Электроснабжение предприятий

Системы электроснабжения (СЭС) отличаются от других технических систем рядом особенностей: огромным (до нескольких тысяч) количеством элементов, дискретностью рядов их номинальных параметров и многофункциональностью некоторых из них, случайным характером электрических нагрузок и внешних воздействий, распределением элементов СЭС по значительным территориям, многокритериальностью функций управления и ограничений на управляющие воздействия.

Современные СЭС должны обеспечивать оптимальные значения множества критериев: экономичность, в том числе и энергосбережение, надежность, качество электроэнергии, электробезопасность и ряда других. Причем, каждый из перечисленных критериев оптимальности имеет еще и ряд показателей.

Тем не менее, накоплен огромный опыт решения частных задач оптимизации. К ним относятся, как бы, слабо связанные между собой задачи, которые с точки зрения математики могут быть подвержены некой декомпозиции (расчленению): расчет электрических нагрузок, выбор рациональных напряжений линий электропередач, выбор мощности трансформаторов подстанций и т. п. Причем, частные задачи оптимизации СЭС решаются разнородно в различных отраслях: системообразующие сети, районные, городские, промышленные, сельские.

Решение частных задач оптимизации выполняется двумя способами: аналитическим и статистическим. При аналитических решениях, как правило, принимается ряд допущений, существенных и правомерных для рассматриваемой отрасли. Статистические методы используют накопленный опыт проектирования и эксплуатации систем. Результатом накопленного опыта являются многочисленные отраслевые инструкции и нормативные документы, иногда противоречивые по своему содержанию и физической сущности явлений. Следует отметить, что в связи с развитием вычислительной техники, математических основ решения, линейных и нелинейных, непрерывных и дискретных задач оптимизации, частных методик оптимизации, алгоритмов и программ более строгого учета влияющих на оптимизацию СЭС факторов, указанные два подхода к оптимизации СЭС постепенно сливаются, дополняя друг друга.

В проекте приводится попытка оптимального проектирования электроснабжения промышленного предприятия на основе существующих нормативных документов, как базы накопленного интеллектуального, эксплуатационного, организационного и технологического опыта предыдущих поколений энергетиков.

Характеристика среды производственных помещений ЭТЦ. Категории электроприемников по степени бесперебойности электроснабжения

Характеристики внешней среды (температура, влажность, наличие взрывоили пожароопасных зон) могут влиять не только на конструктивное исполнение РП, ПТ или СП, но и на выбор марок и сечений проводов, кабелей и защитной аппаратуры. Производственный процесс на проектируемом ЭТЦ характеризуется наличием горючей пыли и волокон текстильных материалов, образующих пожароопасные смеси. Некоторые из отделений ЭТЦ могут быть отнесены к жарким и влажным помещениям. Характеристика среды основных производственных помещений по цехам фабрики представлена в таблице 2. При детальной проработке сетей 0,4 кВ характеристика отделений ЭТЦ и их участков может быть уточнена.

Перерыв электроснабжения электроприемников основного производства ЭТЦ приводит к массовому недоотпуску продукции и простою людей. Нет опасности для жизни людей, угрозы для безопасности государства, значительного материального ущерба, расстройства сложного технологического процесса, нарушения функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения. Электроприемников основного производства можно отнести ко второй категории.

Классификация основной доли электроприемников в отделениях электро-технологического цеха по бесперебойности электроснабжения приведена в таблице 1.

Таблица 1 Характеристика внешней среды производственных помещений ЭТЦ и бесперебойности электроснабжения основных производств.

Определение расчетных электрических нагрузок. Расчетная нагрузка электротехнологического цеха

Расчет электрических нагрузок электротехнологического цеха (ЭТЦ) на шинах 0,4 кВ цеховых ТП выполняем по методике действующих нормативных документов. По причине большей доступности, расчетные коэффициенты электропотребления будем принимать по справочной литературе. За расчетную нагрузку на шинах 0,4 кВ цеховых ТП принимаем максимальную нагрузку суточного графика за наиболее загруженную смену, продолжительностью ч, где = 2,5 ч — постоянная времени нагрева для цеховых трансформаторов.

Расчет выполняем с использованием существующей статистики по индивидуальным коэффициентам использования силового электрооборудования за наиболее загруженную смену, и коэффициентам расчетной мощности для цеховых трансформаторов. Результаты расчетов сводим в стандартную табличную форму Ф636−92 (табл.3) .

В таблице 2 приведены количество электроприемников по отделениям, номинальная (установленная) мощность одного и группы ЭП.

Таблица 2 - Ведомость электрических нагрузок электротехнологического цеха

Группируем электроприемники ЭТЦ по характерным режимам электропотребления: с одинаковыми коэффициентами использования и коэффициентами мощности .

