Электроснабжения предприятия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Цели и задачи проекта

2. Расчетная часть

2.1 Определение расчетных нагрузок промышленного предприятия

2.2 Выбор места расположения ГПП

2.3 Построение схемы электроснабжения

2.4 Определение капитальных вложений и выбор рационального напряжения

2.5 Выбор силовых трансформаторов

2.6 Выбор кабелей (или поводов воздушных линий), питающих отдельные цеха

2.7 Расчет токов короткого замыкания

2.8 Выбор и проверка электрических аппаратов

Заключение



Введение

Электроснабжение является важнейшей частью проектирования предприятия. От качества проекта электросети зависит надежность работы объектов производства.

Передача электроэнергии от источников к потребителям производится энергетическими системами, объединяющими несколько электростанций. Длительный опыт эксплуатации энергетических систем показал технико-экономическую целесообразность их соединения между собой.

Энергосистемы продолжают оставаться основными источниками электроснабжения потребителей электроэнергии, в том числе наиболее энергоёмких, каковыми являются промышленные предприятия.

Основные элементы электрической части энергосистем - различные типы районных трансформаторных и распределительных подстанций, главные подстанции предприятий (ГПП) и других объектов и городов.

В общем, балансе страны удельный вес промышленности и строительства составляет более 70%, поэтому вопросам электроснабжения промышленных предприятий придаётся большое значение. Для этого вся система распределения и потребления электроэнергии, получаемой от энергосистем, строится таким образом, чтобы удовлетворялись основные требования электроприемников, находящихся у потребителей.

Надёжность электроснабжения достигается благодаря бесперебойной работе всех элементов энергосистемы и применению ряда технических устройств, как в системе, так и у потребителей: устройств релейной защиты и автоматики, автоматического ввода резерва (АВР) и повторного включения (АПВ), контроля и сигнализации.

Качество электроснабжения определяется поддержанием на установленном уровне значений напряжения и частоты, а также ограничением значений в сети высших гармоник и не синусоидальности и несимметричности напряжений.

Экономичность электроснабжения достигается путём разработки совершенных систем распределения электроэнергии, использования рациональных конструкций комплектных распределительных устройств и трансформаторных подстанций и разработки оптимизации системы электроснабжения. На экономичность влияет выбор рациональных напряжений, оптимальных значений сечений проводов и кабелей, числа и мощности трансформаторных подстанций, средств компенсации реактивной мощности и их размещение в сети.

Таким образом, рост электровооруженности труда определяется не только увеличением выработки электроэнергии на электростанциях, но и фактически рациональным её использованием в различных устройствах и установках потребителей. Основными потребителями электроэнергии на предприятии являются высоковольтные электродвигатели, подключенные к шинам распределительных пунктов 6-10 кВ. Потребители предприятия относятся к потребителям первой и второй категории по степени надежности электроснабжения.



1. Цели и задачи проекта

Задача проекта.

По условиям эксплуатации и исходным данным заданного объекта спроектировать схему электроснабжения предприятия, обосновать проект экономическим расчетом.

Задачей проекта является расчет и выбор рационального напряжения ЛЭП, которое определяет капитальные вложения и эксплуатационные расходы (кап. затраты на ЛЭП и на ЭА высокого напряжения, а так же потери в этих установках).

Выбор силовых трансформаторов для промышленных предприятий.

Выбор кабелей для связи цехов с ГПП.

Расчетно-экспериментальная часть проекта.

Определение расчетной мощности предприятия:

- вычисление координат центра нагрузок;

- выбор рационального напряжения.

Определение капитальных вложений и эксплуатационных расходов для сравниваемых вариантов расчет токов короткого замыкания. Выбор и проверка трансформаторов, токопроводов, электрических аппаратов. Анализ работы системы.

Исходные данные.

Место расположения предприятия.

Суммарная активная установленная мощность цехов и установок промышленного предприятия Руст. к кВт.

Координаты центров электрических нагрузок отдельных цехов и установок.

Напряжения U1н U2н U3н кВ, имеющиеся на подстанции.

Мощность или ток трехфазного симметричного короткого замыкания на шинах подстанции энергосистемы.

