Разработка схемы электроснабжения завода торгового машиностроения

Освещение цехов и территории предприятия определить по площади.

Таблица 2 - Характеристики оборудования ремонтно-механического цеха

РЕФЕРАТ

Михайлов М.М. Проект электроснабжения завода торгового машиностроения. Руководитель проекта - доцент к.т.н. Маркин Н.И.

Дипломный проект. Пояснительная записка объемом 134 с. содержит 19 рисунков, 54 таблицы, 29 литературных источников, графическую часть на 6 листах.

Ключевые слова: система электроснабжения, главная понизительная подстанция предприятия (ГПП), распределительное устройство (РУ), компенсация реактивной мощности, силовой трансформатор, кабельная линия.

Цель работы - разработка технологических решений, обеспечивающих надежное электроснабжение завода при минимуме приведенных затрат.

На основании выполненного обзора литературы предложена схема электроснабжения обогатительной фабрики. Рассчитана электрическая нагрузка предприятия, выполнены расчеты и сравнения по приведенным затратам различных вариантов схем электроснабжения. Рассчитаны токи короткого замыкания. Произведен выбор основного оборудования и расчет его параметров с учетом аварийного режима. Рассчитана релейная защита силового трансформатора и синхронного электродвигателя и секционного выключателя. Рассмотрены вопросы охраны окружающей среды и техники безопасности.

Дата Подпись

СОДЕРЖАНИЕ

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

ВВЕДЕНИЕ

1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ РЕМОНТНО-МЕХАНИЧЕСКОГО ЦЕХА

2.1 Определение центра электрических нагрузок цеха

2.2 Определение расчётных нагрузок цеха

2.3 Выбор силовых распределительных пунктов

2.4 Выбор кабелей цеха и аппаратов защиты цеховых сетей

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЗАВОДА

3.1 Определение центра электрических нагрузок предприятия

3.2 Определение расчетных нагрузок завода, построение картограммы нагрузок

3.3 Выбор номинального напряжения линий электропередач, их числа, сечения и марки проводов

3.4 Выбор трансформаторов ГПП, электрической схемы ГПП и места строительства

3.5 Выбор цеховых трансформаторов и схемы внутреннего электроснабжения

3.6 Выбор компенсирующих устройств

3.7 Расчет токов короткого замыкания в системе электроснабжения

3.7.1 Расчет токов КЗ на стороне 35 кВ и 6 кВ ГПП и на стороне 6 кВ ЦТП

3.7.2 Расчет токов КЗ на стороне 0,4 кВ ЦТП

3.7.2 Расчет токов КЗ в цехе

4. ВЫБОР И ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

4.1 Выбор аппаратов на стороне 35 кВ

4.2 Выбор аппаратов на стороне 6 кВ

4.3 Выбор коммутационного оборудования на стороне 0,4 кВ

4.4 Проверка цеховых аппаратов защиты на селективность

5. РАСЧЕТ И ВЫБОР УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

5.1 Защита синхронного двигателя 6 кВ

5.1.1 Токовая отсечка

5.1.2 Максимальная токовая защита от перегрузки

5.1.3 Защита от асинхронного режима

5.1.4 Защита от замыкания на землю в обмотке статора

5.1.5 Защита минимального напряжения

5.2 Защита трансформатора ТП-3

5.2.1 Токовая отсечка

5.2.2 Максимальная токовая защита

5.2.3 Максимальная токовая защита от перегрузки

5.2.4 Защита от однофазных замыканий на землю

5.2.5 Газовая защита

5.3 Защита секционного выключателя

5.3.1 Токовая отсечка

5.3.2 Максимальная токовая защита с выдержкой времени

6. РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА И ГРОЗОЗАЩИТЫ

6.1 Расчёт заземляющих устройств

6.2 Расчет грозозащиты

7. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

7.1 Эксплуатация электроустановок

7.1.1 Требования к электротехническому персоналу

7.1.2 Оперативное обслуживание. Осмотры электроустановок

7.1.3 Порядок и условия производства работ

7.1.4 Организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность работ

7.1.5 Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ со снятием напряжения

7.1.6 Защитные средства, применяемые в электроустановках

7.2 Освещение производственных помещений

7.3 Требования по чрезвычайным ситуациям и пожаробезопасности

7.4 Охрана окружающей среды

8. ВОПРОС ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ПРОРАБОТКИ. МАЛАЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИКА РОССИИ

8.1 Основные понятия

8.2 Достоинства и недостатки малой гидроэнергетики

8.3 Гидропотенциал России

8.4 История развития малой гидроэнергетики России

8.5 Место малой гидроэнергетики среди других ВИЭ

8.6 Ожидаемые сдвиги в энергобалансе

8.7 Возможности восстановления разрушенных МГЭС

8.8 Малые ГЭС Карелии

8.8.1 Действующие малые ГЭС

8.8.1 Перспективные малые ГЭС

8.9 МикроГЭС 10Пр

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящей пояснительной записке использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 12.4.011-89 2001. Система стандартов безопасности труда. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация.

ПОТ Р М-016-2001 Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок.

ППБ 01-03. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации.

ПТЭЭП. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей.

ПУЭ. Правила устройства электроустановок. Издание седьмое.

СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.

ВВЕДЕНИЕ

В дипломном проекте разработана схема электроснабжения завода торгового машиностроения. Исходными данными для разработки являются: генеральный план предприятия, сменность предприятия, номинальные нагрузки цехов, сведения об источнике питания, план цеха, номинальные нагрузки цеха.

Для предприятия принята смешанная схема электроснабжения. Что обеспечивает достаточную надежность питания потребителей I категории, но позволяет избежать излишних затрат материалов.

Произведен расчет компенсации реактивной мощности, расчёт токов короткого замыкания на шинах распределительных устройств. На основе проведенного расчета токов КЗ выбрано оборудование. Рассчитана релейная защита силового трансформатора ТП-3 и синхронного электродвигателя главного корпуса, секционного выключателя. Произведен расчет молниезащиты и заземляющего устройства ГПП. Рассмотрены вопросы охраны окружающей среды и техники безопасности.

1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Основной задачей рассматриваемого завода торгового машиностроения является производство холодильников и торговой мебели.

В состав завода входят комплекс цехов механической и других видов обработки и сборки, цех испытания произведенного холодильного оборудования, а также комплекс вспомогательных цехов и обслуживающих подразделений,

К обрабатывающим цехам относятся: деревообрабатывающий, механический, малярный цеха, цех резки стекла, цех горячего эмалирования, механический корпус. В их задачи входят обработка материалов, создание деталей необходимой формы, придание им нужных параметров с максимальной точностью, а также лакокрасочная обработка и покрытие эмалью комплектующих. В данных цехах применяют высокопроизводительное оборудование: специальные, специализированные и агрегатные станки, станки для непрерывной обработки, многошпиндельные автоматы и полуавтоматы, автоматизированные производственные системы, автоматические линии. Широко применяется многолезвийный и наборный специальный режущий инструмент, быстродействующие, автоматические и механизированные приспособления и др. Условия окружающей среды в данных цехах нормальные, но могут находиться пожароопасные зоны (деревообрабатывающий цех). [1]

Цех заготовки пакетов является сборочным. В них происходит сборка деталей в готовое изделие. Здесь широко используются сварочные аппараты, установки окончательной шлифовки, различные переносные устройства.

К вспомогательным цехам относят: электроцех, занимающийся обслуживанием и ремонтом электроустановок, ремонтно-механический цех.

Ремонтно-механический цех (РМЦ) является основным ремонтным подразделением предприятия. Его назначение - изготовление и ремонт запасных частей для основного и вспомогательного оборудования. РМЦ имеет большой станочный парк: токарные, сверлильные, заточные станки и т.д. Так же на территории РМЦ располагается сварочный участок, где выполняются работы по ремонту деталей (трещин, дефектов литья, наплавке износостойких покрытий и т.д). На базе этого цеха можно выполнять как простые, так и сложные ремонты. [2]

Склады предприятия, среди которых центральный, вспомогательный и склад металлов предназначены для хранения материалов, комплектующих и готовой продукции, а также служат промежуточным звеном между сборкой и отгрузкой в транспортном цехе предприятия.

Транспортный цех осуществляет планирование всех перевозок и грузовых работ, организацию производства перевозок, оперативное управление эксплуатацией транспорта и его ремонт, учет работы транспортного хозяйства.

Основные задачи организации внутрипроизводственного транспорта:

- обеспечение своевременного и бесперебойного обслуживания транспортом производства, материально-технического снабжения и сбыта;

- комплексная механизация и автоматизация всех транспортных операций;

- снижение расходов по транспортировке грузов и людей и повышение производительности труда работников, обслуживающих транспортные средства.

Роль транспортного хозяйства не ограничивается механическим перемещением материалов, полуфабрикатов и готовых изделий. В обслуживании производственного процесса этот транспорт является организующим фактором, непосредственно влияющим на бесперебойную ритмичную работу и на технико-экономические показатели предприятия. [3]

Компрессорная завода обеспечивает цеха, необходимым для технологии производства, сжатым воздухом.

Заводская котельная выполняет функции одного из источников теплоснабжения.

Заводоуправление и столовая относятся к административным и культурно-бытовым зданиям.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ РЕМОНТНО-МЕХАНИЧЕСКОГО ЦЕХА

2.1 Определение центра электрических нагрузок цеха

В целях экономии проводникового материала и электроэнергии ЦТП рекомендуется устанавливать в центре электрических нагрузок цеха.

Координаты ЦЭН, м, определяются по формулам

, (1)

, (2)

где - координаты i-го электроприемника, м;

- расчетная мощность i-го электроприемника, кВт, которая определяется по формуле

, (3)

где - коэффициент использования i-го электроприемника [4];

- номинальная мощность i-го электроприемника, кВт.

Все расчеты сводим в таблицу 3.

Таблица 3 - Определение ЦЭН цеха

Координаты ЦЭН цеха: .

2.2 Определение расчётных нагрузок цеха

Расчётную нагрузку электроприёмников определяем методом упорядоченных диаграмм.

Расчётная максимальная нагрузка группы электроприёмников, кВт, определяется по формуле

, (4)

где - групповой коэффициент максимума [4];

- средняя мощность группы электроприёмников за наиболее загруженную смену, кВт, которая определяется по формуле

, (5)

где - номинальная мощность группы приемников, кВт;

К_и - групповой коэффициент использования, который определяется по формуле

, (6)

Групповой коэффициент максимума рассматривается как функция двух переменных, которая представлена в [4] таблично:

, (7)

где - эффективное число электроприёмников, которое определяется по формуле

. (8)

Эффективным числом электроприемников называют такое число одинаковых по мощности и по режиму работы электроприемников, которое даёт туже величину расчётного максимума, что и группа различных по мощности и режиму работы электроприемников.

Расчётная реактивная нагрузка группы электроприёмников, кВАр, определяется по формуле

, (9)

где - коэффициент максимума реактивной нагрузки, определяем по [4].

- средняя реактивная нагрузка за наиболее загруженную смену, кВАр, определяемая по формуле

, (10)

где - средневзвешенное значение тангенса угла сдвига фаз между током и напряжением.

Суммарная нагрузка цеха , кВА, рассчитывается по формуле

(11)

где , - активная и реактивная мощности на освещение соответственно, определяемые по формулам:

, (12)

, (13)

где - нагрузка производственной площади, кВт/м²;

F - площадь цеха, м²;

К_с.о.- коэффициент спроса на осветительную нагрузку;

- тангенс угла сдвига фаз между током и напряжением, определяемый по .

Для освещения цеха принимаем люминесцентные лампы. Коэффициент мощности люминесцентных ламп cosц_о = 0,9 [5].

Значение удельной мощности на каждые 100 лк освещенности при использовании ламп типа ЛБ составляет [6], тогда при требуемой освещенности цеха 300 лк нагрузка производственной площади .

Коэффициент спроса для производственных зданий, состоящих из отдельных крупных пролетов 0,95 [5].

Площадь цеха F = 864 м².

Аварийное освещение составляет 30% от рабочего. Аварийное и рабочее освещение подключаются на разные шины ЦТП.

Расчетный ток, А, определяем по формуле

(14)

Все расчеты сводим в таблицу 4.

Таблица 4 - Расчётные нагрузки цеха

2.3 Выбор силовых распределительных пунктов

Для цеха используем распределительные пункты серии ПР компании ЭТМ [6]. Они предназначены для распределения электрической энергии и защиты электрических установок при перегрузках и токах короткого замыкания, для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей. Параметры выбранных распределительных пунктов сводим в таблицу 5 .

Таблица 5 - Параметры выбранных распределительных пунктов

2.4 Выбор кабелей цеха и аппаратов защиты цеховых сетей

В цехе выбрана радиальная схема электроснабжения вследствие небольших размеров цеха и расстояний между приёмниками электрической энергии. Подвод электроэнергии к нагрузке осуществляется как от силовых пунктов, так и непосредственно от РУ к крупным электроприёмникам. Распределение электроэнергии по цеху осуществляется кабелем марки АВВГ [7] в кабельных каналах и трубах. АВВГ - кабель силовой с алюминиевыми жилами с изоляцией и оболочкой из поливинилхлоридного пластиката, без защитного покрова.

