Система электроснабжения вагоностроительного завода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1 Исходные данные

2 Краткая характеристика завода и цеха

2.1 Краткая характеристика завода

2.2 Краткая характеристика металлопрокатного цеха

3 Расчет электрических нагрузок

3.1 Методика расчета

3.2 Расчет электрических нагрузок завода

3.3 Выбор схемы цеховой сети

3.4 Расчет осветительных нагрузок завода

4 Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов

4.1 Основные положения

4.2 Выбор цеховых трансформаторов

5 Выбор числа и мощности трансформаторов ГПП

5.1 Основные положения

5.2 Выбор трансформаторов ГПП

6 Расчет картограммы нагрузок

7 Выбор места расположения ГПП

8 Выбор напряжения внутризаводского электроснабжения

9 Выбор схемы внутризаводского электроснабжения

Заключение

Список использованных источников



Введение

Одной из важнейших задач при проектировании промышленных предприятий является разработка системы электроснабжения предприятия, поскольку обеспечение электроэнергией промышленных механизмов является ключевым звеном в технологической цепочке производства. Электрическая энергия является основным видом энергии, потребляемой производственными установками, поэтому очень важно правильно спроектировать систему электроснабжения предприятия. Для этого необходимо решить следующие вопросы:

· выбор наиболее рациональной, с точки зрения технико экономических показателей, схемы питания предприятия;

· правильный, технически и экономически обоснованный выбор числа и мощности трансформаторов для ГПП и ЦТП;

· выбор рациональных напряжений в схеме.

Совокупность этих и многих других вопросов, решаемых в данном курсовом проекте, определяет, в конечном счёте, размеры капиталовложений, расход цветного металла, величину потерь электроэнергии и эксплуатационные расходы.



1. Исходные данные

Исходные данные по металлопрокатному цеху приведены в таблице 1, по вагоностроительному заводу - в таблице 2.

План металлопрокатного цеха приведён на рисунке 1. Генеральный план вагоностроительного завода с указанием направления связи завода с энергосистемой района приведён на рисунке 2.

Таблица 1 - Исходные данные по металлопрокатному цеху

№ по плану	Наименование оборудования	Установленная мощность электроприёмника Рн, кВт	Справочные данные
			Ки	tg ц
1	Прокатный стан	100	0,2	1,169
2, 7	Кран мостовой, G=5т, ПВ=40%	1,1+7,5+2,2	0,1	1,732
3	Ножницы-тяпки	7,5	0,17	1,169
4, 20	Ножницы дисковые концевые	17	0,16	1,732
5	Ножницы дисковые	4	0,16	1,732
6, 21	Прокладочный станок	3	0,12	1,732
8	Сушильная печь	25	0,7	0,329
9	Листоправочная машина	1,5	0,17	1,169
10, 13	Четырёхвалковый прокатный стан	175	0,2	1,169
11	Кран мостовой, G=10т, ПВ=40%	16+11+2,2	0,1	1,732
12	Гидравлический пресс	10	0,17	1,169
14	Гильотинные ножницы	10	0,17	1,169
15, 19	Вальцешлифовальный станок	7,5	0,2	1,169
16	Пресс	22	0,17	1,169
17, 18	Брикетировочный пресс, 630т	30	0,17	1,169
22, 23, 24	Токарный полуавтомат	7,5+1,5+0,8	0,17	1,169
25, 26	Вертикально-сверлильный станок	5,5+0,15	0,16	1,732
27, 28, 29, 30	Токарно-винторезный станок	13+1,1+0,15	0,16	1,732



Рисунок 1 - План металлопрокатного цеха

Таблица 2 - Исходные данные по вагоностроительному заводу

№ по плану	Наименование цеха	Количество ЭП n, шт	Установленная мощность, кВт	Справочные данные
			одного ЭП, Рн	общая по цеху, Рн?	Ки	tg ц
1	Обливочный цех	30	0,57 - 20,9	200,1	0,60	1,02
2	Цех колёсных пар	58	0,6 - 95	770,6	0,20	1,17
3	Металлопрокатный цех	30	1,5 - 175	793,5	0,20	1,16
4	Механический цех	135	0,4 - 223,1	2290,2	0,20	1,73
5	Вагоносборочный цех № 1	62	0,6 - 63,8	920,2	0,35	1,17
6	Малярный цех	13	0,96 - 62	210,5	0,50	1,52
7	Вагоносборочный цех № 2	16	0,9 - 29,2	191,7	0,35	1,17
8	Полускатнотележный цех	104	0,55 - 74,3	2130,2	0,20	1,17
9	Ремонтно-заготовительный цех	89	0,4 - 208	1600,2	0,30	1,02
10	Кузнечно-прессовый цех	48	0,5 - 30	580,4	0,25	1,04
11	Бытовой корпус	20	1 - 20	130	0,20	0,97
12	Блок вспомогательных устройств	70	1 - 40	320	0,60	0,88
13	Деревообрабатывающий цех	101	0,6 - 61	1140,2	0,45	0,88
14	Компрессорная	10	10 - 50	200	0,60	0,88
15	Административный корпус	20	1 - 20	150	0,20	0,97

Рисунок 2 - Генеральный план вагоностроительного завода



2. Краткая характеристика завода и цеха

2.1 Краткая характеристика завода

Вагоностроительный завод относится к машиностроительной промышленности. На нём строят железнодорожные вагоны различного назначения. Вагоны, как железнодорожный транспорт, имеют очень широкий спектр использования. Одни вагоны используются для перевозки пассажиров, другие вагоны - для перевозки самых разнообразных грузов.

