Электрооборудование и электроснабжение компрессорной станции

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ИВАНОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Областное государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Ивановский энергетический колледж»

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Специальность 08.02.09. Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудывания промышленных и гражданских зданий

Тема Электрооборудование и электроснабжение компрессорной станции

Разработал К.П. Фомин

Руководитель проекта С.А. Маслеников

2022



1. Введение

Компрессоры относятся к группе механизмов, получивших широкое распространение на всех промышленных предприятия.

Компрессоры применяют для получения сжатого воздуха или другого газа давлением свыше 4.105 Па (кгс/см2) с целью использования его энергии в приводах пневматических молотов и прессов, в пневматическом инструменте, в устройствах пневмоавтоматики и т.д.

График потребления сжатого воздуха на промышленных предприятиях, как правило, имеет переменных характер в течение суток. Для обеспечения нормальной работы потребителей необходимо, чтобы давление воздуха поддерживалось постоянным - это является одним из основных требований, предъявляемых при автоматизации компрессорных установок. Давление в воздуховодной сети зависит от потребления воздуха и производительности компрессора. Когда расход воздуха равен производительности компрессора, давление в сети будет номинальным. Если потребление воздуха становится больше производительности, то давление падает, и наоборот.

Наибольшее применение для приводов компрессоров получили асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные двигатели. Назначение компрессорной установки состоит в получении сжатого воздуха или другого необходимого газа с целью использования его энергии.

Установки для повышения давления широко применяются в различных областях народного хозяйства. Они являются основой технологического оборудования для химического производства, применяются в транспортировании природного газа, а так же при добыче нефти и газа.

Стационарные компрессорные установки широко применяются на промышленных предприятиях в основном для обслуживания заданных технологических процессов. Зачастую такие установки полностью автоматизированы и снабжены специальной аппаратурой, которая информирует оператора о изменении режима работы.

Кроме того бывают и передвижные установки. Они монтируются на прицепе или автомобильном шасси и состоят из компрессора (воздушного или поршневого), двигателя и воздухозаборника оборудованного фильтром.

Воздушный или объёмный компрессор используется для перекачивания порций газа строго фиксированного объёма. Принцип работы такого агрегата основан на попеременном заполнении газом определенной камеры компрессора с последующим вытеснением газа далее в магистраль.

Поршневой компрессор обеспечивает перемещение газа благодаря возвратно-поступательному движению поршня в цилиндре по двухтактному принципу впуск, затем выпуск газа без какого-либо сжатия.

В последнее время широко используется винтовой компрессор - он представляет собой агрегат промышленного назначения, нагнетающий воздух посредством винтовой пары.

Винтовой компрессор оборудован двумя винтами, один из которых имеет вогнутую поверхность, второй - выпуклую. Винты и корпус компрессора вместе образуют объем рабочей камеры. В процессе вращения винтов размер камеры растет, а по мере удаления выступов на роторах от впадин осуществляется всасывание.

В определенный момент две поверхности образуют общий объем, который постепенно сокращается в результате движения элементов в направлении отверстия нагнетания и происходит вытеснение газа.

Группа компаний ДиПОС - это производственно-коммерческая организация с высоким уровнем сервиса и собственным комплексом по переработке арматурной стали и плоского проката, оснащенным оборудованием от ведущих мировых производителей. Контроль качества и сертификация продукции соответствуют современным стандартам. В наших производственных площадях установлено более 70 производственных линий. В 2019 году запущена новая универсальная линия по изготовлению сварного решетчатого настила - уникального продукта, получаемого путем 12 промышленных переделов рулонной стали и сортового металлопроката и востребованного сегодня во многих отраслях.



2.1 Общая часть

2.1.1 Краткое описание технологического процесса цеха и техническая характеристика производственных машин

Производственно-коммерческая организация, каким является ДиПОС, потребляет для различных технологических нужд большое количество сжатого воздуха, получаемого посредством компрессоров.

На ДиПОСе сжатый воздух применяется на участке декомпозиции для перемешивания пульпы и ее транспортировки из одного декомпазера в другой с помощью воздушных аэролифтов. Перемешивание пульпы необходимо для поддержания затравки во взвешенном состоянии и для выравнивания концентрации растворов.

Декомпазер представляет собой стальной бак с коническим дном, диаметром около 7 м, высотой 20 м, емкостью 750 - 800 м³.

Перемешивание осуществляется воздушным подъемником (аэролифтом), который состоит из двух труб, вставленных одна в другую. По внутренней трубе, с верху подается сжатый воздух, который, выходя из нее, содержит воздушно-жидкостную смесь. Благодаря малому удельному весу, эта смесь поднимается по внешней трубе и выходит через верхний открытый конец. Этот процесс протекает непрерывно и в декампозере поддерживается равномерная концентрация пульпы в растворе и взвешенное состояние затравки.

Так же сжатый воздух применяется в цехе кальцинации при получении из гидроокиси алюминия глинозема. Промытая гидроокись подается в тарельчатый питатель, где смешивается с пылью-возвратом, которая подается в питатель сжатым воздухом по трубам. Затем эта смесь по наклонной течке поступает в загрузочную головку печи, где она прокаливается. Выходящий из печи глинозем попадает в холодильник, где охлаждается, после чего камерным насосом транспортируется в бункер готовой продукции.

Заключительное количество глинозема улетучивается из печи вместе с горячими газами, в виде пыли, поэтому для его улавливания установлены мультициклоны и электрофильтры. Из холодильника глинозем, через загрузочную воронку подается в резервуар двухкамерного насоса. После заполнения резервуара глинозем выдувается сжатым воздухом в транспортный трубопровод, одновременно сжатый воздух подается в неполную часть резервуара, где имеется специальное пневматическое устройство (сопло) служащее для разрежения воздуха, выходящего из резервуара.

Далее глинозем отправляется в электролизный цех, где поступает в герметично-закрытые бункеры (силосы). Отработанный воздух выходит в атмосферу, через рукавный фильтр, который улавливает пыль. В цехе электролиза сжатый воздух применяется для автоматической подачи глинозема в электролизную ванну и для пневматического инструмента.

