Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 27
Министерство образования и науки Республики Казахстан ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ им. Д. СЕРИКБАЕВА Кафедра «Промышленная энергетика» ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе Тема: «Проектирование системы электроснабжения завода станкостроения. Электроснабжение цеха обработки корпусных деталей» Руководитель ст.преподаватель каф.»ПЭ» __________Р.Ж. Темербеков «___» ____________ 2007 г. Студент Шевченко П. Ю. Специальность 050718 Группа 04-ЭЛ-4 Усть-Каменогорск 2007 СОДЕРЖАНИЕ 1 Введение…………………………………………………………………………5 2 Определение электрических нагрузок от силовых электроприёмников….…6 2.1 Расчёт нагрузок на распределительные шкафы и шинопроводы………….6 2.2 Расчёт нагрузок по цеху……………………………………………................8 2.3 Расчёт нагрузки электрического освещения по цехам и территории предприятия………………………………………………………………….......12 2.4 Расчёт силовой нагрузки по заводу………………………………...............13 3 Выбор количества и мощности трансформаторов цеховых подстанций…..18 4 Компенсация реактивной мощности.…………………………………….......21 5 Потери в силовых трансформаторах…………………………………………27 6 Расчёт электрических нагрузок на высшем напряжении……………….......29 7 Выбор месторасположения ГПП……………………………………………..35 8 Выбор напряжения электроснабжения….……………………………………38 8.1 Выбор напряжения питания…………………………………………...........38 8.2 Выбор напряжения распределения…………………………………………39 9 Выбор схемы электроснабжения……………………………………………..40 9.1 Схемы внешнего электроснабжения……………………………….............40 9.2 Схемы внутриобъектного электроснабжения……….……………………..41 10 Выбор числа и мощности трансформаторов ГПП…………………………43 11 Технико-экономический расчёт…………………………….……………….45 12 Расчёт токов короткого замыкания………………………………………….48 12.1 Расчёт токов короткого замыкания на стороне ВН………………………48 12.2 Расчёт токов короткого замыкания на стороне 0,4 кВ…………….……..51 13 Выбор и проверка оборудования на ГПП и кабелей отходящих линий….56 13.1Выбор оборудования………………………………………………………..56 13.2 Выбор кабелей………………………………………………………...........68 13.3 Выбор проводниковой продукции и аппаратуры на 0,4 кВ……………..74 14 Расчёт молниезащиты………………………………………………………..79 Заключение………………………………………………….……………………84 Список литературы………………………………………………………………85 1. ВВЕДЕНИЕ Системой электроснабжения вообще называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электрической энергии. Система электроснабжения промышленных предприятий состоит из питающих, распределительных, трансформаторных и преобразовательных подстанций и связывающих их кабельных и воздушных сетей и токопроводов высокого и низкого напряжения. Электрические схемы предприятий строятся таким образом, чтобы обеспечить удобство и безопасность их обслуживания, необходимое качество электроэнергии и бесперебойность электроснабжения потребителей в нормальных и аварийных условиях. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников электрической энергии, к которым относятся электродвигатели различных механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и другие промышленные приемники электроэнергии. По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети. Возникает необходимость внедрять автоматизацию систем электроснабжения промышленных предприятий и производственных процессов, осуществлять в широких масштабах диспетчеризацию процессов производства с применением телесигнализации и телеуправления и вести активную работу по экономии электрической энергии. 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ОТ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИЁМНИКОВ Первым этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок. Правильное определение электрических нагрузок является решающим фактором для всего последующего расчета и выбора элементов системы электроснабжения. Расчет электрических нагрузок выполняется в соответствии с «Указаниями по расчету электрических нагрузок» по формуляру Ф63-6-92. На стадии проектирования возникает необходимость определить расчетные нагрузки на различных уровнях системы электроснабжения (с первого по шестой уровень): характерными являются 2, 3 и 4, 5 уровни; - 2 уровень - нагрузка на цеховом распределительном шкафу (ШР) или на распределительном шинопроводе – шиносборке (ШС); - 3 уровень - нагрузка на шинах 0,4 кВ цеховой подстанции или нагрузка цеха, корпуса; - 4, 5 уровень - нагрузка на сборных шинах высоковольтного РП или шинах ГПП. 2.1 Расчёт нагрузок на распределительные шкафы и шинопроводы
На уровне 2 рассматриваются нагрузки от электроприемников (ЭП), присоединенных к распределительному шкафу (ШР), распределительному шинопроводу-шиносборке (ШС) или нагрузки отдельного участка с количеством электроприемников не превышающим 20-25 единиц. По данным, приведенным в справочниках (7, 8, 9, 10), для каждого из присоединенных к ШР ЭП находим коэффициент использования Ки
и коэффициент мощности cosj. У электроприемников с повторно-кратковременным режимом работы их номинальные мощности приводим к ПВ=100%. Сменные нагрузки определяем по формулам PСМ
= Ки*
Pн
; (2.1) QСМ
= Ки*
Pн*
tgj= PСМ*
tgj. (2.2) Определяем эффективное число ЭП n
э
по формуле: n
э
= . (2.3) Найденное значение n
э
округляется до ближайшего меньшего числа. Если значение эффективного числа электроприемников n
э
получается больше фактического числа n
, то принимают n
э
равным n
. Если мощности всех электроприемников в группе одинаковы или отношение Pн.макс.
/Pн.мин.
£ 3, то также принимают n
э
= n
. Для нахождения расчетного коэффициента Кр
определяем групповой коэффициент использования всех присоединенных к ШР электроприемников, который вычисляется по формуле: Ки
= где åPСМ
- сумма средних расчетных мощностей всех групп ЭП, присоединенных к ШР. По найденным значениям Ки
и nэ
по таблице 1 (1) находим Кр
. Расчетные мощности Pр
, Qр
, и Sр
по итоговой строке для ШР определяют по формулам: PР
= Кр
SКи
Pн
= Кр
SPСМ
(2.5) Qр
= 1,1Ки
Рн
tgj = 1,1QСМ
при nэ
£ 10 (2.6) Qр
= Ки
Pн
tgj = QСМ
при nэ
> 10 (2.7) Sр
= . (2.8) Расчет удобнее вести в табличной форме. 2.2 Расчёт нагрузок по цеху
Расчет нагрузок по цеху отличается от расчета по ШР тем, что при количестве ЭП n³ 20-25, а так же при отсутствии полного перечня мощностей ЭП, эффективное число n
э
определяют по упрощенному выражению: n
э
= (2.9) Расчёт представлен в таблице 2.1. Таблица 2.1 – Расчет нагрузок по цеху 2.3 Расчёт нагрузки электрического освещения по цехам и территории предприятия
Нагрузка электрического освещения определяется по удельной мощности, Вт/м2
. Для этого определяется площадь цеха по масштабу генплана в реальном измерении, м2
. Из таблицы 2 (12) принимаются удельные мощности р
у.о.
и типы источников света. Для цехов, помещений, не указанных в таблице 2 (12), значения удельной мощности следует принимать исходя из предполагаемого разряда зрительных работ: при работах высокой точности ру.о.
принимать в диапазоне 18-20, средней точности 15-17, малой 13-15, Вт/м2
. Расчетная нагрузка определяется с учетом коэффициента спроса Кс
по формулам: Рр.о.
= PСМ
= Кс
Ру
(2.10) Qp
.
o
.
= QСМ
= Pp
.
o
.
tgj(2.11) Pу
= ру.
o
.
F(2.12) где Ру
установленная мощность, кВт., F – площадь помещения, м2
. Значения коэффициента спроса (Кc) следует принимать из таблицы 3 (12). Расчет нагрузки выполняем в таблице 2.2. Таблица 2.2 - Расчёт нагрузки освещения ρ0
, Вт/м2
Примечание:
площадь, освещаемая наружным освещением, определяется как разность между территорией завода в целом и площадью всех цехов, зданий, сооружений. 2.4 Расчёт силовой нагрузки по заводу
Расчёт нагрузки по заводу производится аналогично расчёту по цеху. К полученным расчетным активным и реактивным мощностям силовых ЭП до 1 кВ прибавляются расчетные мощности осветительной нагрузки Pр.о.
и Qр.о.
. Определяется сумма мощностей по цехам. Затем расчёт ведётся в следующей последовательности: Суммируются значения åPн
, åРСМ.
, åQСМ
всех присоединенных к ГПП нагрузок. Определяется групповой коэффициент использования: Ки
= (2.13) Определяется число присоединений, N (6-10 кВ) на сборных шинах ГПП. В большинстве случаев, пока не разработана схема электроснабжения, N можно принять в диапазоне 9-25 для ГПП. По найденному групповому Ки
и числу присоединений N определяется значение коэффициента одновременности Ко
по таблице 3 (1). Расчетные мощности Рр
и QP
определяются по выражениям: Pp
= Ко
åКи
Рн
= Ко
åРс.р.
(2.14) Qp
= Ко
åКи
Рн
tgj = Ко
åQс.р.
;(2.15) Sp
= (2.16) Расчет нагрузок представлен в таблице 2.3. Таблица 2.3 – Расчет силовой нагрузки по заводу 3 ВЫБОР КОЛИЧЕСТВА И МОЩНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ЦЕХОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ Прежде чем приступить к выбору количества и мощности трансформаторов цеховых подстанций, необходимо определить расчетные нагрузки (до 1 кВ) цехов и категории надежности электроснабжения потребителей этих цехов. Для этого выписываем из таблицы 2.3 расчетные нагрузки Рр
, Qр
, определяем Sр
, категории надежности электроснабжения и характер окружающей среды цеха, объекта. Количество трансформаторов на цеховых подстанциях определяется категорией надежности питаемых ЭП. Число трансформаторов на подстанциях обычно принимают 1 или 2. Следует заметить, что в большинстве случаев нагрузка трансформаторов в производственных цехах не однородна по надежности электроснабжения, и даже если указаны потребители I-II категории всегда присутствуют потребители III категории (10-20%), которые в аварийных случаях можно отключить без ущерба для производства. Двухтрансформаторные подстанции применяются при преобладании ЭП I-II категорий, а также для питания ЭП II-III категорий в энергоемких цехах с удельной плотностью нагрузки более 0,4 кВ.А/м2. Коэффициент загрузки силовых трансформаторов определяем по формуле: (3.1) где Sp – полная расчётная мощность; N – количество трансформаторов; Sнтр – номинальная мощность трансформатора Коэффициент загрузки Кз
принимается: - для двухтрансформаторных подстанций при преобладании нагрузок Iкатегории 0,65-0,7, при преобладании нагрузок II категории 0,7-0,8; - для однотрансформаторных подстанций с учетом взаимного резервирования нагрузок II категории Кз
= 0,7-0,85, а при нагрузках III категории 0,85-0,95. Указанные коэффициенты загрузки должны находиться в указанных пределах после проведения мер по компенсации реактивной мощности. Поэтому выбор количества и мощности трансформаторов осуществляется в два этапа. На первом этапе выбирают количество и мощность трансформаторов на подстанциях. Мощности же трансформаторов для цехов со значительным потреблением реактивной мощности (Qс.p. ³ 500-700 квар), там где предполагается проведение компенсации реактивной мощности, намечают из расчета завышенного против нормы коэффициента загрузки. На втором этапе после проведения расчетов по компенсации реактивной мощности по цехам и предприятию и после уточнения нагрузок следует повторно определить Кз трансформаторов и скорректировать мощности и количество трансформаторов в цехах, где была проведена компенсация реактивной мощности. При решении вопроса электроснабжения объектов с небольшими нагрузками (до 150-200 кВ×А, склады, гаражи и т. п.), чтобы не проектировать подстанции с трансформаторами малой мощности, допускается присоединять эти нагрузки к подстанции близлежащего цеха. Оценить целесообразность присоединения указанных нагрузок к подстанции с учетом расстояния L между подстанцией и присоединяемой нагрузкой Sp можно по приближенной эмпирической формуле: SpL £ 15000 кВ.А×м. (3.2) В случае объединения нагрузок, их расчетные активные и реактивные мощности складываются. Распределение нагрузки по ТП сводим в таблицу 3.1. Таблица 3.1 – Выбор трансформаторов цеховых подстанций 4 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Производим расчет мощности компенсирующих устройств, которые необходимо установить в сетях до 1 кВ. Группируем цеха с трансформаторами мощностью Sн.т.
= 1600 кВА. Таблица 4.1 – Расчет компенсирующих устройств Определяем минимальное число трансформаторов для данной группы цехов: Nмин.
= + DN(4.1) Nмин
= Находим оптимальное число трансформаторов: Nопт.
= Nмин.
+ m. (4.2) Значение m находим по графику, m = 0, Nопт.
= 7. Наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передавать в сеть до 1кВ через трансформаторы, определяем по формуле: Qмакс.т.
= ; (4.3) Qмакс.т.
= Суммарная мощность батарей на напряжение до 1 кВ составит: Qнк1
= Qp
- Qмакс.т
(4.4) Qнк1
= 5175,8-3187,5 = 1988,3 кВар Определяем дополнительную мощность в целях оптимального снижения потерь: Qнк2
= Qp
- Qнк1
- g·Nопт.
·Sн.тр.