Все цеха и помещения завода подразделяются на:

- цеха основного производства;

- цеха вспомогательного производства;

- помещения общезаводского назначения.

Цеха основного производства относятся к потребителям II категории надёжности электроснабжения. В них перерыв электроснабжения приводит к недоотпуску продукции и простою рабочих.

Цеха вспомогательного производства относятся к потребителям III категории надежности, так как в них перерыв электроснабжения не ведет к недоотпуску продукции.

Помещения общезаводского назначения также относятся к потребителям III категории.

По условиям окружающей среды большинство цехов основного и вспомогательного производства относится к помещениям с нормальной окружающей средой, за исключением малярного цеха, в воздухе которого могут образовываться взрывоопасные паровоздушные смеси.

В отношении электробезопасности все цеха основного и вспомогательного производства относятся к особо опасным помещениям из-за наличия следующих двух условий:

а) токопроводящих полов;

б) возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землёй металлоконструкциям с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования - с другой.

Помещения общезаводского назначения относятся к помещениям без повышенной опасности.

2.2 Краткая характеристика металлопрокатного цеха

Размер цеха составляет 24x36 м (площадь равна 864 м2). По периметру цеха установлены 20 колонн, 10 колонн расположены внутри цеха. Расстояние между колоннами составляет 6 м. В цехе имеется 3 комнаты размером 6x6 м каждая. В цехе имеется 10 окон: по три - в стенах большей длины и по два - в стенах меньшей длины (в комнаты выходят 4 окна).

В цехе имеется два дверных проёма шириной 3 м.

По обеспечению надёжности электроснабжения цех относится к II категории.

Данный цех является помещением с нормальной средой, так как относительная влажность воздуха не превышает 60% и отсутствуют следующие условия:

- температура не превышает постоянно или периодически +35 оС;

- не выделяется технологическая пыль в таком количестве, что она может оседать на проводах, проникать внутрь машин, аппаратов и т.п.;

- не содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, не образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования.

В отношении электробезопасности цех является особо опасным помещением, так как имеется:

а) токопроводящий пол;

б) возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землёй металлоконструкциям с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования - с другой.

3. Расчет электрических нагрузок

3.1 Методика расчета

Расчет электрических нагрузок по отдельным цехам и в целом по заводу производится в соответствии с руководящими указаниями ВНИПИ «Тяжпромэлектропроект», введёнными в действие в 1993 г.

Расчет электрических нагрузок электроприёмников (ЭП) до 1 кВ производится для каждого узла питания, а также по цехам и заводу в целом. Результаты расчёта представляются в табличном виде по форме Ф636-92.

Исходные данные для расчета (графы 1 - 6) заполняются на основании таблиц-заданий на проектирование электротехнической части (графы 1 - 4) и согласно справочным материалам (графы 5 - 6), в которых приведены значения коэффициентов использования Ки и реактивной мощности tgц для отдельных ЭП. При этом все ЭП группируются по характерным категориям с одинаковыми Ки и tgц. В каждой строке указываются ЭП одинаковой мощности.

В случаях, когда эффективное число электроприемников nэ определяется по упрощенному выражению, все ЭП группируются построчно по характерным категориям независимо от мощности ЭП, а в графе 3 указываются минимальная и максимальная мощности ЭП данной группы.

Для многодвигательных приводов учитываются все одновременно работающие электродвигатели данного привода.

В графах 7 и 8 соответственно записываются построчно величины Pc=КиРн и Qc=КиРнtgц. В итоговой строке определяются суммы этих величин:

? КиРн и ? Ки Рн tgц. (3.1)

Групповой коэффициент использования для данного узла питания определяется по формуле:

Ки = . (3.2)

Полученное значение Ки заносится в графу 5 итоговой строки.

Эффективное число ЭП nэ для итоговой строки определяется по выражению:

. (3.3)

При значительном числе ЭП (магистральные шинопроводы, шины ЦТП, в целом по цеху, заводу) nЭ можно определять по упрощенной формуле:

. (3.4)

Найденное по указанным выражениям значение nЭ округляется до ближайшего меньшего целого числа и заносится в графу 9.

В зависимости от средневзвешенного коэффициента использования и эффективного числа ЭП определяется и заносится в графу 10 коэффициент расчетной нагрузки Кр:

- для сетей напряжением до 1 кВ, питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты Кр принимается по таблице П1.1 или номограмме (рис. П1.1) [6].

- для магистральных шинопроводов и сборных шин ЦТП Кр принимается по таблице П1.2 [6].

- для кабелей напряжением 6 кВ и выше, питающих ЦТП и РУ: Кр = 1.

Расчетная активная мощность ЭП напряжением до 1кВ (графа 11), подключенных к узлу питания определяется по выражению:

. (3.5)

В случаях, когда расчетная мощность Рр окажется меньше номинальной мощности наиболее мощного электроприемника следует принимать Рр = Рн макс.

Расчетная реактивная мощность (графа 12) определяется следующим образом. Для питающих сетей напряжением до 1 кВ в зависимости от nЭ:

при nЭ?10 и Кр?1 Qp=l,l Qс (3.6)

при nЭ>10 и Кр?1 Qp= Qс (3.7)

при Кр<1 Qp= QсКр (3.8)

Для магистральных шинопроводов и на шинах ЦТП, а также при определении реактивной мощности в целом по цеху, заводу:

Qp =Кр Ки Рн tgц=Pp tgц (3.9)

К расчётной активной и реактивной мощности силовых ЭП напряжением до 1 кВ могут быть, при необходимости, добавлены осветительные нагрузки Pро и Qро.

