Электроснабжение комбината Стройиндустрии

Электроснабжение комбината Стройиндустрии

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина»

Кафедра электрических систем

Курсовая работа

Тема: «ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ КОМБИНАТА СТРОЙИНДУСТРИИ»

Выполнила:

Важнова Н.Г.

Руководитель проекта:

Ильичева Е.Н.

ИВАНОВО 2014

Введение

В настоящее время основными потребителями электрической энергии являются промышленные предприятия. Оптимально спроектированная и правильно выполненная современная система электроснабжения промышленного предприятия должна удовлетворять требованиям: надежность, экономичность, безопасность, удобство в обслуживании и эксплуатации, обеспечения надлежащего качества электроэнергии у каждого отдельного потребителя.

В процессе проектирования системы электроснабжения учитываются факторы, такие как потребляемая мощность и категории надежности питания отдельных элементов, размещение электрических нагрузок на территории, число и мощность подстанций, напряжение потребителей, число, расположение, мощность, напряжение и другие параметры источников питания.

Система электроснабжения должна быть гибкой и обеспечивать возможность развития предприятия и потребления электроэнергии предприятием без необходимости глобальной реконструкции сети. При этом в случае расширении нельзя использовать для подключения новых электрических нагрузок резервы, предусмотренные для обеспечения бесперебойного питания электроэнергией предприятия, так как снижается надежность электроснабжения всех потребителей предприятия.

Принятые в процессе проектирования решения отвечают требованиям нормативных документов по проектированию схем электроснабжения.

электроэнергия трансформатор ток кабель

1. Характеристика предприятия

В данном проекте рассматриваются вопросы электроснабжения комбината стройиндустрии.

Напряжение силовых приемников в промышленности 380В; для мощных приводов (в данном курсовом проекте - компрессоров) - 10кВ. Большинство механизмов работает в продолжительном режиме, иногда с периодическими циклами.

Предприятие работает в две смены.

Расстояние от питающей подстанции до предприятия 6 км.

Время использования максимума активной нагрузки составляет 3900 часов, реактивной - 5100 часов.

Расчет оплаты за ЭЭ ведется по одноставочному тарифу b = 4,3 руб/кВт×ч.

Среда территории предприятия нормальная, плотность застройки средняя, что позволяет использовать открытую прокладку кабельных линий и строительство эстакад.

К потребителям III категории относятся склады, полигон железобетонных изделий, столовая. Остальные потребители относятся ко II категории. На ГПП должно устанавливаться два трансформатора, питание осуществляется по двухцепной ЛЭП (по условию надежности электроснабжения).

Питание предприятие осуществляется от энергосистемы мощностью 700 МВА. Возможно осуществить питание с шин 110, 35, 20, 10 или 6 кВ.

В режиме максимальных нагрузок на шинах питающей подстанции поддерживается напряжение 1,06Uн, в режиме минимальных нагрузок - 1,01Uн.

2. Разработка схемы электроснабжения на UН = 6 - 10 кВ

.1 Определение расчетных нагрузок цехов

.1.1 Определение расчетных силовых и осветительных нагрузок на U_н до 1кВ.

Расчетные нагрузки цехов определяются по установленной мощности методом коэффициента спроса  [6].

Силовые расчетные нагрузки определяем из выражений:

, (кВт)т(2.1)

, (квар) (2.2)

, (кВА) (2.3)

где установленная мощность всех электроприемников цеха (из исходных данных);

средний коэффициент спроса, определяемый по [11].

Данные и результаты по расчету силовой нагрузки цехов представлены в таблице 2.1.

Пример расчета силовой нагрузки 0,4 кВ для склада заполнителей.

Установленная мощность цеха составляет 108 кВт, Кс=0,9; cosj = 0,9; tgj=0,48.

Расчетная активная нагрузка цеха по (2.1):

Расчетная реактивная нагрузка цеха по (2.2):

.

Расчетная полная нагрузка цеха по (2.3):

Таблица 2.1 Расчет силовой нагрузки цехов.

