Электроснабжение завода ферросплавов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Архангельский государственный технический университет

Заочный факультет 6 курс

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Электроснабжение завода ферросплавов

Архангельск

2010

РЕФЕРАТ

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА, ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ПРЕССОВОГО ЦЕХА, ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЗАВОДА ФЕРРОСПЛАВОВ, ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, ВЫБОР АППАРАТОВ, РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА, ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ.

В проекте рассматривается вариант электроснабжения прессового цеха, вариант электроснабжения завода ферросплавов.

Произведен расчет компенсации реактивной мощности с учётом нагрузок с резкопеременным графиком работы, расчёт токов короткого замыкания на шинах распределительных устройств. На основе проведенного расчета токов к.з. выбрано оборудование. Рассчитана релейная защита силового трансформатора и синхронного электродвигателя насосной станции. Рассмотрены вопросы охраны окружающей среды и техники безопасности.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

1.1 Применение ферросплавов и способы их производства

1.2 Ферросплавная печь

1.3 Оборудование электропечных установок

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ЦЕХА

2.1 Выбор месторасположения подстанции

2.2 Определение расчетных электрических нагрузок цеха

2.3 Выбор трансформатора

2.4 Выбор марки, сечения и способа прокладки кабелей (проводов)

2.5 Выбор распределительных шкафов

2.6 Выбор аппаратуры защиты цеховой сети

2.7 Выбор троллейных линий

2.8 Расчёт токов короткого замыкания

2.9 Компенсация реактивной мощности

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЗАВОДА ФЕРРОСПЛАВОВ

3.1 Определение расчётных нагрузок предприятия

3.2 Выбор трансформаторов ГПП

3.3 Выбор месторасположения ГПП

3.4 Построение картограммы нагрузок

3.5 Выбор номинального напряжения ЛЭП, их числа, сечения, марки проводов

3.6 Выбор схемы внешнего электроснабжения завода ферросплавов

3.7 Определение числа и мощности цеховых трансформаторов и компенсирующих устройств

3.8 Выбор схемы внутреннего электроснабжения

3.9 Выбор сечения и способа прокладки кабельных линий 10 (6) кВ

3.10 Выбор токопровода

3.11 Компенсация реактивной мощности

3.12 Выбор и проверка коммутационных аппаратов и аппаратов защиты

3.13 Выбор разъединителей, отделителей и короткозамыкателей

3.14 Выбор трансформаторов тока

3.15 Выбор измерительных трансформаторов напряжения

4. РАСЧЁТ ТОКОВ КЗ В СЕТИ ВЫШЕ 1 кВ

4.1 Расчёт токов КЗ в сети выше 1 кВ ГПП-I

4.2 Расчёт токов КЗ выше 1 кВ ГПП-II

5. РАСЧЁТ И ВЫБОР УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ

5.1 Выбор источника оперативного тока и комплектного устройства защиты

5.2 Расчёт токов короткого замыкания

5.3 Защита электродвигателя

5.4 Защита трансформатора ТП-5

6. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

6.1 Охрана окружающей среды при производстве ферросплавов

6.2 Техника безопасности

6.3 Техника безопасности при монтаже обслуживании электродвигателей

6.4 Техника безопасности при установке силовых трансформаторов

7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

1.1 Применение ферросплавов и способы их производства

Ферросплавы - это сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом и другими элементами, применяемыми в производстве стали для улучшения её свойств и легирования. Вводить в сталь нужный элемент не в виде чистого металла, а в виде его сплава с железом удобнее вследствие более низкой температуры его плавления и выгоднее, так как стоимость ведущего элемента в сплаве с железом ниже по сравнению со стоимостью технически чистого металла.

Исходным сырьем для получения ферросплавов служат руды или концентраты. Для производства основных сплавов - ферросилиция, ферромарганца и феррохрома - пользуются рудами, так как в них высоко содержание окислов элемента, подлежащего восстановлению. При производстве ферровольфрама, ферромолибдена, феррованадия, ферротитана и других сплавов руду вследствие малой концентрации в ней полезного элемента обогащают, получая концентрат с достаточно высоким содержанием окислов основного элемента.

Ферросплавы получают восстановлением окислов соответствующих металлов. Для получения любого сплава необходимо выбрать подходящий восстановитель и создать условия, обеспечивающие высокое извлечение ценного (ведущего) элемента из перерабатываемого сырья.

Реакции восстановления характеризуются прочностью окислов при высоких температурах. С повышением температуры прочность всех окислов убывает и только прочность окиси углерода растет. Восстановительные процессы облегчаются, если они проходят в присутствии железа или его окислов. Растворяя восстановленный элемент или образуя с ним химическое соединение, железо уменьшает его активность, выводя его из зоны реакции, препятствуя обратной реакции - окислению. В ряде случаев температура плавления сплава с железом ниже температуры плавления восстанавливаемого элемента, следовательно, реакция может протекать при более низкой температуре.

В зависимости от вида применяемого восстановителя различают три основных способа получения ферросплавов: углевосстановительный, силикотермический, и алюминотермический. Наиболее дешевым является углерод, поэтому его используют при производстве углеродистых ферромарганца и феррохрома, а также всех сплавов с кремнием (кремний препятствует переходу углерода в сплав). Реакции восстановления металлов из их окислов углеродом эндотермичные, поэтому углевосстановительный процесс требует подвода тепла. Полнота извлечения ведущего элемента зависит от температуры и давления, при которых ведут процесс, от состава шлака и сплава.

Силикотермическим и алюминотермическим способами получают ферросплавы с пониженным или очень низким содержанием углерода: среднеуглеродистые и малоуглеродистые ферромарганец и феррохром, безуглеродистый феррохром, металлические хром и марганец, ферросплавы и лигатуры с титаном, ванадием, вольфрамом, молибденом, цирконием, бором и другими металлами. Когда выделяющегося при экзотермических реакциях тепла достаточно для получения металла и шлака в жидком виде, плавку проводят в обособленных очагах - футерованных шахтах. При нехватке тепла плавку проводят в дуговых печах сталеплавильного типа.

Ферросплавная печь

Восстановительные ферросплавные печи работают непрерывно. В работающей печи электроды погружены в твёрдую шихту, которую пополняют по мере её проплавления; сплав и шлак выпускают периодически. Печи этого типа оснащены мощными трансформаторами: 7500-65000 кВА. Печи трехфазные, стационарные или вращающиеся обычно изготовляются открытыми, а новые печи закрытыми сводами.

В рудовосстановительной печи (РВП) выделение тепла осуществляется двумя способами - за счет горения электрических дуг и за счет протекания тока через загрузку. В различных процессах соотношение мощности, выделяемой этими двумя способами нагрева, существенно различно. РВП нашли широкое применение для восстановительных процессов выплавки ферросплавов и чугуна, получения никелевого штейна, карбида кальция, фосфора и электрокорунда. На рис. 1.1 показан поперечный разрез плавильного отделения с открытой ферросплавной печью. Печь 1 со сливным желобом 2 расположена на соответствующем фундаменте. Электрический ток от трансформатора 14 подается по шинам короткой сети 8 к токоведущим щеткам 7, а от них к электродам 6. На уровне рабочей площадки 4 находятся загрузочные лотки 5, соединенные трубопроводом с расположенными выше печными бункерами 9. Для перепуска наращиваемых самоспекающихся электродов используются тормозные устройства 10, соединенные с несущими цилиндрами. Несущие цилиндры вместе с электродами и токопроводящими щетками перемещаются при помощи лебедок 11. Под рабочей площадкой находится аппарат 3 для прожигания леток.

