Расчет электрических нагрузок завода сельскохозяйственного машиностроения

Заключение

При проектировании системы электроснабжения и анализе режимов её работы потребители электроэнергии (отдельный приемник, группа приемников, цех в целом) рассматривают в качестве нагрузок.
Режимы работы нагрузок разнообразны и изменяются во времени. В определенные промежутки времени значения активной, реактивной, полной, мощности или тока представляют собой наибольшие из соответствующих средних значений. Такие нагрузки называют максимальными. При расчете нагрузок применяют различные коэффициенты графиков нагрузок, характеризующие режимы работы приемников по мощности или во времени. Расчет ведется методом коэффициента спроса КС который называют отношение расчетной мощности или (потребляемой) мощности к номинальной (установленной) мощности группы приемников.
Определение расчетно ...

Содержание
Введение 2
1.Ведомость электрических нагрузок. Категория потребителей. 4
2. Определение расчетных нагрузок по цехам и предприятию в целом 6
2.1 Определение расчетной мощности в целом с учетом компенсирующих устройств и потерь мощности в трансформаторах 7
2.2 Расчет мощности компенсирующих устройств 7
2.3 Потери мощности в компенсирующих устройствах 7
2.4 Потери мощности в трансформаторах ГПП 8
2.5 Мощность трансформаторов ГПП с учетом потерь 8
3. Выбор напряжения питающих линий и распределительных сетей 10
3.1 Выбор напряжения распределительных линий 10
4. Выбор числа, мощности и типа силовых трансформаторов ГПП 11
5. Картограмма нагрузок и определение центра электрических нагрузок (ЦЭН) 12
5.1 Картограмма нагрузок 12
5.2 Определение условного центра электрических нагрузок 15
6.Количество и мощность трансформаторов ЦТП с учетом КУ 16
6.1 Выбор высоковольтных двигателей 19
7. Составление схем электроснабжения (3 варианта) 20
7.1 Выбор схем распределительной сети предприятия 21
7.2 Распределение нагрузки по пунктам питания 22
ТП-10/0,4 кВ; РП-0,4 кВ. 22
8. Выбор сечения питающей линии и распределительных сетей 25
8.1 Расчет потерь ЦТП 25
8.2 Выбор сечения проводов питающей линии 27
8.3 Выбор сечения кабельных линий напряжением до и выше 1 кВ 28
9. Технико-экономическое сравнение и выбор схемы электроснабжения 32
9.1 Технико-экономический расчет кабельных линий 33
9.2 Технико-экономический расчет трансформаторных подстанций 34
9.3 Технико-экономический расчет высоковольтных выключателей 36
10. Технико-экономическое сравнение вариантов. 38
Список использованной литературы 39

 

Введение

Система электроснабжения промышленных предприятий создаётся для обеспечения электроприемников предприятия энергией, и должна соответствовать предъявляемым требованиям:
- затраты на систему должны быть минимизированы при обеспечении технических характеристик;
- обеспечивать надежность в соответствии с категорией электроснабжения;
- обеспечивать требуемое качество электроэнергии;
- иметь гибкость, обеспечивающую расширение производства и оптимальные режимы эксплуатации;
- быть безопасной.
К электроснабжению предъявляются и иные требования: внедрение систем автоматического управления и диагностики, систем автоматизированного контроля и учета, осуществления диспетчеризации процессов производства с применением дистанционных методов контроля и управления.
Создание рациональной системы электроснабжения включает в себя множество этапов. Принятие оптимальных решений на каждом этапе проектирования ведет к сокращению потерь электроэнергии, повышению надежности и способствует осуществлению общей задачи оптимизации построения систем электроснабжения.
Необходимо определить мощность подключаемого завода с применением различных коэффициентов нагрузок, характеризующих работу приемников по мощности или во времени. Расчет производится методом коэффициента спроса КС, который представляет собой соотношение потребляемой мощности к номинальной мощности приемников.
В результате проектного расчёта формируется точный показатель, который позволяет минимизировать затраты на покупку оборудования, монтаж силовых линий и согласование подключения.
Кроме того: расчет электроснабжения завода опирается на нахождение в непосредственной близости от завода трансформаторных и распределительных подстанций. После выбора источника подключения необходимо организовать распределение электроэнергии по всей территории предприятия. Для этого используется генеральный план завода, на котором устанавливаются пометки относительно мощности того или иного приёмника электрической энергии, а также категории его электроснабжения.
 

