Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников электрической энергии.
По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. Развитие и усложнение структуры систем электроснабжения возрастающие требования к экономичности и надежности их работы в сочетании с изменяющейся структурой и характером потребителей электроэнергии, широкое внедрение устройств управления распределением и потреблением электроэнергии на базе современной вычислительной техники ставят проблему подготовки высококвалифицированных инженеров.
Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которого приходится более 60% вырабатываемой в стране энергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов, освещение помещений, осуществляется автоматическое управление технологическими процессами и др.
Существуют технологии, где электроэнергия является единственным энергоносителем.
Энергетическая политика РФ предусматривает дальнейшее развитие энергосберегающей программы. Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться путем: перехода на энергосберегающие технологии производства; совершенствование энергетического оборудования, реконструкция устаревшего оборудования; сокращение всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных энергетических ресурсов. Предусматривается также замещение органического топлива другими энергоносителями, в первую очередь ядерной и гидравлической энергией. Кроме прямого энерго- и ресурсосбережения существует целый ряд актуальных задач, решение которых в конечном итоге приводит к тому же эффекту в самих производственных установках, в производстве в целом. Сюда, в первую очередь относится повышение надежности электроснабжения, так как внезапное, иногда даже весьма кратковременное прекращение подачи электропитания может привести к большим убыткам в производстве. Но повышение надежности связано с увеличением стоимости системы электроснабжения, поэтому важной задачей должно считаться определение оптимальных показателей надежности, выбор оптимальной по надежности структуры системы электроснабжения.
Также важной задачей является обеспечение требуемого качества электроэнергии. Низкое качество электроэнергии приводит помимо прочих нежелательных явлений к увеличению потерь электроэнергии как в электроприемниках, так и в сети. Важное значение приобрело измерение показателей качества электроэнергии. За последние десятилетия достигнуты значительные успехи не только в микроэлектронике, но и в электроаппаратостроении, в разработке новых электрических и конструкционных материалов, в кабельной технике. Эти достижения открывают новые возможности в способах канализации электроэнергии и в конструкции распределительных устройств (РУ).
Надежности систем энергообеспечения предприятий
... Туфанов В.А. Оценка надежности систем электроснабжения. М.: Энергоатомиздат, 1981.-224с. 7. Розанов М.Н. Надежность электроэнергетических систем. – М.: ... электроэнергии. Поэтому выбирают такую структуру, которая в рамках экономических ограничений обладает наивысшей надежностью, ... систем. Вероятность безотказной работы основной системы (и каждой из резервных) Вероятность отказа основной системы ...
В частности, применение новых комплектных легко заменяемых узлов электрических сетей и сетевых устройств может потребоваться в быстро изменяющихся производственных условиях современных предприятий. Важной особенностью систем электроснабжения является невозможность создания запасов основного используемого продукта — электроэнергии. Вся полученная электроэнергия немедленно потребляется. При непредвиденных колебаниях нагрузок необходима точная и немедленная реализация системы управления, компенсирующая возникший дефицит.
От надежного и бесперебойного электроснабжения зависит: работа промышленных предприятий любых отраслей, полученная прибыль, зависящая от объемов выпуска продукции, соблюдения условий хранения скоропортящейся продукции, особенно актуально это звучит для предприятий пищевой промышленности. Для эффективного функционирования предприятия, схема электроснабжения должна обеспечивать должный уровень надежности и безопасности.
Развитие частного предпринимательства в России, предполагает использование новых подходов, в организации распределения и учета электроэнергии. В частности это касается наличия нескольких предприятий на территории одной производственной зоны (участка), принадлежащих разным собственникам. Наличие разных технологических цепочек, плюс экономически оправданная система электроснабжения, учета электроэнергии, налагает определенные (специфические) требования к проектированию данных предприятий.
В рассматриваемом проекте предполагается решить эти задачи. С минимальными затратами, получить достаточно надежную систему электроснабжения группы промышленных предприятий. Требуемый уровень надежности и безопасности схемы электроснабжения обеспечивается строгим соблюдением при выборе оборудования и элементов защиты, норм и правил изложенных в ПУЭ, CНиПах и ГОСТах. Тема электрооборудование подстанции и электроснабжения инструментального.