Рисунок 1.1 Поперечный разрез печи

Материалы необходимые для выплавки ферросплавов, подготавливают на шихтовом дворе и доставляют в бункера 12, в которых раздельно хранят примерно суточный запас каждого материала. Из бункеров при помощи питателей шихтовые материалы подают в дозировочную тележку 13, оборудованную пружинными весами. Подвешенная к тельферу дозировочная тележка движется по монорельсу, подъезжая поочередно к бункерам с разными материалами, и забирает определенное количество каждого материала. После набора всех составляющих шихты тележка движется по круговому монорельсу и через раскрывающееся днище высыпает шихту в один из печных бункеров 9. При выплавке ферросилиция шихта из печных бункеров по лотку 5 поступает в загрузочную машину, которая забрасывает ее к электродам. При выплавке феррохрома не предъявляют жестких требований к распределению шихты на колошнике, поэтому шихта по лоткам 5 поступает непосредственно в печь.

Кожух печи цилиндрической или прямоугольной формы выполняют из листового железа толщиной 15-30 мм и усиливают ребрами жесткости.

Материалы, применяемые для футеровки печи, выбирают в зависимости от выплавляемого сплава. Так для выплавки кремнистых сплавов и углеродистого ферромарганца рабочее пространство выкладывают из угольных блоков, для выплавки углеродистого феррохрома - из магнезитового кирпича. Верх стен выкладывают шамотным кирпичом.

Общая толщина футеровки подины достигает 1,8 м (1,2 м - угольные блоки и 0,6 м - теплоизоляция). При такой толщине подины обеспечивается большая тепловая инерция, и облегчаются условия сохранения устойчивой температуры в плавильной зоне печи при кратковременных простоях.

В большинстве ферросплавных печей рабочим слоем футеровки служит так называемый гарниссаж, т.е., настыль, образованная из проплавляемой руды, шлака и сплава.

Для подвода тока к электроду и удержания электрода на заданной высоте применяют электрододержатель. Он состоит из кольца, контактных щек и нажимного устройства. Кольцо состоит из двух полуколец, соединенных стальными шарнирными болтами через бронзовые втулки и шайбы; вследствие этого разрывается магнитный контур, образуемый током, проходящим по электроду.

Один из наиболее простых вариантов полукольца показан на рис. 1.2. оно представляет собой массивную полую охлаждаемую отливку 1 с приливами, в которых помещен пружинный зажим. Контактная щека 2 прижимается к электроду 3 нажимным стаканом 4 силой мощных пружин.

Рисунок 1.2 Полукольцо электрододержателя с пружинным зажимом

Пружины и стакан перемещаются в сварной рубашке 6. регулировочным болтом 7 создается необходимое сжатие пружин. Пружины кольца воспринимают 2/3 веса электрода, остальную нагрузку несут ленты устройств для перепускания электрода.

В последнее время стали применять гидравлические устройства для зажима электрода, позволяющие осуществлять дистанционное управление нажатием на контактные щеки.

По мере сгорания электрода его необходимо перепускать, т.е., подняв несущий цилиндр, зажать электрод электрододержателем в новом месте. Электрод перепускают, не отключая тока, при помощи тормозного устройства, находящегося у каждого электрода.

Перепускание электродов осуществляют обычно один раз в сутки на расстояние около 200 мм.

Внедряемые за последние годы печи с целью утилизации газов богатых СО, и улучшения санитарных условий закрыты сводом и оборудованы системой для очистки газов. Кроме того, для более равномерного проплавления шихты и разрушения, образующихся спеков они оборудованы механизмом вращения ванны, показанным на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 Закрытая ферросплавная печь с водоохлаждаемым сводом и вращающейся ванной

Нагрузка от печи через железобетонную плиту 5 передается на 30 ходовых колес 3 механизма вращения. Ходовые колеса опираются на кольцевой рельс 6, заложенный в фундамент. Центрирование железобетонной плиты осуществляется с помощью пяты 4 для вращения печи используют двигатель постоянного тока. К железобетонной плите прикреплен зубчатый венец 2, с которым находятся в зацеплении конические шестерни двух редукторов. Передаточное число редукторов обеспечивает вращение ванны с частотой в один оборот за 33 ч. Схема управления электродвигателем позволяет плавно уменьшить скорость до одного оборота за 132 ч. Вращение реверсивное в пределах сектора, соответствующего повороту на 1300.

Свод 1 состоит из шести секций, показанных на рис. 1.4. каждая секция выполнена из двух листов немагнитной стали в виде коробки; в полости циркулирует вода. Нижняя рабочая поверхность покрыта слоем жаропрочного бетона. В своде предусмотрены отверстия для загрузочных воронок, предохранительных клапанов и газоотводов.

Мощные ферросплавные электропечи для рудовосстановительных процессов представляют собой непрерывно действующие агрегаты работающие при большой силе тока (40-90 кА), но при низких плотностях его (4-6 А/см2). Требуемые большого диаметра (900-1500 мм) электроды, оказалось, практически удобно изготовлять в печи в процессе работы.

Непрерывный электрод состоит из цилиндрического тонкостенного железного кожуха, заполняемого электродной массой. Массу готовят из термоантрацита, литейного кокса, каменноугольной смолы и пека. Внутри кожуха находятся ребра. Кожух служащий прессформой для электродной массы, предохраняет электрод от окисления воздухом, облегчает прохождение тока от электрододержателя к обожженной части электрода.

Электродную массу забрасывают в кожух в холодном состоянии. Под действием тепла печи масса размягчается и плотно заполняет кожух. В процессе работы печи по мере сгорания электродов необожженная его часть постепенно опускается, приближаясь ко все более нагретым зонам печи; масса постепенно теряет летучие. Под контактные щеки масса поступает еще пластичной, при дальнейшем нагреве на участке щек электродная масса спекается (коксуется); сопротивление электрода снижается. Из-под контактных щек электрод выходит с нормальными свойствами угольного электрода. По мере сгорания электрод опускается, а сверху с дозировочной площадки к железному кожуху приваривают, не выключая тока, новую секцию, которую наполняют электродной массой. Самоспекающиеся электроды приблизительно в 3 раза дешевле угольных.

Токопровод от трансформатора к электродам ("короткая сеть") - очень важная часть конструкции ферросплавной печи. При больших силах тока и неудачной конструкции короткой сети потери энергии в ней могут достичь значительной величины, что отрицательно скажется на к.п.д. и величине cos установки.

