Электроснабжение завода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование электроснабжение цементного завода

Введение

Настоящий закон РФ «Об энергосбережении» устанавливает правовые, экономические и организационные основы государственной политики в области энергосбережения. Закон направлен на правовое регулирование отношений, создание условий эффективного использования энергоресурсов. Объектами правого регулирования в области энергосбережения являются отношения между юридическими лицами, а так же индивидуальными предприятиями, связанные:

1. С эффективным использованием первичных, вторичных и возобновляемых энергоресурсов при их добыче.

2. С производством, переработкой, транспортировкой, хранением и использованием.

3. С развитием производства альтернативных видов топлива.

4. С производством и использованием энергоэффективных технологий, топливосберегающих и диагностических оборудований, конструкционных и изоляционных материалов, приборов учёта и контроля расхода энергоресурсов, системой автоматизированного управлением энергопотребителем.

5. С обеспечением единства измерений в части учёта отпускаемых и потребляемых энергоресурсов.

Электросберегающая политика осуществляется на основе реализации федеральных целевых, межрегиональных программ электроснабжения, стимулируя производство и использование энергосберегательного оборудования.

Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которой приходится более 60% всей выработанной в стране электроэнергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов, освещаются помещения, осуществляется автоматическое управление производственными процессами и др.

Сейчас существуют технологии (электрофизические, электрохимические способы обработки металлов и изделий), где электроэнергия является единственным энергоносителем.

В условиях ускорения научно-технического прогресса потребления электроэнергии в промышленности значительно увеличатся благодаря созданию гибких роботизированных и автоматизированных производств, так называемых «безлюдных» технологий.

1. Общая часть

1.1 Особенности формирования системы электроснабжения промышленных предприятий

Мы проектируем электроснабжение цеха цементного завода мелкосерийного производства, который предназначен для выпуска разнообразной продукции небольшими партиями.

Это гибкое производство. Оно быстро реагирует на изменение рынка и может выпускать продукцию различной степени сложности с минимальными затратами на переоборудование.

Данный объект согласно ПУЭ принадлежит к 2 категории электроснабжения, к которой относятся электроприёмники не серийного производства, мелкосерийные цеха, коммунально-хозяйственные потребители, сельскохозяйственные заводы. Для них электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерыв в электроснабжении, необходимый для ремонта и замены повреждённого элемента системы, не превысит 24 часа.

1.2 Характеристика потребителей электроэнергии

Потребителями электроэнергии являются крупные промышленные предприятия, заводы, фабрики, электрический транспорт, жильё и общественные здания.

Основную группу составляют электрические двигатели механических цехов, станки, вентиляторы, насосы, сварочные установки, силовые трансформаторы, электрические печи.

По общности технологического процесса электрические приёмники можно разделить на: производственные механизмы, подъёмно-транспортное оборудование, эл. сварочное оборудование, эл. нагревательные установки.

Общепромышленные установки занимают значительное место в системе электроснабжения. По режиму работы предусматриваются 2 режима:

1. продолжительный

2. повторно-кратковременный

В продолжительном режиме работает большая часть оборудования механического цеха, в основном металлообрабатывающие станки.

В повторно-кратковременном режиме работают электрические двигатели мостовых кранов, тельферов, подъёмников, а также сварочные аппараты.

Самостоятельную группу электрических приёмников составляют нагревательные аппараты и электрические печи, работающие в продолжительном режиме с постоянной или маломеняющейся нагрузкой.

Питание завода может осуществлено от подстанции, на которой установлено два трансформатора напряжением 35/10 кВ, мощностью 25 МВА. Электроприемники цехов относятся ко второй категории по надежности электроснабжения.

Номинальное напряжение электроприемников в цехах 2,5,6,7 - до 1000 В, а в 7 цехе выше 1000В. В электропремники завода работают на переменном токе промышленной частоты. Промышленная частота 50 Гц.

1.3 Методы расчета электрических нагрузок

1).Метод упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума). Метод используется для расчета силовых нагрузок промышленных предприятий.

2). Метод удельного потребления электрической энергии на еденицу продукции.

Метод применяется для предварительных расчетов, когда известен годовой выпуск продукции.

W=Wуд · N, кВт/ч

Где Wуд - удельное потребление электрической энергии на единицу продукции, кВт/ч

N - количество единиц продукции

3). Метод коэффициента спроса.

Этот метод используют для расчетов осветительных сетей, максимальных нагрузок на высшем напряжении схемы электроснабжения.

