Проблемы развития энергетики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Проблемы развития энергетики, обеспечения энергетической безопасности как базового элемента устойчивого и динамичного развития экономики любого государства постоянно находятся в центре внимания как специалистов, так и мировой общественности. Несмотря на усилия ряда стран по наращиванию мощностей в атомной энергетике и использованию возобновляемых источников энергии, доминирующее положение в структуре потребления первичных энергоресурсов до 2030 г. сохранится за энергоносителями органического происхождения и составит 85%.

Поскольку Республика Беларусь не располагает значительными собственными запасами ископаемых, стратегической целью деятельности в области энергосбережения является снижение зависимости республики от импорта ТЭР, что может быть достигнуто за счет следующих факторов:

повышения эффективности использования энергоносителей в результате внедрения новых энергосберегающих технологий, оборудования, приборов и материалов, утилизации вторичных энергоресурсов и др.;

структурной перестройки отраслей экономики и промышленности;

оптимизации топливного баланса республики с увеличением доли местных видов топлива, нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.

Электроэнергетика -- это стратегическая отрасль, состояние которой отражается на уровне развития государства в целом. В настоящее время электроэнергетика является наиболее стабильно работающим комплексом белорусской экономики. Предприятиями отрасли обеспечено эффективное, надежное и устойчивое энергоснабжение потребителей республики без аварий и значительного экологического ущерба. Главным приоритетом энергетической политики нашего государства является повышение эффективности использования энергии как средства для снижения затрат общества на энергоснабжение, обеспечения устойчивого развития страны, повышения конкурентоспособности производительных сил и охраны окружающей среды.

Система электроснабжения промышленных предприятий, представляет собой совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения электроэнергией промышленных предприятий. Они оказывают значительное влияние на работу электроприемников и на производственный процесс в целом.

Особенностью промышленного предприятия как потребителя электроэнергии является то, что для осуществления технологического процесса используется большое число разнообразных электроприемников различных мощностей и номинальных напряжений, однофазного и трехфазного переменного тока различной частоты, а также электроприемников постоянного тока.

Надежное и экономичное снабжение потребителей электроэнергией требуемого качества - необходимое условие функционирования любого промышленного предприятия.

Стоит заметить, что энергосбережение на предприятии может быть достигнуто путём:

применения новых технологий для энергосбережения;

внедрения новых технологий производства продукции;

внедрения в производство более совершенного оборудования;

повышения возможностей эксплуатации и технического обслуживания производственного оборудования;

уменьшения потерь в системе снабжения завода электричеством;

рационального использования энергосистемы в часы максимальных нагрузок.

1. Определение электрических нагрузок групп электроприемников на шинах напряжением до 1 кВ трансформаторной подстанции цеха

Расчет электрических нагрузок групп электроприемников (ЭП) ведется в следующей последовательности. Для каждого ЭП по справочной литературе (таблица П1[1]) подбираются средние значения коэффициентов использования и активной мощности cosц.

Расчетная активная нагрузка группы силовых электроприемников определяется по выражению

- коэффициент расчетной мощности;

- среднее значение коэффициента использования i-го электроприемника;

- номинальная мощность i-того электроприемника;

- число электроприемников в группе.

Коэффициент расчетной мощности принимается по таблице П2 [1] в зависимости от средневзвешенного коэффициента использования, эффективного числа электроприемников, а также от постоянного времени нагрева сети, для которой рассчитываются электрические нагрузки. При разных по режиму работы ЭП этот коэффициент определяется:

(1.2)

Под эффективным числом ЭП понимается такое число однородных по режиму работы ЭП одинаковой мощности, которое обуславливает ту же величину расчетной нагрузки, что и группа различных по номинальной мощности и режиму работы ЭП. Эффективное число ЭП вычисляется по формуле 1.3 и округляется до ближайшего меньшего целого числа:

Расчетная реактивная мощность нагрузки для питающих сетей до 1 кВ определяется в зависимости от эффективного числа ЭП по след выражениям:

- среднее значение коэффициента реактивной мощности i-того ЭП (определяем с помощью справочной литературы [1, Таблица П1]).

Полная расчетная мощность группы ЭП определяется по формуле:

Расчетный ток нагрузки группы силовых ЭП определяется по выражению:

- номинальное напряжение сети до 1 кВ (0,4 кВ).