Расположение цехов определяется технологическим процессом производства. На генеральном плане указываются расчетные мощности цехов и всего предприятия.При рациональном размещении ГПП, ТП на территории промышленного предприятия оптимизируются технико-экономические показатели системы электроснабжения, при этом обеспечивается минимум затрат. Для определения местоположения ГПП, ТП при проектировании системы электроснабжения на генеральный план промышленного предприятия наносится картограмма нагрузок, которая представляет собой размещённые на генеральном плане окружности. Площади, ограниченные этими окружностями, в масштабе равны расчётным нагрузкам цехов. Для каждого цеха наносится своя окружность, центр которой совпадает с центром нагрузок цеха.Центр нагрузок цеха или предприятия является символическим центром потребления электрической энергии цеха или предприятия. ГПП или ТП следует располагать в ЦЭН. Это позволит снизить затраты на проводниковый материал и уменьшить потери электрической энергии. Картограмма электрических нагрузок позволяет проектировщику наглядно представить распределение нагрузок по территории промышленного предприятия.Площадь круга в определенном масштабе равна расчетной нагрузке соответствующего цеха Pi:Из этого выражения радиус окружности:где - мощность i-го цеха; m - масштаб для определения площади круга (постоянный для всех цехов предприятия)Силовые нагрузки до и выше 1 кВ изображаются отдельными кругами или секторами в круге. Считаем, что нагрузка по цеху распределена равномерно, поэтому центр нагрузок совпадает с центром тяжести фигуры, изображающей цех в плане.При построении картограммы необходимо знать полные расчетные и осветительные нагрузки цехов, которые были рассчитаны в таблице №2.Пример расчета покажем на электроцехе:Расчёты по всем цехам завода сведем в таблицу №3. Картограмма электрических нагрузок показана на генплане предприятия.5.2 Определение условного центра электрических нагрузокВ настоящее время существует ряд математических методов, позволяющих аналитическим путём определить центр электрических нагрузок (ЦЭН) как отдельных цехов, так и всего промышленного предприятия. Среди них можно выделить три основных метода.Первый метод, использующий некоторые положения из курса теоретической механики, позволяет определить ЦЭН цеха (предприятия) с большей или меньшей точностью (приближённо) в зависимости от конкретных требований. Так, если считать нагрузки цеха равномерно распределёнными по площади цеха, то центр нагрузок цеха можно принять совпадающим с центром тяжести фигуры, изображающей цех в плане. Если учитывать действительное распределение нагрузок в цехе, то центр нагрузок уже не будет совпадать с центром тяжести фигуры цеха в плане, и нахождение центра нагрузок сведётся к определению центра тяжести масс.Таким образом мы определили ЦЭН для ГПП и для ТП, но поставить их точно в центре электрических нагрузок не всегда технически возможно.Координаты центра электрических нагрузок всего предприятия определим по формуле:6. Количество и мощность трансформаторов ЦТП с учетом КУПредварительный выбор числа и мощности трансформаторов цеховых подстанций производится на основании требуемой степени надежности электроснабжения и распределения между ТП потребителей электроэнергии до 1кВ. На заводе имеется оборудование, относящееся к потребителям II категории, требуется надежное электропитание, поэтому цеховые подстанции выполняются с двумя рабочими трансформаторами. Нормальный режим работы - раздельная работа трансформаторов в целях уменьшения токов короткого замыкания и применения более легкой и дешевой аппаратуры на стороне низкого напряжения трансформаторов.Номинальная мощность цеховых (Sнт) выбирается по расчетной мощности, исходя из условия экономичной работы трансформаторов (60-80%) в нормальном режиме и допустимой перегрузки (на 30-40%) от Sнт в послеаварийном режиме.В соответствии с ГОСТ 14209-85 и 11677-75 цеховые трансформаторы имеют следующие номинальные мощности: 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500кВА. В настоящее время цеховые ТП выполняются комплектными (КТП) и во всех случаях, когда этому не препятствуют условия окружающей среды и обслуживания, устанавливаются открыто.Ориентировочный выбор числа и мощности цеховых трансформаторных подстанций производится по удельной плотности нагрузок ():где - расчетная нагрузка цеха (кВА); F - площадь цеха (м2).Сделаем ориентировочный выбор числа и мощности цеховых трансформаторных подстанций для электроцеха:Если плотность нагрузок < 0,2, то рекомендуется принимать трансформаторы до 1000 кВА, если 0,2< <0,3 то трансформаторы должны быть 1600кВА, если 0.3 кВА/м2, то трансформаторы рекомендуется принимать 1600-2500 кВА.