Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников электрической энергии. По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. Развитие и усложнение структуры систем электроснабжения, возрастающие требования к экономичности и надежности их работы в сочетании с изменяющейся структурой и характером потребителей электроэнергии, широкое внедрение устройств управления распределением и потреблением электроэнергии на базе современной вычислительной техники ставят проблему подготовки высококвалифицированных инженеров. Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которого приходится более 60% вырабатываемой в стране энергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов, освещение помещений, осуществляется автоматическое управление технологическими процессами и др.

Существуют технологии, где электроэнергия является единственным энергоносителем. Энергетическая политика РФ предусматривает дальнейшее развитие энергосберегающей программы. Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться путем: перехода на энергосберегающие технологии производства; совершенствование энергетического оборудования, реконструкция устаревшего оборудования; сокращение всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных энергетических ресурсов. Предусматривается также замещение органического топлива другими энергоносителями, в первую очередь ядерной и гидравлической энергией. Кроме прямого энерго- и ресурсосбережения существует целый ряд актуальных задач, решение которых в конечном итоге приводит к тому же эффекту в самих производственных установках, в производстве в целом. Сюда, в первую очередь относится повышение надежности электроснабжения, так как внезапное, иногда даже весьма кратковременное прекращение подачи электропитания может привести к большим убыткам в производстве. Но повышение надежности связано с увеличением стоимости системы электроснабжения, поэтому важной задачей должно считаться определение оптимальных показателей надежности, выбор оптимальной по надежности структуры системы электроснабжения. Также важной задачей является обеспечение требуемого качества электроэнергии. Низкое качество электроэнергии приводит помимо прочих нежелательных явлений к увеличению потерь электроэнергии как в электроприемниках, так и в сети. Важное значение приобрело измерение показателей качества электроэнергии.

За последние десятилетия достигнуты значительные успехи не только в микроэлектронике, но и в электроаппаратостроении, в разработке новых электрических и конструкционных материалов, в кабельной технике. Эти достижения открывают новые возможности в способах канализации электроэнергии и в конструкции распределительных устройств (РУ). В частности, применение новых комплектных легко заменяемых узлов электрических сетей и сетевых устройств может потребоваться в быстро изменяющихся производственных условиях современных предприятий. Важной особенностью систем электроснабжения является невозможность создания запасов основного используемого продукта - электроэнергии. Вся полученная электроэнергия немедленно потребляется. При непредвиденных колебаниях нагрузок необходима точная и немедленная реализация системы управления, компенсирующая возникший дефицит. От надежного и бесперебойного электроснабжения зависит: работа промышленных предприятий любых отраслей, полученная прибыль, зависящая от объемов выпуска продукции, соблюдения условий хранения скоропортящейся продукции, особенно актуально это звучит для предприятий пищевой промышленности. Для эффективного функционирования предприятия, схема электроснабжения должна обеспечивать должный уровень надежности и безопасности. Развитие частного предпринимательства в России, предполагает использование новых подходов, в организации распределения и учета электроэнергии. В частности это касается наличия нескольких предприятий на территории одной производственной зоны (участка), принадлежащих разным собственникам. Наличие разных технологических цепочек, плюс экономически оправданная система электроснабжения, учета электроэнергии, налагает определенные (специфические) требования к проектированию данных предприятий. В рассматриваемом проекте предполагается решить эти задачи. С минимальными затратами, получить достаточно надежную систему электроснабжения группы промышленных предприятий. Требуемый уровень надежности и безопасности схемы электроснабжения обеспечивается строгим соблюдением при выборе оборудования и элементов защиты, норм и правил изложенных в ПУЭ, CНиПах и ГОСТах. Тема электрооборудование подстанции и электроснабжения инструментального.

1. Общая часть

1.1 Характеристика объекта проектирования

Механический цех серийного производства предназначен для серийного выпуска продукции для завода тяжелого машиностроения.

Он является вспомогательным звеном в цепи промышленного производства завода.

Цех имеет станочное отделение, производственные, вспомогательные, бытовые и служебные помещения. ЭСН осуществляется от ГПП напряжением 6 и 10 кВ, расположенной на территории завода на расстоянии 1,2 км от цеха. От энергосистемы до ГПП - 12 км.

Количество рабочих смен - 2. Потребители цеха относятся к 1, 2 и 3 категориям надежности ЭСН.

Грунт в районе цеха - глина с температурой +10С. Каркас здания смонтирован из блоков-секций длиной 4 м каждый.

Размеры цеха A * B * H = 48 * 32 * 8 м.

Все вспомогательные помещения двухэтажные высотой 3,7 м.

