Электроснабжение завода горношахтного оборудования

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Казанский Государственный 

Энергетический  Университет 
 
 

Кафедра: ЭПП 
 
 
 

Курсовой  проект по курсу 

Системы электроснабжения 

Электроснабжение  завода горношахтного  оборудования 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:   Мусин И.И 

Группа:   ЭСХ-2-06

Проверил:                                                                               Чураев Р.Р           
 

Казань 2010

Содержание 

1.Определение категорий потребителей и характеристики окружающей среды помещений в каждом цехе.

2.Определение расчетной или потребляемой мощности предприятия по всем составляющим

3.Определение расчетной мощности в целом с учетом компенсирующих устройств и потерь мощности в трансформаторах

4.Выбор напряжения питающих и распределительных сетей

5.Выбор числа и мощностей трансформаторов ГПП

6.Выбор питающей линии.

7.Картограмма нагрузок и определения центра электрических

нагрузок (ЦЭН)

8.Выбор количества и мощности и местоположения

 цеховых  подстанций

9.Выбор компенсирующих устройств на стороне 0,4 кВ

10.Выбор схем распределительной сети предприятия. Распределение нагрузки по пунктам питания: ТП-6/0,4 кВ; РУ-6 кВ; РП-0,4 кВ

11.Расчет распределительной сети.

12.Технико-экономический расчет и выбор схемы электроснабжения 
 
 
 
 
 
 
 

1.Определение категорий потребителей и характеристики окружающей

  среды помещений в каждом цехе. 

     В  отношении обеспечения надежности  электроснабжения электроприемники  разделяются на следующие три  категории. 

          1.   Электроприемники первой категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.

Из состава  электроприемников первой категории  выделяются особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров. 

         2.   Электроприемники второй категории – электроприемники, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. 

          3.   Электроприемники третьей категории – все остальные электроприемники, не попадающие под определение первой и второй категорий.

По средам цеха бывают: нормальными, влажными, пыльными, химически агрессивными, взрыво- и пожароопасными. Среда цеха зависит от технологических процессов, проходящих в нем. 

        Данные по бесперебойности электроснабжения  и характеристика среды цехов  приведены в таблице 1.

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица №1

 
 
 
 
 
 
 

2.Определение расчетной или потребляемой мощности предприятия по всем составляющим 

Данный расчет покажем на примере цеха блок №1. Результаты расчета по всему предприятию сведем в таблицу №2. 

Определяем расчетную  силовую нагрузку  ниже 1 кВ:

Р_р=Р_н.·К_с=5330·0,5=2665 кВт         

     Q_р=Р_р·tgφ=2665·1,169=3115,385 кВАр   

Находим номинальную  мощность освещения и расчетную  осветительную нагрузку компрессорной станции: 

                              Р_н.о.=Р_уд.·F=17·5255,31=89,340 кВт         

          Р_р.о.=Р_н.о.·К_с.о.=89,340·0,95=84,87 кВт   

Находим полную расчетную мощность цеха:

              Р_р∑=Р_р+Р_р.о.=2665+84,87=2749,87 кВт            

Q_р∑=Q_р=3115,385 кВАр                                 

кВА 

Для нагрузки выше 1 кВ расчет проводим аналогично, но без  учета осветительной нагрузки: 

Р'_р∑=Р'_р=Р'_н.·К_с=2700·0,5=1350 кВт           

Q'_р∑=Q'_р=Р'_р·tgφ =1350·1,69 = 1578,15 кВАр     

Примечание: Коэффициенты  К_с (спроса), Соsj (мощности), К_с.о. (спроса осветительной нагрузки), плотность осветительной нагрузки Р_уд [Вт/м²] для каждого цеха выбраны по справочным данным . Площадь F[м²] каждого цеха определена по генеральному плану предприятия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.Определение расчетной мощности в целом с учетом компенсирующих устройств и потерь мощности в трансформаторах 

Потери в  ЦТП:

∆Р_ЦТП=0,02· S_р∑=0,02·29237,68=584,7 кВт

∆Q_ЦТП=0,1· S_р∑=0,1·29237,68=2923,7  кВАр 

Тогда расчетная нагрузка данной ступени определится: 

Р_р=∑Р_рi+Р_р.осв.+ ∆Р_ЦТП=21308,9+132,05+584,7=22025,65 кВт

Q_р=∑Q_рi+ ∆Q_ЦТП=20019,25+2923,7=22942,95 кВАр 

Расчет мощности компенсирующих устройств.

Р_р∑=∑ Р'_рi+ Р_р=9206+22025,65=31231,65 кВт  

Q_р∑=∑ Q'_рi+ Q_р=9919,15+22942,95=32862,1 кВАр  

    

Q_КУ= Р_р∑·(tgφ_ном–tgφ_зад.)=31231,6·(1,05–0,33)=22486,7 кВАр  

Определяем  процент высоковольтной нагрузки от полной расчетной нагрузки.

S_p – 100%

S_p(6кВ) – x %

т.к. x=31,5%  U_н принимаем равным 6 кВ 

Потери мощности в компенсирующих устройствах: 

∆Р_КУ=0,002· Q_КУ=0,002·22486,7=44,9 кВт   

Тогда расчетная  нагрузка данной ступени электроснабжения шин ГПП определится по формуле:

Р_рГПП= (Р_р∑ +∆Р_КУ) · К_рм =(31231,65+44,9)*0,95=29712,7 кВт

Q_рГПП= (Q_р∑–Q_КУ) · К_рм =(32862,1–22486,7) ·0,95=9856,63 кВАр

кВА  

Потери мощности в трансформаторах ГПП

∆Р_тГПП=0,02·S_рГПП=0,02·31304,9=626,09 кВт  

∆Q_тГПП=0,1·S_рГПП=0,1·31304,9=3130,49 кВАр   
 

Мощность питающей линии

 

4. Выбор напряжения питающих линий и распределительных сетей.

 

      Комплекс  главных вопросов при проектировании системы электроснабжения промышленного  предприятия наряду с выбором  общей схемы питания и определением целесообразной мощности силовых трансформаторов включает в себя выбор рациональных напряжений для схемы, поскольку их значениями определяются параметры линий электропередачи и выбираемого электрооборудования подстанций и сети, а следовательно, размеры капиталовложений, расход цветного металла, потери электроэнергии и эксплуатационные расходы.

      Для определения напряжения питающей линии  можно использовать два способа:

      1. Напряжения питающей линии можно  определить по номограммам. Это  график для приблизительного  определения величины рационального напряжения электроснабжения промышленных предприятий в зависимости от передаваемой мощности S, длинны питающих линий L, схемы питания, конструктивного выполнения линии и стоимости электрической энергии.

      2. Напряжения питающих линий можно  определить по эмпирическим формулам. В них используется коэффициенты, мощность и длинна питающей линии:

      

      

      Среднеарифметическое  значение.

 

      По  номограммам и получившимися значениями при расчете по эмпирическим выражениям принимаем значение напряжения питающей линии.

Определение рационального напряжения для питающих линий.

 

      По  номограммам принимаем значение напряжения: 110 кВ. Из двух выбранных  значений напряжения выбираем 110кВ.

5.Выбор числа и мощностей трансформаторов ГПП 

   Наиболее часто ГПП промышленных предприятий выполняют двух трансформаторными. Одно трансформаторные ГПП допускаются только при наличие централизованного резерва трансформатора и при поэтапном строительстве. Установка более двух трансформаторов возможна только в исключительных случаях: когда требуется выделить резко переменные нагрузки и питать их от отдельного трансформатора, при реконструкции ГПП, если установка третьего трансформатора экономически целесообразна. 

   Выбор мощности трансформаторов ГПП производится на основании расчетной нагрузки предприятия в нормальном режиме работы. В после аварийном режиме для надёжного электроснабжения потребителей предусматривается их питание от оставшегося в работе трансформатора. При этом часть не ответственных потребителей с целью снижения нагрузки может быть отключена. 

   Мощность ГПП определяется расчётной мощностью предприятия, напряжение питающей линии 35-220 кВ. Мощность трансформаторов (с шагом 1,6) 6.3;10;16;25;40;63;80 МВА. Трансформаторы мощностью от 25 МВА и выше выполняются с расщепленными обмотками. 

   При  выборе мощности трансформаторов ГПП надо знать расчётную мощность предприятия S_Р, требования по степени бесперебойности в электроснабжении, требования коэффициента загрузки по отраслям. 

   Выбор  ГПП от исходных данных осуществляется  по полной расчётной мощности предприятия, которую мы определили в таблице 2. 

   Так  как завод имеет потребителей  I,II и III категории, то на ГПП установим два трансформатора. Выбор мощности проведем по условию:

 кВА 

1,4×S_ном ≥ S_р^”

S_р^” = S_p – (III категория)  

   Определим  коэффициенты загрузки трансформаторов  ГПП мощностью 25 МВА в номинальном  и аварийном режимах:

   

   

   По  справочнику выбираем на ГПП  трансформаторы типа ТРДН с  номинальной мощностью 25000 кВА,  K_т = 115/6,3. 
 

6.Выбор питающей линии. 

   Выбор  сечения и марки проводов ВЛ:

   По  условию механической прочности  для двухцепной линии с U_н=110 кВ сечение должно составлять 120 мм². 

I_p=  
 
 

где I_доп ≥ I_p  390>173,2

   Проверим провод по экономической плотности тока: 

Проверим провод по допустимой потере напряжения: 

l_доп=l_1%·∆U·I_доп/I_р ≥ l_ф 

l_доп=6400·10·380/173,2=140415,7

,где l_доп ≥ l_ф 140415,7 ≥ 13

 Окончательно  в качестве питающей линии  о справочнику выбираем воздушную линию на металлических опорах марки АС-120/19 (r₀=0,31 Ом/км, х₀=0,43 Ом/км). 

7.Картограмма нагрузок и определения центра электрических

нагрузок (ЦЭН)

Подстанции  ГПП, ТП являются одними из основных звеньев  системы электроснабжения. Поэтому  оптимальное размещение подстанций по территории промышленного предприятия является важнейшим моментом при построении рациональных систем электроснабжения.

   При проектировании систем электроснабжения предприятий различных отраслей промышленности разрабатывается генеральный план проектируемого объекта, на который наносятся все производственные цеха. Расположение цехов определяется технологическим процессом производства. На генеральном плане указываются расчётные мощности цехов и всего предприятия.

   При рациональном размещении ГПП, ТП на территории промышленного предприятия технико-экономические показатели системы электроснабжения оказываются оптимальными и, следовательно, обеспечиваются минимум приведённых годовых затрат. Для определения места положения ГПП, ТП при проектировании системы электроснабжения на генеральный план промышленного предприятия наносится картограмма нагрузок, которая представляет собой размещённые на генеральном плане окружности, причём площади, ограниченные этими окружностями, в выбранном масштабе равны расчётным нагрузкам цехов. Для каждого цеха наносится своя окружность, центр которой совпадает с центром нагрузок цеха.

   Центр нагрузок цеха или предприятия является символическим центром потребления электрической энергии цеха или предприятия. ГПП или ТП следует располагать в ЦЭН. Это позволит снизить затраты на проводниковый материал и уменьшить потери электрической энергии. Площадь круга в определенном масштабе равна расчетной нагрузке соответствующего цеха Р_i: 
 
 

                                                                          

Из этого  выражения радиус окружности:

где Р_i – мощность i-го цеха; m – масштаб для определения площади круга (постоянный для всех цехов предприятия). 

Угол сектора (α) определяется из соотношения активных расчетных (Р_Р) и осветительных нагрузок (Р_РО) цехов.

 

   При построении картограммы необходимо знать полные расчетные и осветительные нагрузки цехов, которые были рассчитаны в таблице 3. Принимаем масштаб m=0,2 кВт/см². 

Пример расчета  покажем на пожарном депо:

см,

 

Данные по остальным  цехам сведем в таблицу №3. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Определение условного центра электрических нагрузок 

      В настоящее время существует ряд  математических методов, позволяющих  аналитическим путём определить центр электрических нагрузок (ЦЭН) как отдельных цехов, так и всего промышленного предприятия. Среди них можно выделить три основных метода.

      Первый  метод, использующий некоторые положения  из курса теоретической механики, позволяет определить ЦЭН цеха (предприятия) с большей или меньшей точностью (приближённо) в зависимости от конкретных требований. Так, если считать нагрузки цеха равномерно распределёнными по площади цеха, то центр нагрузок цеха можно принять совпадающим с центром тяжести фигуры, изображающей цех в плане. Если учитывать действительное распределение нагрузок в цехе, то центр нагрузок уже не будет совпадать с центром тяжести фигуры цеха в плане, и нахождение центра нагрузок сведётся к определению центра тяжести масс. 

Таблица №4

 
 
 

   Таким образом, мы определили ЦЭН для ГПП и для ТП, но поставить их точно в центре электрических нагрузок не всегда технически возможно.

   Координаты центра электрических нагрузок всего предприятия определили по формуле: 
 

 
 
 
 
 
 

8.Выбор количества и мощности и местоположения

  цеховых подстанций 

      Номинальная мощность цеховых (S_НТ) выбирается по расчетной мощности, исходя из условия экономичной работы трансформаторов (60-80%) в нормальном режиме и допустимой перегрузки (на 30-40%) от S_НТ в послеаварийном режиме.

В соответствии с ГОСТ 14209-85 и 11677-75 цеховые трансформаторы имеют следующие номинальные  мощности: 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА. В настоящее время цеховые  ТП выполняются комплектными (КТП) и  во всех случаях, когда этому не препятствуют условия окружающей среды и обслуживания, устанавливаются открыто.

Ориентировочный выбор числа и мощности цеховых  трансформаторных подстанций производится по удельной плотности нагрузок (σ):

где: S_Р - расчетная нагрузка цеха (кВА); F - площадь цеха (м²).

Результаты расчетов сводим в табл.4

      Если  плотность нагрузок σ<0,2, то рекомендуется  принимать трансформаторы до 1000кВА, если  0,2<σ<0,5 то трансформаторы должны быть 1000, 1600 кВА, если σ>0,5 кВА/м2, то трансформаторы рекомендуется принимать 1600-2500кВА.

      После выбора мощности трансформаторов определим  коэффициенты загрузки:

где: К_З - это коэффициент загрузки в нормальном режиме. Он определяется как, и должен быть равен 0,6-0,7 для цехов I категории; 0,7-0,8 для цехов II категории и для цехов III категории 0,9- 0,95:

Коэффициент загрузки в аварийном режиме не должен превышать 40% от нормального режима работы:

 
 

С учетом компенсирующих устройств 

Расчётная мощность КУ:

Q_ку=Р_Р(tgφ_н-tgφ_з),     

 где tgφ_н=Q_р/P_р,  а tgφ_з=0,33

По справочнику  выбираем стандартное значение мощности КУ на каждый трансформатор и определяем не скомпенсированную мощность:

Q=Q_Рi -NQ_КУ.СТ ,     

  где N-число батарей.  

Затем находим  полную мощность и, если необходимо, изменяем номинал трансформаторов и (или) их количество.

     

 Для выбора  оптимального варианта схемы  электроснабжения составим ее  три варианта. Они отличаются  мощностью, количеством, местоположением трансформаторных подстанций. 

Все данные выбора и расчёта сведены в таблицах №5-1, 5-2 и 5-3. 

9.Выбор компенсирующих устройств на стороне 0,4 кВ

Покажем для  пожарного депо.

Определим мощность, необходимую для компенсации:

где

По  справочнику [1] выбираем четыре конденсаторные установки

УКН-0,38-150У3

Тогда расчетная  мощность цеха с учетом компенсации:  

 Расчетная  мощность трансформатора для  потребителя I категории:

      Принимаем к установке 2-х трансформаторов ТМ-1000/6. 

Реальные коэффициенты загрузки:

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Составления схем внутреннего  электроснабжения

(в  трёх вариантах)

    Характерной  особенностью схем внутризаводского  распределения электроэнергии является  большая разветвленность сети  и наличие большого количества  коммутационно-защитной аппаратуры, что оказывает значительное влияние  на технико-экономическое показатели и на надежность системы электроснабжения. С целью создания рациональной схемы распределения электроэнергии требуется всесторонний учёт многих факторов, например, таких как конструктивное исполнение сетевых узлов схемы, способ канализации электроэнергии, токи КЗ при разных вариантах и т.д.

      Внутризаводское распределение электроэнергии выполняют  по магистральной, радиальной или смешанной  схеме. Выбор схемы определяется категорией надёжности потребителей электроэнергии, их территориальным размещении, особенностями режимов работы.

      Радиальными схемами являются такие, в которых  электроэнергия от источника питания  передаётся непосредственно к приёмному  пункту. Чаще всего радиальную схему  применяют с числом ступеней не более  двух.