Например, для печей из термического отделения по справочнику находим = 0,8 = 0,9. Их значения заносим в графы 5,6 таблицы 3.

Суммируем установленную мощность группы печей:

где количество печей в термическом отделении;

номинальная мощность электроприемников.

Результат заносим в графу 4 таблицы 3.

Определяем минимальное и максимальное значения номинальной мощности отдельных электроприемников. Результат заносим в графу 3.

В графах 7 и 8 построчно вычисляем расчетные величины и (средние нагрузки). Например, для станков находим (формула 2):

где — коэффициент реактивной мощности соответствующий ;

— суммарная установленная мощность всех металлорежущих станков цеха по всем отделениям, вычисленная по формуле (1).

Определяем средневзвешенный коэффициент использования по ЭТЦ в целом:

Заносим полученное значение средневзвешенного коэффициента использования в итоговую строку 5, таблицы 3.

При значительном числе ЭП на шинах цеховой трансформаторной подстанции ЭТЦ (n = 131, табл.3) эффективное число электроприемников будем определять по упрощенной формуле:

где — принимаем по итоговой строке столбца 4, таблицы 3;

— номинальная мощность наибольшего электроприемника в цехе ЭТЦ, по итоговой строке столбца 3, таблицы 3.

Если найденное по упрощенному выражению число окажется больше n, то следует принимать = n. Если, где — номинальная мощность наименее мощного ЭП группы, также принимается = n .

Таблица 3 Расчет электрических нагрузок ЭТЦ на шинах 0,4 кВ трансформаторов цеховых ТП (форма Ф636−92

Перечисленные условия для ЭТЦ, как узла нагрузки, выполняются. Кроме того, полученное значение эффективного числа электроприен6иков должно быть округлено, до ближайшего меньшего целого значения. Окончательно принимаем:

Для значений по таблице 4 находим коэффициент расчетной нагрузки на шинах 0,4 кВ .

Находим расчетные нагрузки трансформаторов ЭТЦ:

где — суммарное расчетное значение (средняя нагрузка) на шинах 0,4 кВ цеховой трансформаторной подстанции.

Таблица 4 — Значения коэффициентов расчетной нагрузки на шинах НН цеховых трансформаторов и для магистральных шинопроводов напряжением до 1 кВ

Реактивная нагрузка на шинах 0,4 кВ ЭТЦ определяется:

где — суммарное расчетное значение (средняя реактивная нагрузка) на шинах 0,4 кВ цеховой трансформаторной подстанции Полная мощность и расчетный ток без учета компенсации реактивной мощности равны:

Результаты расчета полной мощности и расчетного тока записываем в графы 14, 15 итоговой строки таблицы 3.

Расчет нагрузки осветительных установок

Тип источников света принимаем исходя из условий среды в производственных помещениях. В помещениях с нормальной средой принимаем к установке люминесцентные лампы, как более экономичные, в помещениях с жаркой, пыльной, влажной, пожароопасной и взрывоопасной средой — лампы накаливания.

На стадии технико-экономического обоснования электрические нагрузки осветительных установок найдем упрощенно, по удельной установленной мощности светильников на квадратный метр освещаемой поверхности и коэффициентам спроса освещения. Удельные нагрузки освещения примем по справочнику.

Например, для помещения № 1, механическое отделение по генплану, находим м². Удельную нагрузку освещения принимаем равной15 Вт/м². Коэффициент спроса осветительных установок для механического отделения, как и для производственных зданий, состоящих из нескольких отдельных помещений, составляет 0,85. Принимаем к установке светильники с лампами люминесцентного освещения, с встроенными конденсаторами для повышения коэффициента мощности до 0,9 .

Активная установленная мощность освещения равна:

Расчетные нагрузки освещения:

где соответствует коэффициенту мощности cos

Для остальных отделений расчеты выполняем аналогично и сводим их в таблицу 5.

Таблица 5 — Расчетные нагрузки осветительных установок

Выбор количества и мощности силовых трансформаторов ТП

Определяющими факторами при выборе единичной мощности трансформаторов ТП 10/0,4 кВ являются затраты на питающую сеть 0,4 кВ, потери мощности в этой сети и в трансформаторах, затраты на строительную часть ТП. Для точного учета перечисленных факторов необходимо выполнять вариантные технико-экономические расчеты, однако, трудоемкость таких расчетов неимоверно высока, так как требует детальных расчетов, более чем в десятке вариантов, внешнего, внутреннего электроснабжения и, по крайней мере, питающих сетей 0,4 кВ. Исследованиями многочисленных авторов установлено, что приближенной оценкой перечисленных параметров оптимизации является некий обобщенный параметр — плотность нагрузки на той территории, по которой предполагается прокладка ЛЭП 0,4 кВ.

