Лабораторная работа — Электроснабжение промышленного предприятия с разработкой электропитания цехов основного производства

Лабораторная работа: Электроснабжение промышленного предприятия с разработкой электропитания цехов основного производства

1.3 Построение картограммы электрических нагрузок, определение их центра и месторасположения ГПП

ГПП является одним из основных звеньев системы электроснабжения любого промышленного предприятия, поэтому оптимальное размещение подстанций на территории промышленного предприятия — важнейший вопрос при построении рациональных схем электроснабжения. Это означает, что размещение всех подстанций должно соответствовать наиболее рациональному сочетанию капитальных затрат на сооружение системы электроснабжения и эксплуатационных расходов.

Для определения местоположения ГПП при проектировании системы электроснабжения на генеральный план промышленного предприятия наносится картограмма нагрузок.

Главную понизительную, распределительную и цеховые подстанции следует располагать как можно ближе к центру нагрузок, так как это позволяет приблизить высокое напряжение к центру потребления электрической энергии и значительно сократить протяженность как распределительных сетей высокого напряжения предприятия, так и цеховых электрических сетей низкого напряжения, уменьшить расход проводникового материала и снизить потери электрической энергии.

Принимаем нагрузки цеха равномерно распределенными по площади цеха. Тогда центр нагрузки совпадает с центром площади фигуры, изображающей цех на плане.

Ввиду небольшой расчетной мощности большинства цехов принимаем решение о групповых трансформаторных подстанциях, расположенных на территории предприятия. Составляем картограмму нагрузок для каждой группы цехов и наносим координаты трансформаторных подстанций на генеральный план предприятия. Для наглядности данные о трансформаторных подстанциях сведем в таблицу 1.2.

Центр электрической нагрузки предприятия, а значит и теоретического расположения ГПП определяется с помощью аналогии системы масс и электрическими нагрузками цехов Р, координаты центра можно определить в соответствии со следующими формулами:

Данные расположения ГПП заносив в таблицу 1.3.

Таблица 1.2 – Данные о трансформаторных подстанциях

1.4 Выбор силовых трансформаторов

1.4.1 Общие требования к силовым трансформаторным подстанциям

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов для главных понизительных и цеховых трансформаторных подстанций промышленных предприятий должен быть технически и экономически обоснованным, так как он оказывает существенное влияние на рациональное построение схем промышленного электроснабжения.

Критериями при выборе силовых трансформаторов являются надежность электроснабжения, расход цветного металла и потребная трансформаторная мощность. Оптимальный вариант выбирается на основе сравнения капиталовложений и годовых эксплуатационных расходов.

Для удобства эксплуатации систем электроснабжения следует стремиться выбирать не более двух стандартных мощностей основных трансформаторов. Желательна, где это осуществимо, установка трансформаторов одинаковой мощности.

Цеховые трансформаторные подстанции, как правило, не должны иметь распределительного устройства на стороне высшего напряжения. Следует широко применять непосредственное (глухое) присоединение питающей кабельной линии к трансформатору при радиальных схемах питания и присоединение через разъединитель или выключатель нагрузки при магистральных схемах питания. При номинальной мощности трансформатора 1000 кВА и выше вместо разъединителя необходимо устанавливать выключатель нагрузки, так как при напряжении 6-20 кВ разъединителем можно отключать ток холостого хода трансформатора мощностью не более 630 кВА.

При сооружении цеховых трансформаторных подстанций предпочтение следует отдавать комплексным трансформаторным подстанциям (КТП), полностью изготовленным на заводах.

1.4.2 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов ГПП

Главные понизительные подстанции и цеховые подстанции желательно выполнять с числом трансформаторов не более двух. Для потребителей третьей и частично второй категории, возможно рассматривать варианты установки одного трансформатора с осуществлением резервного питания от соседней трансформаторной подстанции. Однако, в связи с тем, что подавляющее число электропотребителей являются потребителями 2 категории, этот вариант нецелесообразен

Таким образом, учитывая вышеуказанное, выберем двухтрансформаторную ГПП.

В системах электроснабжения промышленных предприятий мощность силовых трансформаторов должна обеспечить в нормальных условиях питание всех электроприемников.

При выборе мощности трансформаторов следует добиваться как экономически целесообразного режима работы, так и соответствующего обеспечения явного или неявного резервирования питания приемников при отключении одного из трансформаторов, причем нагрузка трансформатора в нормальных условиях не должна (по нагреву) вызывать сокращения естественного срока его службы. Мощность трансформаторов должна обеспечивать потребную мощность в режиме работы после отключения поврежденного трансформатора в зависимости от требований, предъявляемых потребителями данной категории.