2.1.2 Характеристика окружающей среды и проектируемой установки в отношении надёжности электроснабжения

Механосборочный цех относится к сухим помещениям с относительной влажностью воздуха не превышающая 60 %. Помещение отапливаемое, критическое значение температуры не поднимается выше +40 ⁰С и не падает ниже +15 ⁰С.

Приточно-вытяжные вентиляции поддерживают микроклимат и поддерживают влажность в цехе. Цех не относится к особо- и взрыво-опасным помещениям, т.к. масло находится в специальном резервуаре. В цехе всё действующее электрооборудование находится внутри помещения, также в самом здании нет взрывоопасных смесей, химически активной среды, токопроводящей пыли, выделение газа или пара. Для того чтобы пыль не оседала на рабочем месте и по всему цеху, что может привести к нежелательным результатам ухудшения здоровья, после каждой работы производят влажную уборку рабочего места.

Надежность электроснабжения в основном зависит от принятой схемы электроснабжения, степени резервирования отдельных элементов системы электроснабжения. Для выбора схемы и системы построения электрической сети необходимо учитывать мощность и число потребителей, уровень надежности не потребителей в целом, а входящих в их состав отдельных электроприемников.

В отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприемники подразделяются на три категории:

-электроприемники первой категории - это приемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства;

-электроприемники второй категории - приемники, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недо отпуску продукции, массовому простою рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей;

-электроприемники третьей категории - приемники, несерийного производства продукции, вспомогательные цехи, коммунально-хозяйственные потребители, сельскохозяйственные заводы.

В инструментальном цехе расположено оборудование, которое относится к третьей категории по надежности электроснабжения, следовательно, их электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента, не превышает одних суток.



2.2 Электрическая часть

2.2.1 Электрооборудование участка цеха

2.2.1.1 Выбор рода тока и величины напряжения

Выбор напряжения для питания электроустановок производится на основании технических и экономических факторов. К техническим факторам относятся: число и мощность электроприемников, их размещённость, вероятная протяженность электрических коммуникации, параметры имеющихся источников питания и электроприемников, а также требуемые характеристики электроприводов (режимы работы, диапазон регулирования скорости и т. д.).

К экономическим факторам относятся: первоначальные затраты на сооружение электроустановки, а также эксплутационные расходы.

На выбор напряжения и рода тока может оказать влияние электрооборудование, поступающее комплектно с технологическим оборудованием, а при реконструкции существующей электроустановки - имеющиеся электроприемники и источники питания.

Практически во всех случаях предпочтение отдается переменному трехфазному току.

Согласно требованиям Правил устройства электроустановок напряжения 3 и 6кВ применять не рекомендуется, так как экономически выгодней принятое стандартами напряжение 10кВ.

Установленные на компрессорной станции высоковольтные двигатели типа СТД-1600-23УХЛ4 питаются от распределительного устройства подстанции №45 напряжением 10кВ.

Это отвечает экономическим и техническим факторам.

Вспомогательное оборудование компрессорной станции запитано от двух трансформаторов собственных нужд, расположенных на подстанции с установленными трансформаторами, типа ТМ-630/10 напряжением 10/0,4кВ.

2.2.1.2 Выбор электродвигателей по типу, мощности и напряжению производственных механизмов

На компрессорной станции установлены восемь компрессоров типа К-250-61-5, с приводом от синхронного двигателя типа СТД-160-23УХЛ4 мощностью 1600кВт, напряжением 10кВ. Питание производится двумя независимыми вводами с Красногорской ТЭЦ и двумя независимыми вводами с ГПП "Оборотная".

При выборе схемы электроснабжения компрессорной станции следует учитывать категорию электроснабжения.

Компрессорная станция относится к потребителям I категории, так как перерыв в электроснабжении может повлечь за собой повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции и расстройство сложного технологического процесса.

В соответствии с Правилами Устройства Электроустановок (ПУЭ) [1], потребители I категории должны иметь два независимых, взаимно резервирующих источников питания, при этом может быть обеспечено резервирование и всех других потребителей.

Перерыв в электроснабжении может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Восстановление питания осуществляется при помощи устройства АВР (автоматического введение резерва).

Для взаимного резервирования питания потребителей, подключенных к разным секциям шин, со стороны высокого напряжения предусмотрено устройство АВР на секционном выключателе в РУ - 10кВ. При нарушении питания одной из секции шин, происходит автоматическое включение, нормально отключенного, секционного выключателя, и питания обоих секции осуществляется от одной линии.

Для обеспечения контроля напряжения на шинах РУ - 10кВ и для обеспечения работы устройств АВР устанавливаются трансформаторы напряжения.

Для питания потребителей напряжением 380/220В, при компрессорной станции устанавливается двух трансформаторная подстанция с трансформатором ТМ-630/10 мощностью 630кВА. Данная схема электроснабжения обеспечивает надежное и бесперебойное электроснабжение компрессорной станции, как потребитель I категории группы электроснабжения.

2.2.1.3 Выбор типа электропривода для компрессора

При выборе мощности двигателя для компрессора, как и для всех механизмов с продолжительным режимом работы и постоянной нагрузкой, требуемую мощность Р_дв двигателя находят по мощности на валу механизма с учётом потерь в промежуточном звене механической передачи.

В зависимости от назначения, мощности и характера производства, где установлены механизмы этой группы, они могут требовать или небольшого, но постоянного подрегулирования производительности при отклонении параметров воздуха от заданных значений, или же регулирования производительности в широких пределах.

Мощность двигателя компрессора определяется по формуле:

(1)

где: Q - производительность (подача) компрессора, м³/с; А=(А_и+А_а)/2 -работа, Дж/м³, изотермического и адиабатического сжатия 1 м³ атмосферного воздуха давлением P₁ = 1,01·10⁵ Па до требуемого, давления P₂, Па; для давлений до 10·10⁵ Па значения А указаны ниже:

n_к - индикаторный КПД компрессора, учитывающий потери мощности при реальном процессе сжатия воздуха и равный 0,6 - 0,8;

n_п - КПД механической передачи между компрессором и двигателем, его значения лежат в пределах 0,9 - 0,95;

k₃ - коэффициент запаса, равный 1,05 - 1,15 и учитывающий не поддающиеся расчету факторы.