По формулам 1.1 - 1.7 определим коэффициент использования, коэффициент расчетной мощности, активную, реактивную и полные расчетные мощности и расчетный ток нагрузки для металлорежущих станков:

По формулам 1.1 - 1.7 определим коэффициент использования, коэффициент расчетной мощности, активную, реактивную и полные расчетные мощности и расчетный ток нагрузки для вентиляторов:

По формулам 1.1 - 1.7 определим коэффициент использования, коэффициент расчетной мощности, активную, реактивную и полные расчетные мощности и расчетный ток нагрузки для крановых установок:

По формулам 1.1 - 1.7 определим коэффициент использования, коэффициент расчетной мощности, активную, реактивную и полные расчетные мощности и расчетный ток нагрузки для печей сопротивления:

По формуле 1.2 рассчитаем коэффициент использования для цеха:

По выражению 1.3 рассчитаем эффективное число ЭП цеха:

По таблице П3 [1] определяем коэффициент расчетной мощности.

По формуле 1.1 определяем расчетную силовую активную нагрузку цеха на шинах напряжением до 1 кВ ТП:

Расчетная реактивная мощность вычисляется по формуле:

По формуле 1.6 найдем полнуюмощност цеха ТП:

Определим расчетный ток нагрузки цеха на шинах напряжением до 1 кВ ТП по формуле (1.7):

Расчетная активная нагрузка освещения цеха:

- коэффициент спроса для освещения, ;

- коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующих аппаратуре газоразрядных ламп (для ламп типа ДРЛ и ДРИ

- установленная мощность освещения, кВт.

Расчетная реактивная нагрузка освещения определяется по выражению:

- среднее значение коэффициента реактивной мощности для осветительной нагрузки, (при использовании ламп типа ДРЛ, ДРИ и т.п.).

Суммарная активная расчетная нагрузка цеха на шинах напряжением до 1 кВ ТП определяется по формуле:

Суммарная реактивная расчетная нагрузка цеха:

Полная расчетная нагрузка цеха определяется по выражению:

.

2. Выбор типа и номинальной мощности трансформатора подстанции напряжением 10/0,4 кВ

Номинальная мощность трансформатора определяется по выражению:

- коэффициент загрузки трансформатора,

Полученное значение округляем до ближайшего стандартного. По таблице П4 [1] выбираем масляный трансформатор ТМГ12-1000/10, который имеет следующие характеристики:

; ;

; ;

.



3. Определение мощности батарей низковольтных конденсаторов и выбор типа конденсаторной установки

Наибольшее значение реактивной мощности, которое можно передать чрез трансформатор из сети напряжением 10 кВ в сеть напряжением до 1 кВ, при использовании масляных трансформаторов определяется по формуле:

коэффициент 1,1 учитывает допустимую систематическую перегрузку трансформатора в течение одной смены при коэффициенте энергоиспользования менее 0,9 и коэффициенте загрузки не более 0,9.

Суммарная расчетная мощность батарей низковольтных конденсаторов (БНК) по критерию выбора минимального числа трансформаторов определяется по следующему выражению:

Величину округляется до ближайшей стандартной величины мощности комплектной конденсаторной установки По справочной литературе [1, Таблица П5] определяем Выбираем конденсаторную установку типа АКУ 0,4-50-10УЗ.

При установке БНК следует уточнить полную расчетную мощность нагрузки цеха по формуле:

4. Расчет потерь активной и реактивной мощности и годовых потерь электроэнергии в трансформаторе

Следует определить действительный коэффициент загрузки силового трансформатора по выражению:

Расчет потерь активной мощности в силовом двухобмоточном трансформаторе выполняется по следующей формуле:

Рассчитаем потери реактивной мощности с силовом трансформаторе по следующему выражению:



Годовые потери электроэнергии в силовом трансформаторе рассчитываются по формуле:

- годовое число часов включения трансформатора,

- время максимальных потерь, ч.

Время максимальных потерь, определяется по таблице [1, Таблица П6] в зависимости от времени использования максимальной нагрузки ч в год для трехсменных предприятий. =3000 ч.

5. Выбор электрооборудования ТП

В работе следует выбрать вводной автоматический выключатель, установленный в цепи трансформатора. Для этого необходимо определить номинальный ток трансформатора, А, по следующему выражению:

Номинальный ток расцепителя автоматического выключателя определяется по условию:

- коэффициент допустимой загрузки трансформатора в послеаварийном режиме,

По справочной литературе [2] выбираем ближайшее стандартное значение..

Выключатели допускают регулировку номинального тока уставки полупроводникового максимального расцепителя ступенями в пределах от номинального тока выключателя до 0,8 и 0,63

Выбираем выключатель ВА 75 - 45 с и

Трансформаторы тока на низшей стороне выбираем по следующему условию:

Выбираем трансформатор тока ТНШЛ - 0,66 с

Трансформатор тока в нейтрали выбираем по следующему условию:

Выбираем трансформатор тока ТНШЛ - 0,66 с

Выбираем высоковольтный выключатель по следующим условиям:

по напряжению установки:

по длительному току, который протекает через выключатель в нормальном и аварийных режимах работы:

где - расчетный ток нормального режима работы.

где - расчетный ток аварийного режима работы.

Так как мы производим выбор высоковольтного выключателя для однотрансформаторной подстанции проверка производится по следующему условию:

- максимальный расчетный ток;

- поправочный коэффициент на допустимый ток.

определяется по следующей формуле:

где - число трансформаторов, питающихся по i-той линии;

- номинальная мощность i-того трансформатора, питающегося на рассматриваемой линии.

по отключающей способности:

где - значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени t=0.

по термической стойкости стойкости:

где - ток термической стойкости, который допускает выключатель в течение времени ;

- термический импульс тока КЗ.

по электродинамической стойкости:

где - ударный ток КЗ.

Ударный ток короткого замыкания, определяем по следующему выражению:

где = ударный коэффициент.

Выбираем выключатель ВВ/TEL-10,

Разъединители выбираем по тем же условиям, за исключениям пункта 3.

Выбираем разъединитель типа РВЗ-10,

Трансформаторы тока выбираются по следующим условиям:

по току нагрузки:

по термической стойкости:

по электродинамической стойкости:

Выбираем трансформаторы тока ТОЛ-10, Класс точности трансформатора тока -1. Трансформатор тока нулевой последовательности выбираем типа ТЗЛМ - 10.



6. Выбор сечения жил кабеля напряжением 10 кВ, питающего цеховой трансформатор

Расчетная активная мощность кабельной линии электропередачи определяется по формуле:

- количество групп силовых электроприемников, питающихся по линии в нормальном режиме; - среднее значение коэффициента использования для ЭП i-той группы; - суммарная номинальная мощность силовых ЭП i-той группы.

Расчетная реактивная мощность линии определяется:

- среднее значение коэффициента реактивной мощности i-той группы силовых ЭП.

Определяем полную расчетную мощность линии:

Определяем расчетный ток линии:

- номинальное напряжение линии,

Сечение жил кабелей выбирается по экономической плотности тока и проверяется по нагреву и термической стойкости при КЗ.

Сечение жил кабелей по экономической плотности тока определяется по выражению:

- экономическая плотность тока, А/мм2. Экономическая плотность тока принимается по таблице П7 [1] в зависимости от времени использования максимальной нагрузки вида изоляции и материалов для проводника жил.

Для выбранного сечения трехжильного кабеля при прокладке в воздухе по справочной литературе [1, Таблица П8] определяется длительный допустимый ток по нагреву

При питании ТП с одним трансформатором по радиальной линии сечение жил кабеля по нагреву проверяется по допустимому нагреву максимальным расчетным током по условию:



В качестве максимального расчетного тока принимается номинальный ток трансформатора на напряжении определяемый по формуле:

Минимально допустимое сечение кабелей по термической стойкости при КЗ определяется по выражению:

- тепловой импульс от тока КЗ, А2·с;

- расчетный коэффициент, принимаемый для кабелей с алюминиевыми жилами и бумажной пропитанной изоляцией равным 100 А•с-0,5 /мм2.

Результирующий тепловой импульс от тока КЗ:

- действующее значение тока КЗ в начале линии, А;

- время отключения КЗ,

- постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ,

Определяем минимально допустимой сечение кабелей по термической стойкости по выражению 6.8:

Из трех найденных сечений принимается большее стандартное значение. Выбираем кабель марки ААШв - 3Ч50-10.

7. Определение потерь мощности и годовых потерь электроэнергии в кабельной линии напряжением 10 кВ

Расчет потерь активной мощности в трехфазной линии электропередачи производится по формуле:

- активное сопротивление линии, Ом.

Активное сопротивление определяется по следующей формуле:

- удельное (погонное) активное сопротивление проводника, Ом/км (принимаем по таблице П9 [1]);

- длина линии, км.

