Проектирование системы электроснабжения промышленного предприятия

 
ВВЕДЕНИЕ

 

Для обеспечения питания  электрической энергией промышленных приёмников создаются системы электроснабжения. В настоящее время основной проблемой является создание рациональных систем электроснабжения, обеспечивающих экономию электроэнергии. Систему электроснабжения можно назвать рациональной в том случае, если эта система обеспечивает требуемый уровень надёжности электроснабжения потребителей, и в то же время ее стоимость не является слишком высокой. Решения рационального построения системы электроснабжения закладываются и принимаются на стадии проектирования, что в значительной степени определяет расход электрической энергии. Основными условиями проектирования рациональной системы электроснабжения являются надежность, экономичность и качество электроэнергии в сети. Экономичность определяется приведенными затратами на систему электроснабжения. Надежность зависит от категории потребителей электроэнергии и особенностей технологического процесса, неправильная оценка которых может привести как к снижению надежности системы электроснабжения, так и к неоправданным затратам на излишнее резервирование. Важное значение для экономии электроэнергии является ее качество. Под качеством электроэнергии понимают совокупность ее свойств, обуславливающих пригодность электроэнергии для нормальной работы приемников электроэнергии в соответствии с их назначением. Эффективная и рациональная работа энергосистемы в значительной степени зависит от правильности определения расчетных нагрузок. Именно нагрузки определяют место расположения подстанции, величину номинальных напряжений, уровень компенсации реактивной мощности, структуру схемы электроснабжения и взаимосвязи между ее элементами.

Целью настоящей работы является проектирование системы электроснабжения промышленного предприятия.

 

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

Проектируемый завод  предполагается питать от районной понизительной  подстанции. Питание осуществляется по двум воздушным линиям электропередач. Исходными данными к курсовому проекту являются: мощность короткого замыкания на шинах подстанции энергосистемы, расположение её относительно предприятия, расстояние между ними, генеральный план промышленного предприятия, площади корпусов, распределение нагрузок по категориям, максимальные расчётные и средние нагрузки, а также установленная энергосистемой предельно допустимая реактивная нагрузка на шинах главной понизительной подстанции (ГПП) 10 кВ в часы максимума.

В курсовом проекте необходимо:

– выбрать схему электроснабжения и номинальное напряжение для  питания предприятия;

– определить местоположение ГПП и трансформаторной подстанции (ТП);

– выбрать число и  мощность трансформаторов ГПП и  ТП;

– составить схему  распределительной сети предприятия  напряжением выше 1000 В;

– выбрать марки и  сечения кабелей и питающих воздушных линий электропередач;

– рассчитать токи КЗ;

– рассчитать заземляющие  устройства и молниезащиту.

Исходные данные для курсового проекта указаны в таблице 1, таблице 2. Генеральный план предприятия представлен на рисунке 1.

 

 

 

 

 

Таблица 1 – Связующие данные между подстанцией энергосистемы и промышленным предприятием

Мощность короткого  замыкания на шинах подстанции энергосистемы, МВ·А	Расстояние от подстанции энергосистемы до предприятия ℓ, км	Предельно допустимая реактивная нагрузка, Qэ, кВар
1000	13	17

 

 

№ корпуса	Площадь корпуса, м2×104	Распределение нагрузок по категориям (в % от полной)			Максимальные расчётные активные нагрузки цехов предприятия		Средние нагрузки  и коэффициенты мощности
		1	2	3	Рм,  кВт	Cosφ	Pсм, кВт	Cosφ
1	2,80	11	55	22	605	0,86	478	0,79
2	2,60	14	43	38	455	0,89	354	0,75
3	3,40	0	76	16	504	0,70	392	0,64
4	3,30	0	63	28	657	0,77	518	0,65
5	3,20	8	17	67	303	0,73	232	0,43
6	3,30	15	20	63	416	0,88	326	0,67
7	0,98	0	24	64	707	0,61	553	0,87
8	0,90	0	13	83	325	0,91	259	0,56
9	6,10	0	16	80	296	0,62	226	0,67
10	2,60	0	51	49	253	0,68	194	0,8

Таблица 2 – Распределение нагрузок по корпусам цехов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Генеральный  план промышленного предприятия 

(масштаб 1:10000)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электрооборудование цехов и его характеристики:

Оборудование  цеха №1: станки металлорежущие: 9 штук мощностью 30 кВт, 4 по 20 кВт, 4 по 10 кВт; прессы: 2 штуки мощностью 50 кВт; вентиляторы: 3 штуки мощностью 20 кВт, 4 по 12 кВт.

Оборудование  цеха №2: электропечи неавтоматизированные: 1 штука мощностью 50 кВт, 12 штук мощностью 25 кВт; кран: 1 штука мощностью 32 кВт, ПВ=30%; насосы: 1 штука мощностью 7,5 кВт; вентиляторы: 10 штук мощностью 7,5 кВт.

Оборудование  цеха №3: электропечи неавтоматизированные: 8 штук мощностью 25 кВт; прессы: 3 штуки мощностью 50 кВт; краны: 4 штуки мощностью 31 кВт, ПВ=30%; вентиляторы: 4 штук мощностью 10 кВт.

Оборудование  цеха № 4: станки металлорежущие: 1 штука мощностью 20 кВт, 1 штука мощностью 10 кВт, 12 штук мощностью 17 кВт, 1 штука мощностью 20 кВт; прессы: 6 штук мощностью 13 кВт, 1 штука мощностью 22 кВт; сварочные трансформаторы дуговой сварки: 6 штук мощностью 10 кВт, ПВ=65%, cosφ=0,3; сварочные машины шовные: 4 штуки мощностью 25 кВт, ПВ=50%, cosφ=0,5; насосы: 5 штук мощностью 10 кВт, 1 штука мощностью 25 кВт, 5 штук мощностью 10 кВт.

Оборудование  цеха №5: прессы: 1 штука мощностью 22 кВт, 1 штука мощностью 30 кВт; сварочные трансформаторы дуговой сварки: 1 штука мощностью 30 кВт, ПВ=65%, cosφ=0,3, 1 штука мощностью 20 кВт, ПВ=65%, cosφ=0,3; дуговые сварочные автоматы: 3 штука мощностью 20 кВт, cosφ=0,5; вентиляторы: 5 штук мощностью 12 кВт; краны: 7 штук мощностью 10 кВт, ПВ=30%.

Оборудование цеха №6: станки металлорежущие: 6 штук мощностью 30 кВт; прессы: 2 штуки мощностью 62,5 кВт; краны: 2 штуки мощностью 20 кВт, ПВ=20%; насосы: 3 штуки мощностью 22 кВт.

Оборудование цеха №7: станки металлорежущие: 10 штук мощностью 30 кВт, 5 по 20 кВт, 8 по 10 кВт; прессы: 4 штуки мощностью 50 кВт; вентиляторы: 2 по 12 кВт.

Оборудование  цеха №8: станки металлорежущие: 4 штуки мощностью 20 кВт, 3 по 18 кВт; прессы: 8 штуки мощностью 20 кВт; вентиляторы: 2 по 15 кВт.

Оборудование  цеха №9: прессы: 1 штука мощностью 22 кВт, 1 штука мощностью 30 кВт; сварочные трансформаторы дуговой сварки: 1 штука мощностью 30 кВт, ПВ=65%, cosφ=0,3, 1 штука мощностью 20 кВт, ПВ=65%, cosφ=0,3; дуговые сварочные автоматы: 3 штука мощностью 20 кВт, cosφ=0,5; вентиляторы: 5 штука мощностью 12 кВт; краны: 7 штука мощностью 10 кВт, ПВ=30%.

Оборудование  цеха №10: прессы: 8 штук мощностью 10 кВт, 1 штука мощностью 35 кВт; сварочные трансформаторы дуговой сварки: 4 штуки мощностью 10 кВт, ПВ=55%, cosφ=0,3, 10 штук мощностью 10 кВт, ПВ=55%, cosφ=0,3; вентиляторы: 1 штук мощностью 10 кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ОПИСАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

 

Местом расположения данного промышленного предприятия будет Липецкая область. Необходимо выяснить погодные условия, влияющие на работоспособность системы электроснабжения. Необходимо добиться того, чтобы при проектировании было учтено как можно большее число этих факторов и чтобы система работала надёжно в данных условиях. Наименование электрических установок и способ их исполнения напрямую зависит от условий окружающей среды. Например, выбор типа подстанций и распределительных устройств (закрытые или открытые) производится с учетом местных условий, а именно: в случае интенсивного загрязнения воздуха на площадке подстанции токопроводящей пылью или агрессивными в отношении токоведущих частей и изоляции газами, подстанции и распределительные устройства выполняются закрытыми или открытыми, но с усиленной изоляцией и специальными мероприятиями по защите токоведущих частей от коррозии.