Таким образом, расчетная мощность двигателя равна:

Р=1,5((4,58 260)/(0,66 0,95))0,01=1530 кВт (2)

Из литературы [7] (табл. 11.6, с. 269) выбираем двигатель СТД - 1600 - 3УХЛ4, напряжением 10 кВ, с частотой вращения 3000 об/мин.

СТД - синхронный турбодвигатель;

1600 - мощность двигателя, кВт;

3 - число полюсов;

УХЛ4 - климатическое исполнение и категория места размещения.

Для компрессора типичен продолжительный режим работы, поэтому их электроприводы, как правило, нереверсивные с редкими пусками. Также компрессор имеет небольшие пусковые статические моменты - до 20-25% от номинального.

Выбор синхронного двигателя обуславливается несколькими основными причинами:

Во-первых, это жёсткая характеристика синхронных двигателей, то есть при увеличении нагрузки на валу двигателя обороты не изменяются, что очень важно для производительности компрессора.

Во-вторых, при своих габаритах синхронный двигатель имеет гораздо большую мощность по сравнению с асинхронным двигателем.

В-третьих, синхронный двигатель имеют К.П.Д. на 2,5% больше (96,6%), чем у асинхронных двигателей и момент имеет прямо пропорциональную зависимость от напряжения.

Производительность компрессоров можно изменять тремя способами: изменением угловой скорости приводного двигателя, изменением сопротивления магистрали (трубопровода) с помощью задвижки, а также конструктивными изменениями рабочих органов механизма в процессе регулирования.

В-четвёртых, у синхронных двигателей при номинальном токе cos? = l, а при перевозбуждении двигатель может служить в качестве компенсатора реактивной мощности и повышать cos? предприятия в целом.

2.2.1.4 Выбор типа преобразователя параметров электроэнергии

Преобразователь - это электротехническое устройство, преобразующее электроэнергию одних параметров или показателей качества в электроэнергию с другими значениями параметров или показателей качества. Параметрами электрической энергии могут являться род тока и напряжения, их частота, число фаз, фаза напряжения.

По степени управляемости преобразователи электрической энергии подразделяются на неуправляемые и управляемые. В управляемых преобразователях выходные переменные: напряжение, ток, частота -- могут регулироваться.

По элементной базе преобразователи электроэнергии подразделяются на электромашинные (вращающиеся) и полупроводниковые (статические). Электромашинные преобразователи реализуются на основе применения электрических машин и в настоящее время находят относительно редкое применение в электроприводах. Полупроводниковые преобразователи могут быть диодными, тиристорными и транзисторными.

Силовые модули IGBT разработаны как устройства переключения напряжения и тока для силовых преобразователей, применяемых в приводах с регулируемой скоростью для управления двигателем, ИБП (источниках бесперебойного питания), ветровой и фотоэлектрической генерации и т. д.

По характеру преобразования электроэнергии силовые преобразователи подразделяются на выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения переменного и постоянного тока, преобразователи числа фаз напряжения переменного тока.

В современных автоматизированных электроприводах применяются главным образом полупроводниковые тиристорные и транзисторные преобразователи постоянного и переменного тока.

Достоинствами полупроводниковых преобразователей являются широкие функциональные возможности управления процессом преобразования электроэнергии, высокие быстродействие и КПД, большие сроки службы, удобство и простота обслуживания при эксплуатации, широкие возможности по реализации защит, сигнализации, диагностирования и тестирования как самого электрического привода, так и технологического оборудования.

Вместе с тем, для полупроводниковых преобразователей характерны и определенные недостатки. К ним относятся: высокая чувствительность полупроводниковых приборов к перегрузкам по току, напряжению и скорости их изменения, низкая помехозащищенность, искажение синусоидальной формы тока и напряжения сети.

Выпрямителем называется преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного (выпрямленного) тока.

Неуправляемые выпрямители не обеспечивают регулирование напряжения на нагрузке и выполняются на полупроводниковых неуправляемых приборах односторонней проводимости -- диодах.

Управляемые выпрямители выполняются на управляемых диодах -- тиристорах и позволяют регулировать свое выходное напряжение за счет соответствующего управления тиристорами.

Выпрямители могут быть нереверсивными и реверсивными. Реверсивные выпрямители позволяют изменять полярность выпрямленного напряжения на своей нагрузке, а нереверсивные -- нет. По числу фаз питающего входного напряжения переменного тока выпрямители подразделяются на однофазные и трехфазные, а по схеме силовой части -- на мостовые и с нулевым выводом.

Инвертором называется преобразователь напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока. Эти преобразователи используются в составе преобразователей частоты в случае питания электропривода от сети переменного тока или в виде самостоятельного преобразователя при питании электропривода от источника постоянного напряжения.

В схемах электроприводов наибольшее применение нашли автономные инверторы напряжения и тока, реализуемые на тиристорах или транзисторах.

Автономные инверторы напряжения (АИН) имеют жесткую внешнюю характеристику, представляющую собой зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, вследствие чего при изменении тока нагрузки их выходное напряжение практически не изменяется. Тем самым инвертор напряжения по отношению к нагрузке ведет себя как источник ЭДС.

Автономные инверторы тока (АИТ) имеют «мягкую» внешнюю характеристику и обладают свойствами источника тока. Тем самым инвертор тока по отношению к нагрузке ведет себя как источник тока.

Преобразователем частоты (ПЧ) называется преобразователь напряжения переменного тока стандартных частоты и напряжения в напряжение переменного тока регулируемой частоты. Полупроводниковые преобразователи частоты подразделяются на две группы: преобразователи частоты с непосредственной связью и преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

Преобразователи частоты с непосредственной связью позволяют изменять частоту напряжения на нагрузке только в сторону ее уменьшения по сравнению с частотой напряжения источника питания. Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока не имеют подобного ограничения и находят более широкое применение в электроприводе.