Значения токовой расчетной нагрузки, по которой выбирается сечение проводников по допустимому нагреву, определяется по выражению:

Iр=Sp/Uном, (3.10)



где Sp = - полная расчетная мощность, кВА, заносится в графу 13.

3.2 Расчет электрических нагрузок завода

Расчет электрических нагрузок по отдельным цехам и по заводу в целом производится методом руководящих указаний, описанным выше. ЭП напряжением выше 1 кВ на заводе отсутствуют, поэтому расчёт производится только для ЭП напряжением 0,4 кВ. Результаты расчета сведены в таблицу 3.

3.3 Выбор схемы цеховой сети

В нашем случае, исходя из экономических соображений, конструктивных особенностей цеха и расположения электрооборудования наиболее рационально применить смешанную (радиально-магистральную) схему электроснабжения. Большинство электроприёмников подключим к распределительным шинопроводам ШРА через ответвительные коробки кабелем, проложенным в трубе. Мостовые краны получают питание от троллейных шинопроводов ШТ. Присоединение ШРА и ШТ к распределительному щиту осуществим с помощью кабелей. Крепление шинопроводов выполним кронштейнами к колоннам. Отдельные, особо мощные электроприёмники подключим с помощью кабелей непосредственно к распределительному щиту.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблица 3 - Расчёт электрических нагрузок цеха и завода

