Проектирование системы электроснабжения производственных и общественно-коммунальных потребителей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства РФ

ФГОУ ВПО Волгоградский государственный

Аграрный университет

Кафедра «ЭССХ и ТОЭ»

Дисциплина «Электроснабжение»

Курсовая работа

«Проектирование системы электроснабжения производственных и общественно-коммунальных потребителей».

Выполнил студент

Группы ЭлР-47 Пащенко А.Н.

Проверил: Иванов А.С.

Волгоград 2015

Содержание

Введение

1. Общие требования к электроснабжению объекта

2. Общая характеристика предприятия и специального объекта

3. Расчет нагрузок по заданному цеху предприятия

4. Построение картограммы нагрузок и определение центра электрических нагрузок предприятия

5. Выбор числа и мощности трансформаторов устанавливаемых на цеховых ТП

6. Выбор компенсирующих устройств цеховых ТП

7. Определить расчетную нагрузку предприятия на шинах низкого напряжения ГПП

8. Выбор номинального напряжения системы внешнего электроснабжения и внутриплощадочных сетей предприятия

8.1 Выбор напряжения для внутриплощадочных сетей предприятия

9. Выбор типа, числа и мощности трансформаторов ГПП

10. Выбор и обоснование главной схемы соединений ГПП

11. Выбор конструктивного исполнения и конфигурации, внутриплощадочных сетей предприятия

12. Расчет и выбор сечения кабеля (провода) распределительной сети предприятия

13. Электрический расчет распределительных сетей предприятия

14. Расчет токов короткого замыкания

15. Выбор коммутационной аппаратуры ВН для установки В РУНН ГПП и РУВН цеховой ТП, питающей заданный цех

Данный курсовой проект выполняется на базе лекций, материалов практических занятий и лабораторных работ по курсу «Электроснабжение» студентами специальности 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника».

Теоретические вопросы проектирования, расчетов и анализа режимов электрических сетей закрепляются, углубляются и обобщаются при комплексном решении вопросов в процессе работы студентов над курсовым проектом.

При выполнении курсового проекта студент приобретает практические навыки самостоятельного решения инженерных задач, развивает творческие способности к исследованию технических задач в области специальности, обучается пользованию технической, справочной литературой и другими справочно-информационными материалами проектирования.

Проектирование по курсу «Электроснабжение» позволяет студентам понять круг технических, режимных и экономических проблем систем электроснабжения, ознакомиться с решением основных задач в области передачи и распределения электрической энергии, с конструктивным выполнением электрических сетей, с требованиями к режимам работы сети, а также с практическими приемами расчета электрических сетей, технико-экономическими основами их проектирования и правилами оформления текстовых конструкторских документов и чертежей.

1. Общие требования к электроснабжению объекта

При этом должны рассматриваться в комплексе внешнее и внутреннее электроснабжение с учетом возможностей и экономической целесообразности технологического резервирования.

При решении вопросов развития системы электроснабжения следует учитывать ремонтные, аварийные и послеаварийные режимы.

При выборе независимых взаимно резервирующих источников питания, являющихся объектами энергосистемы, следует учитывать вероятность одновременного зависимого кратковременного снижения и полного исчезновения напряжения на время действия релейной защиты, а также полного длительного во время тяжелых системных аварий.

Качество электроэнергии определяется совокупностью ее характеристик, при которых приемники могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции. Качество электроэнергии в значительной степени влияет на технологический процесс промышленного производства и качества выпускаемой продукции, на расход электроэнергии и зависит от питающей ЭС и от потребителей снижающих качество электроэнергии.

Из всех показателей качества электроэнергии наибольшее влияние на режимы работы электроприемников оказывает отклонение и колебание напряжения.

Под отклонением напряжения понимают разность между фактическим и номинальным значением напряжения.

В условиях нормальной работы приемников электроэнергии отклонение напряжения от номинального значения допускается в пределах - 5ч +10% на зажимах электродвигателей и аппаратов для их пуска и управления; - 2,5ч +5% на зажимах

приборов рабочего освещения; - 5ч+5 на зажимах другого оборудования.

Отклонение напряжения вызывает наибольший ущерб среди всех показателей качества. Колебания напряжения оцениваются размахом изменения напряжения и частотой изменения напряжения. Колебания напряжения обусловлены резкими толчками потребляемой мощности при работе приемников с ударной нагрузкой (сварочные аппараты, электрические печи, двигатели прокатных станков и др.). Ограничить колебания напряжения можно построением рациональных схем электроснабжения, применение специальных технических устройств и агрегатов с минимальным влиянием на систему электроснабжения.

Несимметрия напряжений и токов. Это неравенство фазных или линейных напряжений (токов) по амплитуде и углом сдвига между ними. Различают аварийные и эксплуатационные, вызванные применением потребителей (индукционные печи, сварочные аппараты).