Регулятором напряжения переменного тока называется преобразователь напряжения переменного тока стандартных частоты и напряжения в регулируемое напряжение переменного тока той же частоты. Они могут быть одно- и трехфазными и используют в своей силовой части, как правило, однооперационные тиристоры.

Регулятором напряжения постоянного тока называется преобразователь нерегулируемого напряжения источника постоянною тока в регулируемое напряжение на нагрузке. В таких преобразователях используются силовые полупроводниковые управляемые ключи, работающие в импульсном режиме, а регулирование напряжения в них происходит за счет модуляции напряжения источника питания.

Наибольшее распространение получил широтноимпульсный способ модуляции, при котором изменяется длительность импульсов напряжения при неизменной частоте их следования.

2.2.1.5 Разработка системы управления приводом и её расчёт

Комплектное устройство УКАС (устройство комплектной автоматизации станций) предназначено для автоматического управления работой турбокомпрессорных станций, оснащённых компрессорами производительностью от 100 до 500 м³/мин. С электроприводом от синхронных высоковольтных двигателей с тиристорной системой возбуждения, или нагнетательных станций оснащённых нагнетателями типов 3200, 3360.

Комплектное устройство (КУ) совместно с первичными датчиками контроля технологических параметров компрессорного агрегата и его вспомогательных механизмов осуществляет отработку алгоритмов пуска, ввода в работу, контроля и регулирования параметров, защиты, сигнализации, нормального и аварийного останова агрегата.

При объединении нескольких КУ в систему управления многоагрегатной станцией, при котором указанные в функции управления осуществляются для каждого агрегата с оптимизацией по энергозатратам и выработке моторесурсов оборудования всей станции. Кроме того, при этом осуществляется управление, контроль, защита и сигнализация для вспомогательных механизмов станции, а также подвод и распределение электроэнергии по сети низковольтного питания.

Технические данные:

1 КУ изготовляются в соответствии с техническими условиями.

2 Основные технические параметры КУ следующие:

2.1 Количество операций (команд), которые могут генерироваться КУ в процессе отработки алгоритма управления - 128;

2.2 Силовые части цепей электроснабжения механизмов агрегата переменного тока 50Гц до 630А суммарно, напряжение 380В, допустимый ударный ток до 6,3 кА;

2.3 Цепи управления собственного комплектного устройства - от трёхфазной сети 50Гц, 380В, номинальный ток потребления - до 10А.

2.4 Общие параметры конструкции: защищенные шкафы с кассетными блоками, в которые устанавливаются ячейки и субблоки управления втычной конструкции. Кассеты крепятся на поворотной раме, позволяющей производить

2.5 двухстороннее обслуживание. Шкафы позволяют производить как одностороннее, так и двухстороннее обслуживание.

2.6 Информация о состоянии агрегата, его механизмов, а также механизмов станции и остальных агрегатов может одновременно отрабатываться по 156 входам - двоичных сигналов, 45 - аналоговых.

2.7 Климатическое исполнение 0 или УХЛ, категория размещения 4 по

2.8 ГОСТ 15190-69, Высота установки над уровнем моря до 2000м, степень защиты Ip21 по ГОСТ 14254-80, охлаждение воздушное естественное, окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая агрессивных газов и паров в концентрациях,

2.9 разрушающих металлы и изоляцию, ненасыщенная токопроводящая пыль и водяными парами.

2.10 По механическим воздействиям - группа условий эксплуатации М4 по ГОСТ17562-72.

Устройство КУ:

Комплектное устройство представляет собой набор шкафов управления УКАС, обеспечивает коммутацию и управление, объединённые в отдельные комплекты по функциональному признаку.

Комплект УКАС-АМ предназначен для автоматизации отдельного агрегата и, при объединении агрегатов в станцию, совместно с комплектами других агрегатов осуществляет управление всей станции. Комплект представляет собой два шкафа управления: ШУ1-УКАС-АМ и ШУ2-УКАС-АМ/1.

Шкаф управления агрегатом ШУ1-УКАС-АМ (ТКА) осуществляет все основные функции по управлению защите и сигнализации. Шкаф ШУ2-УКАС-АМ/1 содержит в своём составе аппараты оперативного управления по пуску и останову агрегата, по выбору режимов управления, блоки управления, составляющие автомат управления с программируемой ловушкой. В состав также входит система противопожарной защиты.

Работа комплектного устройства:

Компрессор имеет в качестве главного привода синхронный высоковольтный двигатель СД, с возбудительным устройством ВУ, нагнетатель - синхронный.

Подключение двигателя к питающей сети 10кВ производится вакуумным выключателем ВВ. Питающие КУ и приводов механизмов агрегатов и станции осуществляется от определённого распределительного устройства система резервированного питания, которая в объёме поставки КУ не входит.

На входе агрегата находится дроссельная заслонка ДрЗ, угол поворота который определяет производительность агрегата. Поворот заслонки осуществляется сервоприводами. Так же заслонки стоят на выхлопном патрубке и входной магистрали, являющейся вводом в сборный коллектор станции. Первая является защитным устройством и используется в противопомпажной защите, а вторая заслонка нагнетания ЗН служит для подключения агрегата в пневмосеть. Газодинамические параметры измеряются датчиками давления на входе агрегата и в коллекторе и датчиком производительности на всосе агрегата.

Замеру подвергается также статорный ток двигателя, что служит для организации максимальной защиты, защиты от ненормальных режимов работы двигателя и используются также для противопомпажной защиты агрегата.

В комплект УКАС-АМ вводятся сигналы состояния механизмов агрегата, электропривода, теплотехнических параметров агрегата, а также информация об остальных агрегатах и системах их управления. В соответствии с программой обработки алгоритма и значениями этих сигналов комплект УКАС-АМ реализует программу управления агрегатом и сигналы приёма или передачи другим комплектам. Одновременно осуществляется регулирование по замкнутой системе выбранного параметра - давления или расхода. Не показан ряд вспомогательных механизмов; задвижек на магистралях холодной и горячей воды, маслосистем с маслонасосом фильтров, нагнетателей и охладителей. Не указаны также все элементы контроля и защиты: по давлению воды, масла, по температуре воды, воздуха, масла, подшипников механизмов, первичные и вторичные приборы контроля, защиты и сигнализации.

2.2.2 Силовая часть цеха

2.2.2.1 Выбор конфигурации силовой сети цеха, способа её прокладки

Проектируемая подстанция расположена на уровне первого этажа и выполнена в 20 метрах от основного производственного корпуса с южной стороны здания.

Потребители проектируемого цеха принадлежат ко второму классу надёжности электроснабжения, следовательно, электроснабжение цеха может выполнятся по радиальной или магистральной схеме питания. Установленные в проектируемом цехе распределительные пункты (РП) получают питание по радиальной схеме. В цехе РП расположены сбоку от нагрузок. РП расположены таким образом, чтобы избегать обратных потоков энергии. При выборе места для установки распред-пунктов учитывалась также возможность ремонта силовой сети и удобство обслуживания. Выбор распределительных пунктов выполняется в соответствии с количеством присоединении к каждому РП, в соответствии с величиной допустимой токовой нагрузки на распред-пункт, категорией защищённости РП.

Выбираем распределительные пункты серии ПР24 и ПР8500 напольного исполнения, со степенью защиты оболочки IP54, аппараты защиты на отходящих линиях - автоматические выключатели, ввод питающих проводников возможен либо сверху, либо снизу; вывод проводников - снизу.

Распределительные пункты будут получать питание по линиям, выполненным кабелем марки ААШв-1000, Белорусов Н.И. Электрические кабели, провода и шнуры / Н.И. Белорусов. - М.: Энергия, 1999. который удовлетворяет условиям прокладки и выпускается в настоящее время в большом ассортименте. Марка кабеля содержит следующую информацию: алюминиевые жилы, бумажная изоляция, пропитанная маслом, алюминиевая оболочка. Кабель от подстанции к проектируемому цеху прокладывается в земле до стены здания основного производственного корпуса. В дальнейшем кабели питающих линий вводятся внутрь производственного корпуса на уровне подвала, поднимаются вертикально (тип изоляции кабеля позволяет перепад высот) на уровень выше оконных и дверных проёмов второго этажа здания, при вертикальной прокладке кабели имеют защиту от механических повреждений - короба, на высоту 2,5м. от уровня пола каждого этажа.

До соответствующих РП, расположенных в проектируемом цехе на втором этаже, кабель крепится скобами. Скобы крепятся на трассу прокладки к стене второго этажа. Ввод кабеля в РП напольного исполнения в первом варианте осуществляется сверху, во втором варианте снизу. При проходе через потолочные перекрытия кабель защищается от механических повреждений стальной трубой. Вывод проводов магистралей силовой сети к машинам осуществляется снизу шкафа.

Станки, установленные в цехе, имеют сравнительно небольшую установленную мощность, поэтому выбираем магистральную схему подвода питания к станкам в обоих вариантах силовой сети. Аппараты защиты при магистральной схеме питания обеспечат надёжную защиту проводов магистралей от коротких замыканий и перегрузок.

Внутрицеховая сеть выполняется по наикратчайшему расстоянию проводом АПВ - 380 с алюминиевыми жилами, в поливинилхлоридной изоляции. Этот провод выбран потому, что он дешевле проводов с медными жилами и удовлетворяет условиям прокладки. Для защиты проводов от механических повреждений выбираем пластмассовые трубы типа ПВХ, т.к. расстояние до машин достаточно большое, пластмассовые трубы значительно дешевле стальных и разрешена скрытая прокладка в пыльных и пожароопасных помещениях класса П-11 проводов силовой сети в таких трубах. Прокладку проводов внутрицеховой сети выполняем в полу, в отдельных бороздах, что позволяет обеспечить ремонтные работы в случае неисправности проводки, под заливку бетоном.

Технологическое оборудование расположено равномерно по площади цеха, с соблюдением требований техники безопасности и требований технологического процесса к маршруту обслуживающего персонала.

Учитывая вышесказанное, принимаем к проектированию два варианта конструкции силовой сети. В обоих вариантах питание машин от распределительных пунктов выполнено по магистральной схеме.

2.2.2.2 Определение расчётной силовой нагрузки для цеха, для отдельных участков цепи. Построение графика нагрузки

Таблица 1

Электрические нагрузки

Наименование магистрали, ПР и групп приемников	Число электроприемников, n	Установленная мощность (ПВ=1), кВт		Коэффициент использования,	до компенсации РМ	Средняя нагрузка за наиболее загруженную смену	эффективное число приемников	Коэффициент максимума,	Расчет нагрузки
		Одного ЭП(наименьшего/наибольшего)	суммарная				кВт	, кВЧ			, кВт	Реактивная мощность	, кВА	, А
												До компенсации	После компенсации
Компрессорные установки	4	73,8	295,2	_	0,5	0,75/0,85	147,6	125,46	_	1,65	_	207	_	_	_
Вентиляция	5	36,7	183,5	_	0,7	0,8/0,75	128,45	96,3	_	1,29	_	124,3	_	_	_
Маслонасосы	58	6	348	_	0,7	0,8,/0,75	243,6	182,7	_	1,29	_	235,7	_	_	_
Освещение	1226	0,03	36,8	_	0,95	0,9/0,33	34.96	_	_	1,05	_	_	_	_	_
Итого	1293	_	863,5	24,6	_	_	554,61	404,46	2	1,32	732	567	1,9	732	1,1

Суммарная активная мощность электроприемников одного типа Pсумм определяется по формуле:

(4)

· Где n-количество электроприемников

· P_н-активная мощность 1-го элетроприемника

Суммарная активная мощность всех электро-приемников Рсумм.общ. определяется по формуле:

(5)

Показатель силовой сборки в группе m определяется по формуле

(6)

· Где Pном.max- наибольшая активная мощность 1-го электроприемника

· Pном.min-наименьшая активная мощность 1-го электроприемника или в данном случае группы ламп питаемые по одной линии.