Расстояние от подстанции до предприятия l км.

Количество часов использования максимума активной мощности Tи. а в год.

Коэффициент заполнения графика активной мощности kз.г

Коэффициент допустимой дополнительной нагрузки силовых трансформаторов в зимнее время за счет их недогрузки в летнее время k”доп.

Среднегодовая температура окружающего воздуха «с. г. 0 С».

Стоимость одного кВт/ч электроэнергии со, условных единиц.

Время действия релейной защиты tз, с.

Таблица 1:



2. Расчетная часть

Исходные данные к работе.

Место расположения предприятия.

Суммарная активная установленная мощность цехов и установок промышленного предприятия Руст. к кВт.

Координаты центров электрических нагрузок отдельных цехов и установок.

Напряжения U1н U2н U3н кВ, имеющиеся на подстанции.

Мощность или ток трехфазного симметричного короткого замыкания на шинах подстанции энергосистемы.

Расстояние от подстанции до предприятия l км.

Количество часов использования максимума активной мощности Tи. а в год.

Коэффициент заполнения графика активной мощности kз.г.

Коэффициент допустимой дополнительной нагрузки силовых трансформаторов в зимнее время за счет их недогрузки в летнее время k”доп.

Среднегодовая температура окружающего воздуха «с. г. 0 С».

Стоимость одного кВт/ч электроэнергии со, условных единиц.

Время действия релейной защиты tз, с.

2.1 Определение расчетных нагрузок промышленного предприятия

Все электропотребители предприятия при определении расчетных нагрузок объединяются в группы однородных по режиму работы электроприемников. В условиях специфики предприятий к таким группам относятся, например, подъемные установки различного типа, компрессорные станции, установки для кондиционирования воздуха, технологический комплекс, подземные электроприемники, калориферы, лесной склад, склад угля, насосные станции, холодильные установки и др. В данном курсовом проекте, для упрощения расчета, условно принимается, что однородные электроприемники распределены по отдельным цехам.

Для k-той группы однородных по режиму работы электроприемников расчетные активная, реактивная и полная нагрузки определяются из выражений:

Где:

kс.к - коэффициент спроса к-той группы электроприемников;

Tg - характеризует отношение для k-той группы;

Руст. к - суммарная активная рабочая установленная мощность электроприемников k-той группы - указана в задании.

Результаты расчета расчетных мощностей по каждому цеху заносятся в табл. 2.

Таблица 2:

Я определил активные, реактивные и полные нагрузки всех групп, зная исходные данные. Расчетные активная Рp, реактивная Qp и полная Sp нагрузки промышленного предприятия определяются с учетом коэффициента разновременности максимумов нагрузки отдельных групп электроприемников kр и обеспечения оптимального tgо на шинах ГПП по формулам:

Где:

n - число цехов предприятия.

kр.м - коэффициент разновременности максимумов нагрузки отдельных цехов зависит от технологического процесса предприятий.

Принимаем kр.м = 0.8 - 0.9.

tgо - величина определяется с учетом места расположения предприятия и напряжения на вводе ГПП.

Реактивная нагрузка всех групп однородных по режиму работы электроприемников предприятия:

Таблица 3. - Расчетные реактивные и полные мощности промышленного предприятия:

Я определил расчетные реактивные и полные мощности, зная расчетную активную и коэффициент разновременности.

Реактивная мощность компенсирующих устройств, устанавливаемых на ГПП:



Расчет нагрузок предприятия заносят в таблицу 2, при этом значения величин Qp1 и Qк. у определяют для всех напряжений Uн, имеющихся на подстанции системы, питающей промышленное предприятие.

2.2 Выбор места расположения ГПП

Главная понизительная подстанция является одним из основных звеньев СЭС промышленного предприятия.

На территории предприятия ГПП стремятся разместить в условном центре электрических нагрузок (ЦЭН).

Аод условным ЦЭН понимают точку на генеральном плане предприятия, в которой при сооружении ГПП уходит минимум затрат.

При невозможности разместить ГПП в условном центре электрических нагрузок из-за расположения в нем технологического объекта или по другим причинам ГПП размещают вблизи условного центра нагрузок.

