Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Южно-Уральский государственный университет» (НИУ)
Факультет «Энергетический»
Кафедра «Системы Электроснабжения»
Электроснабжение группы цехов завода «ПОЛИМЕР»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕТУ
по дисциплине «Системы электроснабжения»
ЮУрГУ – 140211.2012.043 ПЗ КП
Нормоконтролер Руководитель
Валеев В.Г. Валеев Р.Г.
_______________ ______________
______________2012 г. ______________2012 г.
Автор проекта
студент группы Э – 565
Минин Е.И.
____________________
______________2012 г.
Проект защищен
с оценкой
____________________
______________2012 г.
Челябинск
2012
АННОТАЦИЯ
|
|
Минин Е.И. Электроснабжение завода «ПОЛИМЕР» – Челябинск: ЮУрГУ, Э, 2013, 120 с., 46 ил., 28 табл., библиогр. список – 15 наим. |
В данном дипломном проекте на основе технико-экономического сравнения двух вариантов выбран более экономичный и технически выгодный вариант системы электроснабжения, обеспечивающей надежное электроснабжение группы цехов завода. В ходе проектирования были определены расчетные нагрузки отдельно для механического цеха и для предприятия в целом. Выбрано оборудование для схем внешнего и внутреннего электроснабжения. Произведен расчет компенсации реактивной мощности. Генплан завода и полная принципиальная схема представлена в графической части.
В качестве специального вопроса произведено рассмотрение технико-экономического обоснования ремонтной перемычки при различных коэффициентах загрузки трансформаторов, длинн питающих линий и направления деятельности предприятия.
В ходе проектирования также рассмотрены вопросы релейной защиты, безопасности жизнедеятельности и проведены экономические расчеты рассматриваемой сети.
ОГЛАВЛЕНИЕ
|
ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ТЕХНИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ ПРОЕКТА. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Краткий обзор конструкций выключателей нагрузки 1.2 Выключатели нагрузки зарубежных производителей 1.2.1 Конструкция 1.2.2 Основные узлы 1.2.3 Включение 1.2.4 Выключение 1.2.5 Система гашения дуги 2 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ПРЕДПРИЯТИЯ «ПОЛИМЕР» 2.1 Расчет электрических нагрузок механического цеха 2.2 Расчет низковольтных нагрузок по предприятию 2.3 Расчет высоковольтной нагрузки и нагрузки в целом по предприятию 2.4 Расчет картограммы электрических нагрузок предприятия 3 ВЫБОР ЧИСЛА, МОЩНОСТИ И ТИПА ТРАНСФОРМАТОРОВ ЦЕХОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПОДСТАНЦИЙ ПРЕДПРИЯТИЯ 4 ВЫБОР НАПРЯЖЕНИЯ, СХЕМЫ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ТРАНСФОРМАТОРОВ ГЛАВНОЙ ПОНИЗИТЕЛЬНОЙ ПОДСТАНЦИИ 5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ 5.1 Схема внешнего электроснабжения с напряжением сети 110 кВ 5.2 Схема внешнего электроснабжения с напряжением сети 10 кВ 5.3 Выберем оптимальный вариант схемы внешнего электроснабжения предприятия 6 ВЫБОР ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ И СХЕМЫ ВНУТРЕННЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ, РАСЧЕТ ПИТАЮЩИХ ЛИНИЙ 6.1 Выбор напряжения 6.2 Построение схемы электроснабжения 6.3 Конструктивное выполнение электрической сети 6.4 Расчет питающих линий 7 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 8 ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СЭС ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ 9 РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА НАПРЯЖЕНИЯ В УЗЛАХ СЭС 10 РАСЧЕТ И ВЫБОР УСТРОЙСТВ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ 10 ЧАСТОТНЫЙ ЗАПУСК СД
2 ОПИАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КАРДИОЛОГИЧЕСКОГО ЦЕНТРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 3.1 Исходные данные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Расчет токов короткого замыкания в электрических сетях напряжением выше 1кВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Особенности расчетов токов короткого замыкания в электрических сетях напряжением выше 1 кВ . . . . . . . . . 3.2.2 Расчет параметров схемы замещения . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3 Расчет сопротивлений элементов схемы замещения . . . . . . . 3.2.4 Расчет токов КЗ в максимальном режиме . . . . . . . . . . . . . 3.2.5 Расчет токов КЗ в минимальном режиме . . . . . . . . . . . . . 3.3 Расчет токов короткого замыкания в электрических сетях напряжением до 1 кВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1 Особенности расчетов токов короткого замыкания в электрических сетях напряжением до 1 кВ . . . . . . . . . . . 3.3.2 Расчет токов трехфазного КЗ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3 Исходные данные для расчета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.4 Определение сопротивлений схемы замещения . . . . . . . . . 3.3.5 Расчет токов КЗ в максимальном режиме работы энергосистемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.6 Расчет токов КЗ в минимальном режиме работы энергосистемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.7 Расчет токов однофазных КЗ методом симметричных Составляющих . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 ЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 кВ 4.1 Основные положения организации релейной защиты электрической сети напряжением до 1 кВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Расчет защиты кабельной линии, питающей РЩ . . . . . . . . . . . . 4.3 Расчет защиты ТП 10/0,4 кВ со стороны низшего напряжения . . . 4.3.1 Исходные данные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2 Расчет защиты отходящей от ТП кабельной линии . . . . . . . 4.3.3 Расчет уставок защиты секционного выключателя QF3 . . . . . 4.3.4 Расчет уставок защиты вводных выключателей QF4 иQF5 . . . 5 ЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ 10 кВ . . . . . 5.1 Релейная защита трансформаторной подстанции напряжением 10/0,4 кВ со стороны высшего напряжения . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Основные положения организации релейной защиты силового трансформатора напряжением 10/0,4 кВ . . . . . . . . . . . . . |
6 7
12
22
22
22 23 24 26 28
30
30 30 32 33
36
37
37
40 41 47 47 48 50 53 57
58
58 |
|
5.1.2 Расчет защиты трансформатора с помощью устройства SepamT20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Релейная защита КЛ, отходящих от РП-118 . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Защита РП – 10 кВ с помощью устройств SepamS20 . . . . . . . . . 5.3.1 Организация защиты на РП-118 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.2 Расчет защит, установленных на секционном выключателе Q3 РП-118 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.3Расчет защит, установленных на вводном выключателе Q4 в РП-118 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.4 Расчет защит, установленных на выключателе Q5 . . . . . . . . 5.3.5 Расчет защит, установленных на ПС Новоградская (выключатели Q6,Q7). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Первый шаг оптимизации времени срабатывания селективной защиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Второй шаг оптимизации времени срабатывания селективной защиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6 Оптимизация времени срабатывания микропроцессорной РЗ с помощью логической селективности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6.1 Алгоритм работы и суть построения логической защиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6.2 Принцип построения защиты с помощью комбинированной селективности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6.3 Результаты оптимизации времени срабатывания селективной защиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ . . . . . . . . . . . . . . . 6.1Средства защиты от электрического тока. Защитное заземление РП . 6.2 Контроль изоляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Комплектация защитными средствами . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Освещение РП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5 Обеспечение пожарной безопасности . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1 Оценка движущих и сдерживающих сил и ресурсов разработки проекта релейной защиты и автоматики . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Планирование целей в пирамиде целеполагания . . . . . . . . . . . 7.3 Планирование целей проекта в дереве целей . . . . . . . . . . . . . . 7.4 Качественный анализ вариантов проектных решений . . . . . . . . . 7.5 Планирование мероприятий по реализации проекта. План-график Ганта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6 Срок окупаемости вложений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ЗАКЛЮЧЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ПРИЛОЖЕНИЕ А Статья в сборник ЮУрГУ . . . . . . . . . . . . . . . . .
|
60 71 78 78
78
80 100
103
85
87
92
92
93
95 103 103 106 108 108 111 112
112 112 113 114
116 116 119 120 121 |
Введение
Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией электроприемников предприятия и должны отвечать определенным технико-экономическим требованиям: они должны обладать минимальными затратами при соблюдении всех технических показателей; обеспечивать требуемую надежность электроснабжения и надлежащее качество электрической энергии; быть удобны в эксплуатации и безопасны в обслуживании; иметь достаточную гибкость, позволяющую обеспечивать оптимальные режимы работы как в нормальном, так и в послеаварийном режимах; позволять осуществление реконструкций без существенного удорожания первоначального варианта.
По мере развития электропотребления к системам электроснабжения предъявляются и другие требования, например, возникает необходимость внедрения систем автоматического управления и диагностики СЭС, систем автоматизированного контроля и учета электроэнергии, осуществления в широких масштабах диспетчеризации процессов производства с применением телесигнализации и телеуправления.
Чтобы система электроснабжения удовлетворяла всем предъявляемым к ней требованиям, необходимо при проектировании учитывать большое число различных факторов, то есть использовать системный подход к решению задачи, учитывающий взаимовлияние факторов, и учет их динамичности.