Таким образом, выбираем трансформатор 1600 кВа.После подбора мощности трансформаторов проверяем правильность выбора по коэффициентам загрузки в нормальном и аварийном режимах:Трансформатор проходит по коэффициентам загрузки в нормальном и аварийном режимах.Расчетная мощность компенсирующих устройств:По справочнику выбираем стандартное значение мощности КУ и определяем не скомпенсированную мощность:Затем находим полную мощность и изменяем номинал трансформаторов и (или) их количество.Все данные выбора и расчёта сведены в таблицы №5-1, 5-2.Таблица 5-1 Расчёт трансформаторовТаблица 5-2 – Расчёт потерь КТП6.1 Выбор высоковольтных двигателейВ компрессорной необходимо установить три высоковольтных синхронных двигателя, выбор производим по номинальной активной мощности. (табл.4.27 ст.210 [Л-3])Активная установленная мощность в компрессорной составляет Pp=3000 кВт. В корпусе требуется установить двигатели серии СДН14-44-12У3:Pном=500 кВтUном=6 кВNном=500 об/минηном=93,2%cos φном=0,85Ксд=0,7В компрессорной устанавливаем пять высоковольтных синхронных двигателей, выбор которых производим по номинальной активной мощности.Активная установленная мощность в компрессорной составляет Pp=3150 кВт, при установке пяти двигателей серии СДН14-41-8У3:Pном=630 кВтUном=6 кВNном=750 об/минηном=94,6%cos φном=0,85Ксд=0,75на ТП 27,28,29 по 780,88 кВарУстанавливаем высоковольтные асинхронные двигатели, выбор производим по установленной активной мощности. Pp=3000 кВт (табл.4.12 ст.188 [Л-3]) двигатель марки СДН14-44-12У3.7. Составление схем электроснабжения (3 варианта)Характерной особенностью схем внутризаводского распределения электроэнергии является большая разветвленность сети и наличие большого количества коммутационно-защитной аппаратуры, что оказывает значительное влияние на технико-экономическое показатели и на надежность системы электроснабжения.С целью создания рациональной схемы распределения электроэнергии требуется всесторонний учёт многих факторов, например таких как конструктивное исполнение сетевых узлов схемы, способ канализации электроэнергии, токи КЗкороткого замыкания при разных вариантах и т.д.При проектировании схемы особое значение приобретает правильное решение вопросов питания силовых и осветительных нагрузок в ночное время, в выходные и праздничные дни. Для взаимного резервирования рекомендуется использовать шинные и кабельные перемычки между ближайшими подстанциями, а также между концами сетей низшего напряжения, питаемых от разных трансформаторов.В общем случае схемы внутризаводского распределения электроэнергии имеют ступенчатое построение. Нецелесообразно применение схем с числом ступеней болеет двух-трёх, так как в этом случае усложняется коммутация и защита цепи. На небольших по мощности предприятиях рекомендуется применять одноступенчатые схемы.Схема распределения электроэнергии должна быть связано с технологической схемой объекта. Питания приёмников электроэнергии разных параллельных технологических потоков должна осуществляться от разных источников: подстанций, РП, разных секций шин одной подстанции. Это необходимо для того, чтобы при аварии не останавливались оба технологических потока. В тоже время взаимосвязанные технологические агрегаты должны присоединяться к одному источнику питания, чтобы при исчезновении питания все приёмники электроэнергии были одновременно обесточены.При построении общей схемы внутризаводского электроснабжения необходимо принимать варианты, обеспечивающие рациональное использование ячеек распределительных устройств, минимальную длину распределительной сети, максимум экономии коммутационно-защитной аппаратуры.7.1 Выбор схем распределительной сети предприятияВнутризаводское распределение электроэнергии выполняют по магистральной, радиальной или смешанной схеме. Выбор схемы определяется категорией надёжности потребителей электроэнергии, их размещением, особенностями режимов работы. Радиальными схемами являются такие, в которых электроэнергия от источника питания передаётся непосредственно к приёмному пункту. Чаще всего радиальную схему применяют с числом ступеней не более двух.Одноступенчатые радиальные схемы применяют на небольших по мощностям предприятиях для питания сосредоточенных потребителей (насосные станции, печи, преобразовательные установки, цеховые подстанции), расположенных в различных направлениях от центра питания. Радиальные схемы обеспечивают глубокое секционирование всей системы электроснабжения, начиная от источников питания и кончая сборными шинами до 1 кВ цеховых подстанций.