Перечень ЭО цеха дан в таблице 1

Пожароопасной зоной называется пространство внутри и вне помещений, в пределах которого постоянно или периодически обращается горючие (сгораемой) вещества. Пожарная категория В-производства, связанные с применением жидкостей с температурой вспышки паров выше 61 C; Горючих пылей или волокон, нижний предел волокон, нижний предел воспламенения которых более 65 г./см3; веществ, способных гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или одно с другим; твердых, сгораемых веществ и материалов. К этой категории относят большинство промышленных производств.

Взрывоопасной считается зоны в помещении в пределах до 5 м по горизонтали и вертикале от технологического оборудования (аппаратов), из которого возможно выделение горячих газов или паров ЛВЖ при условии, если объем взрывоопасных смеси равен 5% или более свободного помещения. Взрывоопасные зоны согласно ПУЭ подразделяется на следующие классы. Зоны класса В-IIа - зоны. распложенные в помещениях, в которых опасные состояния, характеризующие класс В-II, не имеют места при нормальной эксплуатации, а возможны только в результате аварий или неисправностей.

1.2 Категории потребителей электроснабжения

Согласно Правилам Устройства Электроустановок все потребители электроэнергии делятся на три категории.

К первой категории относятся ответственные потребители. Их снабжение электроэнергией производится от двух независимых источников питания. При исчезновении напряжения на одном из источников производится автоматическое переключение на питание нагрузки от второго источника. Независимыми источниками могут быть распределительные устройства двух электростанций или не связанных друг с другом подстанций. Переключение производится автоматическими выключателями резерва (АВР). При срабатывании этих механических (а иногда и тиристорных) переключателей, время отсутствия напряжения (период, в течение которого нагрузка остается без электропитания) составляет 10-3000 мс.

Из первой категории выделяется группа особо ответственных потребителей. Их электропитание производится от трех независимых источников. В качестве третьего источника допускается использовать дизельный генератор или аккумуляторные батареи.

Ко второй категории относятся менее ответственные потребители. Их электроснабжение должно производится от двух независимых источников питания. Но для этой категории потребителей допустим более длительный разрыв электропитания, достаточный для переключения вручную оперативным персоналом или выездной аварийной бригадой.

Все остальные потребители относятся к третьей категории. Их электроснабжение может осуществляться от одного источника питания, при условии, что перерывы электроснабжения не превышают одних суток. В это время включается и ремонт или замена вышедшего из строя оборудования.

К потребителям первой категории относятся федеральные и региональные органы власти, большие старые банки, больницы, начиная с областных, некоторые предприятия с непрерывным циклом производства, крупные узлы связи и т.д.

Ко второй категории потребителей относятся больницы и узлы связи, крупные предприятия и др.

1.3 Ведомость электрических нагрузок

Таблица 1. Перечень ЭО подстанции механического цеха серийного производства

№ на плане	Наименование ЭО подстанций	Рэп, кВт	Примечание
1…3	Карусельный фрезерный станок	12
4, 5	Станок заточный	2,8	1-фазные
6, 7	Станок наждачный	1,2	1-фазные
8	Вентилятор приточный	25
9	Вентилятор натяжной	23
10	Продольно-строгальный станок	54
11, 12	Плоскошлифовальный станок	42
13…15	Продольно-фрезерный станок	20,5
16…18	Резьбонарезной станок	8
19, 20	Токарно-револьверный станок	17
21…28	Полуавтомат фрезерный	12,5
29, 30	Зубофрезерный станок	27
31…34	Полуавтомат зубофрезерный	10,2
35	Кран мостовой	27 кВ*А	ПВ = 60% cos = 0,92

2. Специальная часть

2.1 Расчет электрических нагрузок «методом коэффициента использования»

Метод упорядоченных диаграмм, который в 60-70-е годы директивно применялся для всех уровней системы электроснабжения и на всех стадиях проектирования, в 80-е годы трансформировался в расчет нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности. При наличии данных о числе электроприемников, их мощности, режимах работы его рекомендуют применять для расчета элементов системы электроснабжения 2УР, 3УР (провод, кабель, шинопровод, низковольтная аппаратура), питающих силовую нагрузку до 1кВ (упрощенно для эффективного числа приемников всего цеха, т.е. для сети 6-10кВ 4УР). Различие метода упорядоченных диаграмм и расчета по коэффициенту расчетной активной мощности заключается в замене коэффициента максимума Км, всегда понимаемого однозначно как отношение Рmax/Рc, коэффициентом расчетной активной мощности Кр. Порядок расчета для элемента узла следующий:

- составляется перечень (число) силовых электроприемников с указанием их номинальной Р_ном(i) (установленной) мощности;

- определяется рабочая смена с наибольшим потреблением электроэнергии и выделяется характерные сутки;

- описываются особенности технологического процесса, влияющее на электропотребление, выделяются электроприемники с высокой неравномерностью нагрузки (которые рассчитывают по максимуму эффективной нагрузки);

- исключаются из расчета (перечня): а) электроприемники малой мощности; б) резервные по условиям расчета электрических нагрузок; в) включаемые эпизодически;

- определяются группы m электроприемников, имеющих одинаковый тип (режим) работы, и выделяются из них j-е подгруппы, j=1,…, m, имеющие одинаковую величину индивидуального коэффициента использования К_и(i);

- выделяются электроприемники одинакового режима работы и определяются их средняя мощность.

Средняя мощность электроприемника, Рср(i), Вт рассчитываем по формуле

, (1)

где Р_{ном (i)} - номинальная мощность отдельного электроприемника, Вт;

К_и(i) - коэффициент использования

Вычисляется средняя реактивная нагрузка

Q (2)

где tgц_i - коэффициент реактивной мощности, соответствующий средневзвешенному коэффициенту мощности cosц, характерному для i-го электроприемника.

Находится групповой коэффициент использования К_и активной мощности

(3)

где Р_ном(j) - установленная мощность подгруппы.

Рассчитывается эффективное число электроприемников в группе из n электроприемников

 (4)

где n_э - число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума Р_max, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы. При числе электроприемников в группе четыре и более допускается принимать n_э равным n (действительному числу электроприемников) при условии, что отношение номинальной мощности наибольшего электроприемника Р_ном(max) к номинальной мощности меньшего Р_ном(min) меньше трех. При этом при определении значения n допускается исключать мелкие электроприемники, суммарной мощности которых не превышает 5% номинальной мощности всей группы.

По справочным данным в зависимости от (3), (4) и постоянной времени нагрева Т₀ принимается величина расчетного коэффициента К_р.

Определяется расчетный максимум нагрузки

(5)

Значение расчетного коэффициента активной мощности К_р для Т₀ =10 мин - сетей напряжением до 1кВ, питающих 2УР.

Для 3УР постоянного нагрева Т₀ =2,5 ч и при n_э > 50 и К_и ? 0,5 К_р =0,7; К_и > 0,5; К_р =0,8. Для кабелей, образующих высоковольтные сети 6-10кВ потребителей, К_р=1.

Упрощенно эффективное число приемников для цеха

(6)

(7)

где Р_ном(max) - номинальная мощность наибольшего электроприемника цеха.

Физический смысл выражения (6) объяснить трудно. Оно возникло из формулы (конец 50-х - начало 60-х годов) когда из группы электроприемников, для которой определяли расчетную нагрузку, были выделены наибольшие по мощности приемники n_i и суммарная мощность Р_ном(i) всех m приемников, входящих в группу. Размытость понятия «группа» (необходимо исключить лишние) и понятие «наибольших по мощности» осложняло проведение расчетов.

Электрические нагрузки отдельных узлов системы электроснабжения в сетях напряжением выше 1кВ (находящиеся на 4УР, 5УР) рекомендуется определять аналогично с включением потерь в трансформаторах.

Результаты расчетов нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности сводят в таблицу 2.

Таблица 2. Расчет электрических нагрузок методом «методом коэффициента использования»

Наименование электроприемников	h.			m	Кн	cоs	tg			Пэ	Км
		Рэп, кВт	Рном, кВт					Рсм, кВт	Qcv, кВт			Рр, кВт	Qр, кВт	Sр, кВт
Группа А
Карусельный фрезерный станок	3	36	108	-	0,12	0,5	1,73	12,9	22	-	-	-	-	-
Станок заточный	2	5,6	11,2	-	0,12	0,5	1,73	1,3	2,2	-	-	-	-	-
Станок наждачный	2	2,4	4,8	-	0,12	0,5	1,73	0,57	0,9	-	-	-	-	-
Продольно-строгальный станок	1	54	54	-	0,17	0,65	1,73	9,18	15,8	-	-	-	-	-
Плоскошлифовальный станок	2	84	168	-	0,17	0,65	1,17	28,5	33,3	-	-	-	-	-
Продольно-фрезерный станок	3	61,5	185	-	0,17	0,65	1,17	31,5	36,8	-	-	-	-	-
Резьбонарезной станок	3	24	72	-	0,17	0,65	1,17	12,2	14,3	-	-	-	-	-
Токарно-револьверный станок	2	34	68	-	0,17	0,65	1,17	11,6	13,5	-	-	-	-	-
Полуавтомат фрезерный	8	100	800	-	0,12	0,5	1,73	96	166	-	-	-	-	-
Зубофрезерный станок	2	54	108	-	0,12	0,5	1,73	12,9	22,3	-	-	-	-	-
Полуавтомат зубофрезерный	4	40,8	163	-	0,12	0,5	1,73	19,6	34	-	-	-	-	-
Кран мостовой	1	27	27	-	0,1	0,5	1,73	2,7	4,6	-	-	-	-	-
Итого по группе А		523	1769	41	-	-	-	239	366	10	2,1	502	768	917
Группа Б
Вентилятор приточный	1	25	25	-	0,6	0,8	0,62	15	9,3	-	-	-	-	-
Вентилятор натяжной	1	23	23	-	0,6	0,8	0,62	13,8	8,5	-	-	-	-	-
Итого по группе Б		48	-	1	-	-	-	18,8	17,8	4	1,46	27,4	25,9	37
Итог по цеху												529	794	954