Зная расчетную величину нагрузки завода, Sнагр.=2215 кВА и учитывая условия перегрузки, Sр=0,7·Sмах.см, определяем номинальную мощность трансформатора

Sном.тр.≥ / 2 · 0, 7 = 2215 / 1,4 = 1582,1 кВА

Выбираем трансформатор мощностью 1600 кВА.

Проверяем выполнение условия по перегрузке

1,4 Sтр. ≥ Sнагр. 2240 ≥ 2215

По каталожным данным [2] выбираем трансформатор ТМН 1600/110.

Выбранные трансформаторы будут работать с недогрузкой по мощности. Недогрузка будет компенсирована при пуске двух строящихся газонагнетательных станций.

1.5 Выбор схемы электроснабжения предприятия

1.5.1 Общие положения

Схемы электроснабжения промышленных предприятий делятся на схемы внешнего и внутреннего электроснабжения. Схемы электроснабжения выбираются из соображений надежности, экономичности и безопасности. Надежность определяется в зависимости от категории потребителей. Если в числе приемников или потребителей предприятия имеется хотя бы один, относящийся к первой категории, то количество источников питания должно быть не менее двух.

В зависимости от установленной мощности приемников электроэнергии различают объекты большой (75-100 МВт и более), средней (от 5-7 до 75 МВт) и малой (до 5 МВт) мощности. Для предприятий малой и средней мощности, как правило, применяют схемы электроснабжения с одним приемным пунктом электроэнергии (ГПП, ГРП, ТП). Если имеются потребители первой категории, то предусматривают секционирование шин приемного пункта и питание каждой секции по отдельной линии.

Наиболее дешевыми являются схемы с отделителями и короткозамыкателями.

Число секций зависит от числа подключений и принятой схемы внутризаводского распределения электроэнергии. В большинстве случаев число секций не превышает двух. Каждая секция работает раздельно и получает питание от отдельной линии или трансформатора. В нормальном режиме работы секционный аппарат (разъединитель или выключатель) отключен.

Применение секционного выключателя обеспечивает автоматическое включение резерва (АВР), что позволяет использовать такую схему для потребителей любой категории по надежности.

Внутреннее и внешнее электроснабжение потребителей электроэнергии осуществляют с помощью радиальных, магистральных и смешанных схем питания.

Радиальными называют такие схемы, в которых электроэнергию от источника питания (электростанции предприятия, энергосистемы и так далее) передают непосредственно к ПС, без ответвлений на пути для питания других потребителей.

Радиальные схемы имеют большое количество отключающей аппаратуры и питающих линий. Эти схемы применяют только для питания достаточно мощных потребителей.

Магистральными называют такие схемы, в которых электроэнергию от источника питания передают к ПС не непосредственно, а с ответвлениями на пути для питания других потребителей. Как правило магистральные схемы обеспечивают присоединение пяти-шести ПС с общей мощностью потребителей электроэнергии не менее 5000-6000 кВА. Схемы характеризуются пониженной надежностью, имеют меньшее количество отключающих аппаратов, дают возможность более рационально скомпоновать потребителей.

В практике проектирования и эксплуатации систем промышленного электроснабжения редко встречаются схемы, построенные только по радиальному или только по магистральному принципу.

1.5.2 Выбор конструктивного исполнения и схемы соединения ГПП

Схему ГПП выбираем с учетом установленной мощности потребителей электроэнергии и категории их надежности, характера электрических нагрузок и размещения их на генеральном плане предприятия, а также производственных, архитектурно-строительных и эксплуатационных требований.

Принимаем схему ГПП без сборных шин на высшем напряжении как наиболее простую и экономичную.

Для РУ 10 кВ принимаем схему с одной секционированной системой шин с двумя секциями. Каждая секция работает раздельно и получает питание от отдельного трансформатора. В нормальном режиме секционный выключатель отключен.

Трансформаторы размещаем, открыто, все остальное оборудование размещаем в закрытом помещении.

Для устройства РУ 10 кВ используем комплексные распределительные устройства КРУ2 -10 -20У3

1.6 Выбор схемы распределительной сети предприятия

1.6.1 Выбор рационального напряжения распределительной сети

Выбор напряжения распределительной сети тесно связан с решением вопросов электроснабжения предприятия. Окончательное решение принимают в результате технико-экономического сравнения вариантов, учитывающих различное сочетание напряжений отдельных звеньев системы.

С применением схем глубокого ввода напряжение первых ступеней распределения электроэнергии возросло до 220 кВ. Широкому распространению напряжения 110 кВ для небольших и средних по мощности предприятий способствует выпуск силовых трансформаторов с номинальной мощностью 1600 кВА. Более высокое номинальное напряжение и отсутствие промежуточных трансформаций значительно сокращают потери электроэнергии в системе электроснабжения.

Напряжение 35 кВ применяют для питания предприятий средней мощности и для распределения электроэнергии на первой ступени электроснабжения таких предприятий при помощи глубоких вводов.

Преимущество напряжения 20 кВ по сравнению с напряжением 35 кВ заключается в более простом устройстве и более дешевых коммутационно- защитных аппаратах.

Несмотря на имеющиеся преимущества применение напряжения 20 кВ сдерживается отсутствием электрооборудования на это напряжение.

Напряжение 10 кВ и 6 кВ широко используют на промышленных предприятиях: на средних по мощности предприятиях для питающих и распределительных сетей; на крупных предприятиях — на второй и последующих ступенях распределения электроэнергии.

Напряжение 10 кВ является более экономичным по сравнению с напряжением 6 кВ. Напряжение 6 кВ допускается применять только в тех случаях, если на предприятии преобладают приемники электроэнергии с номинальным напряжением 6 кВ или когда значительная часть нагрузки предприятия питается от заводской ТЭЦ, где установлены генераторы напряжением 6 кВ.

1.6.2 Компенсация реактивной мощности в сетях напряжением 10 кВ

Система промышленного электроснабжения представляет собой единое целое, и от правильного выбора средств компенсации, размещения источников реактивной мощности в сети, расчета их мощности зависит эффективность использования энергетических ресурсов и электрооборудования.

Увеличение потребления реактивной мощности электроустановкой вызывает рост тока в проводниках любого звена системы электроснабжения и снижения величины коэффициента мощности электроустановки.

С целью уменьшения потребляемой реактивной мощности в сетях промышленного назначения устанавливают компенсирующие устройства.

Мощность компенсирующего устройства определяется как разность между фактической реактивной мощностью нагрузки предприятия и предельной реактивной мощностью предоставляемой предприятию энергосистемой по условиям режима ее работы.

где α – коэффициент, равный 0,9, учитывающий повышение коэффициента мощности способами, не требующими установки компенсирующих устройств

tgφсв – средневзвешенный тангенс угла сдвига фаз соответствующий коэффициенту мощности по предприятию до компенсации;

tgφэ — коэффициент реактивной мощности энергосистемы задается и равен tgφэ =0,4 .

Из расчетов видно, что мощности из энергосистемы недостаточно для компенсации реактивной мощности нагрузок, значит необходимо установить компенсирующее устройство.

В качестве компенсирующего устройства выбираем конденсаторную батарею КС 2-10,5-60- 3 Qку = 1800 кВАр. Выбираем 30-КУ.

Берём 10КУ на каждую ступень регулирование

1.7 Электрический расчет схемы электроснабжения завода

Найдем расчетные токи в сети высокого напряжения завода 10 кВ.

Сеть высокого напряжения представлена на рисунке 1.1

Рисунок 1.1- Сеть высокого напряжения

1.7.1 Выбор схемы электроснабжения ТП и троссировка КЛ

Найдем расчетные токи в сети высокого напряжения завода 10 кВ. Сеть высокого напряжения представлена на рисунке 1

Расчетный ток в линии от ТП1 до ГПП:

Выбираем трехжильный алюминиевый кабель марки АПВГ на 10 кВ проложенный в лотке и сечением каждой жилы 16 мм2 с допустимым током Проверяем выбранный кабель по тепловому нагреву

-поправочный коэффициент по условиям прокладки проводников

-поправочный коэффициент по количеству проводов

Из расчетов видно, что выбранные кабели удовлетворяют условиям проверки по нагреву.

Расчетный ток линии от ГПП до ТП3.

Выбираем трехжильный алюминиевый кабель марки АПВГ на 10 кВ проложенный в лотке и сечением каждой жилы 16 мм2 с допустимым током

Проверяем выбранный кабель по тепловому нагреву

-поправочный коэффициент по условиям прокладки проводников

-поправочный коэффициент по количеству проводов

Из расчетов видно, что выбранные кабели удовлетворяют условиям проверки по нагреву.

1.7.2 Расчет токов короткого замыкания в установках напряжением выше 1 кВ

В зависимости от мощности источника питания предприятия при расчетах тока К.З. выделяют два характерных случая: К.З в цепях, питающихся от системы бесконечной мощности, и К.З вблизи генератора ограниченной мощности. Системой бесконечной мощности условно считают источник, напряжение, на шинах которого остается практически неизменным при любых изменениях тока в подключенной к нему цепи. Отличительной особенностью такого источника является малое собственное сопротивление по сравнению с сопротивлением цепи К.З.

Для систем электроснабжения промышленных предприятий типичным случаем является питание от источника неограниченной мощности.

Для расчета токов К.З составляем расчетную схему электроснабжения и на ее основе схему замещения изображенную на рисунке 1.2

Рисунок 1.2- Расчетная схема электроснабжения и схема замещения

Принимаем за базисную мощность номинальную мощность трансформатора ГПП, Sб = Sном.т =1600 кВА. За базисное напряжение принимаем величину, равную среднему напряжению ступени с точками к.з. то есть Uб = Uср = 10,5 кВ

Определяем базисный ток по формуле:

Находим сопротивление Z1 линии 110 кВ схемы замещения.

где — удельные активное и реактивное сопротивление кабеля Ом/км

1 — длина воздушной линии, км

Находим сопротивление Z2 трансформатора ТМН 1600/110

Находим сопротивление Z3 кабельной линии 1-ой петли

Находим сопротивление Z4 кабельной линии 2-ой петли

Определяем токи КЗ в точке К1 на сборных шинах РУ-10 кВ

Находим ударный ток короткого замыкания.

где — ударный коэффициент (выбирается по табличным данным или в зависимости от отношения x/r по графику).

Определяем токи КЗ в точке К2

Находим ударный ток короткого замыкания.

Определяем токи КЗ в точке К3

Находим ударный ток короткого замыкания.

1.8 Выбор аппаратуры на подстанции напряжением 110/10 кВ

Выбор электрических аппаратов состоит из выбора аппаратов по условиям длительной работы в нормальном режиме и проверки аппаратов по условиям кратковременной работы в аварийном режиме, т.е. в режиме короткого замыкания. Все аппараты, включенные в электрические цепи последовательно, должны надежно работать не только в нормальном режиме, но и обладать необходимой устойчивостью при коротком замыкании. В целом условия выбора выключателей высокого напряжения можно записать так:

Условия выбора разъединителей:

Условия выбора трансформаторов тока (измерительных):

Условия выбора трансформаторов напряжения:

Выбор аппаратов выше 1 кВ приведен в таблице 1.4

Таблица 1.4-Выбор аппаратов выше 1 кВ

1.9 Расчет и выбор цеховой электрической сети Электротехнического цеха

1.9.1 Выбор схемы цеховой электрической сети

Цеховые схемы распределения электрической сети должны:

-обеспечивать необходимую надежность электроснабжения приемников электроэнергии в зависимости от их категории;

-быть удобными и безопасными в эксплуатации;

-иметь оптимальные технико-экономические показатели (минимум приведенных затрат;

-иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа;

Схемы цеховых сетей делят на магистральные и радиальные. Линию цеховой электрической сети, отходящую от распределительного устройства низшего напряжения цеховой ТП и предназначенную для питания отдельных наиболее мощных приемников электроэнергии и распределительной сети цеха, называют главной магистральной линией (или главной магистралью).

Главные магистрали рассчитывают на большие рабочие токи (до 6300 А), они имеют небольшое количество присоединений. Магистральные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения, обладают универсальностью и гибкостью (позволяют заменять технологическое оборудование без особых изменений электрической сети). Поэтому их применение рекомендуется во всех случаях, если это не препятствуют территориальное расположение нагрузок, условия среды и технико-экономические показатели. Недостатком магистральных схем является более низкая надежность по сравнению с радиальными схемами, так как исключается возможность резервирования на низшем напряжении однотрансформаторных подстанций при питании их по одной магистрали.

Радиальными схемами являются такие, в которых электроэнергия от источника питания передается непосредственно к приемному пункту и представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, отходящих от РУ низшего напряжения ТП и предназначенных для питания небольших групп приемников электроэнергии, расположенных в различных местах цеха. Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения. Однако они требуют больших затрат на электрооборудование и монтаж.

На основании вышеприведенных рассуждений в качестве схемы внутрицехового электроснабжения электротехнического цеха принимаем радиальную схему. Так как данный цех имеет на своей территории разнородное оборудование, такое как сушильные камеры, станки, мостовой кран, компрессорная установка, размещенные в разных частях цеха, то использование такой схемы электроснабжения является наиболее целесообразным. Кроме того, радиальная схема обеспечивает высокую надежность электроснабжения ответственных потребителей.

1.9.3 Определение расчетных токов

Находим расчетный ток кабельных линий, непосредственно питающих потребителей по формуле:

где — номинальное напряжение сети 0,38 кВ.