Для симметрирования напряжения и токов применяют равномерное распределение однофазных нагрузок по фазам, нагрузки подключают на отдельный трансформатор.

Отклонения и колебания частоты. Величину равную разности между действующим значением и заданным значением частоты называют отклонением частоты. В нормальном режиме работы допускается отклонение частоты в пределах ±0,1 Гц. Кратковременные отклонения частоты могут достигать ±0,2 Гц. Причиной изменения частоты в системе электроснабжения является дефицит активной мощности. Характеристикой колебаний частоты является размах колебаний, который не должен превышать 0,2 Гц.

Основной причиной возникновения колебаний частоты являются мощные приемники электроэнергии с радиопеременной активной нагрузкой, тиристоры преобразователи главных приводов прокатных станов.

Несинусоидальность кривой тока и напряжения. Источником является: синхронные генераторы, силовые трансформаторы, работающие при повышенных значениях магнитной индукции в сердечнике (повышенном напряжении на выходах), преобразователи переменного тока в постоянный ток и потребители с нелинейно ВАХ.

Несинусоидальные токи перегружают конденсаторные батареи, емкостные сопротивления которых обратно пропорциональны порядку гармоник. Наличие высших гармоник в напряжении и токах неблагоприятно действует на изоляцию электрической машины, трансформаторов, конденсаторов и кабелей. Коэффициент искажения кривой напряжения не должен превышать 5% на зажимах любого приемника электрической энергии.

Потери электроэнергии в трансформаторах, электродвигателях и другом оборудовании неизбежны, что связано с принципом работы этих электроустановок. Однако за счет мероприятий по экономии электроэнергии потери должны быть сведены к минимуму.

Механический завод занимается производством металлообрабатывающего оборудования, оборудования для пищевой промышленности, так же занимается разработкой уникального оборудования, станков и электронным конструированием.

Механический цех тяжелого машиностроения предназначен для серийного производства изделий. Он является крупным вспомогательным цехом механического завода и выполняет заказы других цехов.

Механический завод находится в III районе по гололеду с нормативной толщиной степени bэ= 10 мм; во II районе по ветровому давлению, равному 0,30 кПа.

Средняя продолжительность гроз равна 60-80 часов в год.

Располагается в умеренном климатическом поясе.

Среднегодовая температура +5.7 0С ;

- абсолютная минимальная температура: -39 0С,

- абсолютная максимальная температура +400С.

Почва дерново подзолистая, пойменно кислая, чернозем выщелочный.

Степень агрессивности воздействия среды на кабели и кострукции- среднеагрессивная.

3. Расчет нагрузок по заданному цеху предприятия

Таблица 1. - Перечень оборудования механического цеха тяжелого машиностроения

Все оборудование механического цеха тяжелого машиностроения поделено на линейное напряжение Uн=380 кВ, кроме электрического освещения подключенного на фазное напряжение Uф=220

Значение коэффициента мощности cos? применяем по приложению 1 «Среднее значение коэффициентов пользования (Ки) и мощности для характерных групп электроприемников».

Оборудование, которое находится в повторно-кратковременном режиме работы приводим к длительному режиму. Например, для шлифовальных станков:

В длительном режиме находятся вентиляторы,электрическое освещение. Мощность данного оборудования не приводится к длительному режиму и переписывается без изменений.

При наличии группы однофазных ЭП,они должны быть распределены по фазам равномерно. Далее определяется нагрузка каждой фазы от однофазных ЭП с суммированием установившейся мощности подключенных на линейное напряжение. Лампы накаливания 52 шт. Pн=0,07

Фаза А: РnА=1,05 кВт. Подключено 15 ламп типа ДРЛ

Фаза В: РnВ=1,4 кВт. Подключено 20 ламп типа ДРЛ

Фаза С: РnС=1,19 кВт. Подключено 17 ламп типа ДРЛ

По полученным данным определяем общую мощность 3-х фазных и 1 фазных ЭП для каждой фазы:

;

При неравномерности более 15% трехфазных и однофазных ЭП принимаются равным тройному значению мощности наиболее загруженной фазы.

.

Коэффициент использования Кu примем по приложению 1 «Среднее значение коэффициентов пользования (Ки) и мощности cos? для характерных групп электроприемников».

Определим среднее значение активной, реактивной и полной мощности для шлифовальных станков.

кВт

кВар

кВA

Определим эффективное число электроприемников и средний коэффициент использования.

Определим коэффициент максимума по приложению 2 «Среднее значение коэффициентов максимума km и для группы ЭП до1 кВ в зависимости от nэ и kиср.

Коэффициент максимума по реактивной мощности определим в зависимости от .

При ,

Определим расчетные значения активной, реактивной и полной мощностей.

Приведем расчеты для всего цеха.