2.2 Компенсация реактивной мощности

Физическая сущность Cos ц заключается в том, что он показывает какую часть активной мощности потребляет приемник или группа приемников от полной мощности, подводимой к ним.

Для объектов Cos ц р рассчитывается по формуле

, (8)

где - Pp и Sp - определяется по таблице 2

,

Энергоснабжающая организация для всех объектов, предприятий задает нормативное значение Cos ц в пределах

Источники реактивной мощности: конденсаторные батареи, синхронные двигатели, вентильные статические источники реактивной мощности, специальные быстродействующие источники реактивной мощности. Конденсаторные батареи устанавливают на секциях шин, вблизи ЭП.

Если Cos ц р < Cos ц норм, тогда необходимо рассчитать сколько реактивной мощности ?Qку, кВАр нужно отдать в сеть, чтобы повысить его до нормативного значения, по формуле

(9)

где Рсм - активная средняя мощность за максимально загруженную смену, из табл. 2 итого по объекту

Если Cos ц р= Cos ц норм

Если Cos ц р>Cos ц норм

Если Cos ц р? Cos ц норм, то ?Qку незначительное число, то есть выбрать батареи не представляется возможным, тогда нужно воспользоваться естественной компенсацией.

Далее приступаем к выбору числа и мощности компенсирующих устройств.

Число компенсирующих батарей принимается равным или кратным числу источников питания.

Если на объекте I, II и III категории ЭП, то nб принимается по наиболее ответственной категории

nб= 2,4,6, и т.д.

I, II, III к. ЭП - nб

nб Ч

Принимаю 2 конденсаторные батареи типа: УКЛН - 0,38-300-150 УЗ. Напряжением 0,38кВ, Мощностью 300кВАР.

2.3 Расчет и выбор силового трансформатора

Мощность силовых трансформаторов выбирается по полной мощности средней за максимально загруженную смену с учетом компенсации реактивной мощности Sсм кВА, по формуле:

(10)

где - активная средняя мощность за максимально загруженную смену, кВт

Qсм - реактивная средняя мощность за максимально загруженную смену кВАр

- сумма номинальной реактивной мощности выбранных конденсаторных батарей; кВАр

Определяем расчетную мощность Sт, кВА одного трансформатора по формуле

(11)

где: - число силовых трансформаторов; шт.

По справочнику выбираем два трансформатора, для их сравнения и выбора более подходящего:

ТМ-400/10

Оформляют таблицу с паспортными данными трансформаторов по выбранной номинальной мощности.

Таблица 3. Паспортные данные трансформаторов

?Рхх, кВт	?Ркз, кВт	Uкз, %	Iкз, %	u * 35 руб.
1,05	5,5	4,5	2,1	179000

Проверяют выбранные трансформаторы по коэффициенту загрузки в нормальном режиме работы, Кз, по формуле

(12)

Где Nт - количество трансформаторов, шт.;

Sнт - номинальная мощность трансформатора, кВА;

(13)

К=(0,6ч0,8),

Учитывая перспективу развития производства данного объекта коэффициент загрузки в нормальном режиме работы, Кз, может увеличиваться. Коэффициент загрузки в аварийном режиме работы, Кзав, получился меньше 1,4, поэтому трансформатор может работать по 6 часов в течение 5 суток.

Определяют потери реактивной мощности при холостом ходе в трансформаторе, ?Qхх, кВАр, по формуле

(14)

где: Iхх - ток холостого хода в трансформаторе, %, таблица 2;

Определяют потери реактивной мощности при коротком замыкании в трансформаторе, ?Qкз, кВАр, по формуле

(15)

где Uкз - напряжение короткого замыкания в трансформаторе, %, таблица 2;

Определяют приведенные потери активной мощности при коротком замыкании в трансформаторе, ?Р'кз, кВт, по формуле

(16)

где ?Ркз - потери мощности при коротком замыкании в трансформаторе, кВт;

=5,5+0,03Ч18=6,04 кВт

Кэп - коэффициент эквивалентных потерь;

Кэп=0,01 ч 0,12

Определяют приведенные потери активной мощности при холостом ходе в трансформаторе, ?Р'хх, кВт, по формуле

(17)

где ?Рхх - потери мощности при холостом ходе в трансформаторе, кВт;

=1,05+0,03Ч8,4=1,302кВт

Кэп - коэффициент эквивалентных потерь;

Определяют полные приведенные потери активной мощности в трансформаторе, ?Р'т, кВт, по формуле

(18)

где: Кз - коэффициент загрузки трансформатора;

Nт - количество трансформаторов, шт.;

=(1,302+1,96Ч11,83)Ч2=26,28кВт

Определяют капитальные затраты на приобретение и эксплуатацию трансформатора, К, руб., по формуле

К=Ц ЧNт, руб. (19)

где Ц - стоимость трансформатора, руб.;

Nт - количество трансформаторов, шт.;

К=179Ч2=358 тыс. руб.

Определяют потерянную электроэнергию в трансформаторе, Ип, ээ, руб. по формуле

Ип, ээ = ?Р'т ЧТг ЧСо, руб. (20)

где ?Р'т - полные приведенные потери активной мощности в трансформаторе, кВт;

Тг - число часов работы трансформатора в год;

Со - стоимость одного кВт энергии, руб.;

Ип, ээ ==26,2*4304*17216=1941358796 руб.

Определяют издержки на амортизацию при эксплуатации трансформатора, Иа, руб., по формуле

Иа = Na*К/100, руб. (21)

где К - капитальные затраты на приобретение и эксплуатацию трансформатора, руб.;

Nа - норма амортизации трансформатора, %;

Nа=10%

Иа =10*358/100=35,8 руб.

Определяют затраты на приобретение и эксплуатацию трансформатора, З, руб., по формуле

З=N+Рн ЧК, руб. (22)

где N- издержки при эксплуатации трансформатора, руб.;

К - капитальные затраты на приобретение и эксплуатацию трансформатора, руб.;

Рн - нормативный коэффициент эффективного внедрения новой техники;

рн=0,15

З=35,8+0,15Ч358=89,5, руб.

На основание выбора силового трансформатора выбираю КТП 400 со следующими данными.

2.4 Выбор типа КТП

Выбор КТП трансформатора представлен в таблице 4

Таблица 4. Выбор КТП трансформатора

Показатель	КТП-400,
Номинальная мощность кВ*А Тип силового трасформаторов Тип шкафа на стороне 6 (10) кВ Тип шкафа на стороне 0,4кВ; - для ввода - линейные - секционные Тип коммутационного аппарата; - на стороне 6 (10) кВ - на вводах и секционных 0,4 кВ - на отходящих линиях 0,4кВ	400 ТМФ ВВ (1,2 и 3) КБ (1,2 и 3) КБ-5 (1,2 и 3) КБ-4 РВ-10\600 ПК-6 (10) АВМ10СВ БПВ (1 и 2) с ПН-2

Трансформаторные подстанции являются одним из основных элементов СЭС. Они служат для приема, преобразования и распределения электроэнергии.

Подстанции и распределительные пункты классифицируются: по назначению: УРП, ГПП, ПГВ, ТП, ПП, ЦРП, РП; по конструктивному выполнению: открытые (с оборудованием для наружной установки) и закрытые (с оборудованием для установки в помещениях); по количеству трансформаторов: одно- и двух - трансформаторная; по расположению на территории предприятия.

Схема КТП представлена на рисунке 1

Схема КТП

электроснабжение цех потребитель провод

2.5 Расчет ЦЭН и выбор схемы электроснабжения

Для питание приемников принимаю смешанную схему электроприемников.

Наибольшие распространение имеют смешенные схемы, сочетающие в себе элементы радиальных и магистральных схем и пригодные для любой категории электроснабжения. Такие схемы применяются в прокатных и мартеновских цехах металлургической промышленности, в кузнечных, котельных и механосборочных цехах, на обогатительных фабриках и т.п. В смешанных схемах от главных питающих магистралей и их ответвлений электроприемников питаются через распределительные шкафы РШ или шинопроводы ШРА в зависимости от расположения оборудования в цехе.

Размещено на Allbest.ru

...