Характеристика предприятия и его электроприемников

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 4

1. Основная  часть 7

1.1 Характеристика  предприятия и его электроприемников 7

1.2 Расчет  электрических нагрузок. Картограмма 8

1.5 Компенсация  реактивной мощности 28

1.6. Выбор  мощности трансформаторов ГПП 31

1.7 Выбор схемы  электроснабжения предприятия 32

1.8 Расчет  токов короткого замыкания 32

1.9 Выбор и  проверка оборудования на ГПП 36

1.9.1. Выбор  оборудования на стороне высшего  напряжения 37

1.9.2 Выбор  комплектных распределительных  устройств (КРУ) на ГПП и  выключателей для КРУ на стороне  низшего напряжения 38

1.9.3 Выбор  трансформаторов тока на стороне  низшего напряжения 39

1.9.4 Выбор  измерительных трансформаторов  напряжения 42

1.9.5 Выбор  выключателей нагрузки и предохранителей  для цеховых ТП 44

1.9.6 Выбор  трансформаторов собственных нужд  ГПП 45

1.10 Выбор  сечения проводников питающих  и распределительных сетей 46

1.11 Выбор  элементов силовой сети заготовительно  – сварочного участка 51

Расчет токов  короткого замыкания напряжением  до 1000 В 55

1.12 Выбор  защит трансформаторов ГПП и  расчёт защит одной из отходящих  линий 59

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ 66

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Для передачи и распределения  электроэнергии в необходимом количестве и соответствующего качества от энергосистем промышленным объектам, установкам, устройствам  и механизмам служат системы электроснабжения промышленных предприятий, состоящие  из системы внешнего электроснабжения, внутризаводского и цехового распределения  электрической энергии.

Схема электроснабжения промышленных предприятий должна удовлетворять  следующим требованиям – удобство и безопасность в эксплуатации, качество электроэнергии, надежность питания  в нормальном и послеаварийном режимах, резервирование и защита отдельных  элементов. Поэтому на стадии проектирования нужно задаться необходимым уровнем  надежности и качества электрической  энергии соответствующим той  или иной категории потребителей. Требования, предъявляемые к электроснабжению предприятия, зависят от – технологического процесса, занимаемой площади и установленной  электрической мощностью.

Целью курсового проекта является разработка оптимальной схемы электроснабжения завода высоковольтного оборудования, которая обеспечит бесперебойное и качественное снабжение предприятия.

 

Исходные данные

Таблица 1.1–Электрические нагрузки участка пластмасс

Номер по плану	Наименование  электроприемника	РН, кВт	Коэффициент использования, Kи	cos φ
1,14,9,25,32	Вентилятор	10	0,07	0,85
2,4,6	Установка ВЧ нагрева	15	0,7	0,7
15,26,28	Установка ВЧ нагрева	18	0,7	0,7
3,5,7	пресс	23	0,35	0,9
16,27,29	пресс	42	0,35	0,9
8,10,13	пресс	32	0,3	0,9
33	пресс	14	0,35	0,9
11,12	Станок для обработки пластмасс	7	0,2	0,65
22,23,30,31	Станок для обработки пластмасс	7,5	0,2	0,65
17,18,19,20	термопластавтомат	4,2	0,5	0,9
21,24	термопластавтомат	7	0,5	0,9

 

 

 

Таблица 1.2 – Электрические нагрузки завода ДВС

Номер цеха по плану	Наименование цеха	Кол – во ЭП	Мощность одного, кВт	Суммарная мощность, кВт
1	2	3	4	5
1	Цех сборки	200	1…100	2650
2	Заготовительно – сварочный цех	160	10…100	3600
3	Цех пластмасс	80	1…100	2750
3а	Участок пластмасс	См. данные участка
4	Цех нормалей	70	1…50	1900
5	Аппаратный цех	75	10…80	2300
6	Электролитейный цех А) силовая 0,4 кВ Б) высоковольтные ДСП	65 4	10…63 2500	2250 10000

 

Продолжение таблицы 1.2

1	2	3	4	5
7	Цех обработки плит	50	10…40	1260
8	Склад готовой продукции	25	1…20	120
9	Материальный склад	22	1…14	220
10	Гальванический цех	50	10…40	1500
11	Механо – сварочный цех	65	2,2…75	1240
12	Электроцех	45	1….20	370
13	Заводоуправление, столовая	45	1…40	400
14	Насосная, компрессорная
	а.)_ силовая 0,4 кВ	25	10…40	620
	б.) СД 10 кВ	4	500	2000

 

  

1. Основная часть

1.1 Характеристика предприятия и  его электроприемников

Завод ДВС относится  к тяжелой отрасли машиностроения. Основной продукцией является различные  двигатели. Работа на заводе организована в две смены.

