Электроснабжение предприятий

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение………………………………………………………………………....4 

1)Классификация потребителей электрической энергии………………..…7        

2)Расчет электрических нагрузок (по группам электроприёмников,

 цехов и  предприятия в целом)………………………………………………10 

3)Выбор рационального напряжения для питающей сети предприятия….28 

4)Компенсация реактивной мощности………………………………………31 

5)Выбор числа мощности и типа силовых трансформаторов главной……36 понизительной подстанции и цеховых подстанций 

6)Выбор схемы электроснабжения предприятия…………………………...42 

7)Расчет и выбор, питающих и распределительных цепей………………...45 

8)Расчет токов короткого замыкания………………………………………..47 

    9)Выбор высоковольтного оборудования подстанции……………………..49 

10)Выбор релейной  зашиты………………………………………………….58 

11)Описание работы схемы релейной защиты……………………………...62 

12)Расчет молниезащиты……………………………………………………..67 

13)Расчет заземления…………………………………………………………70 

14)Учет и нормирование электропотребления……………………………...73 

15)Техника безопасности при обслуживании электрооборудования подстанции…………………………………………………………………….75 

Заключение……………………………………………………………………….81

Список использованной литературы…………………………………………...83 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 

  По  условиям   задания   требуется   рассчитать и выбрать оборудование заводской подстанции питающей нагрузку второй категории.

  Необходимо:  правильно  определять электрические  нагрузки; рационально передавать и  распределять электрическую энергию; обеспечивать

необходимое   качество   электроэнергии; компенсацию реактивной мощности; выбрать числа мощности и типа силовых трансформаторов главной понизительной подстанции и цеховых подстанций; выбрать схему электроснабжения предприятия; расчетать и выбрать, питающие и распределительные цепи, токи короткого замыкания, цепи на термическую устойчивость, выбрать высоковольтное оборудование подстанции, релейную защиту; расчетать молниезащиты, заземления; знать технику безопасности при обслуживании электрооборудования подстанции.

   Системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приёмников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др.

  В настоящее время большинство  потребителей получает электроэнергию от энергосистем.

  По  мере развития электропотребления усложняются  системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ.

  На  пути от источника питания до электроприёмников  на современных промышленных предприятиях электрическая энергия, как правило, трансформируется один или несколько раз. В зависимости от места расположения в схеме электроснабжения трансформаторные подстанции называют главными понизительными подстанциями или цеховыми трансформаторными подстанциями.

  Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

  1. обеспечивать необходимую надёжность электроснабжения приёмников электроэнергии в зависимости от их категории;
  2. быть удобными и безопасными в эксплуатации;
  3. иметь оптимальные технико-экономические показатели (минимум приведённых затрат);
 
 
  
  1. иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов  монтажа

  Для приёма и распределения электроэнергии к группам потребителей

  трёхфазного переменного тока промышленной частоты  напряжением 380 В применяют силовые  распределительные шкафы и пункты.

  Главной проблемой в ближайшем будущем  явится создание рациональных систем электроснабжения промышленных предприятий, которое связано со следующим:

  1. выбором и применением рационального числа трансформаций (оптимальный вариант числа трансформаций – две-три);
  2. выбором и применением рациональных напряжений (в системах электроснабжения промышленных предприятий даёт значительную экономию в потерях электроэнергии);
  3. правильным выбором места размещения цеховых и главных распределительных (понизительных) подстанций (обеспечивает минимальные годовые приведённые затраты);
  4. дальнейшим совершенствованием методики определения электрических нагрузок (способствует решению общей задачи оптимизации  построения систем внутризаводского электроснабжения);
  5. рациональным выбором числа и мощности трансформаторов, а также схем электроснабжения и их параметров, что ведёт к сокращению потерь электроэнергии и повышению надёжности;

      Системой электроснабжения вообще называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электрической энергии.

  Системы электроснабжения промышленных предприятий  создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников электрической энергии, к которым относятся электродвигатели различных механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и другие промышленные приемники электроэнергии. Задача электроснабжения промышленных предприятий возникла одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных механизмов и строительством электрических станций.

   Первые электрические станции  сооружались в городах для  целей освещения и питания  электрического транспорта, а также  при фабриках и заводах. Несколько позднее появилась возможность сооружения электрических станций в местах залежей топлива (торфа, угля, нефти) или местах использования энергии воды, в известной степени независимо от мест нахождения потребителей электрической энергии —' городов и промышленных предприятий. Передача электрической энергии к центрам потребления стала осуществляться линиями электропередачи высокого напряжения и на большие расстояния.

  В настоящее время большинство  потребителей получает электрическую энергию от электрических систем. В то же время на ряде предприятий продолжается сооружение и собственных ТЭЦ.