Таким образом, создание рациональной системы электроснабжения промышленного предприятия является сложной задачей, включающей в себя выбор рационального числа трансформаций, выбор рациональных напряжений, правильный выбор места размещения цеховых подстанций и ГПП, совершенствование методики определения электрических нагрузок, рациональный выбор числа и мощности трансформаторов, схемы внешнего электроснабжения и ее параметров, а также сечений проводов и жил кабелей, способов компенсации реактивной мощности, автоматизации, диспетчеризации и др. Принятие оптимальных решений на каждом этапе проектирования ведет к сокращению потерь электроэнергии, повышению надежности и способствует осуществлению общей задачи оптимизации построения систем электроснабжения.
Технический паспорт проекта
Основные характеристики потребителей и системы электроснабжения завода «ПОЛИМЕР».
1) На территории предприятия присутствуют следующие электроприемники: в таблице 1 приведены данные для электроприемников напряжением до 1000В, в таблице 2 данные для электроприемников напряжением выше 1000В, дополнительные данные в таблице 3, в таблице 4 приведены данные нагрузки по цеху.
Таблица 1- Данные для электроприемников напряжением до 1000В
|
Наименование цеха, отделения, участка |
Рном электроприёмников, напряжением 0,4 кВ, кВт |
nэ |
Ки |
cos |
|
1.Автотранспортный участок |
143 |
10 |
0,25 |
0,70 |
|
2.Центральный склад |
260 |
5 |
0,20 |
0,50 |
|
3.Тарная мастерская |
525 |
25 |
0,45 |
0,80 |
|
4.Водонасосная |
197 |
20 |
0,65 |
0,80 |
|
5.Аглофабрика |
675 |
70 |
0,60 |
0,85 |
|
6.Цех №1 |
4084 |
12 |
0,54 |
0,50 |
|
7.Столовая |
170 |
16 |
0,50 |
0,80 |
|
8.Компрессорная |
519 |
50 |
0,65 |
0,85 |
|
9.Заводоуправление |
95 |
11 |
0,50 |
0,80 |
|
10.Ремонтно –строительный участок |
528 |
43 |
0,43 |
0,90 |
|
11.Участок энергоцеха |
114 |
29 |
0,70 |
0,90 |
|
12.Администрация энергоцеха |
177 |
39 |
0,40 |
0,90 |
|
13.Котельная |
1633 |
30 |
0,75 |
0,89 |
|
14.Цех № 2 |
10 089 |
300 |
0,63 |
0,78 |
|
15.Ремонтно –механический цех |
– |
– |
– |
– |
|
16.Проходная |
119 |
10 |
0,25 |
0,75 |
|
17.Телефонная станция, медпункт |
215 |
16 |
0,60 |
0,70 |
Таблица 2- Данные для электроприемников напряжением выше 1000В
|
Номер цеха на плане |
Наименование цеха, отделения, участка |
Вид высоковольтных электроприёмников |
Установленная мощность одного электроприёмника, кВт |
Кол–во электро-приёмни-ков |
Коэффициент использования, Ки |
Коэффициент мощности, cos j |
|
4 |
Водонасосная |
Асинхронные двигатели |
400 |
4 |
0,7 |
0,82 |
|
8 |
Компрессорная станция |
Синхронные двигатели |
1600 |
4 |
0,8 |
0,9 |
|
13 |
Котельная |
Синхронные двигатели |
630 |
2 |
0,75 |
0,85 |
Номинальное напряжение всех высоковольтных электроприёмников – 10 кВ.
Таблица 3- Дополнительные данные
|
Расстояние от предприятия до подстанции энергосистемы, км |
1 и 5 | |
|
Существующие уровни напряжений U1 и U2 на подстанции энергосистемы, кВ |
10 и 110 | |
|
Мощность короткого замыкания (МВА) на шинах подстанции энергосистемы напряжением |
U1 |
200 |
|
U2 |
3000 | |
|
Стоимость электроэнергии по двухставочному тарифу |
за
1 кВт максимальной нагрузки,
|
согласно действующим тарифам |
|
за
1 потребленный кВт·ч,
| ||
|
Наивысшая температура, оС |
окружающего воздуха |
27,3 |
|
почвы (на глубине 0,7 м) |
13 | |
|
Коррозионная активность грунта предприятия |
Низкая | |
|
Блуждающие токи в грунте |
Есть | |
|
Наличие колебаний и растягивающих усилий в грунте |
Есть незначительные усилия | |
Таблица 4- Данные для расчета нагрузок по цеху