На территории предприятия  расположены 14 цехов, склады, а также заводоуправление, столовая, компрессорная.

В составе цехов есть потребители I, II, и III категории электроснабжения.

В большинстве цехов  основными потребителями являются электроприемники II категории надежности электроснабжения, отключение которых может привести к нарушению технологического процесса и массовому недоотпуску продукции.

В число потребителей I категории входят: компрессорная. Перебои в электроснабжении потребителей I категории может привести к серьезному нарушению технологического процесса, в результате чего предприятие может понести крупные убытки, а также возникнуть угроза для жизни людей.

В электролитейном цехе установлены дуговые сталеплавильные печи. В компрессорной установлены синхронные двигатели напряжением 10 кВ.

К потребителям III категории можно отнести: заводоуправление, столовую, и склады.

 

1.2 Расчет электрических нагрузок. Картограмма

 

Расчет нагрузок выполняем согласно с «Указаниями по расчету электрических  нагрузок. РТМ 36.18.32.4-92», приведенному в приложении А» [1].

Первым этапом проектирования системы  электроснабжения является определение  электрических нагрузок. По значению электрических нагрузок выбирают и  проверяют электрооборудование, провода  и кабели системы электроснабжения, определяют потери мощности и электроэнергии.

Используя спецификацию оборудования цеха производим расчет мощности цеха. Намечаем к установке в цехе для питания электроприемников два распределительных шинопровода.

Все электроприемники группируются по характерным категориям с одинаковыми значениями коэффициента использования К_и и коэффициента активной мощности cosj. По известному cosj рассчитывается , величины мощностей и :

;                                                                                           (1.1)

;                                                                                          (1.2)

                                                                             (1.3)

где    - коэффициент использования активной мощности электроприемника;

п - количество однотипных электроприемников;

- номинальная мощность электроприемника, кВт;

- коэффициент реактивной мощности.

Позиция 1,14,9– Вентилятор P_н=10 кВт, n =3.

; cosj =0,85; ;

Аналогично производим расчет для  станков другой мощности (таблица  1.3).

Эффективное число электроприемников участка определяется по выражению:

,                                                                      ^(1.4)

где    - суммарная мощность всех ЭП, установленных на участке, кВт;

- сумма квадратов номинальных  активных мощностей отдельных  групп ЭП участка, кВт.

Найденное значение n_эф округляется до ближайшего меньшего числа. В случае если n_эф>n, то n_эф принимается равным n.

Для нахождения расчетного коэффициента Кр определяется групповой коэффициент использования по формуле:

                                                                                                                 (1.5)

где    - суммарная средняя активная мощность ЭП, установленных на участке, кВт.

По найденным значениям К_и и n_эф по методическим указаниям [1] находится .

Групповой коэффициент использования  и эффективное число ЭП для ШР 1:

;             

По найденным значениям К_и и n_эф по методическим указаниям [1] находим =1,28.

Расчетные мощности , , определяются по формулам:

;                                                                     (1.6)

если  ; и если >10;        (1.7)

                                                   (1.8)

Если  окажется меньше мощности наибольшего ЭП группы, то следует принять

Расчетные мощности ШР 1:

 

 

 

Значение токовой расчетной  нагрузки для ШС1 определится:

 

Расчет нагрузок участка пластмасс сводим в таблицу 1.3. 

Нагрузка электрического освещения определяется по удельной мощности освещения Руд, площади цехов и территории завода. Площади определяются по масштабу генплана в реальном измерении. По справочнику выбирается удельная мощность нагрузок производственных зданий, тип ламп освещения и коэффициент спроса К_с.

Расчетная осветительная нагрузка определяется с учетом коэффициента спроса К_с. При расчете необходимо учитывать коэффициент мощности для осветительных установок. Для люминесцентных ламп он равен 0,9, а для ламп типа ДРЛ и ДРИ - 0,5.

Расчетная нагрузка освещения определяется по формуле:

_,                                           (1.9)

,                                                          (1.10)

где     - установленная активная мощность освещения цеха, кВт;

- коэффициент спроса (принимаем по [1]).

,                                           (1.11)

где    - удельная мощность осветительной нагрузки цеха, кВт/м²;

 - площадь цеха, м².

Расчет осветительной нагрузки цеха нормалей:

 

;    ;

При расчете освещения  учитывается и наружное освещение  предприятия.

Р_н.о. = Р_уд ·(S_n -∑S_ц,) ∙ К_с,                                                           (1.12) где F_п = 185409 м² – площадь завода;

Р_н.о. = 190,9 кВт.

Расчет осветительной нагрузки по цехам сводим в таблицу 1.4.