  Необходимость в производстве электрической энергии  на фабрично-заводских электростанциях обусловливается рядом причин:

  а) потребностью в тепловой энергии для технологических целей 
и отопления  и  эффективностью  попутного производства  при этом 
электрической энергии;

  б) необходимостью резервного питания для ответственных потре 
бителей (второй источник питания);

в) необходимостью   использования   вторичных   энергоресурсов;

  г) большой   удаленностью   некоторых   предприятий   от   энерго 
систем. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.КЛАССИФИКАЦИЯ  ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ЭНЕРГИИ 
 

Большинство электроприёмников цеха относится к приёмникам трёхфазного тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц (станки, печи, вентиляторы, кран). Сварочный трансформатор переменного тока представляет собой однофазную нагрузку и работает на промышленной частоте 50 Гц.

По режиму работы различают характерные группы приёмников:

1) приёмники,  работающие в режиме с продолжительно неизменной или мало меняющейся нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без превышения температуры отдельных частей машины или аппарата выше допустимой. Примерами данной группы приёмников являются электродвигатели вентиляторов, нагревательные печи, сушильные шкафы. Станки работают длительно, но с переменной нагрузкой и кратковременными отклонениями, за время которых электродвигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды.

2) приёмники,  работающие в режиме повторно-кратковременной  нагрузки. В этом режиме кратковременные  рабочие периоды машины или  аппарата чередуются с кратковременными  периодами отключения. Повторно-кратковременный  режим работы характеризуется  относительной продолжительностью включения и длительностью цикла. В повторно-кратковременном  режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неограниченное время, причём превышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером этой группы приёмников являются электродвигатель крана, сварочные аппараты.

По требуемой  степени бесперебойности питания  электроприёмники относятся ко 2  категории.

Наибольшее  число приёмников составляют электродвигатели станков, мощность которых достаточно разнообразна. Напряжение сети 380 В  с частотой 50 Гц.

Электрические печи  - электротермические установки, преобразующие электрическую энергию  в тепловую. Питание печей осуществляется током промышленной частоты напряжением 380 В. Нагрузка постоянная или мало меняющаяся. Печи и мощностью 7,5 – 70 кВт относятся к потребителям малой и средней мощности.

Двигатели вентиляторов работают в продолжительном  режиме работы.

Нагрузка равномерная и симметричная по трём фазам. Толчки нагрузки имеют место только при пуске. Питание производится током промышленной частоты. Перерыв в электроснабжении чаще всего недопустим и может повлечь за собой опасность для жизни людей, серьёзное нарушение технологического процесса или повреждение оборудования.

Мостовой  кран – подъёмно транспортное устройство, работающее в повторно-кратковременном  режиме. Для этого устройства характерны частые толчки нагрузки.

 Для  преобразования трёхфазного переменного тока в однофазный служит преобразовательный агрегат. Перерыв в его питании не приводит к тяжёлым авариям с повреждением основного оборудования и может быть допущен на несколько минут.

Электросварочные  установки переменного тока работают на промышленной частоте 50 Гц и представляют собой однофазную нагрузку в виде сварочных трансформаторов для дуговой сварки. Сварочные трансформаторы характеризуются низким коэффициентом мощности и частыми перемещениями в питающей сети.

Окружающая  среда в цехе нормальная, расположение приёмников в цехе стационарное, нагрузка неравномерная.  
 

1.1Обеспечение  надёжности в системах  электроснабжения 

Системы электроснабжения должны удовлетворять  следующим требованиям:

1) Надёжность  и бесперебойность.

2) Безотказность  и удобство в эксплуатации.

3) Обеспечение  электрической энергии надлежащего  качества.

4) Гибкость  системы позволяющая дальнейшее  её развитие без существенных  реконструкции.

5) Максимальное  приближение  потребителей к  источникам высокого напряжения.

Все потребители согласно с ПУЭ по бесперебойности электроснабжения делятся на 3 категории:

1) Потребители  1-ой категории должны обеспечиваться 100% резервным питанием от 2-х независимых  источников питания. Перерыв в  питании допускается на время  включения автоматического резервного  питания.

Для питания  потребителей особой группы кроме 2-х  основных источников питания необходим 3-й независимый источник, достаточный для безаварийной остановки производства. В качестве такого источника может служить дизельная электростанция, специальные агрегаты бесперебойного питания или аккумуляторные батареи.

2) Для потребителей 2-й категории рекомендовано питание от 2-х независимых источников, перерыв в электроснабжении допускается на время включения резервного питания, действиями дежурного персонала или выездной бригады. Питание потребителей 2-й категории может осуществляться по одной воздушной линии, по одной кабельной линии или от одного трансформатора. Если существует возможность замены воздушной или кабельной линии или трансформатора на время не более 1 суток.