Исходные данные	Расчетные величины	Эф-ное число ЭП nэ	Коэффициент расчетной нагрузки Кр	Расчетная мощность	Расчетный ток, iр, А
Данные таблиц-заданий	Справочные данные	Рс=КиРн, кВт	Qс= Рсtgц, кВАр			активная, Рр, кВт	реактивная Qp, кВА	полная, Sp, кВА
Наименование ЭП	Кол-во ЭП, шт. n	Ном-ная (установленная) мощность, кВт	коэфф-нт использия Ки	коэфф-нт реактивной мощности tgц
		одного ЭП Рн	общая Рн?
Расчёт электрических нагрузок металлопрокатного цеха
ШР1:
Четырёхвалковый прокатный стан	1	175	175	0,2	1,169	35	40,915	1	8	280	45,012	283,595	430,87
ШРА1:
1. Прокатный стан	1	100	100	0,2	1,169	20	23,38
2. Токарный полуавтомат	1	9,8	9,8	0,17	1,169	1,666	1,948
3. Гидравлический пресс	1	10	10	0,17	1,169	1,7	1,987
4. Ножницы-тяпки	1	7,5	7,5	0,17	1,169	1,275	1,49
5. Гильотинные ножницы	1	10	10	0,17	1,169	1,7	1,987
6. Ножницы дисковые	1	4	4	0,16	1,732	0,64	1,108
7. Ножницы дисковые концевые	1	17	17	0,16	1,732	2,72	4,711
8. Листоправочная машина	1	1,5	1,5	0,17	1,169	0,255	0,298
9. Пресс	1	22	22	0,17	1,169	3,74	4,372
10. Сушильная печь	1	25	25	0,7	0,329	17,5	5,758
Итого по ШРА1	10	1,5-100	206,8	0,248	0,919	51,196	47,039	3	2	102,39	51,743	114,72	174,3
1. Кран мостовой, G=5т, ПВ=40%	2	10,8	21,6	0,1	1,732	2,16	3,741
Итого по ШТ1	2	10,8	21,6	0,1	1,732	2,16	3,741	2	4	10,8	4,115	11,557	17,559
Итого по ШР1	13	1,5-175	403,4	0,219	1,038	88,356	91,695	3	1,08	95,42	99,05	137,54	208,97
ШР2:
Четырёхвалковый прокатный стан	1	175	175	0,2	1,169	35	40,915	1	8	280	45,012	283,595	430,87
ШРА2:
1. Вертикально-сверлильный станок	2	5,65	11,3	0,16	1,732	1,808	3,131
2. Токарно-винторезный станок	4	14,25	57	0,16	1,732	9,12	15,796
3. Брикетировочный пресс, 630т	2	30	60	0,17	1,169	10,2	11,924
4. Токарный полуавтомат	2	9,8	19,6	0,17	1,169	3,332	3,895
5. Прокладочный станок	2	3	6	0,12	1,732	0,72	1,247
6. Вальцешлифовальный станок	2	7,5	15	0,2	1,169	3	3,507
7. Ножницы дисковые концевые	1	17	17	0,16	1,732	2,72	4,711
Итого по ШРА2	15	3-30	185,9	0,166	1,431	30,9	44,211	10	1,56	48,2	48,632	68,47	104,03
ШТ2:
1. Кран мостовой, G=10т, ПВ=40%	1	29,2	29,2	0,1	1,732	2,92	5,057
Итого по ШТ2	1	29,2	29,2	0,1	1,732	2,92	5,057	1	8	29,2	5,563	29,725	45,162
Итого по ШР2	17	3-175	390,1	0,176	1,31	68,82	90,183	4	1,73	119,06	155,97	196,22	298,13
Итого силовая нагрузка цеха	30	1,5-175	793,5	0,198	1,157	157,18	181,88	9	0,9	175	202,48	267,63	406,62
Освещение										11,33	4,48	12,18	18,51
Итого по цеху										186,33	206,96	278,48	423,11
Расчёт электрических нагрузок вагоностроительного завода
Обливочный цех	30	0,57-20,9	200,1	0,60	1,02	120,06	122,46	19	0,85	102,05	104,09	145,77	221,47
Освещение										41,43	16,37	44,55	67,68
Итого по цеху										143,93	120,46	190,32	289,15
Цех колёсных пар	58	0,6-95	770,6	0,20	1,17	154,12	180,32	16	0,85	131	153,27	201,63	306,35
Освещение										22,68	8,96	24,39	37,06
Итого по цеху										153,68	162,23	226,02	343,41
Механический цех	135	0,4-223,1	2290,2	0,20	1,73	458,04	792,41	20	0,80	366,43	633,93	732,21	1112,48
Освещение										8,33	3,29	8,96	13,61
Итого по цеху										374,76	637,22	741,17	1126,09
Вагоносборочный цех № 1	62	0,6-63,8	920,2	0,35	1,17	322,07	376,82	28	0,80	257,66	301,46	396,57	602,53
Освещение										39,82	15,74	42,82	65,06
Итого по цеху										297,48	317,2	439,39	667,59
Малярный цех	13	0,96-62	210,5	0,50	1,52	105,25	159,98	6	0,95	99,99	151,98	181,92	276,4
Освещение										17,07	6,75	18,36	27,9
Итого по цеху										117,06	158,73	200,28	304,3
Вагоносборочный цех № 2	16	0,9-29,2	191,7	0,35	1,17	67,1	78,5	13	0,85	57,04	66,73	87,79	133,38
Освещение										20,29	8,02	21,82	33,15
Итого по цеху										77,33	74,75	109,61	166,53
Полускатнотележный цех	104	0,55-74,3	2130,2	0,20	1,17	426,04	498,47	57	0,65	276,93	324,01	426,23	647,59
Освещение										22,88	9,04	24,6	37,38
Итого по цеху										299,81	333,05	450,83	684,97
Ремонтно-заготовительный цех	89	0,4-208	1600,2	0,30	1,02	480,06	489,66	15	0,85	408,05	416,21	582,87	885,58
Освещение										27,54	10,89	29,61	44,99
Итого по цеху										435,59	427,1	612,48	930,57
Кузнечно-прессовый цех	48	0,5-30	580,4	0,25	1,04	145,1	150,9	38	0,75	108,83	113,18	157,01	238,55
Освещение										9,96	3,94	10,71	16,27
Итого по цеху										118,79	117,12	167,72	254,82
Бытовой корпус	20	1-20	130	0,20	0,97	26	25,22	13	0,85	22,1	21,44	30,79	46,78
Освещение										6,7	2,65	7,21	10,95
Итого по корпусу										28,8	24,09	38,0	57,73
Блок вспомогательных устройств	70	1-40	320	0,60	0,88	192	168,96	16	0,90	172,8	152,06	230,18	349,72
Освещение										10,35	4,09	11,13	16,91
Итого по блоку										183,15	156,15	241,31	366,63
Деревообрабатывающий цех	101	0,6-61	1140,2	0,45	0,88	513,09	451,52	37	0,80	410,47	361,22	546,78	830,75
Освещение										22,88	9,04	24,6	37,38
Итого по цеху										433,35	370,26	571,38	868,13
Компрессорная	10	10-50	200	0,60	0,88	120	105,6	8	0,95	114	100,32	151,86	230,73
Освещение										7,3	2,88	7,85	11,93
Итого по компрессорной										121,3	103,2	159,71	242,66
Административный корпус	20	1-20	150	0,20	0,97	30	29,1	15	0,85	25,5	24,74	35,53	53,98
Освещение										12,48	4,93	13,42	20,39
Итого по корпусу										37,98	29,67	48,95	74,37
Итого силовая нагрузка завода	806	0,4-223,1	11627,8	0,29	1,15	3316,11	3811,8	104	0,7	2321,28	2669,47	3537,57	5374,78
Итого осветительная нагрузка завода (включая наружное освещение)										423,5	167,38	455,38	691,88
Итого по заводу										2744,78	2836,85	3947,35	5997,38

Размещено на http://www.allbest.ru/

3.4 Расчет осветительных нагрузок завода

Расчет осветительной нагрузки для отдельных цехов и по территории завода ведется упрощенным методом по удельным показателям осветительной нагрузки на единицу площади.

Значение расчетной осветительной нагрузки:

Рро= kс Руо, (3.11)

где Руо - установленная осветительная нагрузка, Вт,

kс - коэффициент спроса.

Руо= Руд Fц, (3.12)

где Руд - удельная осветительная нагрузка на единицу площади цеха, Вт/м2,

Fц - площадь цеха, м2.

Расчет осветительной нагрузки ведется исходя из норм освещенности и соответственно удельной осветительной нагрузки для различных видов помещений:

- для цехов основного производства Ен= 300 лк, Руд = 13,8 Вт/м2;

- для цехов вспомогательного производства Ен = 150 лк, Руд = 7,5 Вт/м2;

- для цехов с большой зрительной нагрузкой Ен = 400 лк, Руд = 19,5 Вт/м2;

- для компрессорных, насосных, котельных Ен = 180 лк, Руд =8,8 Вт/м2;

- для складских помещений Ен = 85 лк, Руд = 3,3 Вт/м2;

- для заводоуправления, столовых Ен = 200 лк, Руд =9,8 Вт/м2.