Рассчитаем потери активной мощности в трехфазной линии электропередачи:

Потери реактивной мощности в линии электропередачи рассчитываются по выражению:

- индуктивное сопротивление одной фазы линии, Ом.

Активное сопротивление определяется по следующей формуле:

- удельное реактивное сопротивление проводника, Ом/км (принимаем по таблице П9 [1]);.

Потери активной электроэнергии в линии электропередачи за год определяются по следующей формуле:

8. Расчет годового расхода электроэнергии и построение энергетической диаграммы

Годовой расход электроэнергии группы однотипных силовых электроприемников определяется по выражению:

- коэффициент энергоиспользования;

- суммарная номинальная мощность ЭП группы, кВт;

- среднее значение коэффициента использования для данной группы ЭП;

- годовое число часов работы предприятия, ч. ч в год для трехсменного предприятия.

Рассчитаем годовой расход электроэнергии каждой группы силовых электроприемников. Для металлорежущих станков:

Для вентиляторов:

Для крановых установок:

Для печей сопротивления:

Расход электроэнергии на освещение:

- годовое число использования максимальной нагрузки для внутреннего освещения. для трехсменных предприятий.

Потери электроэнергии в конденсаторных установках определяются по следующей формуле:

- удельные потери мощности в БНК, кВт/квар.

Потери в цеховых сетях до 1 кВ принимаются в размере 0,5…1,5% от суммарного расхода электроэнергии силовыми и осветительными электроприемниками цеха:

Суммарные потери электроэнергии в системе электроснабжения:

Общий расход электроэнергии складывается из расхода энергии электроприемниками и суммарных потерь электроэнергии:

Энергетическая диаграмма дает графическое отображение расходов электроэнергии в % на электропривод станков, вентиляцию, освещение, расход крановыми установками, печами сопротивления, а также суммарных потерь электроэнергии в кабельной линии, трансформаторе, цеховых сетях и БНК.

9. Опредеоение показателей электрического хозяйства цеха

К основным показателям электрического хозяйства относятся следующие:

суммарное потребление электроэнергии

максимальная (расчетная) нагрузка:

установленная мощность электроприемников:

- номинальная мощность i-того силового ЭП;

- количество силовых ЭП;

- установленная мощность освещения.

коэффициент спроса:

количество установленных электродвигателей

суммарная мощность электродвигателей:

- номинальная мощность i-того электродвигателя.

средняя мощность электродвигателя:

среднегодовая потребляемая мощность цеха:

среднегодовой коэффициент использования:

коэффициент заполнения годового графика нагрузки:

коэффициент максимума:

коэффициент технологической нагрузки:

стоимость потребленной электроэнергии:

- средний тариф на электроэнергию, определяемый по формуле:

- основная ставка действующего тарифа на электроэнергию;

- дополнительная ставка действующего тарифа на электроэнергию.

По формуле 9.11 определим стоимость потребленной электроэнергии:

электрический трансформаторный конденсатор



Заключение

В курсовой работе был произведен расчет электроснабжения цеха промышленного предприятия, целью которого является выбор типа и номинальной мощности трансформатора подстанции, типа конденсаторной установки, электрооборудования трансформаторной подстанции, также был произведен выбор кабелей, позволяющих обеспечить необходимую надежность электропитания и бесперебойной работы цеха.

В ходе выполнения курсовой работы были определены следующие показатели:

электрические нагрузки групп электроприемников;

мощность батарей низковольтных конденсаторов;

потери активной и реактивной мощности и годовые потери электроэнергии в трансформаторе;

потери мощности и годовые потери электроэнергии в кабельной линии напряжением 10 кВ;

годовой расход электроэнергии;

показатели электрического хозяйства цеха.

В ходе расчета был выбран наиболее оптимальный и рациональный вариант электроснабжения цеха промышленного предприятия.



Список использованных источников

1. Радкевич В.Н. Учебно-методическое пособие по курсовой работе для студентов направления 1-27 01-10 «Экономика и организация производства (энергетика)». - Минск: БНТУ, 2012.

2. Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию

3. (5-е изд., испр.)/ Серия «Справочники». - Ростов н/Д: Феникс, 2004. - 480 с., ил.

4. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленного предприятия - М: Высшая школа,1986 - 400с.

5. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов: учеб. пособие. - М.: Издательский центр «Академия» , 2009. - 320 с

6. Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок: учеб. пособие. - М.: Энергоатомиздат. 1989. - 528 с.

Размещено на Allbest.ru

...