Электроснабжение промышленного предприятия с разработкой электропитания цехов основного производства ремонтно-строительных машин и механизмов

Содержание

1. Введение

1.1 Условия проектирования

1.1.1 Краткая характеристика проектируемого объекта

1.1.2 Характеристика электроприемников

1.1.3 Характеристика источников питания

1.2 Расчет электрических нагрузок

1.2.1 Общие сведения

1.2.2 Определение расчетной нагрузки по цехам

1.3 Построение картограммы электрических нагрузок, определение их центра и месторасположения ГПП

1.4 Выбор силовых трансформаторов

1.4.1 Общие требования к силовым трансформаторным подстанциям

1.4.2 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов ГПП

1.5 Выбор схемы электроснабжения предприятия

1.5.1 Общие положения

1.5.2 Выбор конструктивного исполнения и схемы соединения ГПП

1.6 Выбор схемы распределительной сети предприятия

1.6.1 Выбор рационального напряжения распределительной сети

1.6.2 Компенсация реактивной мощности в сетях напряжением 10 кВ

1.7. Электрический расчет схемы электроснабжения завода

1.7.1 Выбор схемы электроснабжения ТП и троссировка КЛ.

1.7.2 Расчет токов короткого замыкания в установках напряжением выше 1 кВ

1.8 Выбор аппаратуры на подстанции напряжением 110/10 кВ

1.9 Расчет и выбор цеховой электрической сети электротехнического цеха

1.9.1 Выбор схемы цеховой электрической сети

1.9.2 Определение расчетных нагрузок цеха

1.9.3 Определение расчетных токов

1.9.4 Выбор типа кабелей и их сечений

1.9.5 Выбор режима нейтрали в цехе с учетом технологических особенностей потребителей электроэнергии

Заключение

Литература

1. Введение

Темой данного курсового проекта является электроснабжение промышленного предприятия с разработкой электропитания цехов основного производства ремонтно-строительных машин и механизмов.

Системы электроснабжения промышленных предприятий должны обеспечивать следующее:

· Экономичность

· Надежность электроснабжения

· Безопасность и удобство эксплуатации

· Качество электрической энергии

· Гибкость системы

Максимальное приближение источников питания к электроустановкам потребителей

При создание системы электроснабжения необходимо учитывать категорию приемников электроэнергии. При определении категории следует руководствоваться требованиями ПУЭ. При этом надо избегать необоснованного отнесения электроприемников к более высокой категории. Электроприемники и отделения цехов разной категории рассматриваються как объекты с разными условиями резервирования.

Надежность электроснабжения потребителя обеспечиваеться требуемой степенью резервирования. Электроприемники первой и второй категорий должны иметь резервные источники питания. Резервирование необходимо для продолжения работы основного производства в послеаварийном режиме. Питание электроприемников третьей категории не требует резервирования.

Схема электроснабжения должна обеспечивать необходимое качество электрической энергии в соответствии с ГОСТ 13109-97 «нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». На промышленных предприятиях могут быть установлены электроприемники с резкопеременными графиками нагрузок, однофазные электроприемники, электроприемники, нарушающие синусоидальность токов и напряжений. Это приводит к возникновению колебаний напряжения, к нарушению симметрии токов и напряжений, к появлению высших гармоник.

Трансформаторные и распределительные подстанции следует максимально приближать к элекроустановкам потребителей электроэнергии, сокращая число ступеней трансформации путем внедрении глубоких вводов, повышенных напряжений питающих и распределительных сетей, дальнейшего развития принципа разукрупнения подстанций, внедрения магистральных токопроводов.

1.1 Условия проектирования

1.1.1 Краткая характеристика проектируемого объекта

Основой деятельности проектируемого механосборочного завода является изготовление и ремонт центробежных насосов и компрессоров. Заводские мощности и технология производства позволяют производить ремонт и изготавливать некоторые виды запасных частей широкого спектра оборудования, включая крупногабаритные.

Все здания и сооружения находятся на территории завода, за территорией завода потребителей электроэнергии нет.

1.1.2 Характеристика электроприемников

По требуемой степени бесперебойности электроснабжения приемники электроэнергии завода относятся к первой и второй категориям.

Доля электропотребления электроприемников первой и второй категории составляет 80%от общезаводских мощностей.

Все электроприемники завода низковольтные, рассчитаны на напряжение 380 В.

1.1.3 Характеристика источников питания

Питание осуществляется от двух трансформаторов, каждый из которых в послеаварийном режиме (выход из строя одного из них) способен полностью с учетом допустимой 80% -ой перегрузки обеспечить питанием всех потребителей 1-й 2-й категории.