Для определения условного ЦЭН на генеральный план, где показаны все производственные цеха (установки), наносится картограмма нагрузок, состоящая из окружностей с центром в условном ЦЭН отдельных цехов (рис. 1). Площадь, ограниченная каждой из этих окружностей в выбранном масштабе пропорциональна расчетной активной нагрузке соответствующего цеха. Координаты местоположения условного центра электрических нагрузок определяются по формулам:



Таблица 4. - Координаты условного ЦЭН наносят на генеральный план предприятия:

В ходе расчета я вычислил место расположения ГПП.

2.3 Построение схемы электроснабжения

Электроснабжение промышленных предприятий осуществляется, как правило, от подстанций системы. Если на предприятиях имеются потребители 1 категории по надежности электроснабжения, то питание их электроэнергией производится по двум воздушным тупиковым радиальном линиям электропередачи (рис. 2).

Типичным решением является размещение на ГПП двух силовых трансформаторов. При выходе из строя одной из ЛЭП или одного силового трансформатора (выключателя) оставшиеся ЛЭП и трансформатор с учетом допустимой перегрузки должны обеспечивать передачу полной или 75% расчетной нагрузки.

Для уменьшения затрат, на вводе ГПП предусматривают установку отделителей и короткозамыкателей. При аварийных режимах коммутацию тупиковых ЛЭП производят выключателями, установленными у начала ЛЭП на подстанции системы. Для повышения надёжности электроснабжения между питающими ЛЭП предусматривают перемычку с разъединителями и выключателями, что позволяет сохранить в работе оба силовых трансформатора ГПП при отказе одной из ЛЭП. Узловым пунктом ГПП является система сборных шин, через которую протекает весь ток, потребляемый подстанцией. На ГПП для каждого напряжения вторичных обмоток силовых трансформаторов обычно применяется одиночная секционированная система сборных шин. К каждой секции посредством выключателей подключается обмотка низшего напряжения силового трансформатора и электроприёмники, расчётная мощность которых приблизительно равна половине расчётной мощности предприятия.

Рис. 1. - Вариант схемы электроснабжения предприятия:

Построенная схема электроснабжения должна обеспечивать выполнение оперативных переключений, а также переключений, связанных с выводом в ремонт отдельных аппаратов.

К потребителям 1-ой категории предусматриваются отдельные вводы от различных секций сборных шин. Между секциями устанавливается между секционный выключатель, обеспечивающий автоматический ввод резерва (АВР). Для ограничения грозовых и коммутационных перенапряжений на вводе ГПП устанавливают разрядники. С целью повышения электробезопасности, обеспечения надежной работы устройств защиты от замыканий на землю и улучшения режима напряжения питания поверхностных и подземных потребителей производят от различных обмоток низшего напряжения силовых трех обмоточных трансформаторов или применяют разделительные трансформаторы 6/6,3 кВ.



2.4 Определение капитальных вложений и выбор рационального напряжения

Общие сведения.

Под рациональным напряжением понимают напряжение, при котором имеет место минимум приведенных годовых затрат.

При выборе рационального напряжения производится расчёт годовых приведенных затрат для трёх вариантов электроснабжения предприятия, отличающихся уровнем используемого напряжения на подстанции системы.

Так как расчёты носят сравнительный характер, то при их выполнении учитывают составляющие, отличающиеся для различных вариантов. Единицы измерения расходов принимаем условные - у. е.

Затраты на эксплуатацию, включающие:

- расходы на текущий ремонт, заработную плату;

- общепроизводственные расходы.

Они принимаются одинаковыми в сравниваемых вариантах и при определении приведенных затрат не учитываются.

Приведенные годовые затраты (в у. е.), при выборе рационального напряжения определяются по формуле:

Где:

Са - амортизационные отчисления;

Сп - стоимость потерь электроэнергии, у. е.

Для сокращения объёма вычислений при выполнении работы приведенные годовые затраты.