Рисунок 1.4 Металлический водоохлаждаемый свод

1 - секция свода; 2 - противовзрывные люки; 3 - электроды; 4 - отверстия для загрузки шихты; 5 - распорные трубки (условно показаны на одной секции свода ); 6 - газоотводная труба; 7 - уплотнение электрода

Для повышения этих показателей суммарное значение активных и реактивных сопротивлений короткой сети должно быть минимальным. Для этого необходимо, чтобы длина короткой сети была минимальной; прокладку токоведущих шин или труб следует выполнять бифилярно, т.е. чтобы шины, обтекаемые токами различных направлений, были расположены, возможно, ближе друг к другу.

Непрерывность процесса производства ферросплавов потребовала создания автоматической системы регулирования, без контактов и вращающихся частей. В настоящее время внедряют бесконтактные регуляторы на магнитных усилителях в сочетании с гидравлическим приводом перемещения электродов.

В табл. 1.1 приведены основные технические данные рудовос-становительных печей применённых на проектируемом заводе. Рудовос-становительные и рудоплавильные процессы характеризуются весьма высоким удельным расходом электроэнергии. При производстве ферросплавов удельный расход электроэнергии обычно составляет 3000-9000 кВт*ч/т.

РВП с электромеханическими приводами механизмов перемещения электродов, предназначены для технологических процессов с полным проплавлением шихты в дуговом режиме (например, РКО-3,5), комплектуются регуляторами мощности типа РМД.

РВП с электромеханическими приводами механизмов перемещения электродов, предназначенные для рудовосстановительных процессов со спокойным режимом, комплектуются релейно-контакторными регуляторами мощности типа ПДВ.

Печи с гидравлическими механизмами перемещения электродов работают с электрогидравлическими регуляторами мощности типа АРДГ-3 (трехэлектродные печи) или АРДГ-6 (шестиэлектродные печи).

Эксплуатационные значения КПД для РВП достигают 0,9-0,95. коэффициент мощности печей обычно находится в пределах 0,75-0,95.

Таблица 1.1

Тип	Основное назначение	Печной трансформатор	Максимальный вторичный ток, кА	Размеры ванны,м
		Число, шт* мощность, МВ*А	Напряжение
					диаметр	глубина
			ВН, кВ	НН, кВ
РКО-4,5	Выплавка рудно-известкового расплава для получения рафинированного феррохрома	1х4,5	6 или 10	179-89	20	3,5	1,34
РКО-16,5	Выплавка 75%- и 90%-ного ферросилиция, углеродистого и предельного феррохрома	3х5,5	6 или 10	204-131	59	6,1	2,3
РКЗ-16,5	Выплавка 45%- и 65%-ного ферросилиция	3х5,5	6 или 10	204-131	59	6,63	2,8
РКО-25	Тоже, что и РКЗ-16,5	25	35	230-140	89	7,0	3,0

Примечание: Цифры (после букв) означают номинальную мощность печи, МВ*А, буквы означают: Р - рудно-термическая; К - круглая ванна, П - прямоугольная; О - открытая печь, З - закрытая.

Оборудование электропечных установок

Для дуговых печей могут быть использованы обычные высоковольтные выключатели - масляные, воздушные и вакуумные. При выборе типа выключателя необходимо учитывать, что он может иметь десятки срабатываний в течение суток, а также то, что эти операции могут иметь место в наиболее тяжелом режиме короткого замыкания. Из масляных выключателей для печных установок обычно применяют баковые выключатели типов ВМБ-10, ВМД-35, которые при соблюдении некоторых условий (частая ревизия контактных элементов, смена масла раз в один-два месяца) допускают их использование в печных установках. Малообъемные выключатели типа ВМГ непригодны для частых оперативных включений и выключений. Для электропечных установок с питающим напряжением 35 кВ изготовляют воздушные выключатели типа ВВ-35п на 600 и 1000 А, которые имеют усиленные контакты и улучшенные устройства для гашения дуги. Применяют и обычные воздушные выключатели 35 кВ типа ВВН-35, которые также допускают большое число включений. Для приема и распределения электроэнергии трехфазного тока номинальным напряжением 35 кВ в установках металлургических предприятий разработаны КРУ, оборудованные вакуумными выключателями выкатного типа. Применение этих КРУ резко сокращает габариты распределительных устройств (по сравнению с РУ, оборудованными воздушными выключателями), повышает их монтажную готовность, надежность работы и удобство эксплуатации.

Печные трансформаторы обладают повышенной надежностью, большими по сравнению с обычными трансформаторами габаритами и несколькими ступенями вторичного напряжения. Для питания дуговых печей изготовляют трансформаторные агрегаты с печными трансформаторами мощностью до 40МВ*А с естественным масляным охлаждением и масляно-водяным охлаждением, с принудительной циркуляцией масла. Печные трансформаторы питаются от сети напряжением 6, 10 или 35 кВ (в зависимости от мощности трансформатора). Мощность трансформаторного агрегата для дуговых печей определяют по максимальной мощности на первой ступени трансформации стороны низшего напряжения, которая примерно на 35% ниже номинальной мощности трансформатора. Трансформаторные агрегаты мощностью до 9 МВ*А на вторичной стороне состоят из самого трансформатора и токоограничивающего реактора. Трансформатор и реактор имеют переключающие устройства, которые дают возможность получать на вторичной стороне низшего напряжения от четырех до восьми ступеней. Переключение ступеней напряжения производят при отключенном агрегате. Трансформаторные агрегаты мощностью на вторичной стороне 15 и 25 МВ*А состоят из регулировочного автотрансформатора с ответвлениями для переключения ступеней напряжения и включенного последовательно с ним понижающего трансформатора. Переключение ступеней напряжения может производиться под нагрузкой.



Рисунок 1.5 Короткая сеть дуговых печей

Питание электрических дуговых печей от печных трансформаторов производится по вторичному токопроводу или по так называемой "короткой сети", которая характеризуется малой протяженностью и большими токовыми нагрузками, доходящими до нескольких сот и даже тысяч ампер. Короткой сетью электрических печей называется система (рис.1.5), в которую входят выводы печного трансформатора 1, гибкие температурные компенсаторы 2, присоединенные к выводам трансформатора, шинный пакет 3, трансформаторы тока 4, участок расшихтовки шин 5, неподвижный 6 и подвижный 8 башмаки, гибкая кабельная гирлянда 7, трубчатый токопровод от гирлянды к электрододержателю 9, рукав электрододержателя 10, пакет гибких шин 11, присоединяемый к щекам электрододержателя 12, и сам электрод 13.

Несмотря на то что "короткая сеть" имеет протяженность всего несколько метров, она оказывает большое влияние на величину полного сопротивления печи Z и его составляющих - активного сопротивления R и реактивного (индуктивного) сопротивления X, от которых в значительной мере зависят КПД и cos печи.