Расчет мощности группы ламп питаемой по одной линии:

0,03*100=3

Средняя активная нагрузка за наиболее загруженную смену группы электроприемников 1 типа Рсм определяется по формуле

(7)

· Где Kи-коэффициент использования

Суммарная средняя активная нагрузка за наиболее загруженную смену Pсм.сумм. определяется по формуле:

(8)

· где Рсм - средняя активная нагрузка за наиболее загруженную смену группы электроприемников одного типа

Средняя реактивная нагрузка за наиболее загруженную смену группы электроприемников одного типа Qсм определяется по формуле:

(9)

Суммарная средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену Qсм.общ определяется по формуле:

(10)

где Qсм - средняя реактивная нагрузка за наиболее загруженную смену

Поскольку m?3, то эффективное число приемников n_Э будет определяется по формуле:

₍₁₁₎

· где P_н - активная мощность одного элетроприемника

Коэффициент максимума Kобщ определяется по формуле:

(12)

· Где Kм - коэффициент максимума группы электроприемников одного типа

Общая максимальна активная мощность Pм определяется по формуле

(13)

· Где Kм - коэффициент максимума группы электроприемников одного типа

Максимальна реактивная мощность Qм определяется по формуле:

(14)

· Где Qм1-3- максимальная реактивная мощность электроприемников 1-го типа

· Где Км- коэффициент максимума группы электроприемников одного типа

Общая максимальна реактивная мощность Qм.Общ.-определяется по формуле:

(15)

Общая расчётная полная мощность Sр определяется по формуле:

(16)

· Где Q1-реактивная мощность после компенсации

Общий расчётный ток определяется по формуле

(17)

Где U-напряжение в сети



2.2.2.3 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов на цеховой подстанции

При выборе мощности трансформаторов следует учитывать:

- обеспечение в нормальных условиях питание всех электроприёмников;

- экономичность режима работы трансформатора. Наиболее целесообразным считается режим работы трансформатора с коэффициентом загрузки К_загр = 0,7;

- обеспечение требуемого резервирования питания электроприёмников при отключении одного трансформатора двухтрансформаторной подстанции с учётом допускаемой перегрузки оставшегося в работе трансформатора или обеспечения трансформатор цех электродвигатель технологический

- резервирования от соседней подстанции. Согласно правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей, перегрузка маслонаполненных трансформаторов на 30% допускается в течении 120 минут, перегрузка на 45%допускается в течение 80 минут, на 65% - в течение 45 минут. Также мощность трансформатора выбирается исходя из максимальной расчётной нагрузки цеха при рабочем режиме с учетом резервной нагрузки.

Для электрооборудования и электроснабжения компрессорной станции принимаем двухтрансформаторную КТП, т.к. в основном используются электроприемники II категории.

Определим расчетную мощность трансформатора по формуле

(18)

где S_расч - полная расчетная мощность; K_з- коэффициент загрузки трансформатора.

Принимаем ближайшее большое стандартное значение мощности трансформатора

S_т.факт =250 кВА >S_расч =210,4 кВА.

Выбираем трансформатор марки ТСЗЛГ-250/6/0,4-У3 производства «Минского электротехнического завода имени В. И. Козлова». Технические данные трансформатора указаны в таблице 2.

Таблица 2

Технические характеристики трансформатора сухого ТСЗЛГ 250/6/0,4-УХЛ4 [10]

	Параметр			ТСЗЛГ-250/6-УХЛ4
	Нормируемая мощность, кВА			250
	Высокое напряжение, В			6000
	Низкое напряжение, В			400
	Напряжение короткого замыкания, %			5,5
	Потери короткого замыкания, Вт			3000
	Потери холостого хода, Вт			900
	Ток холостого хода, %			1,2
	Частота, Гц			50

2.2.2.4 Выбор типа проводников, распределительных пунктов, марок и сечения проводников на всех участках силовой сети

Выбор проводников линий цеховых электрических сетей и распределительных устройств

Выбор типа проводки, способа ее выполнения, а также марок провода и кабеля определяется характером окружающей среды, размещением технологического оборудования и источников питания в цехе и другими показателями.

Цеховые сети делят на питающие, которые отходят от источника питания (подстанции), и распределительные, к которым присоединяются электроприемники. Схемы электрических сетей могут выполняться радиальными и магистральными. Учитывая особенности радиальных и магистральных сетей, обычно применяют смешанные схемы электрических сетей в зависимости от характера производства, условий окружающей среды и т.д.

Осветительные нагрузки цеха при радиальных схемах силовой сети питаются отдельными линиями от щитов подстанций; при магистральных схемах и схемах подстанций, выполненных по системе блока «трансформатор-магистраль», - от головных участков магистралей.

Расчет внутренних электросиловых сетей сводится к выбору: сечения проводников силовой сети, пускозащитной аппаратуры, силового шкафа.

Электрические нагрузки характеризуются расчетным током.

Внутрицеховые сети условно делят на питающие и распределительные. Под питающими сетями понимают сети, отходящие непосредственно от распределительных устройств подстанций к первичным силовым пунктам и щитам.

Сечение провода также должно быть согласовано с защитой, с тем, чтобы при протекании по проводнику тока, нагревающего его выше допустимой температуры, проводник был отключен аппаратом защиты. Сечения проводников выбираются согласно ПУЭ по длительно допустимому току нагрузки.

I_дл.доп ? I_расч. (19)

где I_расч. - расчётный ток участка сети, А.

За расчетные токи токоприемников принимаются их номинальные токи. Вся силовая нагрузка распределена между силовыми пунктами.

Силовое оборудование цеха

Токарные:

P_н = 10 кВт, I_н = 17,79 А

Выбирается кабель марки ВВГ (5 х 4)

I_дл.доп =32 А

32 А > 17,79 условие выполняется.

Сверлильно-фрезерные станки:

P_н = 6,4 кВт, I_н = 12,74 А

Выбирается кабель марки ВВГ (4 х 2,5)

I_дл.доп = 25 А

25 А > 12,74 А, условие выполняется.