Затраты определяют только для воздушных ЛЭП высшего напряжения и коммутационной аппаратуры, установленной на подстанции системы и на стороне высшего напряжения ГПП. При этом, предварительный выбор высоковольтных электрических аппаратов проводят по напряжению и току. Капитальные вложения определяем по формуле:

Где:

Кл стоимость сооружения воздушных тупиковых ЛЭП, у. е.;

Ка - стоимость электрических аппаратов высшего напряжения, у. е.

Для каждого из сравниваемых вариантов капитальные затраты определяют по укрупнённым технико-экономическим показателям.

Годовые приведенные затраты по сравниваемым вариантам сводятся в табл. 6. К применению принимается напряжение, при котором приведенные годовые затраты минимальны. Если для сравниваемых вариантов приведенные затраты отличаются не более чем на 5%, то принимается более высокое напряжение.

Выбор напряжения ЛЭП.

Для определения капиталовложений на сооружение воздушных ЛЭП производится выбор сечения проводов по допустимому нагреву и экономической плотности тока для каждого значения напряжения.

Выбранное сечение проводов sл.д. обеспечивает передачу полной расчетной мощности Sр в аварийном режиме на расстояние:

Где:

lU - длина линии, на которой теряется 1% напряжения при ее полной нагрузке, км.;

Uдоп = 10% потеря напряжения в ЛЭП в аварийном режиме.

Расчет экономической плотности тока.

Сечение проводов по экономической плотности тока:

Где:

jэ экономическая плотность тока, А/мм. кв.

По наибольшему из двух сечений sл.д. и sл.э определяется ближайшее большее стандартное сечение sл проводов ЛЭП и капитальные вложения Кл на её сооружение.

Результаты расчёта капитальных вложений на ЛЭП Кл сведены в табл. 4, где также указываются для принятого сечения ЛЭП допустимый ток Iл.д, и потеря активной мощности в ЛЭП при полн.нагрузке Рн.л.

Выбор высоковольтных аппаратов.

Для определения капитальных вложений Ка.э. на электрические аппараты высшего напряжения в соответствии с принятой схемой производится их предварительный выбор с учетом технических характеристик и условной стоимости, исходя из условий:

- Uна, Iна - номинальные напряжение и ток аппарата;

- Uн, Iр - номинальное линейное напряжение и расчетный ток рассматриваемого варианта. Результаты расчета кап. вложений на эл. аппараты сводятся в табл. 5.

Таблица 5. - Расчет капитальных вложений на сооружение воздушных ЛЭП:



В ходе расчета я смог определить экономическую плотность тока, ток расчетный и капитальные вложения на сооружения.

Таблица 6. - Расчет капитальных вложений на эл. аппараты высшего напряжения:

Зная расчетные, токи я выбрал подходящие эл. аппараты высшего напряжения и капитальные вложения на них.

Определение эксплуатационных расходов для сравниваемых вариантов.

Стоимость потерь электроэнергии в воздушных ЛЭП:

Где:

Рн.л - потери активной мощности в ЛЭП при полной нагрузке указан в табл. 3, кВт/км;

kз.л - коэффициент загрузки линии;

Тп - время потерь электроэнергии в год. ч;

со - стоимость 1 кВт/ч электроэнергии, у. е. - по заданию.

Коэффициент загрузки линии вычисляется по формуле:



Где

Тп - число часов потерь электроэнергии в год определяется по кривым.

Рис. 2. - Зависимость количества потерь электроэнергии от времени использования максимума нагрузки:

Амортизационные отчисления для ЛЭП и электрических аппаратов высшего напряжения:

Где:

Еа.л и Еа.э - соответственно общие нормы амортизационных отчислений на ЛЭП и электрические аппараты высшего напряжения.

Результаты расчета эксплуатационных расходов сводятся в табл.

Таблица 7. - Расчет эксплуатационных расходов и суммарных затрат:

При найденных значениях Сп, Ка, Кл, Са.л, Са.э, Сэ я определил эксплуатационные расходы и суммарные затраты.



2.5 Выбор силовых трансформаторов

Для двух трансформаторных подстанций промышленных предприятий необходимая мощность силового трансформатора ГПП определяется:

Где:

k1 = 1 для непрерывных работ;

k1 = 0.75 с учетом эксплуатационного простоя;

kдоп коэффициент допустимой перегрузки трансформатора.