Для устойчивого горения дуги переменного тока короткая сеть печи обязательно должна иметь некоторое индуктивное сопротивление. В печах объемом от 20 т и выше индуктивное сопротивление обычно бывает достаточным; в печах до 10 т для получения необходимой величины индуктивного сопротивления в сеть дополнительно включается дроссель (реактор). Основным способом регулирования мощности дуговой печи является регулирование положения электродов относительно загрузки в печах прямого действия или относительно друг друга в печах косвенного действия. Автоматическое регулирование перемещения электродов осуществляется регулятором, реагирующим на изменение электрического режима печи и воздействующим на привод перемещения электрода. Автоматический регулятор имеет измерительный орган, контролирующий принятый для регулирования параметр, и командный орган, воздействующий на механизм перемещения электрода.

Рисунок 1.6 Регуляторы мощности дуговых печей

а - с электромашинным усилителем; б - релейноконтактный

На рис.1.6, а показана схема регулятора с электромашинным усилителем. Напряжение и ток печи воздействуют через выпрямители токовой цепи ВТ и цепи напряжения ВН на обмотку управления ОУ электромашинного усилителя ЭМУ с компенсационной обмоткой КО. Якорь усилителя вращается асинхронным электродвигателем АД с постоянной скоростью. К выходу электромашинного усилителя подключен электродвигатель постоянного тока Д, приводящий в движение механизм перемещения электрода Э через систему передач исполнительного механизма ИМ.

Напряжение с выхода электромашинного усилителя подается через стабилизирующий трансформатор СТ в обмотку обратной связи ОС. Режим работы печи задается установкой тока дуги при помощи автотрансформатора АТ. В заданном режиме работы печи при определенном соотношении между величинами тока и напряжения дуги, поток обмотки ОУ равен нулю, напряжение на выходе усилителя отсутствует, электродвигатель Д не обтекается током, электрод не подвижен. После подачи напряжения на печь при поднятых электродах на выпрямителе появляется максимальное напряжение, электромашинный усилитель возбуждается, и двигатель Д опускает электрод Э с максимальной скоростью. При соприкосновении электрода с шихтой напряжение на выпрямителе ВН этого электрода исчезает, и двигатель быстро тормозится. При соприкосновении с шихтой другого электрода к обмотке ОУ усилителя регулятора первого электрода прикладывается максимальное напряжение ВТ как следствие тока короткого замыкания двух фаз. На якоре электромашинного усилителя ЭМУ появляется напряжение, и начинается разгон электродвигателя Д на подъем электрода. Затем ток выпрямителя ВТ уменьшается, а ток выпрямителя ВН увеличивается; поток обмотки ОУ уменьшается, и скорость двигателя снижается. При достижении током заданного значения поток обмотки ОУ станет равным нулю. Обмотка ОС, размагничивающая усилитель, ускоряет остановку электродвигателя гашением оставшегося напряжения на якоре усилителя. Используемые для регулирования мощности регуляторы с электромашинным усилителем имеют малые постоянные времени (быстродействие) и большие коэффициенты усиления.

Принцип действия релейно-контактного регулятора показан на рис. 1.6 б, основным элементом регулятора является балансное дифференциальное реле БР с токовой обмоткой Т, трансформатором АТ, и обмоткой напряжения Н с сопротивлением СН. Сердечники обеих обмоток связаны с коромыслом, при помощи которого могут замыкаться и размыкаться контакты КП и КО цепей управления пускорегулирующего устройства ПУ. При нормальном соотношении между величинами напряжения и тока дуги результирующий момент на коромысле равен нулю, контакты регулятора разомкнуты, двигатель не работает. При увеличении тока дуги против заданного значения намагничивающая сила токовой обмотки увеличивается, и ее сердечник замыкает контакты КП цепи включения электродвигателя на подъем электрода. При уменьшении тока преобладает намагничивающая сила обмотки напряжения, сердечник которого замыкает контакты КО цепи включения двигателя на опускания электрода. Регулятор имеет значительную зону нечувствительности за счет моментов трения подвижных элементов и зазоров между контактами балансного реле.

Проектирование электроснабжения механического цеха

Выбор места расположения цеховой подстанции

Исходные данные для расчёта электроснабжения механического цеха представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

№ по плану	Наименование оборудования	Рн, кВт	Ки	Кс	сos?
1,2,3	Пресс кривошипный	4,0	0.65	0,75	0,8
4,5,7	Токарно-револьверный станок	13+1,5+0,4	0,14	0,14	0,45
6	Отрезной полуавтомат	5,5+1,5	0,2	0,23	0,5
8	Поперечно-строгательный станок	10	0,14	0,14	0,45
9,16-19	Пресс кривошипный	7,5	0,65	0,75	0,8
11,28	Кран мостовой ПВ-40%	13+7,5+4+3	0,1	0,2	0,5
14,15	Обдирочно-шлифовальный станок	2,2	0,14	0,14	0,45
12,13	Автомат многопозиционный холодно-высадочный	17+7,5+2,2	0.6	0,6	0.7
10,20,21	Пресс	22	0,65	0,75	0,8
22,23	Пресс кривошипный	10	0,65	0,75	0,8
24,25	Пресс чеканочный	22	0,65	0,75	0,8
26,27	Шахтная печь t=600 0С	18	0,9	0,95	0,9
29,30	Печь сопротивления камерная	55	0,8	0,85	0,95
31,32	Печь сопротивления t=950 0C	32	0.8	0.85	0.95
33,34	Вентиляторы	30	0,65	0,7	0,8

Выбор схемы внутрицеховой сети начинаем с определения местонахождения комплектной трансформаторной подстанции. ТП и КТП в целях экономии металла и электроэнергии рекомендуется устанавливать в центре электрических нагрузок (ЦЭН), координаты которого X0, Y0 определяются из соотношений

(2.1)

где Рi - расчетная мощность i-го электроприёмника

Xi,Yi - координаты электроприемника

(2.2)

kci - коэффициент спроса для i-го электроприёмника, определяется по табл.2.2[4] .

Результаты расчетов сведены в табл . 2.2

Таким образом, ЦЭН для цеха X0=21,3 м, Y0=8,6 м.

Центр электрических нагрузок механического цеха расположен в точке с координатами (21.3;8.6) относительно угла А-1. Установка подстанции в этой точке невозможна из-за установленного в этом месте технологического оборудования, поэтому подстанцию выносим за пределы цеха в сторону расположения ГПП.

Таблица 2.2

Определение расчетных электрических нагрузок цеха

Для определения расчетных нагрузок использован метод упорядоченных диаграмм. Для выполнения расчёта необходимо распределить электроприёмники на характерные группы и наметить для них узлы питания - силовые пункты.

СП-1: 1,2,3,10,12,13,21,22,23,24,25;

СП-2: 4,5,6,7,8,11,14,15;

СП-3: 9,16,17,18,19,20;

СП-4: 26,27,28,29,30,31,32,33,34.

Для прессового цеха применим радиальную схему (рис. 2.1).

Расчетная максимальная нагрузка группы электроприемников определяется по формуле:

(2.3)

где Км - групповой коэффициент максимума;

Ки - групповой коэффициент использования активной мощности;

(2.4)

ки - индивидуальный коэффициент использования;

рн - номинальная мощность электроприемников, кВт;

рн - суммарная номинальная мощность данной группы электроприемников, кВт;

Рсм - средняя нагрузка за наиболее загруженную смену, кВт.

Для определения Км необходимо найти эффективное число электроприемников nэ:

(2.5)

а) если фактическое число электроприемников n ? 4, то nэ=n при соблюдении условия

(2.6)

где pH max, pH min - номинальные активные мощности наибольшего и наименьшего электроприемников в группе, кВт.

б) при m ? 3 и kи ? 0,2

(2.7)

Расчетная реактивная нагрузка Qp определяется по формуле:

(2.8)

где QCM - средняя реактивная нагрузка группы электроприемников, кВар;

tgсв - средневзвешенное значение тангенса угла сдвига фаз между током и напряжением;

(2.9)

КМ - коэффициент максимума реактивной нагрузки (табл.4) [1].

Нагрузки электрического освещения учитываются по формулам:

(2.10)

где ро - нагрузка производственной площади, Вт/м2;

F - площадь цеха, м2;

tgo - коэффициент мощности (соответствующий coso = 0.96), tgo =0.33;

K/c.o - коэффициент спроса на осветительную нагрузку, K/c.o = 0,96.

Полная расчетная нагрузка цеха определяется по формуле:

;(2.11)

Расчетный ток электроприемников группы определяется по формуле:

;(2.12)

Результаты расчета сведены в табл.2.3

Выбор трансформатора

Расчетная нагрузка механического цеха - 527 кВ.А

Номинальная мощность трансформатора:

;(2.13)

где N - количество трансформаторов цеховой ТП, N=2 (II категория);

kЗАГР - коэффициент загрузки, kЗАГР = 0.7.

кВА.

Принял к установке двухтрансформаторную подстанцию типа: 2КТП-400С/6/0,4-УЗ. Подстанция двухтрансформаторная промышленного использования на номинальное напряжение на стороне ВН - 6 кВ; на стороне НН - 0,4 кВ; мощность каждого трансформатора 400 кВ.А; климатическое исполнение - У - умеренный климат; категория размещения - 3 - внутренней установки.

Проверка выбранных трансформаторов на перегрузочную способность:

Таблица2.3

Условие выполняется, следовательно, выбранный трансформатор может обеспечить питание цеховых потребителей на время ремонта второго трансформатора. Выбор марки, сечения и способа прокладки кабелей Сечение жил проводов и кабелей цеховой сети выбираем по:

- нагреву длительным расчетным током:

Ip ? Ксн•Iдоп

- условию соответствия, выбранному защитному устройству

Ксн•Iдоп ? Кзащ•Iз ,

где Ip - расчетный ток линии;

Ксн - поправочный коэффициент;

Iдоп - длительно допустимый ток проводника;

Кзащ - коэффициент защиты, Кзащ=1;

Iз - ток срабатывания.

Распределительную сеть выполняем кабелем марки АВВГ. Результаты выбора кабелей и труб питающей сети механического цеха приведены в табл. 2.5, распределительной сети в табл. 2.4.

Таблица 2.4

№ приемника	Рном, кВт	сos	Iном, А	Iдоп, А	S, мм2	dвн труб, мм
1,2,3	4,0	0,8	7,6	19	4х2,5	25
4,5,7	13+1,5+0,4	0,45	50,31	60	3х16+1х10	40
6	5,5+1,5	0,5	21,3	27	4х4	25
8	10	0,45	33,76	42	3х10+1х6	32
9,16-19	7,5	0,8	14,24	19	4х2,5	25
11,28	13+7,5+4+3	0,5	60,4	75	3х25+1х16	40
14,15	2,2	0,45	7,42	19	4х2,5	25
12,13	17+7,5+2,2	0.7	57,95	75	3х25+1х16	40
10,20,21	22	0,8	41,78	75	3х25+1х16	40
22,23	10	0,8	18,9	27	4х4	25
24,25	22	0,8	41,78	60	3х16+1х10	40
26,27	18	0,9	30,38	42	3х10+1х6	32
29,30	55	0,95	87,97	110	3х50+1х25	50
31,32	32	0,95	51,17	75	3х25+1х16	40
33,34	30	0,8	56,97	75	3х25+1х16	40

Таблица 2.5

№ СП	Iр, А	Iдоп, А	S, мм2
СП - 1	243,81	270	3х185+1х50
СП - 2	57,92	60	3х16+1х10
СП - 3	89,48	90	3х35+1х16
СП - 4	394,96	2х200	2(3х120+1х35)

Выбор распределительных шкафов

Для цехов с нормальными условиями окружающей среды использовал распределительные шкафы серии ПР8503. Шкафы комплектуются вводными выключателями ВА52-39, ВА52-37, ВА57-35, ВА57Ф35 с тепловыми и электромагнитными максимальными расцепителями тока.

В качестве выключателей распределения (фидерных) в шкафах применяются выключатели: ВА57-35 (ВА57Ф35); ВА57-31; АЕ2040-10Б; АЕ2044 (однополюсные).

Параметры выбранных шкафов сведены в табл. 2.6.

Таблица 2.6

СП	Тип (серия шкафа)	Встраиваемые выключатели
		Вводной	IH, А	Распределения	IН, А
1	ПР8503-2054-1УХЛ3	ВА52-37	400	12хАЕ2046-10Б	63
2	ПР8503-2062-1УХЛ3	ВА57-35	250	8хАЕ2046-10Б 2хВА57-35	63 250
3	ПР8503-2052-1УХЛ3	ВА57-35	250	8хАЕ2046-10Б	63
4	ПР8503-2062-1УХЛ3	ВА52-39	630	8хАЕ2046-10Б 2хВА57-35	63 250

Все выбранные шкафы имеют напольное исполнение, номинальный ток до 500 А, размеры 1200х750х200 (ВхШхГ).

Выбор аппаратуры защиты цеховой сети

В качестве аппаратов защиты в механическом цехе выбраны автоматические выключатели. Выбор автоматических выключателей производится:

по напряжению установки Uуст.?Uн.

по роду тока и его значению Ip. ?Iн

по коммутационной способности Iп.о?Iоткл,

где Uуст - напряжение на установке, В;

Uн. - номинальное напряжение автомата, В;

Ip. - рабочий ток установки, А;

Iн. - номинальный ток автомата, А;

Iп.о - ток трехфазного короткого замыкания, кА.

Определение уставок автоматов производят, исходя из следующих условий.

Номинальный ток теплового расцепителя, защищающего от перегрузки, выбирается только по длительному расчетному току линии Iт ? Iдл..

Номинальный ток электромагнитного или комбинированного расцепителя автоматических выключателей выбирается также по длительному расчетному току линии Iэл. ? Iдл..

Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя или комбинированного расцепителя Iср.эл. ? Iпик..k. Коэффициент k учитывает неточность в определении пикового тока и разброс характеристик электромагнитных расцепителей автоматов. При отсутствии заводских данных для автоматических выключателей с номинальным током до 100 А кратность k пикового тока относительно уставки следует принимать не менее 1,4, а для автоматических выключателей с номинальным током более 100 А - не менее 1,25 (автомат с электромагнитным расцепителем). Коэффициент k ? 3, если автомат с обратно зависимой от тока характеристикой. Пиковый ток ответвления, идущего к одиночному двигателю, равен его пусковому току Iпик. = Iпуск. Пиковый ток линии, питающей группу токоприемников (более трех), определяется по формуле

(2.14)

где Ip - расчетный ток линии, А;

Iн.б, k/ - номинальный ток и кратность пускового тока двигателя, имеющего наибольший пусковой ток;

Iн - сумма номинальных токов всех электродвигателей группы.

Если автоматы установлены в закрытых шкафах, номинальный ток автомата, теплового или комбинированного расцепителя уменьшается до 85% номинальных значений указанных в каталогах. Выбор автоматических выключателей представлен в табл.2.7.

Таблица 2.7

Номер установленного оборудования	Наименование оборудования	Iном, А	Iпуск., А	Iном. выкл, А	Iном. расц.,А	Тип выключателя
1,2,3	Пресс кривошипный	7,6	38	63	10	АЕ2046-10Б
4,5,7	Токарно-револьверный станок	50,31	251,55	63	63	АЕ2046-10Б
6	Отрезной полуавтомат	21,3	106,5	63	25	АЕ2046-10Б
8	Поперечно-строгательный станок	33,76	168,8	63	40	АЕ2046-10Б
9,16-19	Пресс кривошипный	14,24	71,2	63	16	АЕ2046-10Б
11,28	Кран мостовой	60,4	302	160	63	ВА57-35
14,15	Обдирочно-шлифовальный станок	7,42	37,1	63	10	АЕ2046-10Б
12,13	Автомат многопозиционный холодновысадочный	57,95	289,75	63	63	АЕ2046-10Б
10,20,21	Пресс	41,78	208,9	63	63	АЕ2046-10Б
22,23	Пресс кривошипный	18,9	94,5	63	20	АЕ2046-10Б
24,25	Пресс чеканочный	41,78	208,9	63	50	АЕ2046-10Б
26,27	Шахтная печь t=600 ОС	30,38	151,9	63	31,5	АЕ2046-10Б
29.30	Печь сопротивления, камерная	87,97	439,85	250	100	ВА57-35
31,32	Печь сопротивления, t=900 OC	51,17	255,85	250	63	АЕ2046-10Б
33,34	Вентиляторы	56,97	284,85	250	63	АЕ2046-10Б

Выбранные выключатели имеют ток отсечки , предельный ток отключения для АЕ2046-10Б Iпр.откл = 6-7 кА, для ВА57-35 Iпр.откл.=40 кА.

Расчет вводного выключателя для СП-1:

Iр = 243,81 А; Iн.б.=57,95 А; k/=5;

Iн=3*7,60+2*41,78+2*18,9+2*41,78+2*57,95=343,62 А.

По формуле (2.14) получил:

При выборе номинального тока электромагнитного расцепителя автоматического выключателя, встроенного в шкаф, следует учитывать тепловой поправочный коэффициент 0,85. Таким образом, Iном.эл.=243,81/0,85=286,83 А.

Выбрал: ВА 52- 37 Iном.выкл =400 А; Iном.расц = 320 А;

Допустимый ток к.з. = 40 кА

По первому условию Iт=320 А? Iдл=243,81 А..

По второму условию Iср.эл.=10.Iном.расц.=10*320 ? Iпик.k=492*1,25 А. Выбор вводных автоматических выключателей для остальных СП произведен аналогично, результаты расчетов представлены в табл. 2.8

Таблица 2.8

СП	Iд, А	Iпик., А	Тип выключателя	Iном.выкл, А	Iном.расц, А
1	243,81	492,44	ВА 52 - 37	400	320
2	57,92	346,26	ВА 57 - 35	250	63
3	89,48	265,24	ВА 57 - 35	250	100
4	394,96	767,13	ВА 52 - 37	400	400

По расчетам все выбранные выключатели подходят

Выбор троллейных линий

Для электроснабжения мостовых кранов 11 и 28 в механическом цехе в виду отсутствия технологической пыли, химически активной среды и пожароопасности выбраны троллеи из угловой стали.

Троллейные линии выполняются из профилированной стали. Их сечение выбирается по нагреву длительным током нагрузки и проверяется на потерю напряжения. Суммарная допустимая потеря напряжения от источника питания до двигателя крана не должна превышать 12%, распределяясь на потерю напряжения в питающей линии (Uп.л.=4…5%) и в главной троллейной линии (Uт.л=6…7%).

При выборе по нагреву расчетный ток принимается равным току тридцатиминутной максимальной нагрузки

(2.15)

где Р30=Рн.К30/ - максимальная расчетная активная мощность, кВт;

Q30=P30.tg - максимальная расчетная реактивная мощность кВар;

Рн, Uн, - соответственно номинальные мощность (кВт), напряжение (кВ) и КПД крановых двигателей, %;

К30 - коэффициент спроса активной мощности, определяемый по кривым рис. 6.11 [2] в зависимости от режима работы крана и nэ, рассчитанного по (2.5)

Значение tg принимается по коэффициенту мощности, который для кранов составляет cos = 0,45…0,6.

Расчетная величина тока I30 не должна превышать допустимого значения для принятого профиля троллеев (табл. 6.10) [2]

Пиковый (кратковременный) ток крановых двигателей, с достаточной для практических расчетов точностью определяется как

(2.16)

где Iпуск. - наибольший из пусковых токов двигателей в группе, А;

Iмакс. - максимальный расчетный ток, принимаемый для кранов I30;

Iном. - номинальный ток наибольшего двигателя, А.

Выбранное по нагреву сечение угловой стали проверяется на потерю напряжения: U%=ml,(2.17)

где m - удельная потеря напряжения (%/м), принимая в зависимости от максимальной величины пикового тока по табл. 6.11;

l - расстояние от точки присоединения до наиболее удаленного конца троллейной линии, м.

Краны оборудованы четырьмя короткозамкнутыми двигателями на каждом с установленной мощностью:

Р1=13 кВт; Р2=7,5 кВт; Р3=4 кВт; Р4=3 кВт; принял КПД =0,87; cos =0,5

Номинальный и пусковой ток наибольшего по мощности двигателя при kпуск.=7,5

Суммарная номинальная мощность каждого крана Рном=27,5 кВт.

Потребляемая мощность при заданном КПД

кВт.

Эффективное число электроприемников по (2.5)

;

По рис. 6.11[2] нашел при среднем режиме работы кранов коэффициент спроса k30=0.38. По формуле (2.15) определил максимальный расчетный ток троллеев при работе крана, приняв cos =0.5 и tg =1.73

А.