Находим ток для камерной печи мощностью Рн =20 кВт

Дальнейшие типовые расчеты токов цехового оборудования сводим в таблицу 1.6

1.9.4 Выбор типа кабелей и их сечений

Таблица 1.6-Расчет токов цехового оборудования

1.9.5 Выбор режима нейтрали в цехе с учетом технологических особенностей потребителей электроэнергии

На Украине принята следующая классификация режимов нейтрали:

-системы с изолированной нейтралью;

-системы с глухозаземленной нейтралью;

Выбор того или иного режима нейтрали электроустановок является результатом учета многих технико-экономических факторов конкретной системы электроснабжения. При выборе способа заземления нейтрали должны учитываться следующие требования:

-надежность работы сетей;

-бесперебойность электроснабжения приемников электроэнергии;

-возможность устранения опасных перенапряжений;

-ограничение электромагнитного влияния на линии связи;

-возможность дальнейшего развития системы без значительной реконструкции;

В электроустановках напряжением до 1 кВ применяются следующие режимы нейтрали:

-глухое заземление нейтрали трансформаторов и генераторов;

-полностью изолированная нейтраль (только у генераторов);

-нормальноизолированная нейтраль трансформатора с включенным в нейтраль или фазу заземленным пробивным предохранителем. В соответствии с ПУЭ в четырехпроводных сетях переменного тока 380/220 В или трехпроводных сетях постоянного тока глухое заземление обязательно.

В результате расчета были получены необходимые обобщающие показатели по всему предприятию, коэффициент мощности на предварительной стадии расчета получился равным 0.61. Следующим этапом являемся выбор схемы внешнего электроснабжения в результате которого была принята схема электроснабжения напряжением 110 кВ, с сооружением ГПП 110/10 кВ. После этого была выбрана схема Внутреннего Электроснабжения, которая представляет собой смешанную схему, как и единственную удовлетворяющую требованиям надёжности электроснабжения. Далее были рассчитаны токи КЗ, выбрано аппаратура высокого напряжения, и был произведен выбор конструктивного исполнения ГПП. На последнем этапе была произведена оценка качества электроэнергии в сети проектируемого предприятия, при этом падения напряжения не превысили допустимых значений.

Правила устройства электроустановок/Минэнерго СССР. – 6-е изд. перераб. и доп. — М. Энергоатомиздат, 1986. — 648 с.

2. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. — М. Энергия, 1973. — 584 с.

3. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий/ Под общей редакцией А.А.Федорова и Г.В.Сербиновского. — М. Энергия, 1973.-Кн.1-2.

4. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети/ Под общей редакцией А.А.Федорова и Г.В.Сербиновского. — 2-е изд. перераб. и доп. — М. Энергия, 1980. — 575 с.

5. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Электрооборудование и автоматизация/ Под общей редакцией А.А.Федорова и Г.В.Сербиновского.- 2-е изд. перераб. и доп.-М. Энергоиздат, 1981.– 624 с.

6. Справочник по проектированию электроснабжения/ Под редакцией В.И.Круповича и др. — 2-е изд. перераб. и доп. — М. Энергия, 1980. – 456 с.

7. Кнорринг Г.М. Справочник для проектирования электрического освещения. 6-е изд. перераб. и доп. — Л. Энергия, 1968. – 991 с.

8. Кнорринг Г.М. Осветительные установки. -Л. Энергоиздат, 1981.-288 с.

9. Справочная книга для проектирования освещения/ Под редакцией Г.М.Кнорринга. -Л. Энергия.- 1976.

10. Указания по компенсации реактивной мощности в распределительных сетях. — М. Энергия.- 1974.

11. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей/ Под редакцией В.М.Блок. — М. Высшая школа, 1981. – 304 с.

12. Электрооборудование промышленных предприятий. Часть вторая/ Я.М.Бунич, А.Н.Глазков, К.А.Кастовский. — М. Стройиздат, 1981. – 392 с.

13. Ермилов А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. — 3-е изд. перераб. и доп. — М. Энергия, 1976. — 368 с.

14. ГОСТ 13109-87. Электрическая энергия. Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения. – М. Издательство стандартов, 1989. – 20 с.

15. Электротехнический справочник. Т.1. Общие вопросы. Электротехни-ческие материалы/ Под ред. В.Г.Герасимова и др. – 7-е изд. испр. и доп. – М. Энергоатомиздат, 1985. – 488 с.

16. Электротехнический справочник. Т.2. Электротехнические изделия и устройства./Под ред. В.Г.Герасимова и др.–М. Энергоатомиздат,1986.–712 с.

Еще работы по физике