Рр=Кс · Рном, кВт

Где Кс - коэффициент спроса

Рном - номинальная мощность, кВт

4). Метод удельной плотности электрической нагрузки на 1м² площади.

Метод применяется для расчета сетей освещения и силовых сетей.

Рр=Руд · S, кВт

Где Руд-удельная мощность на единицу площади, кВт/м²

S - площадь помещения, м²

2. Расчетная часть

2.1 Расчет силовой электрической нагрузки напряжением до 1000В

Определим промежуточные величины:

Ки · Рн =0.3 · 1810= 543 кВт

Где Ки - коэффициент использования

Рн - общая номинальная мощность, кВт

Ки · Рн ·tg=0.3 · 1810 · 0.88= 477.8 кВАр

Определим nэ, эффективное число электроприемников:

nэ=2 Рн / Рн.max, шт.

где Рн - общая номинальная мощность электроприемников, кВт

Рн.max-максимальная номинальная мощность электроприемника, кВт

nэ=2·1810/63=57 шт.

Определим расчетную мощность по цеху:

РР=Кр·Ки·РН, кВт

Где Кр - расчетный коэффициент находим по таблице в зависимости от nэ и Ки, Кр=1.0

КИ-коэффициент использования

Рн - общая номинальная мощность ЭП, кВт

Рр-активная расчетная мощность, кВт

Рр=1.0·0.3·1810=543 кВт

Qр=Ки·Рн·tg, кВАр

Где Ки-коэффициент использования

Рн - общая номинальная мощность ЭП, кВт tg - коэффициент мощности

Qр- реактивная расчетная мощность, кВар

Qp=0.3·1810·0.88=477.8 кВар

Sр=vРр ²+Qp², кВА

Где Рр - активная расчетная мощность, кВт

Qp - реактивная расчетная мощность, кВАр

Sp - полная расчетная мощность, кВА

Sp=v543²+477.8²=703.8 Ква

Определим расчетный ток:

Ip=Sp/v3·Uн Uн - номинальное напряжение, кВ = 0.4

IР=703.8/1.73·0.4=1017 А.

1) Определим расчетные осветительные нагрузки цехов.

Рр осв =Руд * S * Кс, кВт

Где Рр осв - расчетная мощность освещения, кВт

Руд - удельная мощность осветительной нагрузки, кВт/м2

S - площадь цеха, м2 (определяется по масштабу данного Генплана.)

Кс - коэффициент спроса. (принимаем Кс=1)

Расчет осветительной нагрузки заносим в таблицу 1.

Найдем площадь цехов:

Sцеха2= 2 · 60 · 75 + 75 · 45= 12375 м2

Sцеха5= 45 · 75 + 45 · 90= 7425 м2

Sцеха6= 60 · 75= 4500 м2

Sцеха7= 45 · 90 + 60 · 90 + 30 · 45= 10800 м2

S= 12375+7425+4500+10800=35100 м2

Sтер=(300 · 405) - 35100= 86400 м2

Определяем осветительную нагрузку цехов:

Рр освещ. цеха2=15 · 12375 · 1=185625 Вт=185.6 кВт

Рр освещ. цеха5=14 · 7425 · 1=130950 Вт=130.9 кВт

Рр освещ. цеха6=13 · 4500 · 1=58500 Вт=58.5 кВт

Рр освещ. цеха7=10 · 10800 · 1=108000 Вт=108 кВт

Рр освещ. тер. завода=86400 · 0.2 · 1=17280 Вт=17.2 кВт

Таблица 1. Расчет электрической нагрузки освещения.

Наименование цеха	Площадь S, м2	Руд Вт/м2	Коэффициент спроса Кс	Рр осв кВт
Цех 2 Цех 5 Цех 6 Цех 7	12372 7425 4500 10800	15 14 13 10	1 1 1 1	185.6 130.9 58.5 108
Территория завода	86400	0.2	1	17.2

завод нагрузка электроснабжение мощность

2.2 Определим расчетную мощность на низкой стороне цеховой трансформаторной подстанции

Определим активную расчетную мощность:

Рр=Рр. до 1кВ+Рр.осв=543+130.9=646.9 кВт

QР=Qр. до 1кВ=477.8 кВАр

Определим полную расчетную мощность

Sр=v646.9²+477.8²=804.2 кВАр

2.3 Определим потери мощности в трансформаторах

Рт=0.02·Sр, кВт

Рт=0.02·804.2=16.08 кВт

Qp=0.1·804.2=80.42 кВАр

2.4 Определим расчетную нагрузку по трансформаторной подстанции

Определим активную расчетную мощность по ТП:

РрТП=Рр+Р, кВт

РрТП=646.9+16.08=662.9

Определим реактивную расчетную мощность по ТП:

QрТП=Qр+Р, кВАр

QрТП=477.8+80.42=558.2 кВАр

Определим полную расчетную мощность по ТП:

SрТП=vРрТП2+QрТП2 кВА

SрТП=v662.92+558.22=866.6 кВА

Определим расчетный ток:

IрТП=SрТП/v3·Uн= 866.6/1.73·10=50.05 А.

Для остальных цехов расчетную нагрузку определяем аналогично.

Для цеха №7 необходимо определить расчетную нагрузку напряжением выше 1000 В. Ее расчет производится аналогично с учетом некоторых особенностей.

Определим коэффициент мощности tg.

nэ не определяется, а принимается равным количеству ЭП

nэ =n=5 шт.

В зависимости от числа электроприемников n и коэффициента использования Ки по таблице находим коэффициент одновременности включения Ко

Ко=0.95

Определим промежуточные величины:

Ки·Рн=0.8·2000=1600

Ки·Рн·tg=0.8·2000·0.48=768

Найдем расчетную мощность и ток:

Рр=Ко·Ки·Рн=0.95·1600=1520 кВт

Qp=Ко·Ки·Рн·tg=0.95·768=729.6 кВАр

Sр=v15202+729.62=1686 кВА

Iр=1686/v3·10=97.4 А.

Определим расчетную нагрузку по цеху. Для этого сложим расчетную нагрузку по ТП с учетом потерь и силовую нагрузку выше 1000 В.

Рр=РрТП+РР>1 кв=217.02+1520=1737 кВт

Qр=QрТП+Qр>1 кв=99.6+729.6=829.2 кВАр

Sр=v17372+829.22=1924.7 кВА

Определим расчетный ток:

Iр=1924.7/v3·10=111.2 А.

Определим расчетную мощность по заводу.

Определим активную расчетную мощность по заводу:

Рр.з=Рр.ц2+Рр.ц5+РР.ц6+Рр.ц7, кВт

Рр.з=1027.3+662.9+1013.8+1737=4441 кВт

Определим реактивную расчетную мощность по заводу:

Qр.з=Qр.ц2+Qр.ц5+Qр.ц6+Qр.ц7, кВт

Qр.з=845.1+558.2+1083.2+829.2=3315.7 кВАр

Определим расчетную мощность по заводу:

Sр=vРр.з2+Qр.з2=v44412+3315.72=5542.2 кВА

Определим расчетный ток:

Iр.з=Sр.з/v3·Uн=5542.2/1.73·10=320 А.

3.6 Определим расчетную мощность после компенсации с учетом потерь по заводу.

Рр.з=Рр.ц2+Рр.ц5+Рр.ц6+Рр.ц7до1кВ+Рр.ц7>1кВ. кВт

Рр.з=1023.9+660.4+977.7+216.9+1520=4398.9 кВт

Qр.з=Qр.ц2+Qр.ц5+Qр.ц6+Qр.ц7до1кВ+Qр.ц7>1кВ. кВАр

Qр.з=398.3+267.4+392.7+79+729.6=1867 кВАр

Sр.з=vРр.з2+Qр.з2=v4398.92+18672=4777.8 кВА

3. Выбор номинального напряжения и схемы внешнего и внутреннего электроснабжения завода

Внешнее электроснабжение завода осуществляется от подстанции энергосистемы, на которой имеются трансформаторы 35/10 напряжением внешнего электроснабжения равным Uн=35 кВ.

На территории завода установим одну главную понизительную подстанцию (ГПП). Место расположения выберем ближе к центру электрических нагрузок или на более свободном месте территории. На ГПП установим два силовых трансформатора. На низкой стороне ГПП примем напряжение равным 10 кВ. Схему внутреннего электроснабжения завода выберем радиальную двух цепную.

Каждая цеховая подстанция получает электропитание от ГПП отдельной кабельной линией. В качестве ступеней схемы электроснабжения используется распределительные пункты РП на низкой стороне ГПП - первая ступень и РП возле цеха имеющего ЭП напряжением выше 1000В.

3.1 Выбор числа и мощности трансформаторов на подстанциях

Трансформаторы на цеховых подстанциях и на ГПП выбираем по расчетной нагрузке с учетом компенсации реактивной мощности. При выборе учитываем категорию по надежности электроснабжения.