Кратковременный пусковой ток при пуске наибольшего двигателя и работе остальных двигателей

А

Для пикового тока Iпик.=331,5 А, выбрал угловую сталь 50х50х5, удельная потеря напряжения m=0.2% при условии Iпик.=331,5 А ? Iн.д.=358 А. Тогда, согласно (2.17) при расчетной длине троллейной линии от точки питания потери напряжения для крана №11 составляют

U%=ml=0,2*36/2=3,6 %;

для крана №28

U%=ml=0,2*36/2=3 %;

Расчет токов короткого замыкания

При расчете токов КЗ примем следующие допущения:

трехфазная сеть принимается симметричной;

мощность питающей системы неограниченна и напряжение на шинах цеховой подстанции является постоянным;

При составлении схемы замещения учитываются влияние активных сопротивлений короткозамкнутой цепи (трансформаторов, линий, шин, транс-форматоров тока, автоматических выключателей, контактов аппаратов и т.д.). Переходные сопротивления контактов могут быть учтены введением в расчетную схему активного сопротивления:

15 мОм - для распределительных щитов на подстанциях;

20 мОм - для первичных цеховых распределительных пунктов и на зажимах аппаратов, питаемых радиальными линиями от щитов ТП или от магистралей;

25 мОм - для вторичных цеховых распределительных пунктов и на зажимах аппаратов от первичных распределительных пунктов;

30 мОм - для аппаратуры установленной непосредственно у приемников электроэнергии, получающих питание от вторичных распределительных пунктов.

Сопротивления проводов, первичных обмоток трансформаторов тока, токовых катушек расцепителей автоматических выключателей, а также переходные сопротивления контактов аппаратов взяты из табл. 8.12…8.15.[3]

Расчет токов КЗ на напряжение до 1 кВ выполняют в именованных единицах. Расчетная схема представлена на рис. 2.1.

В качестве примера рассмотрено определение тока короткого замыкания в точке К1:

Активное и индуктивное сопротивление цехового трансформатора, приведенное к напряжению ступени КЗ, определяются из формул, мОм,

мОм; (2.18)

(2.19)

где Рk - мощность потерь КЗ трансформатора, кВт;

Uном - номинальное линейное напряжение обмотки низшего напряжения, кВ;

Sном. - номинальная мощность трансформатора, кВ*А;

uk - напряжение КЗ трансформатора, %.

мОм;

мОм

мОм,

мОм,

Точка К1 :

кА

Постоянная времени затухания апериодической составляющей

;

Ударный коэффициент

;

Ударный ток в точке К1:

кА.

Аналогично рассчитаны токи в остальных точках. Результаты сведены в табл. 2.9.

Таблица 2.9

Компенсация реактивной мощности в цехе

Суммарная расчетная мощность низковольтных батарей конденсаторов (НБК) определяется по минимуму приведенных затрат выбором экономически оптимального числа трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций (ПС), а также определением дополнительной мощности НБК в целях оптимального снижения потерь в трансформаторах и в сети напряжением 6 и 10 кВ предприятия, питающей эти трансформаторы.

Суммарная расчетная мощность НБК, кВар,

(2.20)

где Qн.к.1 и Qн.к.2 - суммарные мощности батарей, кВар

По выбранному ранее числу трансформаторов определяют наибольшую реактивную мощность, кВар, которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ:

(2.21)

где Nт, т, Sт - число, коэффициент загрузки и номинальная мощность трансформаторов цеховой подстанции,

Pp - расчетная активная нагрузка подстанции за наиболее загруженную смену, кВт.

Суммарная расчетная мощность НБК, кВар, для данной группы трансформаторов

(2.22)

где Qp - расчетная реактивная нагрузка подстанции за наиболее загруженную смену, кВар.

Если окажется, что Qн.к.1< 0, то установка НБК не требуется, и Qн.к.1 принимается равной нулю.

Рисунок 2.1

Дополнительная суммарная мощность НБК для данной группы трансформаторов Qн.к.2 в целях оптимального снижения потерь

(2.23)

где - расчетный коэффициент, определяемый в зависимости от коэффициентов К1 и К2 и схемы питания цеховой ПС: К1 по рис. 2.132 и 2.133, К2 по табл. 2.191[4]

Если окажется, что Qн.к.2< 0, то для данной группы трансформаторов реактивная мощность Qн.к принимается равной нулю.

Определяем (по 2.21) наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ

Sт = 400 кВ*А; Nт = 2; т = 0,7; Рр = 433,41 кВт; Qр = 300,45 кВАр.

кВар.

Мощность НБК (по 2.22) равна:

кВар.

Дополнительную мощность Qн.к.2 определяем по (2.23)

кВар

где = 0,5 согласно рис.2.133 при К1 = 11 (принято по табл. 2.190) и К2 = 2 (принято по табл. 2.191).

Таким образом, установка конденсаторных батарей в цехе не требуется.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЗАВОДА ФЕРРОСПЛАВОВ

3.1 Определение расчетных нагрузок предприятия

Расчетные нагрузки для цехов предприятия определяем методом коэффициента спроса.

(3.1)

Расчетная нагрузка электрического освещения определяется также по методу коэффициента спроса.

(3.2)

Суммарная расчетная нагрузка цеха находится как сумма составляющих.

(3.3)

В качестве примера приведено определение расчетной мощности в цехе электрических печей №1:

В цехе планируется к установке электродуговые рудовосстановительные печи типа РКЗ - 16,5 (печь рудовосстановительная, закрытого типа, с круглой ванной, мощность печного трансформатора 16 МВ*А), в количестве 4 шт. Мощность электроприемников сети 0,4 кВ Рном.=2800 кВт. Значение коэффициента использования для руднотермических печей Kи=0,9, коэффициент спроса Кс=0,95 коэффициент мощности cos = 0,9 по табл №2.2 [4].

tg=tg(arccos(cos))=tg(arccos0.9)=0.48

Расчетная активная мощность печей :

Pp= Kc Sн*cos=4 .0,9516,5*0,9=56,43 МВт

Расчетная реактивная мощность печей:

Qp= Pp tg=56,430,48=27,33 МВАр

Потребители 0,4 кВ: Ки=0,5; Кс=0,55; cos =0,7; tg =1,02

Расчетная активная мощность потребителей 0,4 кВ:

Pp0,4= Kc Pном=0,552800=1540 кВт

Расчетная реактивная мощность потребителей 0,4 кВ:

Qp0,4= Pp0,4 tg=17,421,02=1571,11 кВАр

Для освещения цеха электрических печей №1 выбирал лампы типа ДРЛ. Коэффициент мощности с учетом местной компенсации cosо=0,96. Для цеха электрических печей р0=0,02 кВт/м2. Площадь цеха электрических печей определил по генплану предприятия F=2100 м2. Коэффициент спроса на осветительную нагрузку ксо=0,95.