Среднегодовая продолжительность  гроз составляет от 80 до 100 часов. Преобладают  слабокислые и слабощелочные  осадки. Средняя температура за год  составляет 4…5 ºС, суммарное выпадение осадков 460…600 мм.  

Липецк входит в число городов  с не самой благоприятной экологической  ситуацией. Наличие в городе и  области большого количества промышленных предприятий, располагающих вредным  производством, приводит к соответствующему загрязнению окружающей среды. Наибольшая доля загрязнений приходится на ОАО «НЛМК», доля выбросов в атмосферу у которого составляет 91 % от общего количества.

Выбор электрооборудования  по условиям окружающей среды при  проектировании следует производить согласно ГОСТ 15150-69. ГОСТ 15150-69 выделяет 5 категорий исполнения машин, приборов и других технических изделий в зависимости от места размещения при их эксплуатации.

 

2 ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА  ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

 

Качество электрической энергии обеспечивается совместными действиями субъектов электроэнергетики, обеспечивающих снабжение электрической энергией потребителей, в том числе гарантирующих поставщиков, энергосбытовых организаций, энергоснабжающих организаций, сетевых организаций, системного оператора и иных субъектов оперативно-диспетчерского управления, а также производителей (поставщиков) электрической энергии во исполнение своих обязательств по договорам на оптовом и розничных рынках электрической энергии. Указанные субъекты отвечают перед потребителями за неисполнение или ненадлежащее исполнение обязательств по соответствующим договорам, в том числе за надежность снабжения их электрической энергией и ее качество в соответствии с техническими регламентами и иными обязательными требованиями.

В договорах оказания услуг по передаче электрической энергии и энергоснабжения определяется категория надежности снабжения потребителя электрической энергией (далее - категория надежности), обусловливающая содержание обязательств по обеспечению надежности снабжения электрической энергией соответствующего потребителя, в том числе:

- допустимое число  часов отключения в год, не  связанного с неисполнением потребителем обязательств по соответствующим договорам и их расторжением, а также с обстоятельствами непреодолимой силы и иными основаниями, исключающими ответственность гарантирующих поставщиков, энергоснабжающих, энергосбытовых и сетевых организаций и иных субъектов электроэнергетики перед потребителем в соответствии с законодательством Российской Федерации и условиями договоров;

- срок восстановления  энергоснабжения. 

В случаях ограничения  режима потребления электрической  энергии сверх сроков, определенных категорией надежности снабжения, установленной  в соответствующих договорах, нарушения установленного порядка

3 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ

 

Чтобы определить суммарную мощность цехов, проведем расчет и определим мощность каждой группы электроприемников. Приведем расчет для металлорежущих станков цеха №1. Найдем мощность металлорежущих станков первого цеха [1].

Металлорежущие станки отнесем к потребителям с кратковременным режимом работы. Номинальная активная мощность группы рассчитывается по формуле:

 

,  (3.1)

 

где P_н - установленная мощность однородной группы приемников; n - количество однородных приемников; p_н,i - установленная мощность i-го приемника.

Подставив в (3.1) данные, определим установленную мощность группы:

 

= 8∙40 + 4∙30 + 3∙20 =450, кВт. (3.2)

 

Расчетную нагрузку группы станков можно определить с помощью коэффициента максимума. Эффективное число приемников определим:

 

,                                                                                                      (3.3)

 

Используя формулу (3.3), определим эффективное число приемников для группы металлорежущих станков:

 

 (3.4)

Коэффициент использования примем из справочных данных =0,13 [3]. Найдем среднюю нагрузку за наиболее загруженную смену по формуле (3.5):

 

,                                                                                               (3.5)

 кВт. (3.6)