Токарные станки с ЧПУ:

P_н = 9,2 кВт, I_н = 17,18 А

Выбирается кабель марки ВВГ (5 х 4)

I_дл.доп = 32 А

32 А > 17,18 А, условие выполняется.

Способ прокладки силовой проводки выполняется в трубах.

Для самого удаленного токоприемника проверяем выбранный провод по потери напряжения:

ДU_доп=2%.

ДU%=Р L/(С· S); (2.16)

где С - постоянный коэффициент для данного провода. Коэффициент зависит от напряжения, числа фаз и материала провода. Для меди С=77.

L-длина участка сети,

Р - мощность токоприемника,

S-сечение провода.

Самый удаленный токоприемник Токарные многоцелевые прутковопатронные модули L=25 м, S=6мм²

ДU% = Р L/С· S = 18· 25/(77·6) = 0,97%. (8)

2% > 0,97%, условие выполняется.

2.2.2.4 Выбор пусковой и защитной аппаратуры

Комплектное устройство УКАС (устройство комплектной автоматизации станций) предназначено для автоматического управления работой турбокомпрессорных станций, оснащённых компрессорами производительностью от 100 до 500 м³/мин. С электроприводом от синхронных высоковольтных двигателей с тиристорной системой возбуждения, или нагнетательных станций оснащённых нагнетателями типов 3200, 3360.

Комплектное устройство (КУ) совместно с первичными датчиками контроля технологических параметров компрессорного агрегата и его вспомогательных механизмов осуществляет отработку алгоритмов пуска, ввода в работу, контроля и регулирования параметров, защиты, сигнализации, нормального и аварийного останова агрегата.

При объединении нескольких КУ в систему управления многоагрегатной станцией, при котором указанные в функции управления осуществляются для каждого агрегата с оптимизацией по энергозатратам и выработке моторесурсов оборудования всей станции. Кроме того, при этом осуществляется управление, контроль, защита и сигнализация для вспомогательных механизмов станции, а также подвод и распределение электроэнергии по сети низковольтного питания.

Технические данные:

1 КУ изготовляются в соответствии с техническими условиями.

2 Основные технические параметры КУ следующие:

2.1 Количество операций (команд), которые могут генерироваться КУ в процессе отработки алгоритма управления - 128;

2.2 Силовые части цепей электроснабжения механизмов агрегата переменного тока 50Гц до 630А суммарно, напряжение 380В, допустимый ударный ток до 6,3 кА;

2.3 Цепи управления собственного комплектного устройства - от трёхфазной сети 50Гц, 380В, номинальный ток потребления - до 10А.

2.4 Общие параметры конструкции: защищенные шкафы с кассетными блоками, в которые устанавливаются ячейки и субблоки управления втычной конструкции. Кассеты крепятся на поворотной раме, позволяющей производить

2.5 двухстороннее обслуживание. Шкафы позволяют производить как одностороннее, так и двухстороннее обслуживание.

2.6 Информация о состоянии агрегата, его механизмов, а также механизмов станции и остальных агрегатов может одновременно отрабатываться по 156 входам - двоичных сигналов, 45 - аналоговых.

2.7 Климатическое исполнение 0 или УХЛ, категория размещения 4 по

2.8 ГОСТ 15190-69, Высота установки над уровнем моря до 2000м, степень защиты Ip21 по ГОСТ 14254-80, охлаждение воздушное естественное, окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая агрессивных газов и паров в концентрациях,

2.9 разрушающих металлы и изоляцию, ненасыщенная токопроводящая пыль и водяными парами.

2.10 По механическим воздействиям - группа условий эксплуатации М4 по ГОСТ17562-72.

Устройство КУ:

Комплектное устройство представляет собой набор шкафов управления УКАС, обеспечивает коммутацию и управление, объединённые в отдельные комплекты по функциональному признаку.

Комплект УКАС-АМ предназначен для автоматизации отдельного агрегата и, при объединении агрегатов в станцию, совместно с комплектами других агрегатов осуществляет управление всей станции. Комплект представляет собой два шкафа управления: ШУ1-УКАС-АМ и ШУ2-УКАС-АМ/1.

Шкаф управления агрегатом ШУ1-УКАС-АМ (ТКА) осуществляет все основные функции по управлению защите и сигнализации. Шкаф ШУ2-УКАС-АМ/1 содержит в своём составе аппараты оперативного управления по пуску и останову агрегата, по выбору режимов управления, блоки управления, составляющие автомат управления с программируемой ловушкой. В состав также входит система противопожарной защиты.

Работа комплектного устройства:

Функциональная схема КУ

Компрессор имеет в качестве главного привода синхронный высоковольтный двигатель СД, с возбудительным устройством ВУ, нагнетатель - синхронный.

Подключение двигателя к питающей сети 10кВ производится вакуумным выключателем ВВ. Питающие КУ и приводов механизмов агрегатов и станции осуществляется от определённого распределительного устройства система резервированного питания, которая в объёме поставки КУ не входит.

На входе агрегата находится дроссельная заслонка ДрЗ, угол поворота который определяет производительность агрегата. Поворот заслонки осуществляется сервоприводами. Так же заслонки стоят на выхлопном патрубке и входной магистрали, являющейся вводом в сборный коллектор станции. Первая является защитным устройством и используется в противопомпажной защите, а вторая заслонка нагнетания ЗН служит для подключения агрегата в пневмосеть. Газодинамические параметры измеряются датчиками давления на входе агрегата и в коллекторе и датчиком производительности на всосе агрегата.

Замеру подвергается также статорный ток двигателя, что служит для организации максимальной защиты, защиты от ненормальных режимов работы двигателя и используются также для противопомпажной защиты агрегата.

В комплект УКАС-АМ вводятся сигналы состояния механизмов агрегата, электропривода, теплотехнических параметров агрегата, а также информация об остальных агрегатах и системах их управления. В соответствии с программой обработки алгоритма и значениями этих сигналов комплект УКАС-АМ реализует программу управления агрегатом и сигналы приёма или передачи другим комплектам. Одновременно осуществляется регулирование по замкнутой системе выбранного параметра - давления или расхода. На рис. 2.16.1 не показан ряд вспомогательных механизмов; задвижек на магистралях холодной и горячей воды, маслосистем с маслонасосом фильтров, нагнетателей и охладителей. Не указаны также все элементы контроля и защиты: по давлению воды, масла, по температуре воды, воздуха, масла, подшипников механизмов, первичные и вторичные приборы контроля, защиты и сигнализации.