Коэффициент спроса выбирается следующим образом:

- производственные здания, состоящие из отдельных больших пролетов kс= 0,95;

- производственные здания, состоящие из нескольких отдельных помещений kс = 0,85;

- столовые, административные помещения kс = 0,9;

- компрессорные, насосные kс = 0,6.

Для освещения наружной территории завода значения удельной осветительной нагрузки и коэффициента спроса принимаются равными Руд = 3 Вт/м2, kс = 1.

Ориентировочно считается, что освещается треть наружной территории завода:

(3.13)

где Fзав - площадь завода, м2; F?ц - суммарная площадь всех цехов, м2

Результаты расчета приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Осветительные нагрузки завода

Наименование цеха, объекта	Fц, м2	Ен, лк	Руд, Вт/м2	Руо, кВт	kс	Рро, кВт	Qро, квар
Обливочный цех	3160	300	13,8	43,608	0,95	41,428	16,373
Цех колёсных пар	1730	300	13,8	23,874	0,95	22,68	8,964
Металлопрокатный цех	864	300	13,8	11,923	0,95	11,327	4,477
Механический цех	710	300	13,8	9,798	0,85	8,328	3,291
Вагоносборочный цех № 1	3395	300	13,8	46,851	0,85	39,823	15,739
Малярный цех	1455	300	13,8	20,079	0,85	17,067	6,745
Вагоносборочный цех № 2	1730	300	13,8	23,874	0,85	20,293	8,02
Полускатнотележный цех	1745	300	13,8	24,081	0,95	22,877	9,042
Ремонтно-заготовительный цех	4320	150	7,5	32,4	0,85	27,54	10,885
Кузнечно-прессовый цех	760	300	13,8	10,488	0,95	9,964	3,938
Бытовой корпус	760	200	9,8	7,448	0,9	6,703	2,649
Блок вспомогательных устройств	1452	150	7,5	10,89	0,95	10,346	4,089
Деревообрабатывающий цех	1745	300	13,8	24,081	0,95	22,877	9,042
Компрессорная	1382	180	8,8	12,162	0,6	7,297	2,884
Административный корпус	1415	200	9,8	13,867	0,9	12,48	4,932
ИТОГО внутреннее освещение	26623					281,0	111,06
Наружное освещение	169140		3	142,5	1	142,5	56,32
ИТОГО						423,5	167,38



4. Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов

4.1 Основные положения

Правильное определение числа и мощности цеховых трансформаторов возможно только путем технико-экономического сравнения с учетом следующих факторов: категории надежности электроснабжения до 1 кВ; перегрузочной способности трансформаторов; шага стандартных мощностей; экономичных режимов работы трансформаторов в зависимости от графика нагрузок.

Количество цеховых трансформаторов непосредственно влияет на затраты. Так, при уменьшении числа трансформаторов уменьшается число ячеек РУ, суммарная длина линий и потери электроэнергии в сетях 6 - 20 кВ, но возрастает стоимость сетей напряжением 0,4 кВ и потери в них. Увеличение числа трансформаторов, наоборот, снижает затраты на цеховые сети, но увеличивает число ячеек РУ 6 - 20 кВ и затраты на сети напряжением 6 - 20 кВ. При некотором количестве трансформаторов можно добиться минимума приведенных затрат при обеспечении заданной степени надежности электроснабжения. Такой вариант будет оптимальным и его следует рассматривать как окончательный.

Однотрансформаторные подстанции рекомендуется применять в том случае, если цех является потребителем, допускающим перерыв электроснабжения на время доставки складского резерва. Такие подстанции также рекомендуется применять при резервировании, осуществляемом по линиям низшего напряжения от соседних ТП. То есть они допустимы для потребителей III и II категорий.

Двухтрансформаторные подстанции рекомендуется применять: для потребителей II и I категории; для сосредоточенной цеховой нагрузки и отдельно стоящих объектов общезаводского назначения (компрессорные и насосные станции); для цехов с высокой удельной плотностью нагрузок (выше 0,5-0,7 кВА/м2).

Для подстанций необходим складской резерв, чтобы быстро восстановить нормальный режим питания потребителей в случае выхода из строя одного из трансформаторов. Оставшийся в работе трансформатор должен обеспечивать электроснабжение всех потребителей I и II категории на время замены поврежденного.

В настоящее время цеховые ТП выполняются комплектными и во всех случаях, когда этому не препятствуют условия окружающей среды и обслуживания, устанавливаются открыто.

4.2 Выбор цеховых трансформаторов

Ориентировочный выбор числа и мощности цеховых трансформаторов производится по удельной плотности нагрузки

(4.1)

где Sp - расчетная нагрузка цеха, кВА;

Fцеха - площадь цеха, м2.

Выбор мощности трансформаторов производится исходя из загрузки в нормальном режиме и с учетом минимально необходимого резервирования в послеаварийном режиме. Номинальная мощность трансформаторов определяется по формуле:

(4.2)

где Sp - расчетная нагрузка цеха,

Sном.тр - номинальная мощность трансформатора,

kз - коэффициент загрузки трансформатора,

N - число трансформаторов.

Коэффициент загрузки kз выбирается в зависимости от категории надежности электроснабжения цеха:

I категория - kз = 0,5 - 0,65;

II категория - kз = 0,7 - 0,8;

III категория - kз = 0,9 - 0,95.

Для удобства эксплуатации систем электроснабжения следует стремиться выбирать не более 2-3 стандартных мощностей трансформаторов. Это ведет к сокращению складского резерва и облегчает замену поврежденных трансформаторов.

