Проектирование электроснабжения горно-обогатительной фабрики

Содержание

 

Введение 5

1 Краткая характеристика электроприёмников цеха 7

2 Основные принципы проектирования электроснабжения предприятия 9

3 Расчет электрических нагрузок цехов 10

3.1 Расчет электрических нагрузок цехов. 10

3.2 Расчет осветительной нагрузки. 15

3.3 Расчет картограммы электрических нагрузок. Определение ЦЭН. 16

4 Выбор числа и мощности трансформаторов цеховых подстанций 18

5 Расчет схемы внешнего электроснабжения 22

5.1 Выбор напряжений. 22

5.2 Выбор числа и мощности  трансформаторов ГПП. 22

5.3 Выбор схемы электрических соединений ГПП 26

5.4 Расчет токов короткого замыкания 27

5.5 Выбор оборудования и токоведущих частей 30

6 Расчет схемы внутреннего электроснабжения 34

6.1 Выбор напряжения. 34

6.2 Выбор вариантов схемы внутреннего электроснабжения. 34

6.3 Электрический расчет вариантов схем внутреннего электроснабжения. 36

6.4 Расчет токов короткого замыкания. 41

6.5 Выбор оборудования распределительной сети. 44

6.6 Технико – экономическое сравнение вариантов. 49

6.7 Конструктивное выполнение распределительной сети. 54

7 Расчет и выбор устройств компенсации реактивной мощности. 55

7.1.Выбор мощности низковольтных компенсирующих устройств 55

7.2 Выбор мощности высоковольтных компенсирующих устройств. 56

8 Выбор устройств автоматики и релейной защиты. 58

8.1 Выбор устройств автоматики 58

8.2 Выбор устройств релейной защиты 59

Список использованной литературы 64

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

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:

• обеспечивать необходимую надёжность электроснабжения приёмников электроэнергии в зависимости от их категории;
• быть удобными и безопасными в эксплуатации;
• иметь оптимальные технико-экономические показатели (минимум приведённых затрат);
• 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:

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

• принципиально новой постановкой для решения таких задач, как, например, симметрирование (выравнивание) электрических нагрузок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Краткая характеристика электроприёмников  цеха

 

Все электроприемники металлургии получают питание от сети 0,38-6кВ. согласно выданному заданию на курсовое проектирование это предприятие имеет ряд цехов: Корпус дробления, корпус обогащения, корпус фильтрации и сушки, склад руды, ремонтно-механический цех и компрессорная станция.

На предприятии  в основном используют переменное напряжение промышленной частоты 50 Гц. Приемники  во всех цехах в основном высоковольтные. По мощности электроприемники изменяются от 5,5 кВт до 1600 кВт. По режиму работы делятся на повторно-кратковременные и продолжительные. К повторно-кратковременным относятся краны, печные установки и другие. К продолжительному режиму относятся вентиляторы и компрессорная станция.

К цехам  первой категории относятся корпус дробления, корпус обогащения, корпус фильтрации и сушки и компрессорная станция. К цехам второй категории относятся склад руды и ремонтно-механический цех. На предприятии преобладают потребители первой категории.

Корпус дробления. Предназначен для смешивания и измельчения различных материалов или изделий. Корпус обогащения. Предназначен для обогащения различных материалов. Корпус фильтрации и сушки. Предназначен для обжига и сушки руды. Склад руды. Предназначен для хранения руды. Ремонтно-механический цех. Предназначен для ремонта и постройки электромеханических приборов, выбывающих из строя. Он является одним из цехов завода. Имеет два участка в которых установлено необходимое для ремонта оборудования: токарные, строгальные, фрезерные, сверлильные станки и др. в цехе предусмотрены помещения для трансформаторной подстанции, складов, сварочных постов и др.  Получает электроснабжение от главной понизительной подстанции. Он предназначен для выполнения различных операций по обслуживанию, ремонту электротермического и станочного оборудования. Для этой цели в цехе предусмотрены производственные, служебные и бытовые помещения. Компрессорная станция. На станции установлены 6 асинхронных двигателя. Применяется для получения сжатого воздуха или другого газа. Воздух или какой-либо другой газ может подаваться из насосной станции в сушильные печи или эта энергия воздуха используется в рабочих машинах, или для очистки поверхностей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Основные принципы проэктирования  электроснабжения предприятия

 

Система внешнего электроснабжения включает в  себя схему электроснабжения и источники  питания предприятия. Основными  условиями проектирования рациональной системы внешнего электроснабжения являются надежность, экономичность  и качество электроэнергии в сети.

Экономичность определяется приведенными затратами  на систему электроснабжения. Надежность зависит от категории потребителей электроэнергии и особенностей технологического процесса, неправильная оценка которых  может привести как к снижению надежности системы электроснабжения, так и к неоправданным затратам на излишнее резервирование.

При проектировании, как правило, разрабатывается несколько  вариантов, наиболее целесообразный из которых определяют в результате Технико – экономического сопоставления.

Основными источниками питания электроэнергией  промышленным предприятий являются электрические станции и сети районных энергосистем. Наиболее рациональным местом расположения собственного источника  питания предприятия является центр  электрических нагрузок (ЦЭН).

При проектировании схемы электроснабжения предприятия  наряду с надежностью и экономичностью необходимо учитывать такие требования, как характер размещения нагрузок на территории предприятия, потребляемую мощность, наличие собственного источника  питания. В зависимости от установленной  мощности приемников электроэнергии различают  объекты большой (75-100 МВА), средней (от 5-7,5 до 75 МВт) и малой (до 5 МВт) мощности.

 

     3 Расчет электрических нагрузок цехов

 

3.1 Расчет электрических нагрузок цехов.

 

Определим нагрузку для ремонтно-механического цеха.

Активную  мощность сварочного трансформатора:

                                          

;                                     (3.1)

кВт

Активную  мощность для крана:

;  (3.2)

Рассматривается подробный расчет электрических  нагрузок одного из узлов  питания.

Определяется  расчетная нагрузка цеха.

Дальнейшие  расчеты сводятся в таблицу 2. Рассматривается  заполнение отдельных ее граф.

Группируются  электроприемники с одинаковыми  коэффициентом использования и  cosφ и полученные группы заносятся в графу 1 таблицы 2.

В графу 2 таблицы записывается количество электроприемников для групп  и узла питания.

В графу 3 для групп приемников и узла питания заносятся номинальные  максимальные и минимальные мощности электроприемников.

В графу 4 для групп приемников и узла питания заносятся суммарная  номинальная мощность.

; (3.3)

;

;

В графу 5 записывается модуль сборки m для узла питания. Модуль сборки определяется по формуле:

; (3.4)

m > 3.

В графы 6 и 7 для групп приемников записываются значения коэффициента использования  и cosφ. Определяется величина tgφ.

В графы 8 и 9 записываются средняя  мощность для узла питания и для  групп электроприемников.

; (3.5)

; (3.6)

 (3.7)

   (3.8)

Определяются  средневзвешенные значения К_{и ср.вз}, tgφ_ср.вз  для узла питания и их значения заносятся в графы 6 и 7:

; (3.9)

;

; (3.10)

;

В графу 10 для  узла питания записывается эффективное  число электроприемников, которое  определяется следующим способом.

Если  значения m>3, К_и>0,2 , то

n_э= n=18;  (3.11)

за исключением тех чья мощность меньше 5% от общий.

В графу 11 для узла питания записывается коэффициент расчетной нагрузки, определяемый по /9,Приложение В/.

К_р=1

В графу 12 записывается расчетная  активная мощность, определяемая по формуле:

Р_р=К_р∙∑Р_см; (3.13)

Р_р=1∙1789=1789 кВт

В графу 13, записывается расчетная  реактивную мощность, определяемая по формуле:

при n_э ≥10

Q_р=∑Q_см; (3.14)

Q_р=1403,3 квар

В графе 14 записывается расчетная  полная мощность, определяемая по формуле:

S_p= ; (3.15)

В графе 15 записывается расчётный  ток, определяемый по формуле:

; (3.16)

Расчет электрических нагрузок для других цехов проводится аналогично. Результаты расчетов помещаем в таблицу 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                    Таблица 1 Расчет электрических нагрузок

Наименование групп электро- приемников и узлов питания	n	Номинальная мощность приведенная к  ПВ-100%		m	Ки		Средняя мощность		nэ	Кр	Расчетная нагрузка
		Pн.min1- Рн.max1.	∑ Рн				Pсм	Qсм			Рр=Кр *∑Рсм	Qр	Sр	Iр
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
корпус дробления
нагрузка 0,4 кВ
мельницы шаровые	6	125	750		0,8	0,8/0,75	600	450,0
конвейеры	6	75-100	500		0,6	0,8/0,75	300,0	225,0
вентиляторы	8	50-75	550		0,6	0,8/0,75	330,0	247,5
краны	6	62-97	512		0,1	0,5/1,73	51,2	88,6
итого по 0,4 кВ	26	50-125	2312	<3	0,55	0,78/0,78	1281,2	1011,1	18	1	1281,2	1011,1	1632,1	2355,73
нгрузка 6 кВ
дробилки крупного дробления	4	630	2520		0,8	0,85/0,62	2016,0	1249,9
дробилки мелкого дробления	4	1600	6400		0,8	0,85/0,62	5120,0	3174,4
грохоты	6	1000	6000		0,6	0,7/1,02	3600,0	3672,0
итого по 6 кВ	14	630-1600	14920		0,72	0,8/0,75	10736,0	8096,3		Ko=0,9	9662,4	8096,3	12606	1213,02
всего	40	50-1600	17232	>3	0,70	0,8/0,75	12017,2	9107,4	11	1	10943,6	9107,4	14238,1	3568,75
корпус обогащения
флотащионные машины	1500	5,5	8250		0,7	0,8/0,75	5775,0	4331,3
вентиляторы	7	50-70	425		0,6	0,8/0,75	255	191,3
краны	4	31,6	126,4		0,1	0,5/1,73	12,64	21,9
питатели	6	75	450		0,6	0,8/0,75	270,0	202,5
всего	1517	5,5-75	9251,4	>3	0,68	0,8/0,75	6312,6	4746,9	123	1	6312,6	4746,9	7898,2	11400,1

 

 

 

Продолжение таблицы .

корпус фильтрации и сушки
вакуум-насосы	8	150	1200		0,95	0,85/0,62	1140	706,8
вакуум-фильтры	8	100	800		0,75	0,85/0,62	600	372
сушильные печи	4	175	700		0,8	0,95/0,32	560	179,2
обжиговые печи	4	75	300		0,6	0,7/1,02	180	183,6
вентиляторы	9	50-75	503		0,6	0,8/0,75	301,8	226,4
краны	3	58,1	174,3		0,1	0,5/1,73	17,4	30,2
всего	36	50-175	3677,3	>3	0,76	0,85/0,6	2799,2	1698,1	21	1	2799,2	1698,1	3274,0	4725,65
склад руды
вентиляторы	13	50-100	950		0,6	0,8/0,75	570	427,5
краны	9	16,3-58,1	361,7		0,16	0,6/1,33	57,9	77,0
всего	22	16,3-100	1311,7	>3	0,48	0,78/0,8	627,9	504,5	13	1	627,9	504,5	805,4	1162,53
ремонтно-механический цех
станки	36	7,5-50	884		0,14	0,5/1,73	123,8	214,1
сврочные тр-ры	15	92,2-263,4	2594,2		0,3	0,68/1,07	778,3	832,7
нагревательные печи	7	75-175	925		0,8	0,95/0,32	740	236,8
краны	2	50,6	101,2		0,16	0,6/1,33	16,2	21,5
вентиляторы	7	17-50	218		0,6	0,8/0,75	130,8	98,1
всего	67	7,5-263,4	4722,4	>3	0,38	0,78/0,78	1789,0	1403,3	18	1	1789,0	1403,3	2273,7	3281,82
копрессорная  станция
компрессоры	6	200	1200		0,8	0,85/0,62	960,0	595,2
вентиляторы	2	21	42		0,6	0,8/0,75	25,2	18,9
краны	2	38,7	77,4		0,1	0,5/1,73	7,7	13,4
всего	10	21-200	1319,4	>3	0,8	0,84/0,63	992,9	627,5	7	1	992,9	627,5	1174,6	1695,4
Итого по 0,4 кВ	1678	5,5-263,4	22594,2	>3	0,61	0,81/0,72	13802,9	9991,3	86	1	13802,9	9991,3	17058,1	24621,2
Итого по 6 кВ	14	630-1600	14920		0,72	0,8/0,75	10736,0	8096,3		0,9	9662,4	8096,3	12606	1213,02
Итого по предпр.	1692	5,5-1600	37514,2	>3	0,65	0,8/0,73	24538,9	18087,6			24538,9	18087,6	30504,7	25915,1