 

Расчет нагрузок по цеху и в целом  по заводу отличается тем, что при  отсутствии полного перечня мощностей  ЭП, эффективное число ЭП определяю  по упрощенному выражению:

,                                                                                                     (1.13)

где   - суммарная активная нагрузка ЭП, установленных в цехе, кВт;

- номинальная активная мощность ЭП, установленного в цехе, кВт.

Определяем эффективное число  электроприемников для Заготовительно- сварочный цех

Найденное значение n_эф округляется до ближайшего меньшего числа. В случае если n_эф>n, то n_эф принимается равным n.

Принимаем эффективное число электроприемников равным 21.

Для остальных цехов расчет аналогичен.

Расчетные мощности по цеху определяется по формуле:

;                                                                                      (1.14)

,                                                                                 (1.15)

где    - расчетный коэффициент;

 - коэффициент реактивной мощности;

  - средняя активная мощность, кВт.

Нагрузки от высоковольтных ЭП в цехах определяются по формулам:

- при количестве высоковольтных  ЭП n≥2 расчетные мощности равны средним, и для них nэф равно n , а =1.

;                                                               (1.16)

.                                                                      (1.17)

К полученным активным и реактивным мощностям силовых ЭП до 1кВ прибавляются расчетные мощности осветительной  нагрузки P_р.о и Q_р.о.

Нагрузка на шинах низшего напряжения головной понизительной подстанции (ГПП) находится следующим образом: суммируются значения ΣР_н, ΣР_ср, ΣQ_ср и определяется групповой коэффициент использования по формуле:

,                                                        (1.18)

                                                                                   (1.19)

По найденному значению и предполагаемому числу высоковольтных присоединений N на ГПП и заводу в целом находим значения коэффициента одновременности .

Расчетные мощности и определяются по выражениям:

;                                                                                                                      (1.20)

;                                                                                   (1.21)

.

Результирующая нагрузка на стороне  ВН по заводу определяется с учетом средств компенсации реактивной мощности и потерь мощности в цеховых  трансформаторах.

Потери в цеховых трансформаторах  определяем по формулам:

;                                                                     (1.22)

_,                                                            (1.23)

где -  расчетная мощность нагрузки предприятия, кВ·А.

;                               (1.24)

;                                                                                       (1.25)

,                                                                         (1.26)

где    - коэффициент одновременности;

- суммарная активная нагрузка  синхронных двигателей, кВт.

При предполагаемом числе высоковольтных присоединений в диапазоне 9-25 и  =0,6 по таблице 3[5] находим значение =0,9.

 кВт;    

 квар;

 кВ·А;

 кВт;

квар.

Расчет электрических нагрузок предприятия сводим в таблицу 1.5. 

Картограмма нагрузок предприятия  представляет собой размещенные  по генеральному плану окружности, причем площади, ограниченные этими  окружностями, в выбранном масштабе равны расчетным нагрузкам цехов. Для каждого цеха наносится своя окружность, центр которой совпадает  с центром нагрузок цеха.

Радиус окружности определяется по формуле:

,                                                            (1.27)

где    - расчетная активная мощность цеха, кВт;

т - масштаб, кВт/мм²; т = 0,2 кВт/мм²;

Для наглядности представления  структуры нагрузок, окружности делятся  на сектора, площади которых соответствуют  силовой, осветительной и высоковольтной нагрузкам.

Угол сектора, изображающего определенную нагрузку можно найти по формуле (на примере осветительной нагрузки):

,                                              (1.28)

где    - расчетная активная нагрузка цеха, кВт;

 - мощность осветительной нагрузки, кВт.

Произведем расчет для цеха сборки:

Результаты расчетов и исходные данные для построения картограммы  сводим в таблицу 1.6.

После построения картограммы нагрузок определяем центр активных нагрузок, на основании известной расчетной активной мощности.

Центр активной и реактивной нагрузки определяется по формулам:

                                                                                        (1.29)

                                                                       (1.30)

где    - расчетная активная нагрузка i-го цеха, кВт;

x_i и y_i - координаты центра электрических нагрузок i-го цеха, см.

Главную понизительную подстанцию следует располагать как можно  ближе к центру нагрузок. Это позволяет  приблизить высокое напряжение к  центру потребления электрической  энергии и значительно сократить  протяженность распределительных  сетей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Выбор напряжения электроснабжения

Выбор напряжения питающей и распределительной  сетей зависит от мощности,

потребляемой  предприятием, его удаленности от источника питания, напряжения, имеющегося на источнике питания, количества и  единичной мощности электроприемников.

