Электроснабжение завода механоконструкций Оглавление Введение 1. Характеристика предприятия и источников питания 2. Расчёт электрических нагрузок 2.1 Расчёт силовых нагрузок 2.2 Расчёт осветительной нагрузки 2.3 Определение расчётной нагрузки завода 3. Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов и мест их установки 3.1 Выбор мощности трансформаторов 3.2 Оптимизация выбора мощности цеховых трансформаторов с учётом КУ 4. Выбор схемы электроснабжения завода и трансформаторов ГПП 4.1 Выбор числа и мощности трансформаторов ГПП 4.2 Выбор схемы электрических соединений ГПП 4.3 Технико-экономическое обоснование выбора напряжения питания 4.4 Выбор местоположения ГПП 5. Выбор и расчёт схемы распределительных и питающих сетей завода 5.1. Выбор схемы распределительных сетей 5.2. Расчёт распределительных сетей завода 6. Выбор основного оборудования ГПП 6.1. Выбор аппаратуры на напряжение 110 кВ 6.2. Выбор аппаратуры на 10 кВ 7. Электроснабжение цеха 7.1. Расчёт силовой нагрузки по цеху 7.2. Расчёт электрического освещения цеха 8. Безопасность и экологичность 8.1 Разработка технических мер электробезопасности при электроснабжении завода механоконструкций 8.1. Применение малых напряжений 8.2. Электрическое разделение сетей 8.3. Защита от опасности при переходе напряжения с высшей стороны на низшую 8.4. Контроль и профилактика повреждений изоляции 8.5. Компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю 8.6. Защита от прикосновения к токоведущим частям 8.7. Защитное заземление 8.8. Зануление 8.9. Защитное отключение 9. Защита сетей и установок напряжением до 1000 В. 9.1. Расчёт токов многофазных коротких замыканий 9.2. Расчет токов однофазных кз. 9.3. Защита сетей и ЭП Заключение Список литературы Приложения Аннотация Расчёт электроснабжения завода механоконструкций. Расчётно-пояснительная записка к дипломному проекту. В дипломном проекте рассмотрен один из вариантов электроснабжения завода механоконструкций. Произведён расчёт электрических нагрузок, выбраны трансформаторы ГПП и ЦТП, рассчитаны распределительные сети, сделан выбор основного оборудования ГПП. Рассмотрен вопрос электроснабжения отдельно взятого цеха. Рассмотрены технические меры электрической безопасности при электроснабжении завода механоконструкций. Введение Темой данной работы является проектирование системы электроснабжения завода механоконструкций. Электроустановки современных промышленных предприятий представляют собой сложные системы, предъявляющие повышенные требования к надежности электроснабжения, что в свою очередь потребовало автоматизации работы отдельных элементов сетей. В этих условиях принципиально важно, чтобы в проектах электроснабжения и электрооборудования цехов принимались решения, отвечающие требованиям электробезопасности, наименьших затрат на их сооружение и удобства эксплуатации и надежности работы. От категории потребителей электроэнергии и особенностей технологического процесса зависит надёжность системы электроснабжения, неправильная оценка особенностей технологического процесса может привести как к снижению надежности системы электроснабжения так и к неоправданным затратам на излишнее резервирование. Проект содержит: расчет электрических нагрузок на всех уровнях напряжений, выбор и расчет питающих и распределительных подстанций с выбором мощности трансформаторов и определение их местоположения, а также решения по электрическому освещению, выбору электрооборудования, аппаратов защиты и вопросы электробезопасности. Проектные решения соответствуют требованиям основных нормативных документов ПУЭ и СНиП и учитывают категорию надежности электроприемников и условиям окружающей среды. 1. Характеристика предприятия и источников питания Предприятие расположено в промышленно развитом районе. Завод механоконструкций получает питание от районной электростанции, предназначенной для комплексного получения тепловой и электрической энергии. На предприятии использованы потребители электроэнергии преимущественно 1 и 2 категории, значит, предприятие можно отнести ко 2 категории по бесперебойности электроснабжения - примем к установке двухтрансформаторные цеховые подстанции. Завод механоконструкций - предприятие, обеспечивающее выпуск деталей для техники и продукции широкого потребления. По своей структуре завод имеет основные, заготовительные и вспомогательные цехи. К вспомогательным цехам относятся компрессорный цех, очистные сооружения, цех изделий широкого потребления и топливохранилище. К заготовительным цехам относятся инструментально-механические, механический, литейный, электроаппаратный, плазовошаблонный и ремонтно-механический цехи. К основным цехам относятся агрегатный и сборочный цехи. Электроснабжение цехов осуществляется от встроенных понижающих подстанций. Схема электроснабжения завода позволяет продолжать питание электроприёмников энергией даже в аварийной ситуации. Технологический процесс производства не является беспрерывным и кратковременное отсутствие электроэнергии не приносит большого ущерба. Первоначальные сведения по цехам (нагрузка, категорийность ЭСПП, характеристика сред) приведены в таблице 1.1 Таблица 1.1 Характеристика цехов. № по плану Наименование цехов Нагрузка Категор. ЭСПП Х-ка среды по СНиП Х-ка среды по ПУЭ Сил., кВт Осв., кВт 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 18 Инстр. - мех. цех Сварочные цехи Механич. Цехи Литейный цех Компресс. Отделение Эл. - аппарат. Цех Рем. - Мех. цехи Заготовительные цехи Агрегатные цехи Сборочный цех Очистные сооружения Цех изд. шир. потреб. Цех гальванопокрытий Котельная Топливохранилище Заводоуправление 2195 9252 7210 460.8 2215 210 770 4012 3150 9985 750 340 2810 770 80 60 247.48 939.19 476.28 5.14 58.97 80.196 70.254 444.08 499.89 1402.99 7.34 57.48 224.55 18.627 4.26 11.07 II II II I, II I I, II II II II III I III I I II III Норм. Норм. Норм. Норм. Норм. Норм. Норм. Норм. Норм. Норм. Хим. - акт. Норм. Хим. - акт. Норм. Взрывооп. Норм. П-11а В-1а В-1 В-1а 2. Расчёт электрических нагрузок 2.1 Расчёт силовых нагрузок Определение электрических нагрузок предприятия производим методом коэффициента спроса, т.к нет точных данных об электроприёмниках. Величина расчётной активной нагрузки цеха определяется произведением коэффициента спроса на величину суммарной установленной мощности электроприёмников: Рр =Кс ·Рн , (2.1). где Рр - расчётная или потребляемая мощность, кВт; Кс - коэффициент спроса (для характерных групп электроприёмников приводится в [1]); Рн - установленная мощность цеха, кВт. Расчётная реактивная мощность цеха определяется: Qр =Рр ·tg (φ), (2.2). где Qр - расчётная реактивная мощность, квар; tg (φ) - тангенс угла φ, соответствующий коэффициенту мощности соs (φ), который задаётся для характерных групп электроприёмников согласно Л1. Расчёт сведён в таблицу (2.1 1). Таблица 2.1.1 Результаты определения расчётных нагрузок. Nпо Плану Наименование Цеха Наименование нагрузки Рном, КВт. Кс Соs (φ) / tg (φ) Рр, кВт. Qр, кВАр. 1 2 3 4 5 6 7 8 1 Инструм. цех Станки Термич. Транспортёры Вентиляторы Насосы 1500 234 81 165 217 2197 0.1 0.6 0.1 0.5 0.7 0.5/1.73 0.95/1.33 0.5/1.73 0.8/0.75 0.8/0.75 150 140 8 83 152 533 260 46 14 62 114 496 2 Сбороч. Цеха Станки Термич. Насосы Сварка Транспортёры 100 332 1100 6800 920 9252 0.2 0.9 0.75 0.5 0.3 0.5/1.73 0.95/0.33 0.8/0.75 0.5/1.73 0.5/1.73 20 298 825 3400 276 4819.8 34.6 98.604 618.75 5882 477.48 7111.43 3 Механич. Цеха Станки Термич. Вентиляторы Насосы 3265 3390 410 145 7210 0.2 0.9 0.75 0.3 0.5/1.73 0.95/0.33 0.8/0.75 0.5/1.73 653 3051 307.5 43.5 4055 1129.7 1006.83 230.63 75.26 2442.41 4 Литейное отделение 460.8 0.35 0.55/1.52 161 244.72 5 Компресс. Отделение Станки Насосы, вент. 10 65 75 0.2 0.75 0.5/1.73 0.8/0.75 2 48.75 50.75 3.46 36.56 40.02 6 Эл. - аппар. цех Станки Насос., вент. Проч. 50 110 50 210 0.2 0.75 0.3 0.5/1.73 0.8/0.75 0.5/1.73 10 82.5 15 107.5 17.3 61.88 25.95 105.13 7 Рем. - мех. цеха Станки Термич. Насос., Вент. Сварка Транспортёры 405 100 20 200 45 770 0.2 0.9 0.75 0.4 0.3 0.5/1.73 0.95/0.39 0.8/0.75 0.7/1.02 0.5/1.73 81 90 15 80 13.5 279.5 140.13 29.7 11.25 81.6 23.36 286.04 8 Заготовит. Участок Станки Термич. Насос., Вент. Сварка Транспор., проч. 2170 690 330 682 140 4012 0.2 0.9 0.75 0.5 0.3 0.5/1.73 0.95/0.33 0.8/0.75 0.5/1.73 0.5/1.73 434 621 247.5 341 42 1685.5 750.82 204.93 185.63 589.93 72.66 1803.97 9 Агрегатные Цеха Станки Термич. Насос., вент. Сварка Трансп., проч. 2155 150 480 195 170 3150 0.2 0.9 0.75 0.4 0.3 0.5/1.73 0.95/0.33 0.8/0.75 0.7/1.02 0.5/1.73 431 135 360 78 51 1055 745.63 44.55 270 79.56 88.23 1227.97 10 Сборочный Цех 9985 0.7 0.8/0.75 6989.5 5242.13 11 Очистные Сооружения Насос., вент. Трансп., проч. 450 300 750 0.75 0.3 0.8/0.75 0.5/1.73 337.5 90 427.5 253.13 155.7 408.83 12 Ц. изделий Шир. потр. 340 0.2 0.5/1.73 68 117.64 14 Цех Гальванопокр. Станки Термич. Насос., вент Сварка Трансп., проч. 150 950 1060 100 550 2810 0.2 0.9 0.75 0.5 0.3 0.5/1.73 0.5/1.73 0.95/0.33 0.8/0.75 0.5/1.73 30 855 795 50 165 1895 51.9 282.15 596.25 86.5 285.45 1302.25 15 Котельная Станки Насос., вент. 10 760 770 0.2 0.75 0.5/1.73 0.8/0.75 2 570 572 3.46 427.5 430.96 16 Топливохра- нилище Насос., вент. 80 0.75 0.8/0.75 60 45 18 Заводоуправл. 60 0.75 0.8/0.75 45 33.75 Итого на шинах 0.4 кВ. 22804.05 21338.24 Потребители на высоком напряжении (10 кВ) 5 Компресс. Отделение Двигатели 2520 0.75 0.9/0.48 1890 623.7 Итого на шинах 10 кВ. 1890 623.7 2.2 Расчёт осветительной нагрузки При определении расчётной нагрузки кроме силовой учитывается осветительная нагрузка цехов и отдельных помещений. На начальных этапах проектирования для определения осветительной нагрузки используют метод удельной мощности. Мощность ламп определяется по следующей формуле: Р=w·S, (2.3). где S-площадь цеха, м2; w-удельная мощность освещения. Она зависит от типа светильника, освещённости, коэффициента запаса, коэффициента отражения поверхностей помещения, значения расчётной высоты, площади помещения. Таблица 2.2.1 Данные для расчёта осветительной нагрузки. № по Плану Наим. Цеха S, м2 H, м Тип Свет-ка E, лк W, Вт/м2 Рн, кВт ρ ПОТ ρ СТ ρ РАБ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 18 Инстр. ц. Сбор. ц. Мех. ц. Лит. ц. Компр. отд. Эл. - ап. ц. Рем. - мех. ц. Загот. ц. Агрег. ц. Сбор. ц. Оч. Сооруж Ширпотр. Ц. гальван. Котельная Топл. - хран. Заводоупр. 6048 21248.6 10584 504 2620.8 1814.4 3548.16 9979.2 11309.8 31741.9 2822.4 2903.04 5080.32 1411.2 322.56 752.76 12.5 12.5 7.5 7.5 7.5 12.5 7.5 12.5 12.5 12.5 7.5 7.5 12.5 7.5 7.5 7.5 РСПО УПД УПД ЛСП 24 2х40 УПД УПД ЛСП03ВЕx2x80 УПД УПД УПД Гс-500 ЛСП03ВЕx2x80 УПД ЛСП03ВЕx2x80 ЛСП03ВЕx2x80 УСП 2x40 300 300 300 200 150 300 300 300 300 300 20 300 300 200 75 300 44.1 45 10.2 22.5 44.2 19.8 44.2 44.2 44.2 2.6 19.8 44.2 13.2 13.2 14.7 247 939.2 476.3 5.14 58.97 80.2 70.25 441.1 499.9 1403 7.34 57.48 224.6 18.63 4.26 11.07 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 70 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 50 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Расчётная нагрузка освещения определяется по установленной мощности и коэффициенту спроса из выражения: Рр =к1 ·кс ·Рн , (2.4). где кс -коэффициент спроса, [1] ; к1 -коэффициент, учитывающий потери мощности в ПРА и принимается 1.12 для ламп ДРЛ и 1.2 для люминесцентных ламп. Таблица 2.2.2 Результаты определения расчётных осветительных нагрузок. Nпо Плану Наименов. Цеха К1 Кс Рн осв , кВт Рр осв , кВт Qр осв , кВт 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 18 Инстр.