1. Общая часть
1.1 Характеристика объекта проектирования
Инструментальный цех (ИЦ) предназначен для изготовления и сборки различного измерительного, режущего, вспомогательного инструмента, а также штампов и приспособлений для горячей и холодной штамповки. ИЦ является вспомогательным цехом завода по изготовлению механического оборудования и станков. Цех имеет производственные, вспомогательные, служебные и бытовые помещения. Станочный парк размещен в станочных отделении. Электроснабжение цеха осуществляется от собственной цеховой ТП. Здание расположено на расстоянии 1,2 км от заводской главной понизительной подстанции (ГПП), напряжение — 1 кВ. Расстояние ГПП от энергосистемы — 12 км. Количество рабочих смен — 2. Потребители электроэнергии — 2 и 3 категории надежности ЭСН. Грунт в районе цеха — чернозем с температурой +10 С. Каркас здания сооружен из блоков-секций длиной 6 м каждый. Размеры цеха A*B*H=48*30*8 м.Все помещения, кроме станочного отделения, двухэтажные высотой 3,6 м. Мощность электропотребления (Рэп) указана для одного электроприемника.
Пожарной зоной называется пространство внутри и вне помещений, в пределах которого постоянно или периодически обращаются горючие(сгораемые) вещества. Инструментальный цех относится к классу зон П-2а -зоны, расположенные в помещениях, в которых обращаются твердые горючие вещества.
Помещение инструментального цеха относится к помещению с повышенной опасностью так как по условиям производства в воздух выделяется технологическая пыль в таком количестве, что может оседать на проводах, проникать внутрь машин, аппаратов и т. д. Пыль подразделяется на проводящую и не проводящую.
1.2 Категории потребителей электроснабжения
Электроприемники цеха относится ко второй категории, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недоотпуску продукции, простоям рабочих мест, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Рекомендуется обеспечивать электропитанием от двух независимых источников, для них допустимы перерывы на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. Допускается питание от одного трансформатора, перерыв в электроснабжении разрешается не более 24 ч.
1.3 Ведомость электрических нагрузок
Ведомость электрических нагрузок показана в таблице1.
Таблица 1- Ведомость электрических нагрузок
|
№ на плане |
Наименование ЭО подстанции |
Вариант |
Примечание |
|
|
1 |
||||
|
Рэп, кВт |
||||
|
1,2,40,41,46 |
Поперечно-строгальные станки |
5,5 |
— |
|
|
3,5…7,28…31 |
Токарно-револьверные станки |
4,8 |
— |
|
|
4,8,32…34 |
Одношпиндельные автоматы токарные |
1,8 |
— |
|
|
9…15,26,27 |
Токарные автоматы |
4,5 |
— |
|
|
16,17,19,20,44,45 |
Алмазно-расточные станки |
2,8 |
— |
|
|
18,21…25,37,38 |
Горизонтально-фрезерные станки |
10 |
— |
|
|
35,36,50,51 |
Наждачные станки |
1,5 |
1 — фазные |
|
|
39,47 |
Кран-балки |
5 |
ПВ=60% |
|
|
42,43,48,49,52,53 |
Заточные станки |
2,3 |
1 — фазные |
|
2 Специальная часть
2.1 Выбор метода расчета
Метод упорядоченных диаграмм, который в 60-70-е годы директивно применялся для всех уровней системы электроснабжения и на всех стадиях проектирования, в 80-е годы трансформировался в расчет нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности. При наличии данных о числе электроприемников, их мощности, режимах работы его рекомендуют применять для расчета элементов системы электроснабжения 2УР, 3УР (провод, кабель, шинопровод, низковольтная аппаратура), питающих силовую нагрузку до 1кВ (упрощенно для эффективного числа приемников всего цеха, т.е. для сети 6-10кВ 4УР).
Различие метода упорядоченных диаграмм и расчета по коэффициенту расчетной активной мощности заключается в замене коэффициента максимума Км, всегда понимаемого однозначно как отношение Рmax/Рc , коэффициентом расчетной активной мощности Кр . Порядок расчета для элемента узла следующий:
- составляется перечень (число) силовых электроприемников с указанием их номинальной Рном(i) (установленной) мощности;
- определяется рабочая смена с наибольшим потреблением электроэнергии и выделяется характерные сутки;
- описываются особенности технологического процесса, влияющее на электропотребление, выделяются электроприемники с высокой неравномерностью нагрузки (которые рассчитывают по максимуму эффективной нагрузки);
- исключаются из расчета (перечня): а) электроприемники малой мощности;
- б) резервные по условиям расчета электрических нагрузок;
- в) включаемые эпизодически;
- определяются группы m электроприемников, имеющих одинаковый тип (режим) работы, и выделяются из них j-е подгруппы, j=1,…,m, имеющие одинаковую величину индивидуального коэффициента использования Ки(i);
- выделяются электроприемники одинакового режима работы и определяются их средняя мощность.