2.2.2.6 Проверка силовой цеховой сети на потерю напряжений

Определить потерю напряжения в трехфазной воздушной линии с номинальным напряжением Uном.=10 кВ протяженностью l = 2 км, питающей электрооборудование коммунального предприятия мощностью Р=100 кВт. Коэффициент мощности нагрузки cos? = 0,8. Линия выполнена алюминиевыми проводами марки А-25 сечением 25 мм2, расстояние между фазами 600 мм.

Решение.

1. Определяем активное сопротивление провода марки А-25:

(20)

где:

г - значение удельной проводимости для медных и алюминиевых проводов при температуре 20 °С принимается: для медных проводов - 53 м/Ом*мм2; для алюминиевых проводов - 31,7 м/Ом*мм2;

s - номинальное сечение провода(кабеля),мм2;

Также вы можете встретить в тех. литературе еще одну формулу по определению активного сопротивления провода (кабеля):

(21)

где:

с - значение удельного сопротивления принимается: для медных проводов -- 0,017-0,018 Ом*мм2/м; для алюминиевых проводов - 0,026 -- 0,028 Ом*мм2/м, см. таблицу.

2. Определяем индуктивное сопротивление для провода марки А-25:

(22)

где:

Дср. - среднее геометрическое расстояние между осями проводов, мм;

d = 6,40 мм - диаметр провода, для марки провода А-25. Значение диаметра провода можно определить по ГОСТ 839-80 - «Провода неизолированные для воздушных линий электропередач» таблицы 1 - 4. В данном расчете я привожу значение диаметра провода, только для провода марки А, для остальных марок проводов значения диаметров проводов вы сможете найти непосредственно в самом ГОСТе;

µ -- относительная магнитная проницаемость для цветных металлов (немагнитных) равна 1, для стальных проводов µ может достигать значений 10³ и даже больше.

Определяем среднее геометрическое расстояние между осями трех проводов проложенных в одной плоскости:

(23)

где: расстояние между проводами первой и второй фазы Д1-2= 600 мм, между второй и третью Д2-3 = 600 мм, между первой и третью Д1-3= 600 + 25 + 600 = 1225 мм.

Определяем коэффициент мощности tg?, зная cos?:

Определяем потерю напряжения в линии:

(24)

2.2.3 Электроснабжение цеха

2.2.3.1 Выбор компоновки цеховой подстанции и места её расположения

Цеховые трансформаторные подстанции, как правило, не имеют распределительного устройства высокого напряжения (РУВН) и состоят из шкафов ввода высокого напряжения, трансформаторов и распределительного устройства низкого напряжения (РУНН).

В состав подстанции может входить РУВН, если в цехе имеются высоковольтные электроприемники (двигатели, электротехнологические установки), либо если цеховые трансформаторы запитаны по магистральной схеме. Цеховая трансформаторная подстанция может не иметь РУНН, если цеховые электрические сети выполняются по схеме "блок трансформатор - магистраль" (БТМ). В этом случае функцию распределительного устройства низкого напряжения выполняет магистральный шинопровод (ШМА), проложенный в цехе.

РУНН состоит из панелей распределительных щитов: вводных, линейных, секционной. Линейные панели комп-лектуются трансформаторами тока, амперметрами и коммутационно-защитной аппаратурой следующих видов:

1) блоки рубильник - предохранитель с (2100 + 2250; 4250; 2250 + 2400);

2) рубильник, предохранитель с ;

3) рубильники, автоматические выключатели с (6100; 4250; 2600; 4100);

4) автоматические выключатели с (6100; 4250; 2600; 4100);

5) разъединитель, автоматический выключатель с (1400; 11000).

Вводные панели комплектуются трансформаторами тока, амперметрами, вольтметрами и коммутационно-защитными аппаратами:

1) рубильник, предохранитель;

2) разъединитель;

3) разъединитель, автоматический выключатель.

Секционные панели комплектуются либо рубильником, либо разъединителем, а также автоматическим выключателем с рубильниками или разъединителями.

Автоматические выключатели в панелях РУНН могут иметь стационарное исполнение или выдвижное, что влияет на компоновку цеховой подстанции. В прил. 23 приведены способы компоновки цеховых КТП при однорядном и двухрядном расположении панелей со стационарными и выдвижными выключателями.

В данном разделе необходимо указать способ присоединения цеховых трансформаторов к распределительной сети, тип выбранной КТП, ее комплектацию и компоновку.

Выбор схемы силовой сети цеха

Внутрицеховые сети выполняют по радиальной, магистральной или смешанной схемам. На выбор схемы влияют категория потребителей по надежности электроснабжения, взаимное расположение ЭП по площади цеха, их единичная мощность, связанность электроприемников единым технологическим процессом и характеристика окружающей среды.

Радиальные схемы применяют в помещениях с любой окружающей средой. Данные схемы характерны тем, что от источника питания (КТП) прокладывают линии, питающие непосредственно ЭП большой мощности или комплектные распределительные устройства (шкафы, пункты, сборки, щиты), от которых по отдельным линиям питаются электроприемники малой и средней мощности. Распределительные устройства следует располагать в центре электрических нагрузок данной группы потребителей (если позволяет окружающая среда) с целью уменьшения длины распределительных линий. Линии, по которым запитываются распределительные устройства, называются питающими и выполняются, как правило, кабелями. Радиальные схемы требуют установки на цеховых подстанциях большого числа коммутационных аппаратов и значительного расхода кабелей.

Радиальные схемы следует применять:

- для электроснабжения потребителей I категории;

- для электроснабжения мощных ЭП, не связанных единым технологическим процессом;

- для электроснабжения потребителей, взаимное расположение которых делает нецелесообразным питание их по магистральной схеме;