Электроснабжение тракторного завода
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКО ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННО БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Энергетический факультет
Кафедра электротехники и электроснабжения
Курсовая работа
«Электроснабжение тракторного завода»
Вариант 3
Выполнил: студент 4 курса,
2 группы, энергетического ф-та,
спец.:140400.62
Гайнанов И.И.
Проверил: д.т.н., профессор
Наумов И. В.
шифр
Иркутск 2015 г.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ
Промышленные предприятия составляют основную часть потребителей электроэнергии, доля приходящаяся на них составляет примерно 67% от всего числа потребителей. В связи с этим фактом именно на предприятиях стоит вопрос об экономии электроэнергии более остро, чем у других потребителей.
Современная рационально выполненная система электроснабжения промышленного предприятия, должна быть, экономичной, надежной, безопасной, удобной в эксплуатации, а также должна обеспечивать надлежащее качество энергии.
Целью данной расчетной работы является электроснабжение тракторного завода. Содержание расчетной работы включает в себя следующие вопросы: описание технологического процесса, расчет электрических нагрузок, выбор системы питания и распределения, определение центра электрических нагрузок.
Так же должна предусматриваться гибкость системы, обеспечивающая возможность расширения при развитии предприятия без существенного усложнения и удорожания первоначального варианта, при этом должны по возможности приниматься решения, требующие минимальных расходов цветных металлов и электроэнергии.
1. Краткая характеристика промышленного предприятия
Тракторная промышленность России представляет собой одну из отраслей сельскохозяйственного машиностроения в машиностроительном комплексе страны, ее продукция – это тракторы, моторы и силовые агрегаты, узлы, детали и запчасти для тракторов.
Большинство тракторных заводов в России сформировались как универсальные, имеющие полный комплект вспомогательных, заготовительных, основных и ремонтных производственных мощностей. Гиганты тракторостроения имеют такие производства как литейное (чугунолитейное, сталелитейное, цветнолитейное, цеха точного литья), кузнечное, прессово-сварочное, механосборочное, ремонтное, энергетическое, термическое, гальваническое, окрасочное и другие.
Выпуск унифицированных моделей тракторов в 60-е годы прошлого века дал возможность начать переход к созданию отдельных специализированных предприятий по выпуску агрегатов, узлов и деталей: заводы гидроагрегатов, моторные заводы, заводы топливной аппаратуры, шестерен, тракторных трансмиссий, поршней и др.
Факторами размещения тракторных заводов являются потребление и, частично, наличие сырья для их производства. Так первые заводы по производству тракторов возникли в крупных зерновых районах и были расположены неподалеку от источников металла (Челябинск, Волгоград).
Тракторное машиностроение ориентируется на специфику хозяйственной деятельности регионов. Тракторы в России выпускают:
- сельскохозяйственные — в Липецке, Челябинске, Волгограде, Рубцовске, Таганроге, Владимире;
- промышленные — в Санкт-Петербурге, Чебоксарах;
- трелёвочные — в Петрозаводске;
- картофелеуборочные — в Рязани;
- льноуборочные — в Тверской области.
Тракторостроение, как отрасль промышленности, существует с 1917, когда начался массовый выпуск тракторов в США на заводах Форда. В СССР эта отрасль ведет начало с 1923г. - с начала производства тракторов заводом «Красный Путиловец».
Кризисные годы последнего десятилетия прошлого века тракторостроительные предприятия России пережили очень тяжело: в 2004 г. выпуск тракторов составил всего лишь 3,9% от производства 1990 г. В последние годы отечественное тракторостроение не покрывает возрастающий спрос, он частично удовлетворяется за счет импорта.
Сегодня самое большое количество тракторов выпускается в Западной Европе: в Италии, Германии, Франции, Англии, Финляндии. Затем идут Индия, Китай, Центральная и Восточная Европа, США, Канада, Латинская Америка. Кризисные явления способствуют увеличению концентрации производства и укрупнению корпораций – мировых производителей тракторов. В России сформировались мощные корпоративные структуры: «Новое содружество», Концерн «Тракторные заводы», «Петербургский тракторный завод».