Средняя мощность электроприемника, Рср(i), Вт рассчитываем по формуле
, (1)
где Рном (i) — номинальная мощность отдельного электроприемника, Вт;
Ки(i) — коэффициент использования
Вычисляется средняя реактивная нагрузка
Q (2)
где tgцi — коэффициент реактивной мощности, соответствующий средневзвешенному коэффициенту мощности cosц , характерному для i-го электроприемника.
1. Находится групповой коэффициент использования Ки активной мощности
(3)
где Рном(j) — установленная мощность подгруппы.
2. Рассчитывается эффективное число электроприемников в группе из n электроприемников:
(4)
где nэ — число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного максимума Рmax, что и группа электроприемников, различных по мощности и режиму работы. При числе электроприемников в группе четыре и более допускается принимать nэ равным n (действительному числу электроприемников) при условии, что отношение номинальной мощности наибольшего электроприемника Рном(max) к номинальной мощности меньшего Рном( min) меньше трех. При этом при определении значения n допускается исключать мелкие электроприемники, суммарной мощности которых не превышает 5% номинальной мощности всей группы.
3. По справочным данным в зависимости от (3), (4) и постоянной времени нагрева Т0 принимается величина расчетного коэффициента Кр.
4. Определяется расчетный максимум нагрузки
(5)
Значение расчетного коэффициента активной мощности Кр для Т0 =10 мин — сетей напряжением до 1кВ, питающих 2УР.
Для 3УР постоянного нагрева Т0 =2,5 ч и при nэ > 50 и Ки ? 0,5 Кр =0,7; Ки > 0,5; Кр =0,8. Для кабелей, образующих высоковольтные сети 6-10кВ потребителей, Кр=1.
Упрощенно эффективное число приемников для цеха
(6)
где Рном(max) — номинальная мощность наибольшего электроприемника цеха.
Физический смысл выражения (6) объяснить трудно. Оно возникло из формулы (конец 50-х — начало 60-х годов)
(7)
когда из группы электроприемников, для которой определяли расчетную нагрузку, были выделены наибольшие по мощности приемники ni и суммарная мощность Рном(i) всех m приемников, входящих в группу. Размытость понятия «группа» (необходимо исключить лишние) и понятие «наибольших по мощности» осложняло проведение расчетов.
Электрические нагрузки отдельных узлов системы электроснабжения в сетях напряжением выше 1кВ (находящиеся на 4УР, 5УР) рекомендуется определять аналогично с включением потерь в трансформаторах.
Результаты расчетов нагрузок по коэффициенту расчетной активной мощности сводят в таблицу.
2.2 Расчет электрических нагрузок методом «упорядочнных диограмм»
|
Наименование ЭО подстанции |
Количество |
Примечание |
||||||||||||||
|
Рэп, кВт |
Рну |
Ки |
Cos ц |
Tg ц |
m |
Рсм |
Qсм |
nэ |
Рр |
Ор |
Sр |
Расчётный ток |
||||
|
7 |
8 |
36.42 |
21.68 |
42.38 |
||||||||||||
|
Поперечно строгальные станки |
5 |
5,5 |
27,5 |
0.25 |
0.65 |
1.169 |
1.375 |
1.60 |
7.94 |
|||||||
|
Токарно-револьверные станки |
8 |
4,8 |
38,4 |
0.25 |
0.65 |
1.169 |
9.6 |
11.222 |
6.93 |
|||||||
|
Одношпиндельные автоматы токарные |
5 |
1,8 |
9 |
0.14 |
0.5 |
1.732 |
0.252 |
0.436 |
2.60 |
|||||||
|
Токарные автоматы |
8 |
4,5 |
36 |
0.14 |
0.5 |
1.732 |
0.62 |
1.073 |
11.25 |
|||||||
|
Алмазно-расточные станки |
6 |
2,8 |
16,8 |
0.14 |
0.5 |
1.732 |
0.392 |
0.678 |
7 |
|||||||
|
Горизонтально-фрезерные станки |
7 |
10 |
70 |
0.25 |
0.65 |
1.169 |
2.5 |
2.922 |
25 |
|||||||
|
Наждачные станки |
4 |
1,5 |
6 |
0.14 |
0.5 |
1.732 |
0.21 |
0.363 |
6.81 |
1-фазные |
||||||
|
Кран-балки |
2 |
5 |
10 |
0.1 |
0.5 |
1.732 |
0.5 |
0.866 |
12.5 |
ПВ=60% |
||||||
|
Заточные станки |
6 |
2,3 |
13,8 |
0.14 |
0.5 |
1.732 |
0.322 |
0.557 |
10.45 |
1-фазные |
||||||
2.3 Компенсация реактивной мощности
Физическая сущность Cos ц заключается в том, что он показывает какую часть активной мощности потребляет приемник или группа приемников от полной мощности подводимой к ним.