Где:

kз.г. - коэффициент заполнения графика полной мощности или тока задан 0.85;

с.г - среднегодовая температура окружающего воздуха, задана -5С.

Коэффициент допустимой перегрузки не должен превышать 1.3.

Если в летние месяцы года максимум графика нагрузки силового трансформатора меньше его номинальной мощности, то в зимние месяцы года допускается перегрузка трансформатора не более чем на 15% на каждый процент недогрузки в летние месяцы. По найденной величине Sт при условии, что номинальная мощность трансформатора: Sт.н. Sт, определяют возможные типоразмеры силовых трансформаторов, устанавливаемых на ГПП. К установке на ГПП принимаются силовые трансформаторы, типоразмер которых обеспечивает минимум приведенных годовых затрат. Приведенные годовые затраты на силовые трансформаторы ГПП:



Где:

КТ капитальные вложения на силовые трансформаторы ГПП, тыс. у. е.;

Сэ.т. эксплуатационные расходы на силовые трансформаторы, тыс. у. е.

Где:

КТ1 стоимость одного силового трансформатора.

Эксплуатационные расходы с учётом сравнительного характера расчётов:

Где:

Са.Т. - амортизационные отчисления на силовые трансформаторы;

Сп.Т. - стоимость потерь в трансформаторах.

Где:

Еа.Т. - общие нормы амортизации на силовые трансформаторы.

Стоимость потерь электроэнергии в силовых трансформаторах:

Где:

Рх и Qх потери активной и реактивной мощности в трансформаторе в режиме холостого хода;

Рк и Qк потери активной и реактивной мощности в трансформаторе в режиме короткого замыкания;

kз.Т. коэффициент загрузки трансформатора;

kи.п. = 0.05 коэффициент, учитывающий потери активной мощности при передаче реактивной от генераторной подстанции к промышленному предприятию.

Таблица 8:

Выбрав трансформатор, я вычислил капитальные вложения, амортизационные отчисления и приведенные годовые затраты на него.

2.6 Выбор кабелей (или поводов воздушных линий), питающих отдельные цеха

Необходимо учесть, что для питания электроэнергией отдельных цехов (установок) промышленного предприятия принимаются кабельные, а при наличии удаленных электроприемников - воздушные цепные ЛЭП с проводами марки АС. Номинального напряжение питания цехов и установок равно 6-10 кВ. Длина питающих линий для k-го цеха lk определяется на основании генерального плана промышленного предприятия с выбранным местом расположения ГПП. Число часов использования максимума активной нагрузки для отдельных цехов (установок) принимается равным числу часов использования максимума активней нагрузки предприятия, указанному в задании. Расчетный ток ЛЭП к цеху или установке:



Сечения проводов производится по допустимому по условиям нагрева току аналогично рассмотренному в подразделе 2.4.

Технико-экономические характеристики воздушных ЛЭП с проводом АС на 6 кВ и кабельных ЛЭП приведены в справочных таблицах.

Активное и индуктивное сопротивления определяют по формулам:

Где:

ro и хо погонные активное и индуктивное сопротивления одного км. ЛЭП.

Таблица 9. - Выбор параметров ЛЭП, питающих отдельные цеха предприятия:



Величину ro принимаем для каждого из сечений по справочнику, как и хо. Результаты выбора ЛЭП, питающих электроэнергией отдельные цеха предприятия, сводятся в табл. 9.

Выбрав нужное сечение, я использовал кабеля с марками A2XSEY и N2XSEH для сечений 16 и 95мм. кв. соответственно.

2.7 Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания производится для выбора и проверки по электродинамической и термической стойкости электрических аппаратов и проводников, проектирования и настройки релейной защиты. Источниками питания места короткого замыкания являются генераторы электростанций, энергосистемы и электродвигатели напряжением свыше 1000 В, если они связаны с местом короткого замыкания непосредственно, кабельными линиями, токопроводами или через линейные реакторы.

