Проектирование внутризаводского электроснабжения завода

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Электроэнергетика более чем какая-нибудь другая отрасль народного хозяйства определяет уровень экономического развития страны. Так, связи с этим в настоящее время эта отрасль широко развивается, и как составляющая ее, система электроснабжения промышленных предприятий.

Под системой электроснабжения понимается совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией.

Системы электроснабжения, обеспечивая электрической энергией, промышленные объекты оказывают существенное влияние на работу электроприводов, осветительных, преобразовательных установок и, в конечном счете, на производственный процесс в целом.

Надежное и экономичное снабжение электроприемников электроэнергией требуемого качества - необходимое условие нормального функционирования любого промышленного предприятия. В связи с этим специалисты в области электроснабжения должны иметь глубокие знания целого комплекса вопросов проектирования электроустановок промышленных объектов. Знать основы проектирования весьма важно, так как именно в проекте формируется структура системы электроснабжения и закладываются основные свойства, определяющие её технические, эксплуатационные и экономические показатели.

Целью данного курсового проекта является разработка схемы внутризаводского электроснабжения завода по выпуску кабельной продукции.

Задачей курсового проекта является приобретение навыков выполнения схем электроснабжения удовлетворяющих требованиям надежности, экономичности, гибкости, безопасности систем электроснабжения и условиям окружающей среды помещений; выполнения расчетов электрических нагрузок на ПЭВМ.

При проектировании внутризаводского электроснабжения завода необходимо рассмотреть и выбрать:

- возможность применения для электроснабжения завода ГПП или ГРП;

- способ выполнения внутризаводской распределительной сети (по радиальной, магистральной или смешанной схеме);

- напряжение распределительной сети завода;

- компенсирующие устройства на напряжение выше 1000 В; -трансформаторы ЦТП;

- коммутационную и защитную аппаратуру. При рассмотрении выше перечисленных вопросов необходимо учитывать надежность, экономичность, гибкость, безопасность систем электроснабжения и условия окружающей среды помещений.

В графической части проекта выполнен чертеж генплана предприятия с картограммой нагрузок и электрической сетью предприятия и схема электроснабжения завода.



1. ХАРАКТЕРИСТИКА И АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ВНЕШНЕГО И ВНУТРЕННЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

электрический нагрузка картограмма напряжение

Согласно ПУЭ электроприемники промышленных предприятий по требуемой степени бесперебойности электроснабжения подразделяются на три категории: I-й категории; II-й категории и III-й. При проектировании систем электроснабжения также необходимо учитывать условия окружающей среды. Окружающая среда и электроустановки взаимно влияют друг на друга, что может иметь негативные последствия. Характеристика цехов предприятия по надежности электроснабжения и условиям окружающей среды приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика цехов по надежности электроснабжения и условиям окружающей среды

№	Наименование цеха	Руст, кВт	Категория надежности электроснабжения	Характеристика окружающей среды
1	Волочильный	1100	II	Нормальная
2	Отжига	1620	II	Пожароопасная
3	Производства проволоки	380	II	Нормальная
4	Производству кабелей	560	II	Нормальная
5	Механический	440	III	Нормальная
6	Ремонтно-строительный	120	III	Нормальная
7	Гараж	120	III	Нормальная
8	Котельная	390	II	Взрывопожароопасная
9	Ремонтно-механический	300	III	Нормальная
10	АБК	400	III	Нормальная

Большинство цехов завода относятся ко II категории надежности электроснабжения, поэтому электроснабжение этих цехов необходимо выполнять от двух источников питания в целях повышения надежности электроснабжения.

Для цехов третьей категории надежности, электроснабжение будет производиться от одного источника питания.

Большинство цехов по характеристики окружающей среды являются нормальными, однако имеются цеха взрывоопасные, электроснабжение которых должно осуществляться с помощью оболочек, кожухов, защитных покрытий. Большое значение будет иметь правильное размещение электрооборудование на территории предприятия.

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЦЕХОВ И ЗАВОДА В ЦЕЛОМ

Силовую нагрузку цехов просчитаем методом коэффициента спроса по следующим формулам

; (2.1)

(2.2)

где КС - коэффициент спроса, (табл.4.1 [7]);

- коэффициент реактивной мощности, (табл.4.1 [7]).

Приведем пример расчета для РМЦ:

;

.

Расчет для остальных цехов аналогичен. Результаты расчета силовых нагрузок цехов завода приведены в таблице 2.

Расчетную осветительную нагрузку цехов найдем методом коэффициента спроса на примере РМЦ:

(2.3)

где - площадь цеха, м2;

- коэффициент спроса осветительной нагрузки;

- коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре; для ламп типа ДРЛ [5], для люминесцентных ламп с электронными ПРА;

- удельная мощность осветительной нагрузки; .