3) Для  потребителей 3-й категории питание  производится от одного источника если перерыв в электроснабжении необходимый для ремонта или замены повреждённого оборудования не более 1 суток.

Независимый источник питания- это источник на котором  сохраняется напряжение в пределах  установленных с ПУЭ, для послеаварийного режима при исчезновении напряжения на других источниках питания. Ими могут быть две электростанции или две подстанции энергосистемы и две секции сборных шин электростанций или подстанций.  Последним будет являться независимым при выполнении следующих условий:

1) Каждая  секция питается от независимого  источника.

2) Секции  не связаны между собой или  имеется связь автоматически  отключающаяся при нарушении  нормальной работы одной из  секций.  
 

 

                                        
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     

       2.РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК 
     

Создание  любого промышленного объекта начинается с его проектирования. Не простое суммирование установленных (номинальных) мощностей ЭП предприятия, а определение ожидаемых (расчетных) значений электрических нагрузок является первым и основополагающим этапам проектированием СЭС. Расчетная максимальная мощность, потребляемая электрприемниками предприятия, всегда меньше суммы номинальных мощностей этих ЭП.

Завышение ожидаемых нагрузок приводит к удорожанию строительства, перерасходу проводникового материала и неоправданному увеличению мощности трансформаторов и прочего оборудования. Занижение может привести к уменьшению пропускной способности электросети, к лишним потерям мощности, перегреву проводов, кабелей и трансформаторов, а следовательно, к сокращению срока их службы.

Существующие  методы определения расчетных нагрузок основаны на обработке экспериментальных и практических данных об электрических нагрузках действующих промышленных предприятий.

При определении  расчетных нагрузок предприятия в основном производят методом упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума). Метод применяется в тех случаях, когда известны номинальные данные всех ЭП предприятия и их расположения на плане цеха. 

2.1.Метод  расчёта электрических  нагрузок 

Под электрической  нагрузкой понимают значение мощностей  потребляемой отдельным электроприёмником  или их группой. Правильное определение  электрических нагрузок является основой  для выбора элементов систем электроснабжения.

Завышение нагрузок от истинных значений ведёт к увеличению капитальных затрат на оборудование, ухудшению коэффициента мощности, а занижение нагрузок приводит к перегрузу электрических сетей и трансформаторов, преждевременному выходу из строя электрооборудования, ограничению его производительности и повышенным потерям электрической энергии.

При расчёте  электрических нагрузок используют следующие исходные понятия:

Номинальная активная мощность – это мощность которую развивает на валу электродвигатель или любой другой электроприёмник.   Значение активной мощности указывается в паспорте.

Номинальная реактивная мощность- это реактивная мощность потребляемая из сети или  отдаваемая в сеть. Если со знаком (+) -значит потребляется из сети, а если (-) – значит отдаётся в сеть.

Групповая активная и реактивная мощность – это сумма соответствующих мощностей отдельных электроприёмников средней активной и реактивной мощности. Это среднее арифметическое значение соответствующих мощностей за определённый период времени.

Максимально активные и реактивные нагрузки – это наибольшее из соответствующих средних величин за определённый промежуток времени.

Различают два вида максимальных нагрузок:

  1. максимальная кратковременная нагрузка длится одну две секунды и необходимы для тока срабатывания реле, выбора плавких вставок предохранителей, проверки колебания напряжения в сети.
  2. Максимальная длительная нагрузка длится 30 минут и более и необходимым для выбора элементов схем электроснабжения.

 Установленная  мощность электроприёмников- это  мощность, которая указана в паспорте или на корпусе на которую рассчитан электроприёмник и может длительно потреблять из сети при номинальном напряжении

Расчет  электрических нагрузок производится методом упорядочных  диаграмм или по коэффициенту максимума.

Определяем  активную, реактивную и полную мощность для каждого цеха.