(4.5) Qнк2
= 5175,8-1988,3-0,45·7·1600 = -1852,5 кВар Практические расчеты показали, что для Западной Сибири с достаточной степенью точности при магистрально радиальной схеме внутризаводского электроснабжения можно принимать значения g = 0,45 при напряжении 6 кВ. Так как получилось, что Qнк2
< 0, то для данной группы Qнк2
принимаем равной нулю. Находим суммарную мощность низковольтных конденсаторных батарей: Qнк
= Qнк1
+ Qнк2
.
(4.6) Qнк
= 1988,3 + 0 = 1988,3 кВар Распределяем конденсаторные батареи между цехами пропорционально потребляемой ими реактивной мощности: Qнбк
i
= Принимаем стандартные значения комплектных конденсаторных установок из номинального ряда:20; 40; 50; 75; 100; 135; 150; 200; 300; 450; 600. Для цехов № 2+Н осв, 3,4,7+8. Qбк1
= 2 ´75 = 150 кВар Qбк2
= 2 ´ 300+2 ´ 50 = 700 кВар Qбк3
= 2 ´ 300+2 ´ 50 = 700 кВар Qбк4
= 2 ´ 200+2 ´ 75 = 550 кВар Тип конденсаторных батарей: 2 ´ УКБН-0,38-75-50 УЗ Qн
= 75 кВар 2 ´ УКБН-0,38-50 - 50УЗ Qн
= 50 кВар 2 ´ УКБН-0,38-200-50 УЗ Qн
= 200 кВар 2 ´ УКБН-0,38-300-50 УЗ Qн
= 300 кВар Уточняем количество и мощность трансформаторов. Для этого определяем полную расчетную мощность цеха: Spi
= Определяем коэффициент загрузки: Кз
= .(4.9) Группируем цеха с трансформаторами мощностью Sн.т.
= 1000 кВА. Таблица 4.2 – Расчет компенсирующих устройств Определяем минимальное число трансформаторов для данной группы цехов: Nмин
= Находим оптимальное число трансформаторов: Nопт.
= Nмин.
+ m = 5+0 = 5 Значение m = 0 находим по графику. Наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передавать в сеть до 1кВ через трансформаторы, определяем по формуле: Qмакс.т.
= Суммарная мощность батарей на напряжение до 1 кВ составит: Qнк1
= 3031-2242,5 = 788,1 кВар Определяем дополнительную мощность в целях оптимального снижения потерь: Qнк2
= 3031-788,1-0,45·5·1000 = -1461,5 кВар Так как получилось, что Qнк2
< 0, то для данной группы Qнк2
принимаем равной нулю. Находим суммарную мощность низковольтных конденсаторных батарей: Qнк
=788,1 + 0 = 788,1 кВар Распределяем конденсаторные батареи между цехами пропорционально потребляемой ими реактивной мощности. Для цехов № 5+11+Носв, 1+6+Н осв, 12: Qбк1
=2 ´ 135 = 270 кВар Qбк2
=2 ´ 135 = 270 кВар Qбк3
=2 ´ 135 = 270 кВар Тип конденсаторных батарей: 2 ´ УКБН-0,38-135 -50УЗ Qн
= 135 кВар Уточняем количество и мощность трансформаторов. Для этого определяем полную расчетную мощность цеха: Определяем коэффициент загрузки: К установке принимаем 6 трансформаторов номинальной мощностью:6 ´1000 5 ПОТЕРИ В СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ Определение коэффициента загрузки трансформатора: среднесменный Кзсм
= - расчётный определяем по формуле (3.1) Определение реактивных потерь холостого хода и короткого замыкания ∆Qxx = где Iхх – ток холостого хода ∆Qкз = где Uкз – напряжение короткого замыкания Определение среднесменных потерь в трансформаторах ∆Рсм = n·(∆Рхх + К2
зсм
·∆Ркз), (5.4) где ∆Рхх – активные потери холостого хода; ∆Ркз – активные потери короткого замыкания; ∆Qсм = n·(∆Qхх + К2
зсм
·∆Qкз) (5.5) Определение расчётных потерь в трансформаторах ∆Рр = n·(∆Рхх + К2
зр
·∆Ркз) (5.6) ∆Qр = n·(∆Qхх + К2
зр
·∆Qкз) (5.7) Расчёт представлен в таблице 5.1 Таблица 5.1 - Потери в силовых трансформаторах 6 РАСЧЁТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА ВЫСШЕМ НАПРЯЖЕНИИ Результирующую нагрузку на стороне ВН по заводу определяют с учетом средств компенсации реактивной мощности и потерь мощности в цеховых трансформаторах. Расчет представлен в таблице 6.1.
|