Тракторные хозяйственной деятельности: не только сельского и лесного хозяйства, но и промышленности. На их основе выпускаются различную сельскохозяйственную технику, землеройные машины - бульдозеры, скреперы, тягачи.заводы играют огромную роль для развития большинства видов
1.2 Исходные данные для проектирования
Рисунок 1 – Генеральный план проектируемого объекта
Таблица 1 - Исходные данные потребителей электрической энергии
№ по ген.плану |
Наименование цеха |
Установленная мощность, кВт |
Кс |
cos φ |
tg φ |
1 |
Прокатный цех |
3350 |
0,4 |
0,75 |
0,88 |
2 |
Механический цех |
1900 |
0,3 |
0,75 |
0,88 |
3 |
Литейная цветного литья |
3600 |
0,78 |
0,75 |
0,88 |
4 |
Склад готовой продукции |
180 |
0,4 |
0,8 |
0,75 |
5 |
Заводоуправление |
200 |
0,5 |
0,85 |
0,62 |
6 |
Сборочный цех |
2300 |
0,2 |
0,6 |
1,33 |
7 |
ЦЗЛ и КБ |
420 |
0,5 |
0,7 |
1,02 |
8 |
Ремонтно-механический цех |
1830 |
0,4 |
0,65 |
1,17 |
9 |
Гараж |
150 |
0,3 |
0,7 |
1,02 |
10 |
Литейная черного литья |
3800 |
0,8 |
0,75 |
0,88 |
Литейная черного литья(10 кВ) |
2ДСП по 2800 |
0,55 |
0,75 |
0,88 | |
11 |
Цех термической обработки |
2600 |
0,6 |
1 |
0 |
12 |
Компрессорная |
1250 |
0,765 |
0,8 |
0,75 |
Компрессорная (10 кВ) |
2АД по 800 |
0,75 |
0,8 |
0,75 |
2.1
Определение расчетной
Расчетная величина электрических нагрузок РР определяет технические решения, диктуя затраты на изготовление электрических изделий, на создание и развитие СЭС. Электрические нагрузки необходимы для выбора силовых трансформаторов, аппаратов защиты, компенсирующих устройств, а также для расчета потерь электроэнергии, отклонений и колебаний напряжения. От величины электрических нагрузок зависят технико-экономические показатели проектируемой системы электроснабжения, в т. ч. Капитальные затраты, расход цветных металлов и эксплуатационные расходы.
Выбор метода расчета электрических нагрузок определяется рассматриваемым уровнем системы электроснабжения, стадией проектирования и технологическими особенностями электроприемников.
При разработке проекта электроснабжения промышленного предприятия необходимо определить максимальную мощность, передачу которой требуется обеспечить для нормальной работы объекта. В зависимости от этого значения, которое называется расчетной нагрузкой, выбирается источник питания и все оборудование электрической сети (линии, трансформаторы, распределительные устройства).
Коэффициент спроса (Кс) группы ЭП –это отношение расчетной мощности Рр к суммарной номинальной мощности группы:
Кс =Рр / Рн..
Метод коэффициента спроса
Метод коэффициента спроса наиболее прост, широко распространен при расчете электрических нагрузок цехов предприятия. Он заключается в использовании выражения:
Рр = Рмакс = kcPy,
где: Py – установленная мощность, определяемая как сумма номинальных мощностей электроприемников в группе, кВт, kc – коэффициент спроса.
Расчет электрических нагрузок предприятия в целом при заданной установленной электрической мощности цехов производиться методом коэффициента спроса по литературным источникам с учетом осветительной нагрузки цехов. Осветительная нагрузка цехов определяется по удельной мощности на единицу площади.
Полная расчетная мощность определяется:
Расчет для цеха №1:
Для остальных электроприемников расчет аналогичен и приведен в Таблице 2.