|
Наименование оборудования |
Мощность одного электроприемника, кВт |
Количество потребителей |
|
1 |
2 |
3 |
|
Сварочное отделение |
|
|
|
Тр-тор сварочный, однофазный, Uном = 220 В |
10 |
3 |
|
Агрегат сварочно-зарядный |
2,1 |
4 |
|
Выпрямитель сварочный |
21 |
2 |
|
Машина контактной сварки, однофазная, Uном = 380 В |
86 |
I |
|
Машина стыковой сварки, однофазная, Uном = 380 В |
96,5 |
2 |
|
Подвесной наждак |
0,7 |
2 |
|
Термическое отделение |
|
|
|
Электропечь сопротивления |
30 |
4 |
|
Электропечь индукционная |
20 |
2 |
|
Вентилятор |
7,5 |
8 |
|
Механическое отделение 1 |
|
|
|
Кран-балка |
2,2 |
3 |
|
Станок вертикально-сверлильный |
7,3 |
5 |
|
Станок настольно-сверлильный |
0,6 |
3 |
|
Станок вертикально долбежный |
3,8 |
4 |
|
Станок токарно винторезный |
4,1 |
3 |
|
Станок широкоуниверсальный |
7,5 |
2 |
|
Станок копировально универсальный |
3 |
3 |
|
Станок горизонтально-фрезерный |
5,5 |
4 |
|
Станок плоско-шлифовальный |
3,6 |
2 |
Продолжение таблицы 4
|
1 |
2 |
3 |
|
Станок настольно-сверлильный |
0,6 |
4 |
|
Станок токарно-карусельный |
34,3 |
2 |
|
Станок резьбо-шифовальный |
7,5 |
3 |
|
Ножницы гильотинные |
1,6 |
2 |
|
Механическое отделение 2 |
|
|
|
Станок кругло-шлифовальный |
10,2 |
4 |
|
Станок поперечно-строгальный |
3,1 |
5 |
|
Станок:токарно-винторезный |
10 |
2 |
|
Станок горизонтально-фрезерный |
7,5 |
I |
|
Станок вертикально-сверлильный |
4,8 |
3 |
|
Станок вертикально-фрезерный |
7,5 |
4 |
|
Станок вертикально-сверлильный |
0,6 |
6 |
|
Станок зубофрезерный |
11,4 |
3 |
|
Станок наетольно-сверлильный |
0,6 |
6 |
|
Полуавтомат отрезной |
9,5 |
I |
|
Ножовка механическая |
1,8 |
4 |
|
Пресс-ножницы |
7,5 |
2 |
|
Кран-балка |
2,2 |
2 |
|
Станок универсально-фрезерный |
10 |
2 |
|
Станок токарно-каруеельный |
31,3 |
1 |
|
Станок токарно-винторозный |
18,6 |
4 |
|
Станок резьбс-шлифовальный |
7,5 |
2 |
|
Станок плооко-шлифовальный |
8,2 |
4 |
|
Станок обдирочно-шлифовальный |
1,7 |
5 |
|
Станок настольно-сверлильный |
0,6 |
б |
|
Станок токарно-винторезный |
8,4 |
2 |
|
Станок вертикально-фрезерный |
7,5 |
4 |
|
Станок вертикально-сверлильный |
1,6 |
3 |
|
Вентилятор |
1,5 |
3 |
|
Отделение очистки деталей |
|
|
|
Ультразвуковой генератор |
20 |
4 |
|
Шкаф сушильный |
7,5 |
2 |
|
Ванна промывки |
24 |
2 |
|
Ванна ультразвуковой очистки |
10 |
3 |
|
Кондиционер |
10 |
4 |
|
Станок профиле-шлифовальный |
3,3 |
5 |
|
Станок координатно-раеточной |
25 |
2 |
|
Вентилятор |
1,5 |
3 |
2) Суммарная установленная мощность электроприемников предприятия напряжением до1000 В: 21041,5кВт; свыше 1000В: 9260кВт.
3) Полная расчетная активная мощность на шинах ГПП: 16148,1 кВт.
4) Коэффициенты реактивной мощности:
- заданный энергосистемой tgЭ=0,31;
- расчетный tgР=0,298;
- естественный tgе=0,522.
5) Напряжение внешнего электроснабжения: 110 кВ.
6) Мощность короткого замыкания в точке присоединения к энергосистеме питающих предприятие линий: 3000 МВА.
7) Расстояние от предприятия до питающей подстанции энергосистемы 5 км; питающая воздушная линия выполнена проводом марки АС-70/11.
8) Напряжение внутреннего электроснабжения предприятия: 10 кВ.
9) Тип принятых ячеек распределительного устройства ГПП: СЭЩ-59.
10) Для питания потребителей напряжением ниже 1000 В устанавливается 12 цеховых трансформаторных подстанций с трансформаторами типа ТМГ мощностью 160 , 400, 1000, 2000 кВА, а также 6 НРП.
11) Марка кабельных линий: ААП2лУ, сечения: 50, 95, 120, 150, 185, 240 мм2 (с учетом проверки на термическую стойкость).