Исходя из значений расчётной мощности и удельной плотности нагрузки, ЦТП целесообразно устанавливать в цехах: 2, 4, 6, 8, 10, 13. Остальные цеха рациональнее питать от соседних ЦТП.

Данные расчета и выбора числа и мощности цеховых трансформаторов приведем в таблице 5.

Таблица 5 - Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов

№ цеха	Наименование цеха	Расчетная нагрузка цеха, Sр, кВА	Площадь цеха Fцеха, м2	Удельная плотность нагрузки ур, кВА/м2	Категория надёжности	Коэффициент загрузки, kз	Число и мощность трансформаторов, кВА	Обозначение на генплане
1	Обливочный цех	190,32	3160	0,060	II	0,75	от ЦТП1	ЩР1
2	Цех колёсных пар	226,02	1730	0,131	II	0,75	2x630	ЦТП1
3	Металлопрокатный цех	278,48	864	0,322	II	0,75	от ЦТП1	ЩР2
4	Механический цех	741,17	710	1,044	II	0,75	2x1000	ЦТП2
5	Вагоносборочный цех № 1	439,39	3395	0,129	II	0,75	от ЦТП2	ЩР3
6	Малярный цех	200,28	1455	0,138	II	0,75	2x250	ЦТП3
7	Вагоносборочный цех № 2	109,61	1730	0,063	II	0,75	от ЦТП3	ЩР5
8	Полускатнотележный цех	450,83	1745	0,258	II	0,75	2x630	ЦТП4
9	Ремонтно-заготовительный цех	612,48	4320	0,142	III	0,90	от ЦТП4	ЩР6
10	Кузнечно-прессовый цех	167,72	760	0,221	II	0,75	2x250	ЦТП5
11	Бытовой корпус	38,0	760	0,050	III	0,90	от ЦТП5	ЩР7
12	Блок вспомогательных устройств	241,31	1452	0,166	III	0,90	от ЦТП5	ЩР8
13	Деревообрабатываю-щий цех	571,38	1745	0,327	II	0,75	2x630	ЦТП6
14	Компрессорная	159,71	1382	0,116	II	0,75	от ЦТП6	ЩР9
15	Административный корпус	48,95	1415	0,035	III	0,90	от ЦТП2	ЩР4



5. Выбор числа и мощности трансформаторов ГПП

5.1 Основные положения

ГПП промышленных предприятий выполняют, как правило, двухтрансформаторными. Однотрансформаторные ГПП допустимы для питания потребителей только III категории надёжности при наличии централизованного резерва трансформаторов, а также при поэтапном строительстве ГПП. Установка более двух трансформаторов возможна в исключительных случаях: когда требуется выделить резкопеременные нагрузки и питать их от отдельного трансформатора, а также при реконструкции ГПП. Выбор трансформаторов ГПП производится на основании расчетной нагрузки предприятия в нормальном режиме работы. В послеаварийном режиме (при отключении одного трансформатора) для надежного электроснабжения потребителей предусматривается их питание от оставшегося в работе трансформатора. При этом часть неответственных потребителей может быть отключена.

5.2 Выбор трансформаторов ГПП

Учитывая наличие потребителей II категории надежности, принимаем к установке два трансформатора. Номинальную мощность трансформаторов определяем по формуле:

, (5.1)

где Sном.тр - номинальная мощность трансформатора, Sр - полная расчетная мощность.



(5.2)

где k = 0,9 - 0,92 - коэффициент одновременности максимумов;

Рр = Рр.сил.+Рр.осв.=2321,28+423,5=2744,78 кВт - расчетная активная мощность завода;

Qр = Qр.сил.+Qр.осв.=2669,47+167,38=2836,85 квар - расчетная реактивная мощность завода;

Рт - потери активной мощности в трансформаторах ГПП, равные 0,02 S'р;

Qт - потери реактивной мощности в трансформаторах ГПП, равные 0,1 S'р.

S'р = k= 0,9= 3552,61 кВА (5.3)

Qку = Рср(tgц1-tgц2) = 1566,66 (1,15-0,4) = 1175 квар, (5.4)

где tgц1 = 1,15 - естественный коэффициент мощности;

tgц2 = 0,4 - ориентировочно требуемый коэффициент мощности.

Рср = , (Тmax = 5000 ч/год, Тг = 8760 ч/год) (5.5)

Рср = = 1566,66 кВт;

Рт = = 71,05 кВт;

Qт = = 355,26 квар;

Sр=0,9= 3117,38 кВА;

Sном.тр = = 2226,7 кВА.

Принимаем к установке трансформаторы с номинальной мощностью 2500 кВА.

Проверяем перегрузочную способность трансформаторов в аварийном режиме по условию:

1,4Sном.тр ? Sр

= 3500 > 3117,38 - условие выполняется.

Окончательно принимаем к исполнению два трансформатора ТМ-2500/110, с номинальной мощностью 2,5 МВА каждый.



6. Расчет картограммы нагрузок

Для наглядного отображения нагрузок завода, а также с целью определения места расположения ГПП строят картограмму электрических нагрузок. Картограмма представляет собой размещённые на генеральном плане завода окружности, площадь которых соответствует в выбранном масштабе расчётным нагрузкам.

Строим картограмму для активной нагрузки.

Радиусы окружностей, наносимых на генплан, определяем по формуле:

, (6.1)

где m - масштаб для определения площади круга, m = 0,5 кВт/мм2;

Ррi = Рр+Рро - суммарная расчетная нагрузка i-го цеха.