Выбор числа и мощности трансформаторов на подстанциях завода.

№ТП	№ цеха	Расчетная мощность	Категория по надежности Эл. снабжения	Кол-во Мощность и тип тр-ров	Реальный Коэфф. Нагрузки Тр-ров	примечание
		Рр. кВт	Qр. кВАр	Sр. кВА
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	6	977.7	392.7	1053.6	2	2 тр - ра ТМ-1000/10	0.54
2	2	1023.9	398.3	1098.6	2	2 тр - ра ТМ-1000/10	0.52
3	5	660.4	267.4	712.4	2	2 тр - ра ТКЗ - 630/10	0.4
4	7	216.9	79	230.8	2	2 тр-ра ТМ-250/10	0.5
гпп		4398	1867	4777.8	2	2 тр - ра ТМН-4ООО/35	0.59

3.2 Выберем номинальную мощность трансформатора для цеха №2, определим количество трансформаторов

N=2, так как ЭП в цехе 2 категории

Определим номинальную мощность трансформатора:

Sн.т=Sp/N·Кз, кВА

Где Sp - полная расчетная мощность. кВА

N - Количество трансформаторов. Шт.

Кз-коэффициент загрузки трансформатора.

Sнт=1053.6/2·0.7=752кВА

Выберем стандартный трансформатор:

Sнт.ст=1000 кВА ТМ - 1000/10

Проверим трансформатор в аварийном режиме:

Условие проверки: 1.4·Sнт.ст>Sp

1.4·1000>1053.2 кВА

1400 кВА>1053.2 кВА, трансформатор выдержит нагрузку в аварийном режиме.

Выбираем трансформатор ТМ - 1000/10

Трехфазный двухобмоточный трансформатор с естественным масляным охлаждением; номинальная мощность трансформатора 1000 кВА напряжение на высокой стороне трансформатора 10 кВ.

Определим реальный коэффициент нагрузки трансформаторов:

Кз=Sр/N·Sнт.ст=1053.6/2·1000=0.52

Для остальных цехов трансформаторы выбираем аналогично.

3.3 Выберем номинальную мощность ГПП

Sнт=Sp/ N·Кз=4777.8/2·0.7=3412.7 кВА

Выберем стандартный трансформатор:

Sнт.ст=4000 кВА

ТМН-4000/35

Проверим трансформатор в аварийном режиме:

1.4·4000>4777.8

5600 кВА>4777.8 кВА трансформатор выдержит нагрузку в аварийном режиме

Выбираем трансформатор ТМН-4000/35

Определим реальный коэффициент нагрузки трансформаторов: Кз=Sр/N·Sнт.ст= 4777.8/2·4000=0.59

3.4 Расчет и выбор проводников электрической сети

Сеть внешнего электроснабжения завода выполнена воздушной линией напряжением 35 кВ, длина воздушной линии 14 километров. Линия выполнена на двухцепных опорах. Завод работает в две смены с Тмах=4500 часов. Тип проводов - неизолированный провод марки АС. Расчетная мощность на линию - Sр=5476.8 кВА

3.5 Определим расчетный максимальный ток линии (на каждую цепь)

Iрmax=Sp/v3·Uн·2= 5476.8/v3·35·2=45.5 А

Определим экономическое сечение проводника.

Fэк=IPmax/Jэк, мм²

Где Fэк - экономическое сечение проводника. мм²

Ipmax - ток расчетный максимальный. А

Jэк - экономическая плотность тока. А/мм²

Jэк= 1.4 А/мм²

Fэк=45.5/1.4= 32.2 мм²

По расчетному экономическому сечению проводника определим из таблиц ближайшее стандартное сечение и соответствующий ему длительно - допустимый ток, оформляем запись выбранного проводника.

Fст= 35 мм² Iдд=175 А АС - 150

Проверим выбранное сечение по длительно - допустимому току в аварийном режиме:

Iдд>2·Ipmax 175>2·45.5=91 A

175> 91 A

Проверим выбранное сечение по коронированию и механической прочности:

F>Fmin 35=35 Сечение проходит по коронированию.

F<Fmax 35<150 сечение проходит по механической прочности

Проверим выбранное сечение по потерям напряжения.

U=v3·Ipmax·x·sin·100.%/Uн

U=v3·45.5·6.72·0.063·100%/35000=0.1%

Потери напряжения < 5%. Воздушная линия АС - 150 проходит по потери напряжения.

3.6 Выберем сечение кабельной линии марки ААБ от ГПП до ТП1.

Uн=10 кВт

Sр=1053 кВА

Определим расчетный ток:

Iр=Sр/v3·Uн·2=1053/34.6=30.4 А

Экономическая плотность тока jэк=1.4 А/мм²

Fэк=Iр/jэк= 30.4/1.4=21.7 мм²

Определим стандартное экономическое сечение: Fэк.ст= 25 мм²

Длительно допустимый ток: Iдд= 90 А

Выбираем ААБ-10 (3х25)

Проверим ААБ - (3х25) по длительному допустимому току:

Условие проверки: Iдд> Iр.ав

Iр.ав=2·30.4=60.8 А

90 А>60.8 А кабельная линия проходит по длительно допустимому току.

U=v3·IP·(Rл·cos+xл·sin)·100%/Uн

Определим сопротивления линии:

Активное Rл=R0·L, Ом

Индуктивное Хл=Х0· L, Ом

R0=1.24 Ом/км

Х0=0.099 Ом/км

L-длина кабельной линии от ГПП до ТП1. км

Rл=1.24·0.105=0.13 Ом

Хл=0.099·0.105=0.01 Ом

U=v3·30.4·(0.13·0.93+0.01·0.37)·100%/10000=0.06%

Кабельная линия ААБ-10 (3х25) проходит по потери напряжения.

Для остальных цехов кабельную линию выбираем аналогично.

Выбор электрической сети напряжением выше 1000В

откуда	куда	Длина КЛ L км	Iр max A	Ip aв А	тип	Jэк А/мм2	Кол-во и марка	Iдд А	U %	Fmin Мм2	Окончательно Выбранное сечение мм2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
ГПП	ТП1	0.105	30.4	60.8	ААБ	1.4	2 ААБ-10 (3Х25)	90	0.06	11.7	ААБ-10 (3Х25)
ГПП	ТП3	0.105	20.5	41	ААБ	1.4	2 ААБ- 10 (3Х16)	75	0.06	11.7	ААБ-10 (3Х16)
ГПП	ТП2	0.12	31.7	63.4	ААБ	1.4	2 ААБ-10 (3Х25)	90	0.06	11.7	ААБ-10 (3Х25)
ГПП	РП	0.12	55.3	110.6	ААБ	1.4	2 ААБ - 10 (3х50)	140	0.01	11.7	ААБ-10 (3х50)
РП	ЭД	-	51.3	-		-	1 ААБ-10 (3Х50)	140	-	11.6	ААБ-10 (3Х50)

Примем Тmax=4500 ч

3.7 Выберем сечение кабельной линии марки ААБ от ГПП до РП

Uн=10 кВ

Sр. до 1кВ=230.8 кВА

Qр. до 1кВ=79 кВАр

Рр. до 1кВ=216 кВт

Sр>1кВ=1686 кВА

Qр>1кВ=729.6 кВАр

Рр>1кВ=1520 кВт

Рр=Рр.до1кв+Рр>1кВ= 216+1520=1736 кВт

Qр. до 1кВ=Qр.до1кв+Qр>1кВ=79+729=808 кВАр

Sр=vРр²+Qр²=v1736²+808²=1914.8 кВА

Определим ток:

Iр=1914.8/1.73·10·2=55.34 А

Fэк=55.34/1.4=39.5 мм²

Определим стандартное экономическое сечение: Fэк.ст=50 мм²

Длительно допустимый ток: Iдд=140 А

Выбираем ААБ-10 (3х50)

Проверим ААБ-10 (3х50) По длительно допустимому току

Условие проверки: Iдд>Iр.ав

Iр.ав=2·55.34=110.68 А

140 А>110.68 А кабельная линия проходит по длительному допустимому току. Проверим по потерям напряжения

U=v3·Iр·(Rл·cos+Xл·sin)·100%/Uн

Определим сопротивления линии:

R0=0.62 Ом/км Rл=0.62·0.12=0.074 Ом

Х0=0.09 Ом/км Хл=0.09·0.12=0.011 Ом

U=v3·55.34·(0.074·0.9+0.011·0.44)·100%/10000=0.01%

Кабельная линия проходит по потери напряжения <5%.

Список литературы

1. Ю.Д Сибикин электроснабжение промышленных и гражданских зданий 3-е издание. Издательский центр академия 2009 г.

Размещено на Allbest.ru