Определяем сечение жил кабелей цеховой сети по нагреву:

, (15)

где - длительно допустимый ток проводника стандартного сечения, А, выбираем по ПУЭ.

Диаметр труб, мм, находим по формуле

, (16)

где - наружный диаметр провода [8];

- число кабелей соответствующего диаметра.

Каждый кабель прокладываем в отдельной трубе.

Для каждого приемника выбираем автоматический выключатель. Принимаем к установке автоматы ВА88 [9]. Номинальный ток теплового расцепителя автомата выбираем по номинальному току приемника из условия

. (17)

Все расчеты сводим в таблицу 6.

Таблица 6 - Выбор кабелей и устройств защиты цеха

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЗАВОДА

3.1 Определение центра электрических нагрузок предприятия

Экономически наиболее выгодным считается расположение главной понижающей подстанции в ЦЭН предприятия, координаты которого определяем по формулам

; (18)

, (19)

где - координаты ЦЭН i-го цеха, м, принимаем координаты геометрического центра цеха;

- расчетная Р мощность i-го цеха, кВт, которая определяется по формуле

, (20)

где - коэффициент спроса i-го цеха [10];

- номинальная мощность i-го цеха, кВт.

Все расчеты сводим в таблицу 7.

Таблица 7 - Определение ЦЭН предприятия

Координаты ЦЭН завода:

3.2 Определение расчетных нагрузок завода, построение картограммы нагрузок

Расчетные нагрузки для цехов предприятия определяем методом коэффициента спроса. Расчетные нагрузки для группы приемников , кВт, и , кВар, определяются по формулам

; (21)

. (22)

Для узлов системы электроснабжения напряжением свыше 1000 В отдельных цехов (в нашем случае это компрессорная с синхронными двигателями 6 кВ) дополнительно рассчитываем потери в цеховых трансформаторах по формулам

; (23)

, (24)

где - расчетная активная нагрузка цеховых подстанций, кВА.

Нагрузки электрического освещения , определяются по формулам (12), (13).

Полная расчётная нагрузка цехов предприятия, кВА, определяется по формуле

. (25)

Все расчеты сводим в таблицу 8.

Таблица 8 - Расчет нагрузок предприятия

На основании рассчитанных значений строим картограмму нагрузок, она представляет собой план предприятия с нанесенными на нем окружностями, центры которых совпадает с центрами нагрузок цехов, а площади пропорциональны величине расчетных нагрузок цехов. Радиус окружности, мм, определяем по формуле

, (26)

где - масштаб мощности. Принимаем кВт/мм².

Для представления о том какая часть мощности используется для освещения цеха, на окружности выделяем сектор, угол которого пропорционален осветительной нагрузке цеха. Угол сектора определяем по формуле

(27)

Все расчеты сводим в таблицу 9.

Таблица 9 - Расчет картограммы нагрузок предприятия

3.3 Выбор номинального напряжения линий электропередач, их числа, сечения и марки проводов

Так как питание предприятия осуществляется от подстанции энергосистемы, на которой установлены два трансформатора мощностью 37/6,3 кВ, то выбираем внешнее электроснабжение на напряжении 37 кВ.

Выберем марку проводов для напряжения 35 кВ.

Определяем расчетный ток, А, исходя из расчётной полной нагрузки и выбранного значения номинального напряжения по формуле

, (28)

где n - число цепей линии, определяемое требуемой надёжностью электроснабжения. Так как на предприятии есть потребители I и II категории, то выбираем двухцепную линию. Опоры железобетонные с одновременной подвеской двух цепей.

А.

По величине расчетного тока и экономической плотности тока j, определяем нестандартные сечения проводов линий высокого напряжения, мм², по формуле

, (29)

где j_э - экономическая плотность тока; j_э = 1,1;

мм².

Согласно ПУЭ минимально допустимое сечение по условиям механической прочности для двухцепной линии и сталеалюминиевого провода равно 120 мм², поэтому по [11] выбираем провод марки АС - 120. Провод, состоящий из стального сердечника и алюминиевых проволок, у которого удельное активное и реактивное сопротивления и предельно допустимый ток соответственно

Проверяем выбранный провод по нагреву.

Ток форсированного режима, кА, определяем по формуле

Условие выполняется.

Потери напряжения, В, определяем по формуле

, (31)

где r_л и x_л - соответственно активное и индуктивное сопротивление линии, Ом;

В.

Относительные потери напряжения, %, определяем по формуле

, (32)

Значение падения напряжения не превышает допустимого ().

Провода напряжением 35 кВ на коронирование не проверяются.

3.4 Выбор трансформаторов ГПП, электрической схемы ГПП и места строительства

На заводе присутствуют потребители 1 и 2 категорий, поэтому принимаем число трансформаторов равное двум. Применяем комплектную подстанцию с трансформаторами, имеющими РПН.

Выбираем мощность трансформаторов, кВА, по условию:

, (33)

где n - количество трансформаторов;

К_з - коэффициент загрузки, К_з = 0,7 для двухтрасформаторной подстанции;

кВА.

Принимаем мощность трансформаторов МВА, по [12] выбираем трансформаторы типа ТМН-10000/35 силовой, трехфазный масляный с регулированием напряжения под нагрузкой.

Для строительства ГПП выбираем свободную территорию с учетом того, чтобы она была как можно ближе к центру электрических нагрузок предприятия, не находилась на месте транспортных коммуникаций.

Под строительство ГПП отводим площадь 37,8*33,6 м² [11].

Проверяем трансформатор по перегрузочной способности при аварийном отключении второго трансформатора по формуле

(34)

Трансформаторы проходят по перегрузочной способности. Таким образом, окончательно принимаем к установке на ГПП два трансформатора типа ТМН-10000/35.

В качестве схемы ГПП принимаем схему, состоящую из двух блоков с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линии. Схема приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема ГПП

3.5 Выбор цеховых трансформаторов и схемы внутреннего электроснабжения

Выбор схемы внутреннего электроснабжения фабрики определяется размещением ГПП и цеховых подстанций на территории предприятия и зависит от числа цеховых подстанций. Схема внутреннего электроснабжения включает в себя распределительные сети высокого и низкого напряжения.

При проектировании схемы необходимо учитывать следующие факторы:

- отсутствие на предприятии собственных источников питания;

- наличие транспортных коммуникаций;

- требуемая надежность электроснабжения потребителей;

- наличие цехов с малой потребляемой мощностью.

В качестве основной схемы при выборе рассмотрим смешанную схему питания цехов. Ввиду наличия приемников 1 и 2 категории в каждой ЦТП устанавливаем по два трансформатора. Каждую ЦТП будем запитывать по двум кабельным линиям, присоединённым к разным секциям шин на ГПП.

В таблице 10 указана категорийность приёмников электроэнергии.

Таблица 10 - Категории надежности приёмников электроэнергии

Рассмотрим два варианта схем на напряжении 6 кВ. Выбор конкретной схемы внутреннего электроснабжения выполняется на основе технико-экономического сравнения вариантов. Наилучший вариант выбирают из условия минимума приведенных затрат. Варианты схем внутреннего электроснабжения представлены на рисунках 4 и 5.

В таблицах 11 и 12 произведен расчет мощности и стоимости КТП по первому и второму вариантам. Трансформаторы, КТП и цены на них выбираем из [13]. Номинальную мощность трансформаторов ЦТП определяем по формуле (33).

В таблицах 13 и 14 произведена оценка стоимости кабельной сети и параметров её использования по первому и второму вариантам. Кабель и цены выбираем из [7]. Расчетный ток, А, определяем по формуле

, (35)

где 1,25 - коэффициент допустимой перегрузки.

Потери напряжения определяем по формуле (31).

Стоимость сети, тыс. руб., определяем по формуле

, (36)

где - количество кабелей;

- стоимость одного километра кабеля.

Годовые потери электрической энергии, кВт, определяем по формуле

, (37)

где - время использования максимума потерь.

Стоимость потерь энергии в линии в год, тыс. руб., определяем по формуле

, (38)

где - стоимость 1 кВтч потерь электроэнергии, принимаем равной 2,1 руб.

На 6 кВ принимаем кабель ААБл - силовой с бумажно-пропитанной изоляцией, с алюминиевыми жилами, с броней из двух стальных лент, покрытый алюминиевой оболочкой. На 0,4 кВ - кабель АВБбШв - силовой с изоляцией из ПВХ, с алюминиевыми жилами, с броней типа БбШв из двух стальных лент, покрытый оболочкой из ПВХ пластика.

Прокладку кабелей осуществляем в траншеях глубиной 0,7 м.

Таблица 11 - Выбор КТП по первому варианту электроснабжения

Таблица 12 - Выбор КТП по второму варианту электроснабжения

Таблица 13 - Оценка стоимости кабельной сети и параметров её использования по первому варианту

Таблица 14 - Оценка стоимости кабельной сети и параметров её использования по второму варианту