кВA

4. Построение картограммы нагрузок и определение центра электрических нагрузок предприятия

Для построения картограммы нагрузок определим радиус окружностей, площадь которых равна мощности данного цеха.

Примем для примера R=10мм, тогда m=1.3 кВт/мм2,для простоты расчета примем m=1.5 кВт/мм2.

Определим угол сектора данной окружности, площадь которого равна мощности осветительной нагрузки.

Введем на генеральном плане механического завода координатную ось, с началом координат в левом нижнем углу и запишем координаты центров всех цехов и других сооружений в таблицу 3. Из данных центров проведем окружности радиусом, вычисленным ранее. В каждой окружности выделим сектор осветительной нагрузки. Определим центр электрических нагрузок.

Табл. 2

5. Выбор числа и мощности трансформаторов устанавливаемых на цеховых ТП

Средние нагрузки остальных цехов определим как произведение расчетной мощности на коэффициент использования, а также по формулам.

Полученные результаты сведем в таблицу 5

Полученные результаты сведем в таблицу 5.

-предположительная мощность устанавливаемого трансформатора согласно стандартного ряду (63,100,160,250,400,630,1000,1600,2500 кВА).

-добавка до ближайшего большего целого числа

Расчетное значение для остальных цехов приведем в таблице 3.

Табл. 3

Для остальных трансформаторов значения сведем в таблицу 4.

6. Выбор компенсирующих устройств цеховых ТП

Для этого определим наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передавать через трансформатор в сеть до 1 кВ.

Т.к ,то установка БК не требуется. В случае когда , выбираем БК с ближайшей большей установленной мощностью.

7. Определить расчетную нагрузку предприятия на шинах низкого напряжения ГПП

кВт

кВар

Сведем данные в таблицу 5.

Табл. 5

8. Выбор номинального напряжения системы внешнего электроснабжения и внутриплощадочных сетей предприятия

Питание механического завода будет осуществлено от источника питания напряжением 110/6 кВ через главную понижающую подстанцию (ГПП). т.к. данный класс напряжения имеет самое применение в качестве питающего напряжения на средних по мощности предприятиях, а также данное напряжение применять, если предприятие имеет мощность (10-150) МВА.

Механический завод имеет расчетную мощность полную на шинах НН ГПП равную:

8.1 Выбор напряжения для внутриплощадочных сетей предприятия

Наиболее экономичным и целесообразным является выбрать напряжение на шиннах НН ГПП равное 6 кВ. Т.к. на предприятии имеются электроприемники 0,4 кВ, то также на территории предприятия необходимо разместить цеховые трансформаторные подстанции (ЦТП) на 6/0,4 кВ, питание к которым будет поступать от распределительный пунктов (РП) расположенных также на территории предприятия.

9. Выбор типа, числа и мощности трансформаторов ГПП

Для наиболее надежного и бесперебойного электроснабжения предприятия рекомендуется использовать для питания два трансформатора одинаковой мощности, с целью резервирования с помощью устройств АВР.

Мощность трансформатора выбирается в зависимости от мощности предприятия и от напряжения питания.

Т.к. то выбираем два трансформатора мощностью 16 МВА. Следовательно, выбираем два трансформатора типа ТРДН-16000/110/6.

10. Выбор и обоснование главной схемы соединений ГПП

В данном случае для обеспечения надежности электроснабжения электроэнергетических электроприемников I и II категории принимаем типовую схему ГПП 4Н ( два блока с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линии).

На ГПП проектируем установку двух одинаковых трансформаторов для обеспечения надежности снабжения электроэнергией всех ЭП предприятия.

Для I и II категории необходимо не менее 2х трансформаторов. Ранее было выбрано два трансформатора на 16 МВА.

напряжение 1ной обмотки 110кВ,оба трансформатора находятся в работе.

Коэффициент загрузки в нормальном режиме:

находится в пределах нормы (0,6-0,75), значит трансформаторы были правильно подобраны.

11. Выбор конструктивного исполнения и конфигурации, внутриплощадочных сетей предприятия

Питание предприятия реализуется по радиальной схеме с двухсторонним питанием. Для надежности с каждой стороны линии имеются выключатели. Питание электроприёмников I и II категории надежности осуществляется от двух трансформаторов подключенных к различным, не связанным между собой, секциям распредустройства ВН. При этом с помощью (АВР) осуществляется резервное питание электроприемников.

12. Расчет и выбор сечения кабеля (провода) распределительной сети предприятия

В нашем случае поправочный коэффициент на токи для кабелей, неизолированных и изолированных проводов и шин в зависимости от температуры земли и воздуха равен

- длительно допустимая температура нагрева кабеля. Применяется по ГОСТ 52736. (в нашем случае +65 0С).

- расчетная температура среды (в нашем случае +250 С).