Таблица 2 – Расчет нагрузки
№ цеха |
Наименование цеха |
Уст. мощн., кВт |
Кс |
cos φ |
tg φ |
Расчетная нагрузка | ||
Рр, кВт |
Qр, квар |
Sp, кВА | ||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
1 |
Прокатный цех |
3350 |
0,4 |
0,75 |
0,88 |
1340 |
1179,2 |
1784,97 |
Продолжение таблицы 1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
2 |
Механический цех |
1900 |
0,3 |
0,75 |
0,88 |
570 |
501,6 |
759,28 |
3 |
Литейная цветного литья |
3600 |
0,78 |
0,75 |
0,88 |
2808 |
2471,1 |
3740,44 |
4 |
Склад готовой продукции |
180 |
0,4 |
0,8 |
0,75 |
72 |
54 |
90 |
5 |
Заводоуправление |
200 |
0,5 |
0,85 |
0,62 |
100 |
62 |
117,66 |
6 |
Сборочный цех |
2300 |
0,2 |
0,6 |
1,33 |
460 |
611,8 |
765,44 |
7 |
ЦЗЛ и КБ |
420 |
0,5 |
0,7 |
1,02 |
210 |
214,2 |
299,7 |
8 |
Ремонтно-механический цех |
1830 |
0,4 |
0,65 |
1,17 |
732 |
856,44 |
1126,64 |
9 |
Гараж |
150 |
0,3 |
0,7 |
1,02 |
45 |
45,9 |
64,28 |
10 |
Литейная черного литья |
3800 |
0,8 |
0,75 |
0,88 |
3040 |
2675,2 |
4049,5 |
Литейная черного литья(10 кВ) |
2ДСП по 2800 |
0,55 |
0,75 |
0,88 |
3080 |
2710,4 |
4102,76 | |
11 |
Цех термической обработки |
2600 |
0,6 |
1 |
0 |
2600 |
0 |
2600 |
12 |
Компрессорная |
1250 |
0,77 |
0,8 |
0,75 |
956,3 |
812,8 |
1255,02 |
Компрессорная (10 кВ) |
2АД по 800 |
0,75 |
0,8 |
0,75 |
1200 |
744 |
1411,93 | |
Итого |
16173,25 |
12938,58 |
21127,62 |
2.2 Расчет нагрузки осветительных установок и полной нагрузки
Расчет осветительной нагрузки ведется по методу удельной мощности.
где: - коэффициент спроса освещения; S - площадь здания; Pp.o. - удельная мощность осветительной установки.
Площадь территории:
Для производственных помещений принимаем лампы ДРИ с удельной мощностью 8,6 Вт/м2 , для хозяйственных и административных помещений -лампы ЛД с удельной мощностью 9,8 Вт/м2, для территории завода – лампы ДНаТ с удельной мощностью 0,16 Вт/м2.
Таблица 3 – Площадь цехов и освещаемой территории
№ цеха |
Наименование цеха |
F, м2 |
1 |
Прокатный цех |
360 |
2 |
Механический цех |
3504 |
3 |
Литейная цветного литья |
4992 |
4 |
Склад готовой продукции |
2800 |
5 |
Заводоуправление |
5280 |
6 |
Сборочный цех |
2240 |
7 |
ЦЗЛ и КБ |
1344 |
8 |
Ремонтно-механический цех |
2240 |
9 |
Гараж |
2400 |
10 |
Литейная черного литья |
2880 |
11 |
Цех термической обработки |
3816 |
12 |
Компрессорная |
4880 |
Освещаемая территория |
107744 |
Приведем расчет для цеха №1:
Ppo = Pуд ∙ F ∙ ксо = 0,0086 ∙ 360 ∙ 0,9 = 2,79 кВт;
Qpo = Ppo ∙ tg φ = 2,79 ∙ 0,33 = 0,92 квар.
Нагрузка на освещение территории завода:
Площадь освещения территории будет равна:
где:- площадь фабрики; - суммарная площадь цехов.
Активная нагрузка на освещение территории :
где:-удельная плотность осветительной нагрузки; , коэффициент спроса осветительной нагрузки.