Расчетная активная мощность на освещение цеха электрических печей:

Ppо= kcо р0F=0,950,022100=39,9 кВт

Qро= Ppо tg 0= Ppо tg(arccos(cosо))=39,9*tg(arccos(0,96))=11,64 кВАр

Суммарная активная нагрузка потребителей 0,4 кВ цеха электрических печей:

Рр= Pp0,4+ Ppо=1540+39,9=1579,9 кВт

Суммарная реактивная нагрузка потребителей 0,4 кВ цеха электрических печей:

Qр= Qp0,4+ Qpо=1571,11 +11,64 =1582,75 кВАр

Полная нагрузка потребителей 0,4 кВ цеха электрических печей:

кВ*А

Полная нагрузка потребителей 10 кВ цеха электрических печей:

кВ*А

Аналогичным образом рассчитываются остальные цеха и здания. Результаты расчетов сведены в табл. 3.2.

Для освещения территории предприятия используем лампы ДРЛ. Коэффициент мощности с учетом местной компенсации cosо=0,9. Значение удельной мощности освещения на единицу производственной площади находим согласно таблиц. Для уличного освещения р0=0,005 кВт/м2. Площадь территории предприятия определяем по генплану предприятия F=83022 м2. Коэффициент спроса на осветительную нагрузку определяем по таблицам ксо=0,5.

Ppо= kcо р0F=0,50,00583022=207,55 кВт

Qро= Ppо tg 0= Ppо tg(arccos(cosо))=207,55 tg(arccos(0,96))=60,54 кВАр

Так как электроснабжения предприятия осуществляется от подстанции системы и ТЭЦ. Нагрузки разделены следующим образом:

от подстанции системы предполагается запитать цеха №1, 2, 3, 5.

от ТЭЦ цеха №4, 6, 7, 8, 9, 10.

При получении полной мощности потребляемой предприятием учтём разновременность максимумов нагрузки отдельных групп электроприёмников: для ГПП-1:

кВА

где kрм - коэффициент разновременности максимума. kрм=0,9.

Потери в трансформаторах:

активные:

кВт

реактивные:

кВАр

Расчётная активная нагрузка на внешнее электроснабжение определяется произведением суммарной расчётной активной нагрузки цехов завода ферросплавов с учётом потерь активной мощности и коэффициента разновременности максимумов цехов завода:

кВт

Расчётная реактивная нагрузка при задании в режиме максимальных нагрузок:

кВАр

Полная нагрузка на внешнее электроснабжение ГПП-1:

кВА

Предварительный выбор суммарной мощности компенсирующих устройств осуществляется в режиме максимальных нагрузок и производится исходя из соотношения

кВАр

Аналогично рассчитаны нагрузки для ГПП-2 результаты сведены в табл.3.1.

Таблица 3.1

Выбор трансформаторов ГПП

Выбор трансформаторов будем осуществлять по полной расчетной мощности предприятия, по формуле (2.13), для ГПП-1

кВА

Принимаем к установке двухтрансформаторную подстанцию с трансформаторами Sном=63 МВА. Перегрузочная способность обеспечивается.

Для ГПП-2

кВА

Принимаем к установке двухтрансформаторную подстанцию с трансформаторами Sном=80 МВА. Проверка на перегрузочную способность

Таблица3.2

МВА

Условие выполняется, следовательно, выбранный трансформатор может обеспечить питание заводских потребителей на время ремонта второго трансформатора.

Выбор места расположения ГПП

Координаты центра определяются по аналогичным формулам определения ЦЭН для цеха. Значение расчетных нагрузок берем из табл 3.2.

Данные расчета сведены в табл.3.3 и табл. 3.4.

Таблица 3.3 Определение ЦЭН для ГПП-I

Таблица 3.4 Определение ЦЭН для ГПП-II

Так как в полученных точках установить невозможно, принято положение ГПП-1 пристроенное к цеху №1, а ГПП-2 к цеху №10.

Построение картограммы нагрузок. Картограмма нагрузок представляет собой план предприятия с нанесенными на нем окружностями, площадь которых пропорциональны величине расчетных нагрузок цехов. Радиус окружности для склада кварцита и кокса



где R - радиус окружности

Pp - расчетная мощность цеха

mp - масштаб мощности (mp=1 кВт/мм2)

Для представления о том какая часть мощности используется для освещения цеха, на окружности выделяют сектор, угол которого пропорционален общей нагрузке цеха. Угол сектора для склада кварцита и кокса определяется как:

Аналогичным образом определяется радиус окружностей и угол сектора для остальных цехов. Результаты расчетов сведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

.

Выбор номинального напряжения ЛЭП, их числа, сечения, марки провода

Выбор номинальных напряжений элементов электрической сети является технико-экономической задачей и должен осуществляться совместно с выбором схемы электроснабжения на основе рассмотрения возможных вариантов.

Питание проектируемого предприятия можно осуществить на напряжениях 220 и 110 кВ.

По формуле Стилла определяем величину нестандартного напряжения:

кВ

где l - длина линий, км;

P - передаваемая мощность, кВт.

Зададимся ближайшими стандартными значениями напряжения 110 кВ и 220 кВ, и проведем технико-экономическое сравнение вариантов.

Исходя из расчетной полной нагрузки и выбранных значений номинального напряжения, рассчитываем значение номинального тока Iр для вариантов линий высокого напряжения.

, А(3.4)

где n - число цепей линий, определяемое требуемой надежностью электроснабжения.

По величине номинального тока и экономической плотности тока jэ определяется нестандартные сечения проводов линий высокого напряжения:

(3.5)

Значение экономической плотности тока jэ = 1,1 А/мм2, принято согласно табл. 1.3.36 [5]. Выбранные сечения проводов проверяются на допустимость к нагреву рабочим (расчетным) током, потере напряжения в нормальных и аварийных условиях. Проверка по нагреву сводится к сравнению токов рабочего (расчетного) с табличным, допустимым для принятой конструкции провода:

(3.6)

Потеря напряжения определяется по формуле

(3.7)

где P, Q - соответственно активная и реактивная мощности, передаваемые по линии; Rл, Xл - соответственно активное и индуктивное сопротивление линии; Uн - номинальное напряжение линии, кВ.

Потери мощности в линии определяются по формуле, кВт:

(3.8)

Потери активной энергии в линии рассчитываются в зависимости от числа использования максимума нагрузки и коэффициента мощности сети, кВт*ч:

(3.9)

По рис. 4.3 [2] при Тм = 5000 ч и сos = 0,8 находим = 3500 ч.

Пример расчета для варианта 110 кВ ГПП-1, для варианта 220 кВ ГПП-1 и расчет вариантов для ГПП-II приведены в табл. 3.6:

 А;

мм2;

Принимаем провода марки АС-150/24 с длительно допустимым током нагрузки Iдоп =450 А, rуд =0,198 Ом/км, xуд=0,42 Ом/км (по табл. 7.35 и 7.38 [6]).

А

Падение напряжения в рабочем режиме

В

%

Потери мощности

кВт;

Определяем капитальные затраты на внешнее электроснабжение

К1 = Кпс + Кл = 376.3 + 2*13*8,4 = 594,7 тыс. руб.

где Кпс - стоимость комплектной трансформаторной подстанции 110/10 кВ 2х63000 кВА; Кл - стоимость сооружения двух питающих воздушных линий 110 кВ, выполненных проводом марки АС сечением 2х150 мм2 на типовых железо-бетонных опорах;