 

3.2 Расчет  осветительной нагрузки

 

Производится  ориентировочный расчет осветительной  нагрузки

 

, (3.17)

где  Ро.у. – удельная плотность осветительной  нагрузки на 1 м² полезной площади цеха;

        Ро.у.=0,012 – 0,019

        Fц – площадь цеха, м²;

        Кс – коэффициент спроса;

        Кс = 0,95;

Площадь цеха находится:

; (3.18)

Корпус  дробления

м²           Рр.о. = 0,019*80648*0,95 =1455,7 кВт;

Корпус  обогащения

м²         Рр.о. = 0,016*87750*0,95 =1333,8 кВт;

Корпус  фильтирации и сушки

м²        Рр.о. = 0,014*32740*0,95 =435,4 кВт;

Склад руды

м²          Рр.о. = 0,016*20135*0,95 = 306 кВт;

Ремонтно-механических цех

м²          Рр.о. = 0,018*45474*0,95 =777,6 кВт;

Компрессорная станция

F_ц =900м²                      Рр.о. = 0,018*900*0,95 = 15,39 кВт;

Административная  площадь цеха в расчет не берется.

 

     Таблица 2 - Осветительная нагрузка

Наименование цехов	Расчетная активная мощность Рр, кВт	Площадь цеха    Fц, м2	Удельная нагрузка Ру.о. кВт/м2	Коэффи-циент спроса, Кс	Расчетная осветительная нагрузка   Рр.о. кВт	Расчетная нагрузка
						Рр+Рр.о., кВт	Qр, квар	Sр, кВА
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Корпус дробления	1281,2	80648	0,019	0,95	1455,7	2736,9	1632,1	3186,6
Корпус обогащения	6312,6	87757	0,016	0,95	1333,9	7646,5	4746,9	9000,1
Корпус фильт. и сушки	2799,2	32740	0,014	0,95	435,4	3234,6	1698,1	3653,3
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Склад руды	627,9	20125	0,016	0,95	305,9	933,8	504,5	1061,4
Ремонт.механ. цех	1789	45474	0,018	0,95	777,6	2566,6	1403,3	2925,2
Компрессорная станция	992,9	900	0,018	0,95	15,4	1008,3	627,5	1187,6
Итого	23465,3	267644			4323,9	18126,7	17238,1	21014,1

 

3.3 Расчет картограммы электрических  нагрузок. Определение ЦЭН.

 

Определяем  центр электрических нагрузок.

м; (3.19)

м; (3.20)

Для анализа  распределения электрических нагрузок по цехам и предприятию в целом  может быть построена картограмма  электрических нагрузок. Она представляет собой круги, построенные для  каждого цеха, площадь которых  пропорциональна электрическим  нагрузкам цехов, в пределах этих кругов указываются сектора, площади  которых пропорциональны низковольтной, высоковольтной и осветительной  нагрузке.

Радиус круга:

(3.21) 

где Р_рцi - расчетная нагрузка цеха, кВт;

      m — масштаб, кВт/м²;

Выбирается масштаб по цеху с  наибольшей расчетной нагрузкой.

                                        (3.22)

где R=0,05 м;

Углы секторов различных нагрузок определяются:

;      (3.23)

Расчет картограммы на примере  корпуса обогащения:

            

   Результаты расчета картограммы  нагрузок для остальных цехов  приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Расчет картограммы  нагрузок

 

№ цеха	Рр.i, кВт	Рр.н.i, кВт	Рр.в.i, кВт	Рр.о.i, кВт	Xi, м	Yi, м	Ri,  м	αн.i, град	αв.i, град	αо.i, град
1	11117	1281,2	9662,4	173,3	330	900	0,05	41	313	6
2	7646,5	6312,6	0	1334	330	500	0,041	297	0	63
3	3234,6	2799,2	0	435,4	350	200	0,027	312	0	48
4	933,8	627,9	0	305,9	900	200	0,014	242	0	118
5	2566,6	1789	0	777,6	900	550	0,024	251	0	109
6	1008,3	992,9	0	15,4	800	950	0,015	355	0	5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Выбор числа и мощности трансформаторов цеховых подстанций

 

Выбор мощности трансформаторов цеховых подстанций  производится с учетом компенсации  реактивной мощности, что обеспечивает выбор экономически оптимального числа  цеховых трансформаторов.

Рассмотрим  корпус обогащения.