Рис. 3. - Расчетная схема и схема замещения при вычислении токов КЗ для схемы электроснабжения:

Для вычисления токов короткого замыкания составляют расчетную схему, соответствующую нормальному режиму, которая составляется на основе анализа схемы СЭС и представляет собой однолинейную электрическую схему. На расчетной схеме указывают все источники питания и элементы сети, намечают необходимые места, в которых будет выполняться расчет токов короткого замыкания. Параметры источников питания и элементов СЭС приведены в исходных данных.

Действующее значение периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания в физических единицах: при питании от энергосистемы:

Где:

p - число последовательно соединенных активных сопротивлений от источника питания до места короткого замыкания;

m - число последовательно соединенных индуктивных сопротивлений от источника питания до места короткого замыкания.

Если < 0.3, то активное сопротивление Rс.

Периодическая составляющая тока двухфазного короткого замыкания:

Ударный ток трехфазного симметричного короткого замыкания при питании от энергосистемы:



Ударный коэффициент:

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока трехфазного симметричного замыкания при питании от энергосистемы:

f - частота питающей сети, Гц.

Тепловой импульс тока за время короткого замыкания при питании от энергосистемы:

Где:

tоткл = tз + tвыкл

- время от начала к.з. до его отключения выключателем;

tз - время действия защиты, с;

tвыкл - время отключения выключателя, с.

Приведенное время короткого замыкания:

Результаты расчета тока короткого замыкания сводятся в табл.3.10. Если мощность короткого замыкания в линии, питающей подземные электроприемники, превышает 50 MB/А, то необходимо предусмотреть установку в данной ЛЭП реакторов для уменьшения мощности КЗ.

Таблица 10. - Результаты расчета тока короткого замыкания:

В расчете удалось найти токи короткого замыкания для трехфазной и двухфазной цепей, тепловой импульс, приведенное время короткого замыкания и постоянную времени затухания.

2.8 Выбор и проверка электрических аппаратов

Для составленной схемы электроснабжения промышленного предприятия необходимо произвести выбор электрических аппаратов, устанавливаемых на подстанции системы, на вводе ГПП и на отходящих к отдельным цехам (установкам) линиях электропередачи.

Выключатели, разъединители и отделители выбирают по типу, форме исполнения (для наружной или внутренней установки), по номинальному напряжению Uна и номинальному току Iна.

Выключатели проверяют по допустимому ударному току, току термической стойкости и току отключения.

Условия проверки:

Разъединители, отделители и короткозамыкатели проверяют по ударному току и току термической стойкости по тем же формулам, что и выключатели.

Результаты выбора (проверки) электрических аппаратов записывают, в таблица 11.

Таблица 11. - Результаты выбора электрических аппаратов:

с

В ходе проверки, я подтвердил, что выбранные мною аппараты высшего напряжения полностью подходят по техническим характеристикам и удовлетворяют экономическим потребностям в качестве минимальных затрат. электропередача трансформатор токопровод



Заключение

В расчетной части проекта я полностью рассчитала все мощности отдельных цехов, подсчитала все капитальные вложение и амортизационные отчисления на аппараты высшего напряжения, на линии электропередач до ГПП и отходящие от нее кабеля.

Выбор трансформатора обуславливался от полученных данных в ходе расчета и в том случае, когда один из трансформаторов будет отключен. При этом второй трансформатор возьмет нагрузку отключенного, тем самым, обеспечивая нормальную работу всех потребителей. Для такой работы подходит трансформатор типа ТМН-2500/110.

Из предложенных напряжений 35, 110, 220 кВ я выбрала напряжение в 110 кВ исходя из затрат на обслуживания ЛЭП и амортизационным отчислениями, а так же проходящими по ней токами.

После выбора и проверки всех электрических аппаратов, я убедилась, что они подходят по условиям нагрузки, токам короткого замыкания, времени срабатывания в случае короткого замыкания, ударным токам.

Так же при выборе соблюдались условия экономической выгоды на затраты и обслуживание всех электрических аппаратов и трансформаторов и линий электропередач с учетом амортизации. Проект считаю полностью выполненным.

Размещено на Allbest.ru

...