Осветительная нагрузка цеха определяется по методу коэффициента спроса и удельным нормам мощности на единицу производственной площади [6]. Расчет ведется по выражениям:

, (кВт) (2.4)

, (квар) (2.5)

, (кВА) (2.6)

где площадь цеха, определяемая по генеральному плану, ;

удельная расчетная мощность светильника, , определяемая по выражению:

, ()         (2.7)

где удельная табличная мощность светильника, , принимается по[1] в зависимости от типа источника света, высоты подвеса светильника и площади освещаемого помещения и приводится для освещенности в 100 лк;

нормированная освещенность,  по [1];

коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре [1];

 коэффициент спроса освещения, для расчета внутреннего освещения зданий принимается по [1].

для ЛН: , , ;

для ЛЛ: , , ;

для ДРЛ: , , .

Данные и результаты по расчету осветительной нагрузки представлены в таблице 2.2.

Пример расчета осветительной нагрузки для склада заполнителей. Площадь склада составляет 2658 м². Принимаем к установке светильники типа РСП 08 с лампами ДРЛ, , , . По [1] определяем Ксо=0,6, Ен=150(Лк),

Определяем удельную расчетную мощность светильника:

().

Определяем расчетную активную мощность светильников в цехе:

(кВт).

Определяем расчетную реактивную мощность:

(квар).

Определяем полную расчетную нагрузку:

(кВА).

Таблица 2.2 Расчет осветительной нагрузки

Для освещения территории предприятия принимаем светильники типа РСП. Площадь территории предприятия составляет F=223003(м2), , , , Ен=2(Лк), , [1].

,

,

.

.1.2 Определение расчетной нагрузки высоковольтных приемников

Высоковольтной нагрузкой (10 кВ) являются синхронные двигатели, установлен-ные в компрессорной и работающие в режиме компенсации. Принимаем к установке один синхронный двигатель типа СДК2-16-29-14КУХЛ4 мощностью 320 кВт и один синхронный двигатель типа СДК2-16-24-10КУХЛ4 мощностью 400 кВт (по [9]).

Параметры двигателей:

, (кВт) (2.8)

, (квар) (2.9)

, (кВА) (2.10)

.

2.1.3 Анализ структуры электрических нагрузок предприятия

Пример расчета суммарной нагрузки для склада заполнителей:

.

Таблица 2.3. Расчетные нагрузки цехов

.2 Картограмма электрических нагрузок

Для определения мест расположения ЦТП и ГПП на генплане завода строится картограмма электрических нагрузок. Картограмма строится из условия, что площади кругов картограммы при выбранном масштабе m=2  соответствуют расчетным нагрузкам цехов.

Радиус окружности для каждого из цехов находится из выражения:

,(см) (2.11)

где расчетная нагрузка i-го цеха.

Сектор, соответствующий нагрузке освещения определяется углом  по выражению:

, (2.12)

Центр электрических нагрузок определяется по формулам.

, (м) (2.13)

, (м) (2.14)

где  и  координаты центра нагрузки цеха, в предположении, что нагрузка распределена по цеху равномерно. Принимаем, что в цехах равномерно распределенная нагрузка и её центр совпадает с центром тяжести фигуры. При определении центра нагрузок началом координат принимается нижний левый угол завода по плану.

Данные и результаты расчетов для построения картограммы сведены в таблице 2.4.

Пример расчета для склада заполнителей.

Sрц=124,43(кВА), Sро=18,39 (кВА)

Радиус окружности для цеха №1:

Угол сектора нагрузки освещения:

Таблица 2.4.Данные для построения картограммы нагрузок

Найдем  и . по (2.13) и (2.11):

Центр электрических нагрузок предприятия находится между цехом №1 и №11, ниже цеха №9. В этом случае оптимальным местом установки ГПП является место над цехом №9, где подходит питание от подстанции системы. Кроме того, часть стены цеха №9 можно использовать как одну из стен подстанции. Картограмма нагрузок приведена в конце пояснительной записки в приложении 1.