Определяем  экономически целесообразную мощность трансформатора цеховой подстанции в зависимости от плотности нагрузки, кВА/м²:

; (4.1)

Так как мощность оказывается больше расчетной цеха, то ориентировочную мощность определяем:

; (4.2)

Где =1,4- аварийный коэффициент загрузки,

Определяемся минимальное число цеховых трансформаторов одинаковой мощности S_н.т.

; (4.3)

где Р_р.ц.- расчетная нагрузка цеха, кВт;

S_н.т.- номинальная мощность трансформаторов, кВА;

∆N- добавка до целого числа;

β_н- коэффициент загрузки в нормальном режиме.

  β_н = 0,8 - при преобладании нагрузок II категории для двухтрансформаторных подстанций.

  Принимаемся  ориентировочная мощность трансформаторов  S_н.т.=630кВА

  Определяемся  оптимальное число трансформаторов

N_т.опт. = N_т.мин. + m, (4.4)

где m- дополнительно установленные трансформаторы. Величина m определяется по рисунку 4.7 /1,106/

N_т.опт. = 4+0=4

Определяемся наибольшая реактивная мощность, которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть 0,4 кВ.

Q_1p = ; (4.5)

Q_1p =

Q_р > Q_1р;

 

4746,9 квар > 2351,8 квар

Принимается Q₁=Q_1р=2351,8 квар;

Суммарная мощность конденсаторных батарей  на напряжение 0,4 кВ:

Q_нк1 = Q_р - Q₁=4746,9-2351,8=2395,1квар.

Определяются  коэффициенты загрузки трансформаторов  в нормальном и послеаварийном режимах

β_{н =} ; (4.6)

β_{н =}

β_ав = ; (4.7)

β_ав =

По [8.121] выбираются трансформаторы типа ТМ-2500/10 с параметрами:

∆Р_хх = 3,85 кВт

∆Р_кз = 23,5 кВт

I_хх = 1 %

U_кз = 6,5 %

Определяются потери активной и реактивной мощности в трансформаторах:

∆Р_т = N (∆Р_х + β_н² ∆Р_кз) (4.8)

∆Р_т = 2

(3,85+0,8² 23,5)= 37,78 кВт

∆Q_т = N (∆Q_х + β_н²•∆Q_кз) = N ; (4.9)

∆Q_т = 2

=258 квар

Определяется мощность, потребляемая трансформаторами:

Р_т = Р_р + ∆Р_т (4.10)

Р_т =7646,5+37,78 =7684,28 кВт

Q_т = Q₁ + ∆Q_т (4.11)

Q_т = 2351,6+258 =2609,6 квар

S_т = ; (4.12)

S_т =

 

Аналогично рассчитываем остальные  трансформаторные подстанции.

Результат заносим в таблицу  №3.

 

Таблица 4. Выбор цеховых трансформаторов.

Номер цеховой ТП	Номер цеха	Категория потребителя	Расчетная активная нагрузка, Рр,кВт	Расчетная реактивная нагрузка Qр ,квар	Полная расчетная нагрузка Sp ,кВА	Площадь цеха Fц , м2
1	2	3	4	5	6	7
1	1	2	2736,9	1632,1	3186,6	80648
2,3	2	2	7646,5	4746,9	9000,1	87757
4	3	2	3234,6	1698,1	3653,3	32740
5	4	2	933,8	504,5	1061,4	20125
6,7	5	2	2566,6	1403,3	2925,2	45474
8	6	2	1008,3	627,5	1187,6	900
Итого			18126,7	10612,4	21014,2	267644

 

 

Удельная плотность нагрузки	Экономически целесообразная мощность трансформатора SЭТ, кВА	Тип тр-ра	Номинальная мощность тр-ра Sн.т.,кВА	Количество тр-ров на ТП , n	Допустимый коэф. загрузки тр-ров ,βдоп	Возможная реактивная нагрузка тр-ра , Q1.p,квар
8	9	10	11	12	13	14
0,04	400	ТМ	2500	2	0,8	2917,1
0,10	630	ТМ	2500	4	0,8	2351,8
0,11	630	ТМ	2500	2	0,8	2353,2
0,05	400	ТМ	630	2	0,8	379,6
0,06	400	ТМ	1000	4	0,8	1911,2
1,32	2500	ТМ	630	2	0,85	361,1
						10273,9