальной мощности ЭП с учётом их числа и характеристик определить расчётную нагрузку любого узла схемы электроснабжения.

     Определяем  номинальные мощности электроприёмников, группируя их по коэффициенту использования Ки, т.е. электроприёмников, имеющих одинаковый технологический процесс, но не одинаковую мощность.

     Для всех электроприёмников определяем cos φ и соответственно tg φ, а также  Ки [2, стр. 52, Таблица 2.11].

     Определяем  расчётный ток электродвигателей  насосов № 1, 2, 3.. Насос № 2 является резервным, поэтому его мощность при определении суммарной активной мощности не учитываем. Суммарная активная мощность Р_ном=320 кВт, К_и =0,7, cos φ=0,8, tg φ=0,75.

     Сменная мощность за наиболее загруженную смену:

где Р_см – [кВт] средняя активная нагрузка групп электроприёмников за максимально загруженную смену;

К_и – коэффициент использования группы электроприёмников, характеризует использование активной мощности;

Р_ном – [кВт] суммарная номинальная активная мощность групп электроприёмников;

где Q_см – [кВАр] средняя реактивная нагрузка групп электроприёмников за максимально загруженную смену;

Р_см – [кВт] средняя активная нагрузка групп электроприёмников за максимально загруженную смену;

  Полученные  данные по расчёту установленной  и сменной мощности систематизируем и записываем в Таблицу № 2, которая наглядно показывает нагрузку, затраченную в наиболее загруженную смену.

где - квадрат суммы номинальных мощностей всех электроприёмников;

- сумма квадратов номинальных  мощностей всех  электроприёмников;

     Затем определяем значение коэффициента максимума  К_мах по [2, стр. 54, Таблица 2.13], в зависимости от значения среднего коэффициента использования К_и и эффективного числа η_э группы электроприёмников. К_мах =1,35.

     Активная  максимальная мощность:

где Р_мах – [кВт] расчётная максимальная активная нагрузка (получасовой максимум);

К_мах – коэффициент максимума активной (реактивной) мощности, характеризует превышение максимальной нагрузки Р_мах над средней Р_см за максимально загруженную смену;

Р_см – [кВт] средняя активная нагрузка групп электроприёмников за максимально загруженную смену;

При η_э ≤ 10  реактивная максимальная мощность Q_мах  будет:

где Q_мах – [кВАр] расчётная максимальная реактивная нагрузка (получасовой максимум);

Q_см – [кВАр] средняя реактивная нагрузка групп электроприёмников за максимально загруженную смену;

     Определяем  полную максимальную мощность:

где S_мах – [кВА] полная мощность;

Р_мах – [кВт] расчётная максимальная активная нагрузка (получасовой максимум);

Q_мах – [кВАр] расчётная максимальная реактивная нагрузка (получасовой максимум);

где S_мах – [кВА] полная мощность;

U_мах – [кВ] напряжение сети;

     Расчёты остальных электроприёмников производим аналогичным образом, а данные заносим в таблицу № 2.