Реактивная нагрузка на освещение территории :
Расчет для остальных цехов аналогичен и представлен в таблице 4.
Таблица 4 – Расчет мощности освещения
№ цеха |
Наименование цеха |
Руд, кВт/м2 |
F, м2 |
Ксо |
cosφ |
tgφ |
Рро, кВт |
Qро, квар |
1 |
Прокатный цех |
0,0086 |
360 |
0,9 |
0,95 |
0,33 |
2,79 |
0,92 |
2 |
Механический цех |
0,0086 |
3504 |
0,9 |
0,95 |
0,33 |
27,12 |
8,95 |
3 |
Литейная цветного литья |
0,0086 |
4992 |
0,9 |
0,95 |
0,33 |
38,64 |
12,75 |
4 |
Склад готовой продукции |
0,0096 |
2800 |
0,9 |
0,95 |
0,33 |
24,7 |
8,15 |
5 |
Заводоуправление |
0,0096 |
5280 |
0,9 |
0,95 |
0,33 |
46,57 |
15,37 |
6 |
Сборочный цех |
0,0086 |
2240 |
0,9 |
0,95 |
0,33 |
17,34 |
5,72 |
7 |
ЦЗЛ и КБ |
0,0096 |
1344 |
0,9 |
0,95 |
0,33 |
11,85 |
3,9 |
8 |
Ремонтно-механический цех |
0,0086 |
2240 |
0,9 |
0,95 |
0,33 |
17,34 |
5,72 |
9 |
Гараж |
0,0096 |
2400 |
0,9 |
0,95 |
0,33 |
21,168 |
6,99 |
10 |
Литейная черного литья |
0,0086 |
2880 |
0,9 |
0,95 |
0,33 |
22,29 |
7,36 |
11 |
Цех термической обработки |
0,0086 |
3816 |
0,9 |
0,95 |
0,33 |
29,54 |
9,75 |
12 |
Компрессорная |
0,0086 |
4880 |
0,9 |
0,95 |
0,33 |
37,77 |
12,46 |
Освещаемая территория |
1 |
107744 |
0,8 |
0,5 |
1,73 |
17,24 |
29,8 | |
Итого |
314,36 |
128,11 |
2.4 Определение мощности источника питания
где: – суммарная активная нагрузка низкого напряжения предприятия; – суммарная активная расчетная нагрузка освещения цехов; - суммарная активная расчетная нагрузка освещения территории; суммарная активная нагрузка высокого напряжения предприятия.
где: – суммарная реактивная нагрузка низкого напряжения предприятия; – суммарная реактивная расчетная нагрузка освещения цехов; - суммарная реактивная расчетная нагрузка освещения территории; суммарная реактивная нагрузка высокого напряжения предприятия.
Поскольку на данном этапе проектирования источники питания цехов и проводниковые электрические связи еще не выбраны, суммарные потери в ЛЭП и цеховых трансформаторах можно определять по приближенным выражениям:
Суммируя выражения получаем нагрузку предприятия без учета компенсации:
Определяют суммарную нагрузку предприятия с учетом компенсации реактивной мощности:
где: - для электрических сетей 6-10кВ и 35 кВ.
Рассчитываем нагрузку центра питания:
3. Выбор и обоснование схемы внешнего электроснабжения
Правильный выбор места, где располагается источник питания (ИП) для проектируемого объекта, его мощность и оснащение элементами защиты и управления имеют огромное значение для нормального функционирования системы электроснабжения в целом.
Число трансформаторов на ГПП определяется по формуле:
,
где - суммарная расчетная нагрузка; - число трансформаторов на ГПП; - коэффициент загрузки трансформаторов ( = 0,6-0,7 при питании от ГПП потребителей 1 и 2 категории, = 0,75-0,85 при питании от ГПП потребителей 2 и 3 категории).
3.1. Расчет затрат при использовании номинального напряжения 110кВ.