    Расчетные формулы: 

    Pp=Km ×Pн ,  где 

        Pp — расчетная активная мощность

       Km  — коэффициент максимума (по таблице)                

        Pн — активная мощность приемника

           

    Qp= Pp × tgφ 

          Qp— реактивная мощность приемника

          Pp — расчетная активная мощность

    tgφ =

          Sp— расчетная полная мощность

          Ки— коэффициент использования 
     
     
     

    Цех №1

Кузнечный цех с термическим отделением 

  1. Моталка, ковочные машины 2300/15:

    Кu=0.2, cosφ=0.65, tgφ=1.17, KM=1.61

     

  1. 2Печи сопротивления с непрерывной загрузкой 530/7:

    Кu=0.8, cosφ=1, tgφ=0, KM=1.09

      

  1. Индукционные  печи низкой частоты 290/20:

     Кu=0.5, cosφ=0,95, tgφ=0,32, KM=1.2

      

  1. Ламповые  генераторы индуктивных печей высокой  частоты 555/14:

     Кu=0.5, cosφ=0,65, tgφ=0,15, KM=1.23

     

  1. Мелкие нагревательные приборы 845/80: 

    Кu=0.6, cosφ=0,9, tgφ=0,48, KM=1.07

     

  1. Двигатель-генераторы индукционных печей 439/21:

     Кu=0.5, cosφ=0,95, tgφ=0, KM=1.2

     

  1. Мостовые  краны ПВ40% 60/4:

     Кu=0.05, cosφ=0,5, tgφ=1,7, KM=3,43

     

  1. Компрессоры 156/3:

     Кu=0.65, cosφ=0,8, tgφ=0,7, KM=1,46

     
     

  1. Насосы 264/7:

     Кu=0.6, cosφ=0,8, tgφ=0,7, KM=1,33

     

  1. Вентиляционное  оборудование 266/40:

     Кu=0.6, cosφ=0,75, tgφ=0,86, KM=1,12

     

  1. Освещение, лампы, люминесцентные 103/23:

    Кu=0.9, cosφ=0,7, tgφ=1,02, KM=1,03

    Полная  активная нагрузка по цеху №1:

     

    Полная  реактивная нагрузка по цеху №1:

    Общая полная нагрузка по цеху №1:

     
     

    Цех№2

    Сталелитейный цех

1Дуговые сталеплавительные печи емкостью 3-10т. Для фасонного литья 10500/18: Кu=0.75, cosφ=0,95, tgφ=0,32, KM=1,07

 

2Дуговые сталеплавительные печи емкостью 1т. 1250/8: Кu=0.75, cosφ=0,95, tgφ=0,32, KM=1,2

 

3Дуговые печи цветного металла емкостью 0,5т. 1780/5: Кu=0.75, cosφ=0,95, tgφ=0,32, KM=1,26

 

4Насосы514/5: Кu=0.7, cosφ=0,8, tgφ=0,45, KM=1,26

 

5Компресоры 325/8: Кu=0.75, cosφ=0,85, tgφ=0,45, KM=1,2

 

6Вентиляторы. Вентиляционное оборудование 512/17: Кu=0.64, cosφ=0,75, tgφ=0,45, KM=1,18

 

7Мостовые краны ПВ25% 360/4: Кu=0.05, cosφ=0,5, tgφ=1,7, KM=3,43

8Транспортеры несблокированные 740/6: Кu=0.45, cosφ=0,7, tgφ=0,32, KM=1,66

 

9Переносной электроинструмент 187/215: Кu=0.06, cosφ=0,5, tgφ=1,7, KM=1,15

 

10Электроосвещение. Лампы накаливания 137 

Полная  активная нагрузка по цеху №2:

Полная  реактивная нагрузка по цеху №2:

 
 

Общая полная нагрузка по цеху №2:

 
 

    ЦЕХ №3

    Штамповочный  со сварочным отделением 

1Штампы и пресс 1920/13: Кu=0.17, cosφ=0,65, tgφ=1,1, KM=1,96

 

2Конвееры несблокированные 2840/16: Кu=0.4, cosφ=0,75, tgφ=0,32, KM=1,28

 

3Краны мостовые ПВ 25% 124/4: Кu=0.05, cosφ=0,5, tgφ=9,9, KM=3,43

 

4Сварочные трансформаторы для ручной сварки 1560/23: Кu=0.2, cosφ=0,4, tgφ=0,45, KM=1,5

 

5Многопостовые сварочные двигатель генераторы 2380/33: Кu=0.5, cosφ=0,7, tgφ=2,2, KM=1,16

 

6Сварочные машины шевные 1620/25: Кu=0.5, cosφ=0,7, tgφ=0,45, KM=1,17

 

7Сварочные машины точечные 912/18: Кu=0.25, cosφ=0,6, tgφ=0,45, KM=1,61

 

8Однопостовые сварочные двигатель-генераторы 534/10: Кu=0.3, cosφ=0,6, tgφ=1,3, KM=1,6

 

9Насосы 170/13: Кu=0.7, cosφ=0,8, tgφ=0,45, KM=1,15

 

10Вентиляционное оборудование 450/24: Кu=0.65, cosφ=0,8, tgφ=0,7, KM=1,14

 

11Электроосвещение. Лампы люминисцентные 167 

Полная  активная нагрузка по цеху №3: