Характеристика потребителей электроэнергии

Министерство образования Украины

 

Донецкий политехнический техникум

 

Курсовой проект

 

на тему: “Электроснабжение промышленных предприятий

 

 

 

 

Руководитель проекта

 

 «____»_________2010г.

 

 

Проект разработал

 

 «____»_________2010г.

 

2010

СОДЕРЖАНИЕ

 

Общая часть

1.1 Характеристика потребителей электроэнергии

1.2 Расчет электрических нагрузок

1.3 Компенсация реактивной мощности

1.4 Выбор места расположения ГПП

1.5 Выбор числа и мощности трансформаторов

1.6 Выбор схемы внешнего электроснабжения

1.7 Выбор схемы внутреннего электроснабжения

Специальная часть

Расчёт токов короткого замыкания

2.2 Выбор электрооборудования

3. Выбор и расчет релейной защиты

4. Расчёт заземляющего устройства

5. Мероприятия по технике безопасности при обслуживании цеховых ТП

Литература

 

Приложение А Курсовое задание

 

 

                                        

Вариант № 14

Тема проекта ׃ Электроснабжение завода

Исходные данные ׃

1. Ситуативный план завода

Масштаб ׃ 1см – 50м.

Данные о нагрузках завода                             Цех № 1. I категория

№	Наименование электрооборудования	Кол-во электроприёмников	РU при ПВ = 100%, кВт			Ku
			Рн min/max	Робщ
1	Станки	4/3	5-21	51	3	0,2	0,65/1,17
2	Транспортеры	13/10	7-4,5	160	1,56	0,45	0,75/0,88
3	Нагреватели	10/6	40-10	200	4	0,6	1/0
4	Мельницы	2	20	40	13,33	0,65	0,8/0,75

Цех №2             Рр=1350 кВт                    cosφ =0.8           I категория

Цех №3             Рр=1400 кВт                 cosφ =0.7              II категория

Цех №4             Рр=2400 кВт                 cosφ =0.9              II категория

Цех №5             Рр=2810 кВт                 cosφ =0.6              II категория

Данные об источнике питания.

ЛЭП - 110 кВ на расстоянии 5 км от предприятия.

ЛЭП – 35 кВ на расстоянии 5 км от предприятия.

S ” = 1500 МВ·А, 2 трансформатора ТДТГ – 63 МВ·А, U _кз =10,5%.

ВВЕДЕНИЕ

Проблема обеспечения украинской экономики энергоносителями – одна из самых болезненных проблем нашего времени. Газ, нефть, уголь и даже электроэнергию приходится экспортировать. Ежегодно на это затрачиваетсяоколо 8млрд. долларов, что соответствует 2/3 всего товарного экспорта. Дефицит энергоносителей влечет за собой шлейф тяжких последствий: недобор урожая, систематическое отключение населенных пунктов от электроснабжения и т.д. Поэтому проблема требует кардинального решения.

В производстве электроэнергии создалось тяжелое положение. Главные производители электроэнергии – теплоэлектростанции страдают из-за чрезмерной стоимости отечественного угля и не меньшей дороговизны газа. Затраты на производство электроэнергии выше, чем цена продажи потребителям. Не все в порядке с обеспечением атомных станций ядерным топливом. Уранового сырья вполне достаточно, но реакторные кассеты приходится импортировать из России, т.к. у нас их изготовление еще не налажено. Относительно невысокие модули стока рек ограничивают использование гидроресурсов. Доля ГЭС в общем производстве электроэнергии составляет только 4 %; эту величину обеспечивают преимущественно 8 самых больших станций на Днепре.

В связи с вышеизложенным, устранение дефицита производства электроэнергии видится в создании миниэлектростанций на карпатских реках, что помогло бы одновременно с решением проблемы электроснабжения в Западном регионе предотвратить разрушительные наводнения и наладить надежное водоснабжение населенных пунктов. Наверное, следует также возродить построенные в 50 - 60-е годы миниэлектростанции, а также всемерно использовать возможность производства электроэнергии в двигателях-электрогенераторах для обеспечения собственных потребностей семейных или перерабатывающих хозяйств, а также жилья, энергоносителями для которых могут являться побочные продукты промышленного и сельскохозяйственного производства или энергия природного происхождения (например, шахтный метан, био-газ, ветер и солнце).

Дополнительное количество топлива можно получить также внедрением современных технологий при добыче и переработке нефти, угля и газа.

Как видим, существует много путей для решения энергетической проблемы: увеличение собственной добычи топлива и энергии, значительное расширение круга контрагентов – поставщиков энергоносителей, применение альтернативных видов топлива, внедрение современных технологий. Но есть еще один путь – рациональное использование, экономия топлива и энергии. Здесь незаменимы счетчики. Дело в том, что плата за энергоресурсы начисляется большей частью не по фактическим затратам. Это приводит к перерасходу средств предприятиями, углубляет платежно-расчетный кризис, что приводит к еще большему углублению энергетического кризиса.

Общая часть

Характеристика потребителей электроэнергии

 

Для более надёжного снабжения электроэнергией все потребители делятся на III группы. Данный завод является потребителем I категории так как в его состав входят цеха I категории.

 Согласно [1, с.15] для более надёжного снабжения электроэнергией все потребители делятся на 3 группы. Данный завод является потребителем первой категории так как в его состав входят цеха первой категории.

К электроприемникам I категории относят те электроприемники перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, большой ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции. Электроприемники I категории должны питаться от 2 независимых взаиморезервирующих источников питания, перерыв в электроснабжении которых может допускаться только на время включения АВР.

В I цехе основными потребителями электроэнергии являются:

· Задвижки

· Прессы

· Компрессоры

· Конвейеры

 

1.2. Расчёт электрических нагрузок

 

Расчетные нагрузки определяем методом коэффициента максимума, положенным в основу «Указаний по определению электрических нагрузок в промышленных установках».

Рассмотрим ряд понятий данного метода:

Определяем номинальную мощность электроприемников по формуле

Р_н.общ =N·P_max+ N·P_min                                           (1)

где N-максимальное и минимальное значение электроприемников, работающие в разные смены.

P_max-максимальное значение мощности в наиболее загруженную смену, кВт

P_min-минимальное значение мощности в наиболее разгруженную смену, кВт

Определяем m по формуле

m=P_max/ P_min                                                                                (2)

где P_max-максимальное значение мощности в наиболее загруженную смену, кВт

      P_min-минимальное значение мощности в наиболее разгруженную смену, кВт

Определяем коэффициент использования

                                                                                              K_и=P_ср/  Р_н                                                                 (3)

где    Р_ср – средняя мощность за единицу времени,

     Р_н - номинальная мощность электроприемника

Данные коэффициенты просчитаны для разных видов электроприемников и определяются по [ ]

Определение n_э по данной формуле рекомендуется производить при числе электроприемников в группе до пяти. При большем числе приемников в связи с возникающими техническими трудностями рекомендуется пользоваться следующими упрощенными способами вычисления n_э, допустимая погрешность которых лежит в пределах 10%.     

Для электроприемников в группах 2 – 4, где n ≥ 5 допускается принимать n_э равным действительному числу электроприемников n при условии, что отношение номинальной мощности наибольшего приемника к номинальной мощности наименьшего приемника меньше трех:

m=Рн/Рн_мин<3

при n ≤ 5; m 3; Ки <0,2; Рн≠const

n_э= n,

гдеn – количество электроприёмников данной группы.   

Коэффициент максимума К_м – определяется по кривым К_м=f(nэ) или таблицам, приведенным в [ ]

Суть метода коэффициента максимума заключается в следующем:

Определяем сменную активную и реактивную нагрузки за наиболее загруженную смену по формулам:

                                              Р_см=к_м*Р_н                                                            (4)

где Р_н - активная номинальная мощность, кВт;

     к_и  - коэффициент использования электроприемника

                                           Q_см= Р_см* tg                                (5)

 

Определяем расчетную активную и реактивную мощность

                                                     Р_р= К_м* Р_см.кВА                                         (6)

где К_м - коэффициент максимума,

Р_см - сменная активная нагрузка

                                                   Q_р= К_м*Q_см, кВАР                                      (7)

Определяем расчетную полную мощность

                                          кВА                               (8)

Определяем полную суммарную расчетную мощность по цеху №1

                                     кВА                            (9)

Определяем расчетные токи

                                               А,                                   (10)

где  - номинальное напряжение, кВ.

Определяем суммарный расчетный ток по цеху №1

                                             ,А                                   (11)

Определяем  для цеха №1

 

                        (12)

 

Расчет нагрузок выполняем по вышеприведенным формулам сводим в таблицу 1

Найдём Р_н.общ по формуле(1)

Р_н.общ =

Найдём m по формуле (2)

m = 32/4,5=4

Найдём К_и по формуле (3)

К_и=0,15

           Найдем n_э

n_э= n≥5; К_ис< 0,2; м≥3; Р_ном≠const

n_э=n

n_э=55

Найдём К_м по справочной литературе

К_м=1,3

Найдём Р_ср по формуле(4)

Р_см=0,15·720=108 кВт

Найдём Q_ср по формуле(5)

Q_см=108·1,02=110 кВАр

Найдём P_p по формуле(6)

P_p=1,3·108=140 кВт

 

 

Найдём Q_p по формуле(7)

Q_p=1,1·110=121 кВАр

Найдём полную мощность для одного приёмника по формуле(8)

S_p=√140²+121²=√19600+14641 =√34241=185 кВА

Найдём ток для 1 приёмника (10)

I_р=185/√3*0,4=267А

Найдём полную мощность для завода цеха по формуле(9)

S_p=√943 ²+867²=√889249+751689=√1640938=1291 кВА

Рассчитаем ток по цеху № 1 (10)

I_р макс = 1291/√3*0.4= 1866А

Остальные данные по электроприёмникам сводим в таблицу (2)

 

Таблица.2 Данные по электроприёмникам первого цеха

№	Сменная мощность		Nэ	Км	Расчетная мощность			Iр
	Рсм	Qсм			Pp	Qp	Sp
1	108	110	55	1,3	140	121	185	267
2	417	555	7	1,21	505	555	750	1084
3	42	43	12	1,15	48	47	67	97
4	192	144	8	1,3	250	144	289	418
	759	852			943	867	1291	1866

 

Далее производим расчет нагрузок по заводу в целом:

 

Сначала определяю реактивную расчётную мощность каждого цеха по формуле:

Q_ц=P_ц/tg _ц   (13)

где  Q_ц- расчётная реактивная мощность цеха, кВАр

  tg _ц- тангенс угла сдвига фаз данного цеха.

Q_ц=1700_*0,72=1224 кВАр

Полную расчётную мощность каждого цеха определяем из выражения:

S_ц=P_ц/cos _ц (14)

где  S_ц- расчётная полная мощность данного цеха, кВА

  cos _ц- косинус угла сдвига фаз данного цеха.

S_ц=1700/0,81=2099 кВА

Определяем расчётную активную мощность завода из выражения:

Р_{р з}= Р_ц (15)

где  Р_{р з}- расчётная активная мощность завода, кВт;

Р_{р з}=9643 кВт

Определяем расчётную реактивную мощность завода из выражения:

Q_{р з}=ΣQ_ц (16)

где  Q_{р з}- расчётная реактивная мощность завода, кВАр;

Q_{р з}=10510 кВАр

 

Определяем расчётную полную мощность завода по формуле:

S_{р з}= P_{р з}²+Q_{р цз}²    (17)

где  S_{р з}- расчётная полная мощность завода, кВА;

S_{р з}= 9643² + 10510² = 203447549=14263 кВА

Определяем приблизительные активные потери в трансформаторах по формуле:

Р_т=0,02S_{р з} (18)

где Р_т- приблизительные активные потери в трансформаторах, кВт;

Р_т=0,02^.14263=285 кВт

Определяем приблизительные реактивные потери в трансформаторах по формуле:

Q_т=0,1S_{р з} (19);

где Q_т- приблизительные реактивные потери в трансформаторах, кВАР;

Q_т=0,1^.14263=1426 кВАР

Определяем расчётную активную мощность завода с учётом приблизительных потерь в трансформаторах из выражения:

Р_р=Р_{р з}+ Р_т   (20);

где  Р_р- расчётная активная мощность завода с учётом приблизительных потерь в трансформаторах, кВт;

Р_р=9643+285=9928 кВт

Определяем расчётную реактивную мощность завода с учётом приблизительных потерь в трансформаторах из выражения:

Q_р=Q_{р з}+ Q_т (21);

где  Q_р- расчётная реактивная мощность завода с учётом приблизительных потерь в трансформаторах, кВАР;

Q_р=10510+1426=11936 кВАр

Вычисляем полную расчётную мощность завода с учётом приблизительных потерь в трансформаторах по формуле:

S_р= P_р²+Q_р² (22)

где: S_р- расчётная полная мощность завода с учётом потерь в трансформаторах, кВА;

S_р= 9928²+11936²= 241033280=15525 кВА

Расчётную активную мощность каждого цеха берем из[приложение А].

Данные по каждому цеху заносим в таблицу (1.3)

Таблица 3. Данные расчёта нагрузок по заводу

N цеха	Pц, кВт	Qц. кВАР	Sц, кВА	cos ц	tg ц
Цех 1	943	867	1291	0,66	0,92
Цех 2	1700	1224	2099	0,81	0,72
Цех 3	2200	1980	2973	0,74	0,9
Цех 4	1500	1410	2055	0,73	0,94
Цех 5	1400	840	1628	0,86	0,6
Цех 6	1900	969	2135	0,89	0,51

 

 

 

1.3. Компенсация реактивной мощности

 

Большая часть промышленных приемников в процесс работы потребляет из сети, помимо активной мощности Р, реактивную мощность Q. Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели (60-65% общего потребления реактивной мощности), трансформаторы (20-25%). В зависимости от характера электрооборудования его реактивная нагрузка может составлять до 130% по отношению к активной. Передача значительной реактивной мощности по линиям и через трансформаторы невыгодна по следующим причинам: возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения, возникают дополнительные потери напряжения.

Загрузка реактивной мощностью линий электропередачи и трансформаторов уменьшает их пропускную способность и требует дополнительных мероприятий по увеличению пропускной способности сети (увеличение сечений проводов воздушных и кабельных линий, увеличение номинальной мощности и количества трансформаторов подстанций и т.п.)

Энергосистема устанавливает лимит реактивной мощности для каждого предприятия, а ее дефицит покрывает само предприятие.

Повышение коэффициента мощности на предприятии достигается применением различных компенсирующих устройств: статических конденсаторов, синхронных двигателей, синхронных компенсаторов.

Высокая удельная стоимость синхронных компенсаторов небольших мощностей и большие потери активной мощности в них обуславливает их применение лишь значительных мощностей (от 5000 кВАр и выше) на крупных подстанциях.

Наиболее распространенный способ компенсации реактивной мощности в цехах промышленных предприятий – конденсаторы. Мощность конденсаторов в одном элементе составляет 4 – 10 квар. Из этих элементов собираются батареи требуемой мощности. Обычно батареи конденсаторов включаются в сеть трехфазного тока по схеме треугольника.

Выполним выбор мощности компенсирующего устройства:

Общая величина реактивной мощности Q_р определена в разделе 1.2(Расчёт электрических нагрузок).

Производим расчёт компенсирующего устройства. Средневзвешенный тангенс угла сдвига фаз завода определяю из выражения

tg _з=Q_р/P_р (23);

где  tg _з –тангенс угла сдвига фаз завода;

tg _з=11936/9928=1,2

Мощность компенсирующего устройства определяю из формулы:

Q_{к у}=P_р*(tg _з-tg _с) (24)

где Q_{к у}- мощность компенсирующего устройства завода, кВАр;

  tg _с- тангенс угла сдвига фаз энергосистемы.

tg _с для энергосистемы Донбасса равен 0,05.

Q_{к у}=9928*(1,2-0,05)=11417,2 кВАР

 

По справочнику [ ] принимаем тип батарей статконденсаторов. Определяем количество батарей статконденсаторов по формуле:

n=Q_{к у}/q (25);

где  n- количество батарей статконденсаторов;

  q- мощность одной батареи, кВАр;

n=11417,2/50≈229

Округляю количество батарей статконденсаторов до ближайшего целого числа.

 

                       

Определяю фактическую мощность компенсирующего устройства по формуле:

Q_{к у}’=n’*q (26);

где: Q_{к у}’- фактическая мощность компенсирующего устройства, кВАр;

  n’- округлённое число батарей статконденсаторов.

Q_{к у}’=228*50=11450 кВАр

Определяю расчётную полную мощность завода с учётом компенсации реактивной мощности из выражения:

S_p’= P_p²+(Q_p-Q_{к у}’)² (27);

S_p’= 9928²+(11936-11450)²⁼ 98801380=9939,16 кВА

 

Окончательно к установке в цеховой ТП принимаю батарею статконденсаторов типа КС – 6,3/75, схема соединения которых приведена на рис. 1, а схема подключения к шинам 10кВ приведена в графической части курсового проекта.

 

 

 

Рисунок.1 Присоединение батареи стат.конденсаторов к шинам

1.4. Выбор места расположения ГПП

С целью определения места расположения ГПП предприятия, а также цеховых ТП при проектировании строят картограмму электрических нагрузок. Картограмма представляет собой размещенные на генеральном плане предприятия или плане цеха окружности, площадь которых соответствует в выбранном масштабе расчетным нагрузкам. Целесообразно строить картограммы отдельно для активной и реактивной нагрузок, так как питание потребителей активной и реактивной мощностью может осуществляться от разных источников

Проводим две диагонали из углов цеха, место их пересечения и будет центром цеха. Переводим центр на координатную плоскость определяем X, Y.

Находим координату X центра завода.

                                         X ₀=Ppi·X/∑Ppi                               (24)

где – Ppi – Рр активная нагрузка цеха, кВт

X – координата центра цеха по X, мм

∑Ppi – активная мощность завода.

Находим координату  Y центра завода

                                        Y₀= Qpi·Y/∑Qpi                              (25)

где – Qpi – Qр активная нагрузка цеха, кВАр

Y – координата центра цеха по Y, мм

∑Qpi – активная мощность завода, мм

 

Находим радиус нагрузок в цехах по формуле

 

                      (26)

 

где – Рр – расчётная активная мощность цеха, кВт

m – масштаб по чертежу m=0,1

π = 3.14

 

Таблица 4. Координаты центра цехов

№	X, мм	Y, мм
1	87	317
2	256	317
3	578	320
4	155	110
5	405	110
6	650	112

 

Применяя вышеперечисленные формулы получаем следующие данные

Находим координату X₀ по формуле (24)

X₀=943*87+1700*256+2200*578+1500*155+1400*408+1900*650/(943+1700+

+2200+1500+1400+1900)= 3827541/9643=395 мм

 

 

Находим координату Y₀ по формуле (25)

Y₀=943*317+1700*317+2200*320+1500*110+1400*110+1900*112/(943+1 700+2200+1500+1400+1900)=215 мм

Находим радиусы нагрузок 1 цеха по формуле (26)

r₁=√943/3,14·0,15=√943/0,471= 54,8 мм

Данные по радиусам остальных цехов сводим в таблицу 5.

 

Таблица 5. Радиусы нагрузок цехов

№	1	2	3	4	5	6
r	54,8	73,6	83,7	69,1	66,8	77,8

1.5 Выбор числа и мощности трансформаторов

На цеховых подстанциях устанавливается, как правило, два трансформатора. Установка одного трансформатора допускается только при наличии потребителей лишь третьей категории.

Установка трёх трансформаторов возможна в виде исключения при наличии специального обоснования.

Отечественной промышленностью выпускаются трансформаторы для цеховых трансформаторных подстанций 6/0,4 кВ до 1600 кВА. При необходимости подачи большей мощности строят несколько ТП, но не увеличивают мощность трансформаторов на ТП.

Для двухтрансформаторной ТП выбор мощности трансформатораосуществляется по формуле: рекомендуется принимать следующие коэффициенты загрузки трансформаторов:

- при преобладании нагрузок Ι категории для двухтрансформаторных ТП ;

- при преобладании нагрузок ΙΙ категории для однотрансформаторных ТП ;

- при преобладании нагрузок ΙΙ категории для однотрансформаторных ТП, а также при нагрузках 3 категории .

Производим расчет числа и мощности трансформаторов для ГПП.

Определяем необходимую мощность трансформатора

                                          кВА,                                (27)

где   - полная расчетная мощность по цеху, кВА;

         N- число трансформаторов;

         - коэффициент нагрузки.

Определим номинальную мощность трансформатора

                                            Sн_тр = 0,7 S_р                                                        (28)

Производим проверку загрузки трансформаторов в нормальном и аварийном режиме работы.

                                     Кз_норм.р = S_p/2S_нт < 1                              (29)  

                                       Кз_ав.р = S_р/S_нт ≤ 1,4                                (30)

Определяем потери мощности в трансформаторе:

                           ∆ Рт = ∆Рхх + К²з.нт. ·∆ Ркз кВт                    (31)   

         ∆Qт = Sнт + Iхх/100 +. К²з.нт ∆Qкз* Sнт·Uкз/100 кВА   (32)  

 

Применяя вышеперечисленные формулы получаем следующие данные

 

Определим номинальную мощность трансформатора по формуле (1.32)

S_нт = 9939,16*0,7=6957,4  кВА

По [       ] выбираем трансформатор типа ТМН-10000/110 со следующими данными: Р_хх =14 кВт, Р_кз =60 кВт, I_хх = 0,9%, Uкз =10,5%.

 

 

Данные по остальным трансформаторов сводим в таблицу (6)

Таблица 6. Данные выбранных трансформаторов

Наименование	Выбранный трансформатор	Кол-во	, кВт	, кВт	, %	,%
Цех №1	ТМ 1000/10	2	2.1	11,6	1,4	5,5	0,45	0,9
Цех №2	ТМ 400/10	4	0,92	5,5	2,1	4,5	0,45	0,91
Цех №3	ТМ 1000/10	4	2.1	11,6	1,4	5,5	0,52	1,04
Цех №4	ТМ 1600/10	2	2,8	18	1,3	5,5	0,45	0,9
Цех №5	ТМ 1600/10	2	2,8	18	1,3	5,5	0,35	0,71
Цех №6	ТМ 1600/10	2	2,8	18	1,3	5,5	0,46	0,93
ГПП	ТМН 10000/110	2	14	60	0,9	10,5	0,49	0,99

.

Производим проверку загрузки трансформаторов в нормальном и аварийном режиме работы по формуле (29)       

Кз_норм.=9939,16/2*10000=0,49 < 0.7;

Кз_авр.=9939,16/10000=0,99 < 1,4 следовательно трансформатор выбран правильно

Коэффициент загрузки удовлетворяет аварийному режиму работы трансформатора.

Определяем потери мощности в трансформаторе по формуле(31 - 32).

∆ Рт = 2,1+0,45²*11,6=4,5 кВт

∆Qт = 14+11 = 25 кВАр

Данные по остальным цехам сводим в таблицу (7)

 

Таблица 7. Погрешности трансформаторов

Вид потерь № цеха	1	2	3	4	5	6	ГПП
∆ Рт	4,5	2,1	5,24	6,45	5	6,6	28,4
∆Qт	25	12,2	28,9	38,6	31,6	39,4	342,1

1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: