Проектирование системы электроснабжения завода станкостроения. Электроснабжение цеха обработки корпусных деталей

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

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 cos j.

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 nэ по формуле:

nэ = . (2.3)

Найденное значение nэ округляется до ближайшего меньшего числа.

Если значение эффективного числа электроприемников nэ получается больше фактического числа n, то принимают nэ равным n. Если мощности всех электроприемников в группе одинаковы или отношение Pн.макс./Pн.мин. Ј 3, то также принимают nэ= n.

Для нахождения расчетного коэффициента Кр определяем групповой коэффициент использования всех присоединенных к ШР электроприемников, который вычисляется по формуле:

Ки = (2.4)

где еPСМ - 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 = КрSКиPн = КрSPСМ (2.5)

Qр = 1,1КиРнtgj = 1,1QСМ при nэ Ј 10 (2.6)

Qр = КиPнtgj = 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 n і 20-25, а так же при отсутствии полного перечня мощностей ЭП, эффективное число nэ определяют по упрощенному выражению:

nэ = (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 ру.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 = КсРу (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

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 еPн, еРСМ., еQСМ 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 = КоеКиРн = КоеРс.р.(2.14)

Qp = КоеКиРнtgj = КоеQс.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 I категории 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. і 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 кВЧА, 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 Ј 15000 кВ.АЧм. (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 = + DN = 6,56 + 0,44 = 7

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. = = 3187,5 кВар

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:

Qнбкi = ; (4.7)

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 ґ 75 = 150 кВар

Qбк2 = 2 ґ 300+2 ґ 50 = 700 кВар

Qбк3 = 2 ґ 300+2 ґ 50 = 700 кВар

Qбк4 = 2 ґ 200+2 ґ 75 = 550 кВар

Тип конденсаторных батарей:

2 ґ УКБН-0,38-75-50 УЗ Qн = 75 кВар

2 ґ УКБН-0,38-50 - 50УЗ Qн = 50 кВар

2 ґ УКБН-0,38-200-50 УЗ Qн = 200 кВар

2 ґ УКБН-0,38-300-50 УЗ Qн = 300 кВар

Уточняем количество и мощность трансформаторов.

Для этого определяем полную расчетную мощность цеха:

Spi = (4.8)

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 = + DN = 4,35 + 0,65 = 5

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. = = 2242,5 кВар

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 ґ 135 = 270 кВар

Qбк2 =2 ґ 135 = 270 кВар

Qбк3 =2 ґ 135 = 270 кВар

Тип конденсаторных батарей:

2 ґ 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 ґ 1000

5 ПОТЕРИ В СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ

Определение коэффициента загрузки трансформатора: среднесменный

Кзсм = (5.1)

расчётный определяем по формуле (3.1)

Определение реактивных потерь холостого хода и короткого замыкания

∆Qxx = , (5.2)

где Iхх – ток холостого хода

∆Qкз = , (5.3)

где Uкз – напряжение короткого замыкания

Определение среднесменных потерь в трансформаторах

∆Рсм = n·(∆Рхх + К2зсм·∆Ркз), (5.4)

где ∆Рхх – активные потери холостого хода;

∆Ркз – активные потери короткого замыкания;

∆Qсм = n·(∆Qхх + К2зсм·∆Qкз) (5.5)

Определение расчётных потерь в трансформаторах

∆Рр = n·(∆Рхх + К2зр·∆Ркз) (5.6)

∆Qр = n·(∆Qхх + К2зр·∆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.

Если потери в трансформаторах определяются в целом по