Питание крупных подстанций или РП с преобладанием потребителей I категории осуществляется не менее чем двумя радиальными линиями, отходящими от разных секций источника питания.Отдельно расположенные однотрансформаторные подстанции мощностью 400-630 кВА получают питание по одиночным радиальным линиям без резервирования, если отсутствуют потребители первой и второй категорий и по условиям прокладки линии возможен её быстрый ремонт. Если обособленные подстанции имеют потребителей II категории, то их питание должно осуществляться двухкабельной линией.Магистральные схемы распределения электроэнергии применяют в том случае, когда потребителей много и радиальные схемы не целесообразны. Основное преимущество магистральной схемы заключается в сокращении звеньев коммутации. Их целесообразно применять при расположении подстанций на территории предприятия, близко к линейному, что способствует прямому прохождению магистрали от источника питания к потребителю и тем самым сокращают длину магистрали.Недостатком магистральной схемы является более низкая надёжность так как исключается возможность резервирования на низшем напряжении одно трансформаторных подстанций при питании их по одной магистрали. Рекомендуется питать от одной магистрали не более двух-трёх трансформаторов мощностью 2500-1000 кВА и не более четырех-пяти мощностью 400-630кВА.Существует много разновидностей и модификаций магистральных схем, которые с учетом степени надёжности делятся на одиночные и двойные сквозные.На практике редко применяют только радиальные или магистральные, так как при таких схемах не соответствуют наилучшим технико-экономическим показателям. Поэтому чаще всего используют смешанные схемы. Сочетание преимущественно радиальных и магистральных схем позволяет добиться создание систем электроснабжения с наилучшими технико-экономическими показателями. Три варианта схем электроснабжения представлены.7.2 Распределение нагрузки по пунктам питанияТП-10/0,4 кВ; РП-0,4 кВ.Распределение потребления электроэнергии напряжением до и выше 1 кВ между цеховыми трансформаторами подстанции и распределительными устройствами выполнено в таблицах №6-1, 6-2, 6-3 на основании картограммы электрических нагрузок по принципу разукрупнения ТП.Размещение ТП показано на генплане завода.Таблица№6-1 - Распределение нагрузок по пунктам питания (вариант 1).№ п/пНаименование пункта питанияПотребители электроэнергии, № по генплануМесто расположения по генплануПримечание1ТП-11,222ТП-2333ТП-34,664ТП-4555ТП-5776ТП-6887ТП-7998ТП-810109ТП-911,12,131110ТП-10141411ТП-1115,16,1715Таблица№6-2 - Распределение нагрузок по пунктам питания (вариант 2).№ п/пНаименование пункта питанияПотребители электроэнергии, № по генплануМесто расположения по генплануПримечание1ТП-11,222ТП-2333ТП-34,6,764ТП-4555ТП-5886ТП-6997ТП-710108ТП-811,12,13,14139ТП-915,16,1715Таблица№6-3 - Распределение нагрузок по пунктам питания (вариант 3).№ п/пНаименование пункта питанияПотребители электроэнер-гииМесто расположения пункта питания по генплануПримечание1ТП-11,2,4,641923,282ТП-23,552769,853ТП-3771632,334ТП-4882439,655ТП-5991388,956ТП-610101989,407ТП-611,12,13,14121375,458ТП-715,16,17162185,288. Выбор сечения питающей линии и распределительных сетей8.1 Расчет потерь ЦТППотери в ТП определяются активными потерями состоящими из потерь холостого хода Х.Х и КЗ и реактивными потерями состоящих из реактивных потерь Х.Х и КЗ.Активные и реактивные потери в ЦТП определяются по формулам:где - коэффициент загрузки; - ток КЗ в процентах; - напряжение КЗ в процентах. Пример расчета потерь для электроцеха:Активная и реактивная мощности с учетом потерь в ЦТППолная мощность с учетом потерь в ЦТП:Все данные расчета сведены в таблицу 7.Номиналы трансформаторов назначены исходя из нагруженности в рабоем и аварийном режимах.8.2 Выбор сечения проводов питающей линииТехнические факторы, влияющие на выбор сечения.принимаем минимальное допустимое сечение по нагреву Sн=50мм2.Допустимая длина линии по потерям напряжения. где =6,86 по [Л-2] (табл. П4.4 ст.339); =10%.Принимаем минимальное допустимое сечение по потерям напряжения:SU=50 мм2Проверим по экономической плотности тока:Принимаем провод АС-50 (табл.П4.2[Л-2])8.3 Выбор сечения кабельных линий напряжением до и выше 1 кВПередача электроэнергии от источника питания до приёмного пункта промышленного предприятия осуществляется воздушными или подземными кабельными линиями. Сечение проводов и жил выбирается по техническим и экономическим условиям.