По [8] табл. 6.14 определяем для освещенности

Коэффициент спроса принимаем равным [5, стр.195] .

Площадь цеха .

.

Находим полную нагрузку РМЦ:

=;

=201,4 кВА.

Результаты расчета для остальных цехов представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Расчет силовых, осветительных и суммарных нагрузок цехов

№ цеха на плане	Наименование цеха	Руст, кВт		cos		Силовая нагрузка	Осветительная нагрузка	Полная нагрузка
						, кВт	, кВар	м2		Русто, кВт		кВт	, кВт	, кВар	, кВА
1	Волочильный	1100	0,3	0,7	1,020	330	336,7	10064	5,1	51,3	0,85	48,0	378,0	336,7	506,2
2	Отжига	1620	0,8	0,85	0,620	1296	803,2	10804	5,1	55,1	0,85	51,5	1347,5	803,2	1568,7
3	Производства проволоки	380	0,4	0,75	0,88	152	134,1	10608	5,1	54,1	0,85	50,6	202,6	134,1	242,9
4	Производства кабелей	560	0,4	0,75	0,882	224	197,5	36260	5,1	184,9	0,85	172,9	396,9	197,5	443,4
5	Механический	440	0,3	0,7	1,02	132	134,7	5984	6,8	40,7	0,85	38,0	170,0	134,7	216,9
6	Ремонтно-строительный	120	0,4	0,7	1,02	48	49,0	9360	10,2	95,5	0,85	89,3	137,3	49,0	145,7
7	Гараж	120	0,5	0,7	1,020	60	61,2	14400	6,8	97,9	0,85	91,6	151,6	61,2	163,5
8	Котельная	390	0,7	0,75	0,882	273	240,8	11280	5,1	57,5	0,85	53,8	326,8	240,8	405,9
9	Ремонтно-механический	300	0,3	0,7	1,020	90	91,8	9360	10,2	95,5	0,85	89,3	179,3	91,8	201,4
10	АБК	400	0,4	0,6	1,33	160	213,3	15244	6,6	100,6	0,8	80,5	240,5	213,3	321,5
Итого	5430	-	-	-	2765	2262,2	-	-		-	765,4	3530,4	2262,2	4193,0

Суммарная полная нагрузка всех цехов рассчитывается по формуле:

Определяем расчетную нагрузку завода в целом:

(2.4)

(2.5)

где - коэффициенты одновременности максимумов активной и реактивной нагрузки соответственно, учитывают разновременность максимумов нагрузки отдельных цехов предприятия;

- активные и реактивные потери мощности в распределительной сети завода:

; (2.6)

(2.7)

где - потери активной и реактивной мощности в линиях электропередачи на территории завода;

- потери активной и реактивной мощности в трансформаторах.

На стадии, когда нет схем электроснабжения и отсутствуют сведения об ее элементах, потери мощности в них допускается определять по приближенным выражениям:

· для кабелей

,

· для трансформаторов

,

.

Тогда по формулам 2.4 и 2.5:

Полная расчетная нагрузка завода:

Коэффициент реактивной мощности нагрузки завода:

3. СОСТАВЛЕНИЕ КАРТОГРАММЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВНОГО ЦЕНТРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЗАВОДА

При проектировании систем электроснабжения важным вопросом является нахождение оптимального размещения на территории промышленного предприятия (генплане) подстанций. Размещение всех подстанций должно удовлетворять минимуму приведенных затрат на систему электроснабжения.

Общим правилом при выборе месторасположения подстанций всех мощностей и напряжений является необходимость расположения их как можно ближе к центру питаемых ими групп нагрузок. Отступление от этого правила приводит к дополнительным приведенным затратам и росту потерь электроэнергии.

Для определения месторасположения подстанций на генеральном плане наносится картограмма электрических нагрузок. На картограмме электрические нагрузки цехов изображаются в виде кругов (Лист графической части 1). Площади кругов в определенном масштабе отображают величины электрической нагрузки цеха.

В данной курсовой работе построена картограмма электрических нагрузок завода кабельной продукции.

Каждому цеху соответствует своя определенная окружность, центр которой совпадает с центром тяжести фигуры, изображающей цех, а радиус окружности определяется по выражению [5]:

где - расчетная нагрузка i-го цеха;

m - масштаб для определения площади круга, принимаем 1,3 кВт/мм2.

Каждый круг разделен на секторы, соответствующие величинам силовой и осветительной нагрузок. Угол сектора осветительной нагрузки в градусах определяется по выражению [5]:

где - расчетная осветительная нагрузка i- го цеха, кВт, из табл. 2.

Определение электрического центра нагрузок (ЦЭН) производится несколькими методами, а именно по методике Федорова, суть которой состоит в следующем: считая, что нагрузки цеха равномерно распределены по его площади, принимают центр нагрузки совпадающий с центром тяжести фигуры, изображающей на генплане цех. При нахождении на генплане ЦЭН всего предприятия необходимо определить центр тяжести данной системы масс. Таким образом по аналогии между массами и электрическими нагрузками цехов, координаты ЦЭН всего предприятия определяются по формуле:

где - координаты i-го узла нагрузки.

Найденный ЦЭН есть некоторая постоянная точка, которая носит условный характер. В действительности она не будет постоянной, т.к. изменяется потребляемая мощность электроприемников и всего предприятия, происходит изменение режимов работы предприятия по сменам, развитие предприятия.

Согласно вышесказанного определим ЦЭН.

Например, для РМЦ координаты центра нагрузки равны:

;

.

Расчетные величины силовой и осветительной нагрузки берем из табл. 2, тогда радиус окружности цеха определяем по (3.1):

определяем центральный угол, пропорциональный осветительной нагрузке:

Расчет для всех остальных цехов аналогичен. Полученные результаты представлены в таблице 3.

Определим координату условного центра электрических нагрузок комбината хлебопродуктов:

Таблица 3 - Картограмма электрических нагрузок завода

№ на плане	Наименование цеха	F, м2	Рробщ, кВт	Рросв, кВт	Х, м	Y, м	Ri, м	, град
1	Волочильный	10064	378,0	48,0	202	283	11,0	45,7
2	Отжига	10804	1347,5	51,5	53	259	20,7	13,8
3	Производства проволоки	10608	202,6	50,6	96	432	8,0	89,9
4	Производства кабелей	36260	396,9	172,9	481	405	11,2	156,8
5	Механический	5984	170,0	38,0	60	84	7,4	80,5
6	Ремонтно-строительный	9360	137,3	89,3	204	87	6,6	234,1
7	Гараж	14400	151,6	91,6	348	108	6,9	217,5
8	Котельная	11280	326,8	53,8	623	260	10,2	59,3
9	Ремонтно-механический	9360	179,3	89,3	440	279	7,6	179,3
10	АБК	15244	240,5	80,5	577	89	8,8	120,5

4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПО УКРУПНЕННЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ ВЫБОРА НАПРЯЖЕНИЯ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Целью технико-экономических расчетов является определение оптимального варианта схемы и параметров в электрической сети и ее элементов. Расчетная нагрузка завода в целом составляет:,

Единичная мощность трансформатора связи с энергосистемой 32 МВА:

, ,

При рассмотрении вариантов внешнего электроснабжения критерием экономичности является минимум приведенных затрат.

(4.1)

где, - нормативный коэффициент экономической эффективности, равный 0,15;

- капитальные вложения состоящие из капитальных затрат на сооружение питающей линии, установку высоковольтной аппаратуры и установок силовых трансформаторов, тыс.руб.

- ежегодные эксплуатационные расходы, тыс.руб.

(4.2)

где, - капитальные вложения на сооружения питающей линии, тыс.руб;

- капитальные вложения на установку высоковольтной аппаратуры, тыс. руб;

- капитальные вложения на установку силовых трансформаторов.

(4.3)

где, - издержки, связанные с потерями электроэнергии в элементах сети, тыс.руб.

- издержки на амортизацию линий или подстанций, тыс.руб.;

- издержки на эксплуатацию линий или подстанций, тыс.руб.

Для электроснабжения завода требуется рассмотреть два варианта. По первому варианту электроснабжения предполагается осуществлять по кабельной линии напряжением



Рис.4.1 - Схемы внешнего электроснабжения

Сечения кабеля выбираем по допустимому току.

1. Находим расчетный ток кабеля:

2.Определяем экономически целесообразное сечение кабельной линии:

Экономическая плотность тока для линий, выполненных алюминиевыми кабелями с пластмассовой изоляцией и Тм=4000 часов , по табл.1.3.36 ПУЭ равна = 1,7 А/мм2.

где - экономическая плотность тока, А/мм2.

Выбираем кабель АпВП 3(1х120) с допустимым током 288 А.

4. Проверяем выбранный кабель по условию нагрева:

(4.4)

(4.5)

где, - поправочный коэффициент учитывающий число рядом проложенных кабелей, принимаем равный 0,9;

- коэффициент, учитывающий отличия температуры от номинальной, принимаем равный 1;

- коэффициент перегрузки в аварийном режиме, принимаем равный 1,17 (установлен заводом-изготовителем).

условие не выполняется, выберем кабель марки АпВП 3(1х185) с допустимым током 365 А.

Рассмотрим второй вариант схемы внешнего электроснабжения завода. Принимаем схему внешнего электроснабжения с ГПП, в которой предполагается осуществить электроснабжение завода на напряжение 110 кВ проводами марки АС.

Рис.4.2 - Схемы внешнего электроснабжения



Трансформаторы на ГПП выбираем исходя из условия:

(4.6)

где, - коэффициент допустимой систематической перегрузки трансформатора;

- суммарная расчетная мощность;

- количество трансформаторов.

Выбираем трансформатор для ГПП марки ТМН-6300/110. [3]

Определяем расчётный ток в часы максимума системы по формуле:

(4.7)

Сечение проводов линий так же выбираем по экономической плотности тока , которая для высоковольтных линий принимается равной 1.1 А/м2:

(4.8)

По шкале стандартных сечений выбираем, с учётом короны находим ближайшее значение сечения. Выбираем провод марки АС-70/11 с

Делаем проверку провода по нагреву в после аварийном режиме:

(4.9)

(4.10)

Проверка выполнятся, окончательно принимаем провод марки АС-70/11.

Определяем величины капитальных вложений для двух вариантов. Расчет будем производить в российских рублях.

Таблица 3.1 - Расчет капиталовложений по двум вариантам

Оборудование	Стоимость единицы, руб.	Вариант 1	Вариант 2
		Ед. изм/кол-во	стоимость, тыс. руб.	Ед. изм/кол-во	стоимость, тыс. руб.
3хАПвП-10-1х185	1329	км	10366,2	км	--
		2х3,9		--
Ячейка КРУ 3КВЭ-10РН с выключателем ВВ/TEL	374492	шт.	3370,4	шт.	--
		9		--
ВЛ 110 кВ со свободно стоящими железобетонными опорами	6242,6	м	--	100 м	486,9
		--		2х39
ГПП с ТР ТМН-6300/110	3500000	шт.	--	шт.	7000
		--		2
Итого:			13736,6		7486,9

Поскольку на данном этапе расчетов не известна схема электроснабжения завода, то было принято на ЦРП девять выключателей в составе ячеек КРУ (2 вводных, 1 секционный, 6 отходящих линий к ТП).



Таблица 3.2. Расчёт отчислений на амортизацию и обслуживание.

Оборудование	Стоимость, тыс. руб.	Амортизация	Обслуживание
		ра, %	ст-ть, тыс. руб.	робсл, %	ст-ть, тыс. руб.
Кабельная линия 6 кВ	10366,2	4	414,6	2,3	238,4
КРУ - 6 кВ	3370,4	4,4	148,3	3	101,1
ВЛ 110 кВ	486,9	2	9,7	0,4	19,5
ГПП	7000	4,4	308,0	2	140,0
Итого 1 вар-т	13736,6	--	562,9	--	339,5
Итого 2 вар-т	7486,9	--	317,7	--	159,5

Определяем стоимость потерь электрической энергии:

(4.11)

Время наибольших потерь определяется по выражению:

(4.12)

Вариант 1:

Потери мощности в кабельной линии 6 кВ:

(4.13)

Условимся, что завод работает в две смены, тогда Тм=4000 часов.

Определим время максимальных потерь:

Потери электрической энергии:

(4.14)

Переводя в российский рубль получим

Вариант 2:

Для трансформатора выписываем данные:

Рассчитываем потери электроэнергии в трансформаторе:

(4.15)

где - количество трансформаторов, шт.;

- потери холостого хода, кВт;

- потери короткого замыкания, кВт.

Рассчитываем потери в ВЛ:

Переводя в российский рубль получим

Посчитаем ежегодные эксплуатационные расходы:

1. вариант:

2.варинт:

В результате проведенных технико-экономических расчетов наиболее целесообразнее питание производить воздушной линией 110 кВ.

Выбор напряжения внешнего электроснабжения.

При решении задач о рациональном напряжении в общем случае следует предварительно определить нестандартное напряжение, при котором имели бы место минимальные затраты. Зная такое напряжение, можно вернее выбрать целесообразное стандартное напряжение применительно к каждому конкретному случаю.

Например, напряжение внешнего электроснабжения ориентировочно можно определить по следующим формулам:

· по формуле Илларионова:

Поскольку по экономическим соображениям наиболее целесообразно проводить воздушную линию 110 кВ, то на проектируемом заводе будет располагаться ГПП.

Размещено на Allbest.ur