По рекомендациям, в цехах с более, или менее равномерно распределенной нагрузкой со сравнительно мелкими потребителями, допускается при определении единичной мощности трансформаторов ТП 10(6)/0,4 кВ пользоваться следующими критериями при напряжении питающей сети 0,4 кВ:

.

Плотность нагрузки 0,4 кВ:

где активная силовая и осветительная нагрузки ЭТЦ;

реактивная силовая и осветительная нагрузки ЭТЦ;

полная расчетная нагрузка ЭТЦ с учетом освещения;

площадь ЭТЦ.

Занесем полученные результаты в таблицу 6.

Таблица 6 — Плотность нагрузки 0,4 кВ по отделениям цеха.

Исходя из плотности нагрузки по ЭТЦ 0,1 кВА/м², можно принять единичную мощность трансформаторов ТП, равной:

1000 кВА.

Минимальное число трансформаторов в ЭТЦ, исходя из их принятой единичной мощности:

где = 0,25 — добавка до целого числа трансформаторов;

— суммарная нагрузка ЭТЦ с учетом освещения ,

0,7 — коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме.

Исходя из условий по бесперебойности электроснабжения, выбираем 2 трансформатора, принимаем номинальную мощность трансформаторов равную 630 кВА.

Далее найдем минимальное число трансформаторов ТП, при их номинальной мощности, равной 630 кВА (силовой масляный трансформатор защищенный ТМЗ-630/10) :

где 630 кВА — принятая номинальная мощность трансформаторов;

= 0,8 — добавка до целого числа трансформаторов.

Компенсация реактивной мощности на шинах 0,4 кВ цеховых ТП и уточнение их нагрузки

При выборе числа и мощности трансформаторов одновременно решаем вопрос выбора компенсирующих устройств в сетях до 1000 В.

Наибольшая реактивная мощность, которую целесообразно передавать через трансформаторы ТП в сеть напряжением до 1000 В, определяется соотношением:

где n = 2 — число трансформаторов на ТП;

= 0,7 — коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме;

— номинальная мощность трансформаторов, установленных на ТП;

— расчетная активная нагрузка ТП на шинах 0,4 кВ.

Минимально необходимая мощность компенсирующих устройств:

Следовательно, компенсация реактивной мощности не требуется.

Выбор сечения проводников и защиты линии термического отделения

Рассмотрим выбор сечения проводников и устройств защиты на примере электропечи сопротивления шахтной со щитом управления ПИ31 ЩУ-12:

Найдём номинальный ток:

Пусковой ток:

U_H — номинальное напряжение, В; P_H — номинальная мощность приёмника, кВт; К_пуск — коэффициент пуска (К_пуск=2,5…7); - коэффициент загрузки (выбирается по таблице 8). Длительно допустимый ток По пусковому току выбираем устройство защиты — автоматический выключатель марки ВА 57−39−320. По длительно допустимому току выбираем проводник — кабель с алюминиевыми жилами с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката, 3-х жильный, проложен в полу в трубе, сечение жилы -10 мм², АВВГ 3×10.

Таблица 7 Выбор распределительных и магистральных шинопроводов для ЭТЦ

Таблица 8 — Коэффициент загрузки

Расчет электрических нагрузок электроприемников термического отделения приведен в таблице 9.

Таблица 9. — Расчет электрических нагрузок термического отделения

Расчет проводников и устройств защиты для остального оборудования проводится аналогично. Результаты расчётов сведены в таблицу 10.

Таблица 10 — Расчет проводников и устройств защиты электрооборудования термического отделения

Заключение

В данной курсовой работе были выработали практические навыки по выполнению расчётов, систематизированы и углублены знания, полученные в процессе изучения дисциплины «Электроснабжение предприятий». В ходе выполнения были рассмотрены и решены следующие составляющие:

1. Определены расчетные электрические нагрузки:

Расчетная нагрузка ЭТЦ, равная ;

Расчетная нагрузка осветительных установок, равная .

2. Выбрано 2 силовых трансформатора ТМЗ — 630/10 с номинальной мощностью 630 кВА.

3. Рассчитаны электрические нагрузки ЭТЦ.

4. Выбраны распределительные и магистральные шинопроводы.

Для термического отделения принимаем шинопровод распределительный марки ШРА-75 с номинальным током 250 А, шинопровод магистральный марки ШМА 5−400 с номинальным током 400 А.

5. Выбраны сечения проводников и защиты линии термического отделения.