.3 Выбор номинальных напряжений питающей и распределительной сети

Одним из главных вопросов при проектировании системы электроснабжения является выбор рационального напряжения для схемы, так как его значениями определяются параметры линии электропередачи, выбираемого оборудования, а, следовательно, капиталовложений, издержек, расход цветного металла и потери электроэнергии.

Для выбора напряжений используем метод приближенного определения рационального напряжения [3].

, (кВ) (2.15)

где L - длина питающей линии, по заданию L=6 (км);

Р - суммарная активная мощность, Р=5288,15 (кВт), по таблице 2.3;

n=2 - количество линий.

 (кВ).

Следовательно, напряжение для питающей завод линии - 110 кВ.

Для распределительной сети завода принимаем напряжение 10 кВ (на предприятии нет электроприемников на 6 кВ).

Для внутрицеховой сети принимаем напряжение 0,38/0,22 кВ, так как в цехах питание силовой и осветительной нагрузки.

3.4 Выбор типа, числа и номинальной мощности цеховых трансформаторов и их мест расположения

Цеховые ТП выполняем встроенными, т.к. неизвестно расположение оборудования внутри цеха и считается, что есть место для установки трансформаторных подстанции, с применением масляных трансформаторов типа ТМГ на основании указаний [5].

В цехе №6 (цех горячего эмалирования, мастерская по ремонту оборудования и металлопалубки) приходится выполнять пристроенные ЦТП, т.к. площадь цеха не позволяет выполнить встроенные ЦТП.

Выбор числа и мощности цеховых ТП производится с соответствующим технико-экономическом обосновании, с учетом категорийности электроприемников цеха по требуемой степени бесперебойности питания, компенсации реактивных нагрузок напряжением до 1000 В, перегрузочной способностью трансформатора в нормальном и послеаварийном режимах.

Для обеспечения удобства эксплуатации и уменьшения складского резерва трансформаторов предусматриваем использование на предприятии 3-х номинальных мощностей. Для приближенных расчетов определение Sнт для цехов с равномерно распределенной нагрузкой производится по удельной плотности нагрузки , которую определяют по формуле:

, (2.16)

где расчетная нагрузка цеха, кВА;

площадь цеха, .

При , целесообразно применять трансформаторы , при  , , при , целесообразно применять трансформаторы  и  [5].

Коэффициенты загрузки трансформаторов в зависимости от категории должны находиться в диапазонах:

при преобладании нагрузок 1-ой категории при двухтрансформаторных ТП ;

при преобладании нагрузок 2-ой категории при однотрансформаторных подстанциях и взаимном резервировании трансформаторов на вторичном напряжении ;

при преобладании нагрузок 2-ой категории при наличии централизованного (складского) резерва трансформаторов, а также при нагрузках 3-ей категории  [5].

Выбор минимального числа трансформаторов производится по формуле:

, (2.17)

где принятая номинальная мощность одного трансформатора, кВА;

.5 Компенсация реактивной мощности на напряжении до 1 кВ

Значение  определено по известному значению суммарной максимальной расчетной нагрузке цеха  и той максимальной мощности , которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть напряжением до 1000В без увеличения их количества и номинальной мощности [7]:

,(квар) (2.18)

,(квар)          (2.19)

где принятая номинальная мощность одного трансформатора, кВА;

принятый коэффициент загрузки трансформатора с учетом категории ПЭЭ; экономически оптимальное число трансформаторов.

Фактический коэффициент загрузки:

 (2.20)

Вариант №1:С целью уменьшения числа ТП предусматриваем питание цехов № 1 и №3 от цеха №6, цехов №5 и №15 от цеха №2, цехов №4 и №11 от цеха №9, цеха №16 от цеха №14. Кроме того предусматривается питание осветительной нагрузки территории предприятия от цеха №10. Данные по выбору трансформаторов сведены в таблицу 2.5.

Вариант №2:С целью уменьшения числа ТП предусматриваем питание цехов № 1 и №3 от цеха №6, цехов №5 и №15 от цеха №2, цехов №4 и №11 от цеха №9, цеха №8 от цеха №10. Кроме того предусматривается питание осветительной нагрузки территории предприятия от цеха №16. Данные по выбору трансформаторов сведены в таблицу 2.6.