Ц. Сбор. ц. Мех. ц. Лит. ц. Компр. отд. Эл. - ап. ц. Рем. - мех. ц. Загот. ц. Агрег. ц. Сбор. ц. Оч. Сооруж Ширпотр. Ц. гальван. Котельная Топл. - хран. Заводоупр. Осв. Терр. ИТОГО 1.12 1.12 1.12 1.2 1.12 1.12 1.2 1.12 1.12 1.12 1.2 1.12 1.2 1.2 1.2 0.9 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.6 0.9 247 939.2 476.3 5.14 58.97 80.2 70.25 441.1 499.9 1403 7.34 57.48 224.6 18.63 4.26 11.07 222 999.3 506.78 5.86 62.74 85.33 80.1 469.31 531.88 1491.73 6.97 65.53 238.9 21.23 3.1 11.96 1702.5 6505.2 73 1332.36 675.67 2.82 83.65 113.77 38.44 625.73 709.16 1988.92 31.48 318.55 10.19 1.47 5.74 2269.99 8280.93 2.3 Определение расчётной нагрузки завода Полная расчётная мощность завода определяется по расчётным активным и реактивным нагрузкам цехов на низком и высоком напряжениях с учётом расчётной нагрузки освещения территории завода, потерь мощности в трансформаторах цеховых ТП и ГПП, с учётом компенсации реактивной мощности. В расчёте мощности компенсирующих устройств будем считать компенсирующие устройства на 0.4 кВ для потребителей напряжением 0.4 кВ и КУ на высоком напряжении для ЭП на напряжении 10 кВ. Необходимая мощность КУ определяется из соотношения: QКУ =РР ·tg (φн ) (2.5). где tg (φн ) =0.15 Нагрузка на напряжении 0.4 кВ: Силовая РР =22338.05 кВт; QР =21338.24 квар; Осветительная РР =6505.2 кВт; QР =8280.93 квар. Суммарная мощность компенсирующих устройств на напряжении 0.4 кВ следующая: QКУ НН = (РР +РР ОСВ ) ·tg (φн ) =28843.25·0.15=4326.49 квар. Нагрузка на напряжении 10 кВ: Силовая РР =1890 кВт; QР =623.7 квар. Напряжением 10 кВ питаются асинхронные двигатели, следовательно нужно ставить КУ. Суммарная мощность компенсирующих устройств на высоком напряжении следующая: QКУ ВН =1800·0.33=594 квар. Так как трансформаторы цеховых подстанций и ГПП не выбраны, то потери в них определяют приближённо из соотношений: ΔРТ =0.02·SР , (2.6). ΔQТ =0.1·SР , (2.7). Для нагрузки на напряжении 0.4 кВ: Sр =41342.81 кВА. Численно потери в цеховых трансформаторах будут равны: ΔРТ =0.02·41342.81=826.86 кВт, ΔQТ =0.1·41342.81=4134.28 квар. Нагрузка на напряжении 10 кВ равна: РР =22338.05+6505.2+1890+826.86=31560.11 кВт. QР =21338.24+8280.93+623.7+4134.28=34377.15 квар. SР =46667.22 кВА. Потери мощности в трансформаторах на ГПП равны: ΔРТ =631.2 кВт, ΔQТ =3437.72 квар. Т.о. расчётная мощность завода будет: РР =31560.11+631.2=32191.31 кВт, QР =34377.15+3437.72=37814.87 квар, SР =49661.3 кВА. 3. Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов и мест их установки 3.1 Выбор мощности трансформаторов Так как на промышленном предприятии в основном преобладают нагрузки первой и второй категорий, то согласно ПУЭ к установке приняты двухтрансформаторные цеховые подстанции. Расчётную мощность трансформаторов в соответствии с [3] определяю по среднесменной нагрузке цеха с учётом расчётных нагрузок освещения. Среднесменную нагрузку нахожу по следующим формулам: РСМ =РН ·КИ , (3.1). QСМ =РСМ ·tg (φ), (3.2). где КИ -коэффициент использования для характерных групп электроприёмников. Расчёт мощности ЦТП представлен в таблице 3.3.1.1 Поскольку нагрузка компрессорного отделения и литейного цеха на напряжении до 1000 В незначительна, то для них имеет смысл установить одну ТП. Таблица 3.3.1.1 Расчёт мощности ЦТП. № ПО ПланУ Рном, КВт. КИ Соs (φ) / tg (φ) Средние нагрузки Расчётные НГ освещения SСМ , кВА РСМ , кВт QСМ , квар РР ОСВ , кВт QР ОСВ , Квар 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1500 234 81 165 217 0.15 0.75 0.5 0.6 0.7 0.5/1.73 0.95/1.33 0.5/1.73 0.8/0.75 0.8/0.75 225 175.5 40.5 99 151.9 389.25 233.42 70.07 74.25 113.93 222 73 2197 691.9 880.92 1321.1 2 100 332 1100 6800 920 0.15 0.75 0.7 0.25 0.5 0.5/1.73 0.95/0.33 0.8/0.75 0.5/1.73 0.5/1.73 15 249 770 1700 460 25.95 82.17 577.5 2941 795.8 999.3 1332.4 9252 3194 4422.4