1.2 Расчет электрических нагрузок

1.2.1 Общие сведения

Определение электрических нагрузок является первым этапом проектирования любой системы электроснабжения. По значению электрических нагрузок выбирают и проверяют электрооборудование системы электроснабжения, определяют потерю мощности и электроэнергии. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные вложения в систему электроснабжения, эксплуатационные расходы, надежность работы электрооборудования.

При проектировании системы электроснабжения или анализа режимов ее работы потребители электроэнергии (отдельный приемник электроэнергии, группа приемников, цех или завод в целом) рассматривают в качестве нагрузок.

Основополагающими при этом будут два показателя мощность (Р-активная, Q- реактивная, S- полная) и электрический ток - I.

Режимы работы приемников электроэнергии разнообразны и изменяются во времени. Для характеристики потребляемой мощности пользуются следующими понятиями:

-номинальная активная мощность приемника электроэнергии - это мощность, указанная на заводской табличке или в паспорте приемника электроэнергии, при которой приемник электроэнергии должен работать;

-применительно к многодвигательным приводам, исключая крановые установки, под термином «приемник электроэнергии» понимают весь агрегат в целом, а под его номинальной мощностью - сумму номинальных мощностей всех его электродвигателей (приведенных к продолжительности включении ПВ = 1);

-для приемников повторно-кратковременного режима работы номинальную мощность определяют по паспортной мощности путем приведения ее к длительному режиму работы (ПВ=1);

-под номинальной реактивной мощностью приемника электроэнергии понимают реактивную мощность, потребляемую из сети (знак плюс) или отдаваемую в сеть (знак минус) при номинальной активной мощности и номинальном напряжении;

-номинальную мощность (активную Рном и реактивную Qном) группы приемников определяют как алгебраическую сумму номинальных мощностей отдельных приемников, приведенного к ПВ=1;

-для характеристики переменной нагрузки приемников электроэнергии за рассматриваемый интервал времени определяют средние нагрузки;

-средняя (активная и реактивная) мощность группы приемников представляет собой сумму средних мощностей отдельных приемников, входящих в группу;

-в зависимости от интервала осреднения различают средние нагрузки за максимально загруженную смену, среднемесячные и среднегодовые нагрузки;

-по среднесменной нагрузке определяют расчетную нагрузку, а по среднегодовой - годовые потери электроэнергии.

Определение расчетных нагрузок выполняется от низших к высшим ступеням систем электроснабжения по отдельным расчетным узлам в сетях напряжением до и выше 1 кВ. Расчет электрических нагрузок характерных узлов системы электроснабжения выполняется с целью выбора сечений питающих и распределительных сетей напряжением до и выше 1000 В, числа и мощности трансформаторов ТП и ГПП, сечений шин распределительных устройств ТП, РП и ГПП, коммутационной и защитной аппаратуры напряжением до и выше 1000В и т.п.

1.2.2 Определение расчетной нагрузки по цехам

Определение расчетных нагрузок проведем упрощенным методом, который состоит в следующем.

1) Задаемся установленными активными мощностями цехов, которым на генплане присваивается свой порядковый номер.

2) По справочным данным находим среднее значение коэффициентов мощности для данного вида производства (цеха).

3) Используя полученные данные, находим расчетные мощности по цехам, которые заносим в соответствующую таблицу 1.1.

Найдем расчетную мощность электротехнического цеха.

- задаемся установленной мощностью

- находим средний коэффициент мощности для этого цеха

-определяем расчетную мощность цеха по формуле.

Таблица 1.1 - Расчетные мощности по цехам

1.3 Построение картограммы электрических нагрузок, определение их центра и месторасположения ГПП

ГПП является одним из основных звеньев системы электроснабжения любого промышленного предприятия, поэтому оптимальное размещение подстанций на территории промышленного предприятия - важнейший вопрос при построении рациональных схем электроснабжения. Это означает, что размещение всех подстанций должно соответствовать наиболее рациональному сочетанию капитальных затрат на сооружение системы электроснабжения и эксплуатационных расходов.

Для определения местоположения ГПП при проектировании системы электроснабжения на генеральный план промышленного предприятия наносится картограмма нагрузок.

Главную понизительную, распределительную и цеховые подстанции следует располагать как можно ближе к центру нагрузок, так как это позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электрической энергии и значительно сократить протяженность как распределительных сетей высокого напряжения предприятия, так и цеховых электрических сетей низкого напряжения, уменьшить расход проводникового материала и снизить потери электрической энергии.