При построении картограммы нагрузок отдельных цехов завода центры окружностей совмещаем с центрами тяжести геометрических фигур, изображающих эти цеха. Для наглядности представления структуры нагрузок окружности делим на два сектора, один из которых соответствует силовой нагрузке цеха, другой - осветительной нагрузке цеха.

Величина угла б для сектора осветительной нагрузки находится по формуле:

(6.2)

где Pроi - расчетная осветительная нагрузка цеха;

Ppi - суммарная расчетная нагрузка i-го цеха.

Если в цехе есть еще и высоковольтная нагрузка, то при построении картограммы наносят окружность, площадь которой соответствует в выбранном масштабе мощности высоковольтной нагрузки, при этом окружность чертится штриховой линией, а сектор осветительной нагрузки отсутствует.

Исходные данные и результаты расчётов, необходимые для построения картограммы нагрузок, сведены в таблицу 6.

Таблица 6 - Данные для построения картограммы нагрузок

Номер и наименование цеха	Суммарная расчётная нагрузка Ррi, кВт	Расчетная осветительная нагрузка Рроi, кВт	Радиус окружности R, мм	Угол осветительной нагрузки, °
1. Обливочный цех	143,93	41,43	9,57	103,63
2. Цех колёсных пар	153,68	22,68	9,89	53,13
3. Металлопрокатный цех	186,33	11,33	10,89	21,89
4. Механический цех	374,76	8,33	15,45	8,0
5. Вагоносборочный цех № 1	297,48	39,82	13,76	48,19
6. Малярный цех	117,06	17,07	8,63	52,50
7. Вагоносборочный цех № 2	77,33	20,29	7,02	94,46
8. Полускатнотележный цех	299,81	22,88	13,82	27,47
9. Ремонтно-заготовительный цех	435,59	27,54	16,65	22,76
10. Кузнечно-прессовый цех	118,79	9,96	8,70	30,18
11. Бытовой корпус	28,80	6,70	4,28	83,75
12. Блок вспомогательных устройств	183,15	10,35	10,80	20,34
13. Деревообрабатывающий цех	433,35	22,88	16,61	19,01
14. Компрессорная	121,30	7,30	8,79	21,67
15. Административный корпус	37,98	12,48	4,92	118,29

7. Выбор места расположения ГПП

На основании построенных картограмм находим координаты условного центра активных электрических нагрузок (УЦЭН) завода:

(7.1)

(7.2)

Найденные по этим формулам координаты УЦЭН не позволяют полностью решить задачу выбора места расположения ГПП, так как условный центр электрических нагрузок перемещается по территории завода из-за изменения потребляемой мощности отдельными приемниками в соответствии с их графиками нагрузок.

Для полного решения данной задачи необходимо построить эллипс зоны рассеяния УЦЭН. В качестве исходных данных, необходимых для построения эллипса, требуются, помимо координат каждого цеха, графики нагрузок цехов. Но поскольку графики нагрузок цехов не заданы, определяем координаты УЦЭН по формулам 7.1 и 7.2. Расчёт произведём для двух случаев: а) освещение цехов включено; б) освещение цехов выключено.

Исходные данные для определения УЦЭН приведены в таблице 7, а найденные координаты УЦЭН - в таблице 8.

ГПП желательно располагать в месте, максимально приближенном к УЦЭН. В этом случае затраты на сооружение и эксплуатацию системы электроснабжения будут минимальными. Если по каким-либо причинам (технологическим, архитектурным, и др.) ГПП невозможно расположить в УЦЭН, то место расположения ГПП смещают в сторону внешнего источника питания, при этом увеличиваются годовые приведенные затраты на систему электроснабжения, обусловленные этим смещением.

Расстояния от ГПП до ближайших цехов должно соответствовать нормам безопасности, предусматриваемых ПУЭ. Для предотвращения выноса высокого потенциала за пределы ГПП должны выполняться следующие мероприятия:

- все прилегающие здания должны включаться в общий контур заземления;

- должны приниматься меры по выравниванию потенциалов внутри цехов;

- вокруг зданий на расстоянии 1 м от стен на глубине 1 м должен быть проложен проводник, соединенный с заземляющими проводниками внутри здания, а у входов и въездов в здания должно быть выполнено выравнивание потенциалов путем прокладки дополнительных полос с постепенным заглублением;

- вокруг зданий следует устраивать асфальтные отмостки шириной 1-1,5 м.

Таблица 7 - Исходные данные для определения УЦЭН завода

Номер и название цеха	Координаты цеха	Pр.сил.i + Pр.осв.i, кВт	Pр.сил.i, кВт
	xi, м	yi, м
1. Обливочный цех	130	234,38	143,93	102,05
2. Цех колёсных пар	97,5	183,75	153,68	131
3. Металлопрокатный цех	97,5	143,75	186,33	175
4. Механический цех	183,75	115,63	374,76	366,43
5. Вагоносборочный цех № 1	164,4	95,38	297,48	257,66
6. Малярный цех	380	257,5	117,06	99,99
7. Вагоносборочный цех № 2	370	244,38	77,33	57,04
8. Полускатнотележный цех	360	190	299,81	276,93
9. Ремонтно-заготовительный цех	412,18	151,2	435,59	408,05
10. Кузнечно-прессовый цех	342,5	112,5	118,79	108,83
11. Бытовой корпус	450	112,5	28,8	22,1
12. Блок вспомогательных устройств	342,5	83,75	183,15	172,8
13. Деревообрабатывающий цех	326,25	28,13	433,35	410,47
14. Компрессорная	198,75	52,5	121,3	114
15. Административный корпус	105	7,5	37,98	25,5

Таблица 8 - Координаты УЦЭН завода

Освещение цехов включено	Освещение цехов выключено
XУЦЭН 1, м	YУЦЭН 1, м	XУЦЭН 2, м	YУЦЭН 2, м
271,17	127,31	273,27	125,01

Смещение УЦЭН при выключенном освещении цехов:

?XУЦЭН = XУЦЭН 2 - XУЦЭН 1 = 273,27-271,17 = 2,1 м;

?YУЦЭН = YУЦЭН 2 - YУЦЭН 1 = 125,01-127,31 = -2,3 м;

м

Расстояние между найденными точками УЦЭН значительно меньше линейных размеров ГПП, поэтому располагаем ГПП в окрестности этих двух точек.



8. Выбор напряжения внутризаводского электроснабжения

В заводских распределительных сетях применяют напряжения 6, 10 и 20 кВ. Напряжения 6 и 10 кВ широко используют на промышленных предприятиях для питающих и распределительных сетей. По сравнению с напряжением 10 кВ, при напряжении 20 кВ снижаются потери электроэнергии в элементах системы электроснабжения и токи КЗ в сетях. Это особенно актуально для энергоёмких производств. Однако, несмотря на очевидные преимущества, напряжение 20 кВ пока применяют ограниченно в связи с дефицитом и дороговизной электрооборудования на это напряжение.

Напряжение 10 кВ является более экономичным по сравнению с напряжением 6 кВ. В настоящее время для распределительных сетей новых промышленных предприятий предписано применять напряжение не ниже 10 кВ. Напряжение 6 кВ допускается применять только в тех случаях, если на предприятии имеется значительное число электроприёмников с номинальным напряжением 6 кВ, или когда значительная часть нагрузки предприятия питается от заводской ТЭЦ, где установлены генераторы напряжением 6 кВ.

Учитывая вышесказанное, а также то, что на рассматриваемом заводе нет электроприёмников с номинальным напряжением 6 кВ, применяем для внутризаводской распределительной сети напряжение 10 кВ.

цех электроснабжение нагрузка трансформатор



9. Выбор схемы внутризаводского электроснабжения

Внутризаводское распределение электроэнергии выполняют по магистральной, радиальной или смешанной схеме.

Радиальными схемами являются такие, в которых электроэнергия от источника питания передается непосредственно к приемному пункту. Такие схемы целесообразны для питания сосредоточенных потребителей, расположенных в различных направлениях от источника питания, а также для питания распределительных пунктов.

Магистральные схемы применяют в случае, когда потребителей много и радиальные схемы нецелесообразны. Основное преимущество магистральной схемы заключается в сокращении звеньев коммутации. Магистральные схемы целесообразны при расположении подстанций на территории предприятия, близком к линейному, что способствует прямому прохождению магистралей от источника питания до потребителей и тем самым к сокращению длинны магистрали.

Магистральные схемы более удобны при выполнении резервирования ЦТП от второго источника в случае выхода из строя основного источника питания.

Учитывая место расположения ГПП, требования надежности электроснабжения потребителей II категории и технико-экономические показатели, применим радиальную схему внутризаводского электроснабжения.



Заключение

В результате выполнения курсового проекта спроектирована система электроснабжения вагоностроительного завода. На основании данных расчета электрических нагрузок, проведенного методом руководящих указаний, и осветительных нагрузок - упрощенным методом, произведен выбор числа и мощности цеховых трансформаторов и трансформаторов ГПП в соответствии с требованиями надежности электроснабжения. Построение картограммы нагрузок позволило определить наиболее рациональное место расположения ГПП с учётом характеристик потребителей электроэнергии, электро- и пожаробезопасности и особенностей планировки завода. Выбрана оптимальная схема и напряжение внутризаводского электроснабжения. Также приведена краткая характеристика завода и металлопрокатного цеха по условиям производства, надежности электроснабжения, параметрам микроклимата и степени электро- и пожароопасности. На трёх листах графической части представлены: генплан завода, совмещенный с картограммой нагрузок; принципиальная однолинейная схема электроснабжения завода; план металлопрокатного цеха, совмещённый со схемой внутрицехового электроснабжения.



Список использованных источников

1. Порошенко А.Г., Хомутов О.И., Сташко В.И., Хомутов С.О. Электроснабжение промышленных предприятий [Текст]: Задания по курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 140211 - «Электроснабжение (по отраслям)» всех форм обучения / А.Г. Порошенко, О.И. Хомутов, В.И. Сташко, С.О. Хомутов. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2007. - 75 с.

2. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий [Текст]: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 472 с.: ил.

3. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий [Текст]: Учебное пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 368 с.: ил.

4. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий [Текст] / Под общ. ред. А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского. В 2-х кн. Кн. 1. Проектно-расчётные сведения. - М.: «Энергия», 1973. - 520 с.: ил.

5. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий [Текст] / Под общ. ред. А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского. В 2-х кн. Кн. 2. Технические сведения об оборудовании. - М.: «Энергия», 1973. - 528 с.: ил.

6. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций [Текст]: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.: ил.

7. Порошенко А.Г. Проектирование электроснабжения с применением ПЭВМ [Текст]: Учебное пособие / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1994. - 162 с.

Размещено на Allbest.ru