На предприятии выбор напряжения внутрицехового электроснабжения в  большинстве случаев зависит  от типа электроприемников установленных в цехах и сетями освещения. В основном все электроприемники в цехах рассчитаны на питание от трехфазной сети напряжением 380 В, а сети освещения - на 220 В, следовательно напряжение 380/220 В наиболее целесообразно для внутрицехового электроснабжения.

Выбор внутризаводского электроснабжения в большей степени обусловлен наличием высоковольтных электроприемников. Так как на предприятии имеется высоковольтная нагрузка (синхронные двигатели на напряжение 10 кВ), то принимаем напряжение 10 кВ.

При выборе напряжения внешнего электроснабжения учитывается: расчетная мощность предприятия, длина питающей линии.

Приближенно рациональное напряжение внешнего электроснабжения можно определить по эмпирической формуле Стилла:

                                                                                 (1.31)

где    Р - активная расчетная мощность предприятия, МВт;

L - расстояние до источника питания, км.

Учитывая мощность завода (Р =15 МВт ) предполагаем Uпит=110 кВ или Uпит=220 кВ, длина питающих линий 22 и 38 км соответственно.

Принимаем напряжение внешнего электроснабжения 110 кВ, расстояние до источника питания  L=22 км.

 

 

1.4 Выбор количества  и мощности трансформаторов цеховых  подстанций 

Выбор места расположения, числа  и мощности цеховых трансформаторов  ведется с учетом категории надежности потребителей, расчетной нагрузки, удельной плотности нагрузок, использования  перегрузочной способности трансформатора, условий окружающей среды.

Количество трансформаторов на подстанции выбирается в зависимости  от того, к какой категории электроснабжения относится нагрузка.

Однотрансформаторные подстанции рекомендуется применять для питания потребителей III категории и для питания потребителей II категории при наличии взаимного резервирования между подстанциями на низшем напряжении.

Двухтрансформаторные подстанции применяются при преобладании потребителей I и II категории, сосредоточенной нагрузки, отдельно стоящих объектов общезаводского назначения, для цехов с высокой удельной плотностью нагрузки (более 0,4 кВ·А./м²).

Выбор места размещения трансформаторных подстанций (ТП) зависит от окружающей среды в цехе, то есть пожаро - или взрывоопасности, требований технологии, расположения ЭП в цехе. В зависимости от этого для производств с нормальной средой применяются внутри цеховые, для производств с пыльной, влажной и пожароопасной средой - встроенные и пристроенные, для взрывоопасных - отдельно стоящие трансформаторные подстанции.

Цеха с небольшой мощностью (до 200 кВ·А) рекомендуется присоединять к ТП близлежащего цеха. Оценить  целесообразность присоединения указанных  нагрузок с учетом расстояния L между ТП и присоединяемой нагрузкой можно по формуле:

 кВ·А·м                                                                                                (1.32)

Номинальная мощность трансформаторов  определяется по формуле:

                                                                                                        (1.33)

где   - суммарная расчетная нагрузка цеха (корпуса) или группы цехов, кВ·А;

- коэффициент загрузки трансформатора;

NТ - число трансформаторов на подстанции.

Проверку выбранной мощности трансформаторов  с учетом требований взаимного резервирования и допустимой аварийной перегрузки производим по формуле:

                                                                      (1.34)

где    =0,85-0,9 - доля электроприемников I и II категорий в расчетной нагрузке;

=1,3 - допустимый коэффициент загрузки трансформаторов в аварийном режиме.

Коэффициент загрузки принимается: для двухтрансформаторных подстанций при преобладании нагрузок I категории – 0,65-0,75, при преобладании нагрузок II категории - 0,7-0,8;

для однотрансформаторных подстанций с учетом взаимного резервирования нагрузок II категории - 0,7-0,85, а при нагрузках III категории - 0,85-0,95.

Удельная плотность нагрузки цеха определяется:

                                                                                                                    (1.35)

где    S_ц - площадь цеха, м².

Для цеха сборки

Если  0,1< S_y < 0,2 кВ·А/м²

s_t = 630-1000 кВ·А;

0,2< S_y < 0,3 кВ·А/м²

s_t = 1600 кВ·А;

0,3< S_y кВ·А/м² 

s_t = 2500 кВ·А.

Для примера определим мощность трансформатора на ТП1

кВА.

 кВА.

Принимаем трансформатора 2500 кВА.

Результаты выбора трансформаторов цеховых ТП сводим в таблицу 1.7. 

1.5 Компенсация  реактивной мощности

Определим экономическую  величину реактивной мощности, разрешенной  потребителю в часы максимальных нагрузок в энергосистеме.

Эта величина задается через нормативное значение tgφ_э=0,5 для 110 кВ:

, (1.36)

где      Р_р - расчетная мощность завода