Выбираем трансформатор:
Выбираем трансформаторы ТДН-16000/110
Определение расчетного тока в линии:
Определение сечения провода:
Экономическая плотность тока для алюминиевых неизолированных проводов и шин, при числе часов использования максимум нагрузки Тмакс от 3000 до 5000 ч/год, согласно ПУЭ принимается = 1,1 А/мм2.
Выбираем 2-хцепный провод марки АС 70(минимальное допустимое сечение при
Потери электроэнергии в трансформаторах рассчитываются по формуле:
где: ST – мощность наибольшей нагрузки в данный период, кВА (принимается равной расчетной нагрузке предприятия Sр; STном – номинальная мощность трансформаторов; - время потерь при максимальной нагрузке.
Технические характеристики
для трансформаторов ТДН-16000/
РХХ = 26 кВт;
РКЗ = 85 кВт;
= 16000 кВА;
= 3000 ч/ год;
=633667,63 кВт∙ч.
Потери электрической энергии в ЛЭП определяются исходя из закона Джоуля-Ленца:
,
где Iрасч – расчетный ток в линии электропередачи; - время максимальных потерь, которое равно 3100 ч/год; l – длина ЛЭП заданная по условиям проектирования и равна 8 км; - удельное активное сопротивление ЛЭП, для провода марки АС-70 =0,46 Ом/км.
Зная стоимость электроэнергии 1,79 руб./кВтч., определим суммарные потери:
3.1. Расчет затрат при использовании номинального напряжения 35 кВ.
Выбираем трансформатор:
Выбираем трансформаторы ТДНС-16000/36,75
Определение расчетного тока в линии:
Определение сечения провода:
Экономическая плотность тока для алюминиевых неизолированных проводов и шин, при числе часов использования максимум нагрузки Тмакс от 3000 до 5000 ч/год, согласно ПУЭ принимается = 1,1 А/мм2.
Выбираем 2-хцепный провод марки АС 150,
Проверяем провод по условию нагрева.
;
450А 311,98А;
По допустимой потере напряжения:
где:- расчетный ток в кабельной линии в нормальном
режиме,А;
- активное и реактивное сопротивление
кабельной линии, Ом; доп – допустимая
потеря напряжения для линии данного сечения
(для линий 20-35 кВ значение можно принимать равным 1-3%).
доп
3%
Потери электроэнергии в трансформаторах рассчитываются по формуле:
Технические характеристики для трансформаторов ТДНС-16000/36,75:
РХХ = 17 кВт;
РКЗ = 85 кВт;
= 16000 кВА;
= 2000 ч/ год;
=416605,09 кВт∙ч.
Потери электрической энергии в ЛЭП определяются исходя из закона Джоуля-Ленца:
,
Зная стоимость электроэнергии 1,79 руб./кВтч., определим суммарные потери:
Из проведенного технико–экономического сравнения, видно, что наиболее оптимальным и экономичным является использование линии с напряжением 35 кВ, т.к затраты на потерю электрической энергии в трансформаторах и в линиях меньше, чем на напряжении 110 кВ.
4. Проектирование системы внутреннего электроснабжения
При выборе оптимального варианта схемы распределения электрической энергии внутри объекта проектирования необходимо руководствоваться основными требованиями к системам электроснабжения, а также принципами формирования структуры электрических сетей и насыщенности их необходимыми элементами.
При выборе источников питания следует учитывать требования к надежности электроснабжения. Приемники электрической энергии в отношении обеспечения надежности электроснабжения разделяются на несколько категорий.
Первая категория – электроприемники, перерыв электроснабжение которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный экономический ущерб, повреждение дорогостоящего оборудования, расстройство сложного технологического процесса, массовый брак продукции. Допустимый интервал продолжительности нарушения электроснабжения не более времени, затрачиваемого автоматический ввод резервного источника питания.
Вторая категория - электроприемники, перерыв электроснабжение которых приводит к массовым недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов. Допустимый интервал продолжительности нарушения электроснабжения не более 30 мин.
Третья категория – все остальные электроприемники, не подходящие под определение первой и второй категорий.