Пример расчета для арматурного цеха №8. Категория потребителей цеха по надежности электроснабжения - II. Ррц=304,14(кВт), Qрц=360,44(квар), Sрц=471,61(кВА). Площадь цеха 2183м².

Удельная плотность нагрузки по (2.16):

.

Т.к. нагрузка на цех не очень большая и устанавливать трансформатор мощностью 1600 кВА нецелесообразно, мощность трансформатора принимаем 630 (кВА), подстанция - однотрансформаторная. Коэффициент загрузки 0,75. Минимальное число трансформаторов по (2.17):

Следовательно устанавливаем один трансформатор типа ТМГ-630/10 [5] мощностью 630 (кВА). Пропускная способность трансформатора по (2.19):

(квар).

Реактивная нагрузка цеха, которую необходимо скомпенсировать по (2.18):

(квар).

Следовательно, компенсация реактивной нагрузки не требуется.

Таким образом, фактический коэффициент загрузки трансформатора составит по (2.20):

Таблица 2.5. Выбор числа и мощности трансформаторов ЦТП для варианта №1.

Таблица 2.6. Выбор числа и мощности трансформаторов ЦТП для варианта №2.

2.6 Выбор способов канализации электроэнергии в схеме электроснабжения

Канализация электрической энергии может осуществляться, как открыто по элементам строительных конструкций зданий, по эстакадам, так и в земле, преимущество того или другого вида прокладки определяются условиями окружающей среды, плотностью застройки территории предприятия, расположения цехов, с учетом требований по электробезопасности [1].

В рассматриваемых вариантах, с учетом условий приведенных выше:

для кабельных линий на напряжение выше 1 кВ применяется открытая прокладка по стенам зданий и эстакадам;

для кабелей ниже 1 кВ применяется прокладка в земле;

там где кабели проходят по территории цеха применяется прокладка в кабельных каналах в полу.

.7 Разработка схемы электроснабжения предприятия на основе технико-экономических расчетов (ТЭР)

.7.1 Разработка двух вариантов схемы электроснабжения

Общая тенденция построения современных схем электроснабжения - максимальное приближение источника питания высокого напряжения к месту потребления. Все элементы системы электроснабжения должны нести постоянную нагрузку. Резерв должен быть заложен в самой схеме таким образом, чтобы при выходе из строя какого-либо элемента, оставшиеся в работе могли воспринять дополнительную нагрузку за счет перераспределения нагрузок с учетом их допустимых перегрузок в соответствии с действующими инструкциями. В схеме обратные перетоки мощности должны быть сведены к минимуму. Для распределения электрической энергии по предприятию находят применение радиальные, магистральные и смешанные схемы в зависимости от территориального размещения нагрузок, их величины, требуемой степени надежности питания и других характерных особенностей предприятия [1].

При разработке схемы электроснабжения учитываются:

расположение ЦТП и силовых пунктов (СП);

капитальные вложения при разных вариантах;

величина потерь электроэнергии и расход проводникового материала.

Магистральные схемы подключения более экономичны:

к одной магистрали подключаются несколько ЦТП;

снижается суммарная длина КЛ;

уменьшается количество присоединений на ГПП и РП.

Однако магистральные схемы менее надежны, чем радиальные. Последствия аварийных отключений присоединений более тяжелые.

Вариант №1 схемы представлен на рисунке 2.1, вариант №2 - на рисунке 2.2. В курсовом проекте для обоих вариантов используется смешанная схема электроснабжения завода, а высоковольтная сеть (10 кВ) выполнена магистральными линиями, за исключением питания высоковольтных двигателей, которые запитываются непосредственно от ГПП по радиальной схеме. Низковольтная сеть (0,4 кВ) выполнена радиальными линиями для силовых пунктов цехов №4 и №11, питание всех остальных силовых пунктов спроектировано по петлевой схеме, за исключением питания силовых пунктов цеха №13 в варианте №1, там электроснабжение осуществляется по магистральной схеме.