- условная температура окружающей среды (в нашем случае +20 0 С).

Тогда ток расчетный будет равен для ЦТП №1

Согласно ПУЭ (7-ое издание)

«Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке, прокладываемых в земле

Выбираем сечение и марку провода (кабеля): ААБл 3*50-6

Б- броня из двух стальных лент л- в подушке под броней имеется слой из пластмассовых лент

Кабель ААБл - кабель с алюминиевыми токопроводящими жилами с бумажной изоляцией, пропитанный вязким составом, в алюминиевой оболочке с защитным покровом.Кабель силовой, используется с целью передачи эл.энергии в стационарных установках до 10 кВ.

Сечение провода определяется по формуле:

По таблице ПУЭ-7 выбираем =2

- согласно ПУЭ при напряжении КЛ-6-10-35 кВ минимальное сечение провода 50 мм2, следовательно, для питания производственной нагрузки принимаем ААБл 3*50-6

равенство выполняется, следовательно кабель выбран правильно.

Аналогично рассчитываем для всех остальных производственных цехов сечение кабеля и сводим результаты в таблицу 7.

Табл. 7

13. Электрический расчет распределительных сетей предприятия

Задачей электрического расчета распределительных сетей 6 кВ является определение тока на участке сети для выбора сечения проводов и кабелей по нагреву. Определение максимальных потерь напряжения сети. Определение суммарных потерь активной и реактивной мощности и потери мощности за год.

Приведем пример расчета для радиальной линии.

Мощность участка сети:

S1=937,5 кВА, L=305 м.

Определим ток:

Выбираем сечение и марку провода (кабеля):

ААБл 3*50-6 (140А)

равенство выполняется, следовательно кабель выбран правильно.

R0=0,59 Ом/км. X0=0,083 Ом/км.

Z=( Rуд + j Xуд)* L = (0,59 + j 0,083)* 0,305 = 0,18 + j0,025

В процентах:

Определим время потерь

W=P*=750000*1575=1181,2 МВт*час

Аналогично определяем для других линий и сводим в таблицу 8.

Табл. 8

14. Расчет токов короткого замыкания

Приведем расчет для заданного цеха предприятия (в данном случае цех №8. ЦТП 2)

Сопротивление системы в максимальном и минимальных режимах заданны по варианту: Xсmax=1.4 Ом Xсmin=0.8 Ом

Определим трехфазные и двухфазные токи короткого замыкания ВЛ-6 кВ по формулам:

Сопротивление R и X кабеля ААБл 3*50 линии 6кВ имеют следующие значения: R0=0,59 Ом/км, X0=0,083 Ом/км тогда Rл=0,118 Ом Хл=0,017

Трехфазный максимальный ток короткого замыкания к.з.2:

Трехфазный минимальный ток короткого замыкания к.з.2:

Двухфазный минимальный ток короткого замыкания к.з.2:

- ударный коэффициент:

- угол сдвига по фазе напряжения или ЭДС источника и периодической составляющей тока К.З.

-время от начала короткого замыкания до наступления ударного тока;

- постоянная времени затухания апериодиской составляющей тока К.З, с;

- в максимальном режиме к.з.2

Результаты занесем в табл 9. Токи короткого замыкания в КЛ-6 кВ.

Табл. 9

15. Выбор коммутационной аппаратуры ВН для установки В РУНН ГПП и РУВН цеховой ТП, питающей заданный цех

Выбор электрических аппаратов состоит из выбора аппаратов по условия длительной работы в нормальном режиме и проверки аппаратов по условиям кратковременной работы в аварийном режиме, т.е. в режиме к.з. Все аппараты, включенный в электрические цепи последовательно, должны надежно работать не только в нормальном режиме, но и обладать устойчивостью при к.з.

При выборе выключателя его номинальные параметры сравниваются с параметрами сети в месте его установки. Выключатель выбирается по наиболее тяжелому режиму работы, который возможен в эксплуатации.

-Номинальное напряжение выключателя должно быть равно или больше номинального напряжения защищаемой сети. Uуст.ном ? Uном

- Номинальный длительный ток выключателя должен быть больше номинального тока установки. Imax ? Iном

- Номинальный ток отключения выключателя должен быть больше максимального расчетного тока короткого замыкания к моменту расхождения контактов. Ikt = I” ? Iоткл.ном

- Uуст. ? Uном

- Iраб.форс ? Iдл.ном

- Iут ? Iдл.ном т

1. ПУЭ «Правила устройства электроустановок. Издание 7»

2. Федоров, А.А. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий.

3. Электроснабжение промышленных предприятий. Нормы технологического проектирования / Разработка ВНИПИ Тяжпромэлектропроект.

4. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий.1973г.

5. Бунич Я.М., Глазков А.Н. Электрооборудование промышленных предприятий часть 2 Стройиздат, 1989г.