ЭП первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания, при отключении одного из них переключение на резервный источник должно осуществляться автоматически.
Электроприемники второй категории рекомендуется обеспечивать от двух независимых источников питания, переключения можно осуществлять не автоматически.
Электроснабжение ЭП третьей категории может выполняться от одного источника при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта и замены поврежденного оборудования, не превышают одних суток.
Число и тип приемных пунктов электроэнергии зависят от мощности, потребляемой объектом электроснабжения, и характера размещения электропотребителей на территории объекта.
Выбор схемы внутреннего электроснабжения включает в себя решение следующих вопросов:
- выбор напряжения внутреннего электроснабжения;
- выбор режима работы нейтралей в сетях всех классов напряжений;
- выбор числа, мощности, расположения РП, ТП, НКУ.
- выбор схемы электроснабжения на напряжениях 10 (6) кВ и 0,4 кВ;
- выбор схемы и компоновки РП, ТП, НКУ.
Таблица 7 - Категория надежности потребителей.
№ по плану |
Наименование цеха |
Категория надежности |
1 |
2 |
3 |
1 |
Прокатный цех |
I |
2 |
Механический цех |
I |
3 |
Литейная цветного литья |
II |
4 |
Склад готовой продукции |
III |
5 |
Заводоуправление |
III |
Продолжение таблицы 7
1 |
2 |
3 |
6 |
Сборочный цех |
II |
7 |
ЦЗЛ и КБ |
III |
8 |
Ремонтно-механический цех |
II |
9 |
Гараж |
III |
10 |
Литейная черного литья |
I |
Литейная черного литья (10 кВ) |
I | |
11 |
Цех термической обработки |
II |
12 |
Компрессорная |
I |
Компрессорная (10 кВ) |
I |
4.1.
Выбор схемы внутреннего
В зависимости от общей нагрузки предприятия, а также мощности отдельных цехов и их территориального расположения для определения количества трансформаторов можно идти несколькими путями.
Один из подходов для решения поставленной задачи применяется в том случае, когда цеха предприятия имеют различную установленную мощность, различный характер работы, одинаковый или различный уровень надежности электроснабжения. В этом случае отдельные цеха, группы цехов, корпусов и т. п. объединяются в соответствующие группы по сходным режимным показателям и близкому уровню надежности электроснабжении.
Определение числа и мощности трансформаторных подстанций выполняем с учетом следующих факторов:
- категории надежности электроснабжения потребителей;
- компенсации реактивной мощности на напряжение до 1 кВ;
- перегрузочной способности трансформаторов в нормальном и послеаварийном режимах;
Коэффициент загрузки рекомендуется принимать в следующих пределах:
=0,6-0,7 для двух трансформаторных
подстанций при наличии
=0,75-0,85 для двух трансформаторных
подстанций при наличии
=0,9-0,95 для одно трансформаторных подстанций.
Рисунок 3 – Схема внутреннего электроснабжения
ТП 10
Определяем общую расчетную нагрузку на низком напряжении без учета потерь в элементах сети на ТП с учетом компенсации реактивной мощности:
Так как схема распределение электрической энергии внутри цеха не известна, потери в кабельных линиях внутри цехов будем считать по приближённой формуле. Суммарные потери в линиях (по приближенным выражениям):
где: - для электрических сетей 0,4 кВ.
Принимаем 2хКРМ-0,4-750-75-У3.
Определяем мощность и количество цеховых трансформаторов:
Выбираем трансформаторы ТМГ-2500/10/0,4
Находим потери в трансформаторе:
;
Находим суммарную мощность на стороне высокого напряжения:
.
ТП 8
Определяем общую расчетную нагрузку на низком напряжении без учета потерь в элементах сети на ТП с учетом компенсации реактивной мощности:
Принимаем 2хКРМ-0,4-300-30-У3.
Выбираем трансформатор:
Выбираем трансформаторы ТМГ-630/10/0,4.
Находим потери в трансформаторе:
;