Отличие вариантов состоит в том, что во втором варианте в цехе №16 вместо силовых пунктов устанавливается трансформаторная подстанция, мощность трансформатора - 630 кВА, а в цехе №8 вместо трансформаторной подстанции устанавливается силовой пункт, питающийся от ТП цеха №10. Также во втором варианте в цехе №14 устанавливается один трансформатор 400 кВА вместо двух, в цехе №6 - четыре трансформатора по 630 кВА вместо трех по 1000 кВА, в цехе №10 трансформатор мощностью 630 кВА заменяется двумя трансформаторами мощностью 400 кВА ( нагрузка цеха №8 ). В цехе №2 - один трансформатор 630 кВА заменяется двумя трансформаторами 250 кВА. В цехе №12 - два трансформатора 400 кВА заменяются одним трансформатором 630 кВА. В цехе № 13 - один трансформатор 400 кВА заменяется двумя трансформаторами 250 кВА.

Рисунок 2.1.Вариант №1 схемы внутризаводского электроснабжения.

Рисунок 2.2. Вариант №2 схемы внутризаводского электроснабжения.

2.7.2 Выбор сечений жил кабелей (или токопроводов)

После определения схем вариантов сети внутризаводского электроснабжения производится выбор кабелей.

Для питания цехов выбраны кабели с алюминиевыми жилами и пластмассовой изоляцией из поливинилхлорида в поливинилхлоридной оболочке без наружного покрова типа АВВГ:

трёхжильные на напряжение выше 1000 В;

четырёхжильные на напряжение ниже 1000 В.

Кабельные линии напряжением выше 1000 В выбираются по экономической плотности тока, исходя из расчетного тока, протекающего по линии.

(А) (2.21)

где  - поток мощности, протекающий по КЛ (с учетом потерь в трансформаторе), кВА;  - номинальное напряжение сети (10 кВ).

Экономическое сечение кабеля

(2.22)

где  - экономическая плотность тока (по [2] для Т_М = 4445,09 ч - см. пункт 2.7.3). По [2] выбирается ближайшее стандартное сечение кабеля.

Поток мощности, входящий в кабель:

 (2.23)

где  - расчетная мощность на стороне НН ЦТП;  - потери мощности в трансформаторе, которые определяются:

 (2.24)

 (2.25)

где  - число трансформаторов на ЦТП;

 - потери активной мощности холостого хода и ток холостого хода соответственно;

 - номинальная мощность трансформатора;

 - номинальное напряжение трансформатора на стороне ВН (10 кВ);

,  - напряжение в % и активные потери короткого замыкания трансформатора соответственно.

Параметры (сопротивления) выбранного стандартного кабеля:

 (2.26)

 (2.27)

где  - удельное активное и реактивное сопротивления КЛ соответственно, Ом/км; l - длина КЛ, км.

Расчет магистральных линий производится от конца к началу. Сечение последующего участка КЛ определяется с учетом мощности нагрузки в конце этого участка, а также с учетом мощности в начале предыдущего участка.

Мощность в начале КЛ определяется:

 (2.28)

где  - потери мощности в кабеле, которые определяются:

 (2.29)

 (2.30)

После выбора сечения кабеля производится его проверка по нагреву в послеаварийном режиме, за который принимается отключение одного трансформатора или одной кабельной линии.

, (А)         (2.31)

где  - расчетный ток в послеаварийном режиме:

при отключении одного трансформатора определяется по формуле

,(А) (2.32)

Это связано с тем, что резервный кабель рассчитан на нагрузку, равную 30% номинальной мощности трансформатора.

при отключении одной кабельной линии при параллельной работе

, (А) (2.33)

 табличный допустимый длительный ток;

коэффициент, учитывающий допустимую перегрузку кабеля, определяемый по [2, п. 1.3.6]. На период ликвидации послеаварийного режима для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией допускается перегрузка до 15% номинальной на время максимумов нагрузки продолжительностью не более 6 часов в сутки в течение 5 суток, если нагрузка в остальные периоды времени этих суток не превышает номинальной. Это значит, что .

коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды и зависящий от условной температуры среды, нормированной температуры жил и расчетной температуры среды, определяется по 1.3.3 [2].Так как в задании не заданы температуры окружающего воздуха и земли то принимаем температуру окружающего воздуха равной , а температуру земли равной , и по 1.3.3 [2] .

коэффициент, учитывающий способ прокладки, зависящий от количества кабелей в канале и расстояния в свету между ними, определяется по 1.3.26. При открытом способе прокладки (линии 10кВ ) коэффициент  не учитывается и он равен единице.

При двух, лежащих рядом в земле, кабелях (линии 0,4кВ) на расстоянии между ними в свету 100 мм коэффициент К₃ = 0,9.

Длительно допустимые токи для четырехжильных кабелей 0,4кВ выбираем как для трехжильных кабелей с коэффициентом 0,92.

Выбор сечения жил кабелей ниже 1000 В производится по нагреву:

, (А) (2.34)

Затем сечение кабелей проверяем в послеаварийном режиме по формуле (2.31).

Результаты по расчету и выбору кабельных линий на напряжение ниже 1000 В для обоих вариантов представлены в таблице 2.8, на напряжение выше 1000 В - в таблице 2.9.

Пример расчета кабельной линии на напряжение 0,4 кВ для линии СП3б-ТП6в. Нагрузка 1/2 части цеха №3:  ( по табл. 2.3 ). Расчетный ток КЛ по (2.21):

По таблице 1.3.7 [2] выбираем кабельную линию с сечением одной жилы 35 мм², допустимый табличный ток 90 А. С учетом поправочных коэффициентов по (2.34):

(А)

Удельные сопротивления КЛ по [15]:  длина линии 0,095 км. Полные сопротивления КЛ по (2.26) и (2.27):

Потери в кабельной линии по (2.29) и (2.30):

Мощность в конце линии:

Пример расчета кабельной линии на напряжение выше 1000 В для линии ТП7-ТП6в-ГПП. Паспортные данные трансформаторов ЦТП приведены в таблице 2.7 по [5]:

Таблица 2.7. Паспортные данные трансформаторов ЦТП

Нагрузка цеха №7 (с учетом компенсации реактивной мощности):  (по таблице 2.5). Потери в трансформаторе по (2.24) и (2.25):

,

.

Мощность в начале линии:

Расчетный ток КЛ по (2.21):

Экономическое сечение по (2.22):

.

По таблице 1.3.7 [2] выбираем кабельную линию с сечением одной жилы 10 мм², допустимый табличный ток 42А. Послеаварийный ток по (2.32):

Проверка в послеаварийном режиме по (2.31):

(А).

Удельные сопротивления КЛ по [15]:  длина линии 0,234 км. Полные сопротивления КЛ по (2.26) и (2.27):

Потери в кабельной линии по (2.29) и (2.30):

Мощность в конце линии:

Нагрузка на трансформатор №6в ( с учетом нагрузки от части цеха №6, от СП3б, СП1б и потерь в линиях СП3б - ТП6в и СП1б-ТП6в) равна:

(по таблице 2.5 и предыдущим расчетам).

Потери в трансформаторе по (2.24) и (2.25)

.

Мощность в начале линии (с учетом нагрузки от ТП7 и потерь в линии ТП7-ТП6в):

Расчетный ток КЛ по (2.21):

Экономическое сечение по (2.22):

.

По таблице 1.3.7 [2] выбираем кабельную линию с сечением одной жилы 35 мм², допустимый табличный ток 90. Послеаварийный ток по (2.32):

Проверка в послеаварийном режиме по (2.31):

(А).

Удельные сопротивления КЛ по [15]:  длина линии 0,123 км. Полные сопротивления КЛ по (2.26) и (2.27):

Потери в кабельной линии по (2.29) и (2.30)

Мощность в конце линии, подходящей к ГПП:

В результате расчетов все кабельные линии проходят по условиям выбора в нормальном и послеаварийном режимах. Для всех линий применяется марка кабеля АВВГ.

Таблица 2.8.Выбор кабельных линий 0,4 кВ.

Таблица 2.9. Выбор кабельных линий на напряжение выше 1000 В.