Принимаем нагрузки цеха равномерно распределенными по площади цеха. Тогда центр нагрузки совпадает с центром площади фигуры, изображающей цех на плане.

Ввиду небольшой расчетной мощности большинства цехов принимаем решение о групповых трансформаторных подстанциях, расположенных на территории предприятия. Составляем картограмму нагрузок для каждой группы цехов и наносим координаты трансформаторных подстанций на генеральный план предприятия. Для наглядности данные о трансформаторных подстанциях сведем в таблицу 1.2.

Центр электрической нагрузки предприятия, а значит и теоретического расположения ГПП определяется с помощью аналогии системы масс и электрическими нагрузками цехов Р, координаты центра можно определить в соответствии со следующими формулами:

Данные расположения ГПП заносив в таблицу 1.3.

Таблица 1.2 - Данные о трансформаторных подстанциях

Таблица 1.3 - Данные расположения ГПП

1.4 Выбор силовых трансформаторов

1.4.1 Общие требования к силовым трансформаторным подстанциям

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов для главных понизительных и цеховых трансформаторных подстанций промышленных предприятий должен быть технически и экономически обоснованным, так как он оказывает существенное влияние на рациональное построение схем промышленного электроснабжения.

Критериями при выборе силовых трансформаторов являются надежность электроснабжения, расход цветного металла и потребная трансформаторная мощность. Оптимальный вариант выбирается на основе сравнения капиталовложений и годовых эксплуатационных расходов.

Для удобства эксплуатации систем электроснабжения следует стремиться выбирать не более двух стандартных мощностей основных трансформаторов. Желательна, где это осуществимо, установка трансформаторов одинаковой мощности.

Цеховые трансформаторные подстанции, как правило, не должны иметь распределительного устройства на стороне высшего напряжения. Следует широко применять непосредственное (глухое) присоединение питающей кабельной линии к трансформатору при радиальных схемах питания и присоединение через разъединитель или выключатель нагрузки при магистральных схемах питания. При номинальной мощности трансформатора 1000 кВА и выше вместо разъединителя необходимо устанавливать выключатель нагрузки, так как при напряжении 6-20 кВ разъединителем можно отключать ток холостого хода трансформатора мощностью не более 630 кВА.

При сооружении цеховых трансформаторных подстанций предпочтение следует отдавать комплексным трансформаторным подстанциям (КТП), полностью изготовленным на заводах.

1.4.2 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов ГПП

Главные понизительные подстанции и цеховые подстанции желательно выполнять с числом трансформаторов не более двух. Для потребителей третьей и частично второй категории, возможно рассматривать варианты установки одного трансформатора с осуществлением резервного питания от соседней трансформаторной подстанции. Однако, в связи с тем, что подавляющее число электропотребителей являются потребителями 2 категории, этот вариант нецелесообразен

Таким образом, учитывая вышеуказанное, выберем двухтрансформаторную ГПП.

В системах электроснабжения промышленных предприятий мощность силовых трансформаторов должна обеспечить в нормальных условиях питание всех электроприемников.

При выборе мощности трансформаторов следует добиваться как экономически целесообразного режима работы, так и соответствующего обеспечения явного или неявного резервирования питания приемников при отключении одного из трансформаторов, причем нагрузка трансформатора в нормальных условиях не должна (по нагреву) вызывать сокращения естественного срока его службы. Мощность трансформаторов должна обеспечивать потребную мощность в режиме работы после отключения поврежденного трансформатора в зависимости от требований, предъявляемых потребителями данной категории.

Зная расчетную величину нагрузки завода, Sнагр.=2215 кВА и учитывая условия перегрузки, Sр=0,7·Sмах.см, определяем номинальную мощность трансформатора

Sном.тр.? / 2 · 0, 7 = 2215 / 1,4 = 1582,1 кВА

Выбираем трансформатор мощностью 1600 кВА.

Проверяем выполнение условия по перегрузке

1,4 Sтр. ? Sнагр. 2240 ? 2215

Условие выполняется.

По каталожным данным [2] выбираем трансформатор ТМН 1600/110.

Выбранные трансформаторы будут работать с недогрузкой по мощности. Недогрузка будет компенсирована при пуске двух строящихся газонагнетательных станций.

1.5 Выбор схемы электроснабжения предприятия

1.5.1 Общие положения

Схемы электроснабжения промышленных предприятий делятся на схемы внешнего и внутреннего электроснабжения. Схемы электроснабжения выбираются из соображений надежности, экономичности и безопасности. Надежность определяется в зависимости от категории потребителей. Если в числе приемников или потребителей предприятия имеется хотя бы один, относящийся к первой категории, то количество источников питания должно быть не менее двух.

В зависимости от установленной мощности приемников электроэнергии различают объекты большой (75-100 МВт и более), средней (от 5-7 до 75 МВт) и малой (до 5 МВт) мощности. Для предприятий малой и средней мощности, как правило, применяют схемы электроснабжения с одним приемным пунктом электроэнергии (ГПП, ГРП, ТП). Если имеются потребители первой категории, то предусматривают секционирование шин приемного пункта и питание каждой секции по отдельной линии.

Наиболее дешевыми являются схемы с отделителями и короткозамыкателями.

Число секций зависит от числа подключений и принятой схемы внутризаводского распределения электроэнергии. В большинстве случаев число секций не превышает двух. Каждая секция работает раздельно и получает питание от отдельной линии или трансформатора. В нормальном режиме работы секционный аппарат (разъединитель или выключатель) отключен.

Применение секционного выключателя обеспечивает автоматическое включение резерва (АВР), что позволяет использовать такую схему для потребителей любой категории по надежности.

Внутреннее и внешнее электроснабжение потребителей электроэнергии осуществляют с помощью радиальных, магистральных и смешанных схем питания.

Радиальными называют такие схемы, в которых электроэнергию от источника питания (электростанции предприятия, энергосистемы и так далее) передают непосредственно к ПС, без ответвлений на пути для питания других потребителей.

Радиальные схемы имеют большое количество отключающей аппаратуры и питающих линий. Эти схемы применяют только для питания достаточно мощных потребителей.

Магистральными называют такие схемы, в которых электроэнергию от источника питания передают к ПС не непосредственно, а с ответвлениями на пути для питания других потребителей. Как правило магистральные схемы обеспечивают присоединение пяти-шести ПС с общей мощностью потребителей электроэнергии не менее 5000-6000 кВА. Схемы характеризуются пониженной надежностью, имеют меньшее количество отключающих аппаратов, дают возможность более рационально скомпоновать потребителей.

В практике проектирования и эксплуатации систем промышленного электроснабжения редко встречаются схемы, построенные только по радиальному или только по магистральному принципу.

1.5.2 Выбор конструктивного исполнения и схемы соединения ГПП

Схему ГПП выбираем с учетом установленной мощности потребителей электроэнергии и категории их надежности, характера электрических нагрузок и размещения их на генеральном плане предприятия, а также производственных, архитектурно-строительных и эксплуатационных требований.

Принимаем схему ГПП без сборных шин на высшем напряжении как наиболее простую и экономичную.

Для РУ 10 кВ принимаем схему с одной секционированной системой шин с двумя секциями. Каждая секция работает раздельно и получает питание от отдельного трансформатора. В нормальном режиме секционный выключатель отключен.

Трансформаторы размещаем, открыто, все остальное оборудование размещаем в закрытом помещении.

Для устройства РУ 10 кВ используем комплексные распределительные устройства КРУ2 -10 -20У3

1.6 Выбор схемы распределительной сети предприятия

1.6.1 Выбор рационального напряжения распределительной сети

Выбор напряжения распределительной сети тесно связан с решением вопросов электроснабжения предприятия. Окончательное решение принимают в результате технико-экономического сравнения вариантов, учитывающих различное сочетание напряжений отдельных звеньев системы.

С применением схем глубокого ввода напряжение первых ступеней распределения электроэнергии возросло до 220 кВ. Широкому распространению напряжения 110 кВ для небольших и средних по мощности предприятий способствует выпуск силовых трансформаторов с номинальной мощностью 1600 кВА. Более высокое номинальное напряжение и отсутствие промежуточных трансформаций значительно сокращают потери электроэнергии в системе электроснабжения.

Напряжение 35 кВ применяют для питания предприятий средней мощности и для распределения электроэнергии на первой ступени электроснабжения таких предприятий при помощи глубоких вводов.

Преимущество напряжения 20 кВ по сравнению с напряжением 35 кВ заключается в более простом устройстве и более дешевых коммутационно- защитных аппаратах.

Несмотря на имеющиеся преимущества применение напряжения 20 кВ сдерживается отсутствием электрооборудования на это напряжение.

Напряжение 10 кВ и 6 кВ широко используют на промышленных предприятиях: на средних по мощности предприятиях для питающих и распределительных сетей; на крупных предприятиях - на второй и последующих ступенях распределения электроэнергии.

Напряжение 10 кВ является более экономичным по сравнению с напряжением 6 кВ. Напряжение 6 кВ допускается применять только в тех случаях, если на предприятии преобладают приемники электроэнергии с номинальным напряжением 6 кВ или когда значительная часть