Для объектов Cos ц р рассчитывается по формуле
где- Pp и Sp — определяется по таблица 1
Энергоснабжающая организация для всех объектов, предприятий задает нормативное значение Cos ц в пределах:
1.Если Cos ц р< Cos ц норм , тогда необходимо рассчитать сколько реактивной мощности ?Qку, кВАр нужно отдать в сеть, чтобы повысить его до нормативного значения, по формуле:
где Рсм- активная средняя мощность за максимально загруженную смену, из табл. 2 итого по объекту
2. Если Cos ц р= Cos ц норм
3. Если Cos ц р>Cos ц норм
4. Если Cos ц р? Cos ц норм, то ?Qку незначительное число, то есть выбрать батареи не представляется возможным, тогда нужно воспользоваться естественной компенсацией.
Далее приступаем к выбору числа и мощности компенсирующих устройств.
Число компенсирующих батарей принимается равным или кратным числу источников питания.
Если на объекте I,II и III категории ЭП, то nб принимается по наиболее ответственной категории
nб= 2,4,6, и т.д.
a) I, II, III к. ЭП — nб
б) II, III к. ЭП — nб= 2,4,6, и т.д.
в) I, III к. ЭП — nб= 2,4,6, и т.д.
nб*
Принимаю тип батареи2 конденсаторные батареи тип КС1-0,38-18 ЗУЗ.Напряжение-0,38Кв.Мощность-18кВАР.
2.4 Расчет и выбор силового трансформатора
трансформатор электроснабжение диаграмма упорядоченный
Категория ЭП на объекте 2 и 3, выбираем число силовых трансформаторов по наиболее ответственной категории (2)- для бесперебойной работы предприятия необходимо как минимум 2 силовых трансформатора.
Технико-экономическое сравнение
Мощность силовых трансформаторов выбирается по полной мощности средней за максимально загруженную смену с учетом компенсации реактивной мощности по формуле:
где — активная средняя мощность за максимально загруженную смену, кВт
Qсм — реактивная средняя мощность за максимально загруженную смену кВАр
- сумма номинальной реактивной мощности выбранных конденсаторных батарей; кВАр
Определяем расчетную мощность одного трансформатора по формуле:
- где — мощность силового трансформатора; кВА
- число силовых трансформаторов; шт
- ближайшее большее значение номинальной мощности силового трансформатора; кВА
По справочнику выбираем два трансформатора, для их сравнения и выбора более подходящего:
1) ТМ-25/10
2) ТМ-40/10
Оформляют таблицу с паспортными данными трансформаторов по выбранной номинальной мощности.
Таблица 4 — Паспортные данные трансформаторов
|
Тип |
Верхний предел номинального напряжения обмоток, кВ |
Потери, кВт |
Напряжение короткого замыкания Uкз% от номинального |
Ток холостого хода Iхх% от номинального |
Цена, руб |
|||
|
ВН |
НН |
холостого хода ?Рхх |
короткого замыкания ?Ркз |
|||||
|
ТМ-25/10 |
10 |
0,4 |
0,135 |
0,6 |
4,5 |
3,2 |
58000 |
|
|
ТМ-40/10 |
10 |
0,4 |
0,19 |
0,88 |
4,5 |
3 |
65000 |
|
Проверяют выбранные трансформаторы по коэффициенту загрузки в нормальном режиме работы, Кз, по формуле:
Кз= , (15)
Кз=
Где Sсм- мощность трансформатора за максимально загруженную смену, кВАр;
N т- количество трансформаторов, шт;
S нт- номинальная мощность трансформатора, кВА;
- Кз=(0,6ч0,8), [5.с.67]
Проверяют выбранные трансформаторы по коэффициенту загрузки в аварийном режиме работы, Кзав, по формуле:
Кзав= , (16)
Кзав=
где Sсм- мощность трансформатора за максимально загруженную смену, кВАр;
N т- количество трансформаторов, шт;
S нт- номинальная мощность трансформаторов, кВА;
- Кзав?1,4, [5.89]
Учитывая перспективу развития производства данного объекта коэффициент загрузки в нормальном режиме работы, Кз, может увеличиваться. Коэффициент загрузки в аварийном режиме работы, Кзав, получился меньше 1,4, поэтому трансформатор может работать по 6 часов в течение 5 суток.
Определяют потери реактивной мощности при холостом ходе в трансформаторе, ?Qхх, кВАр, по формуле:
, кВАр (17)
?Qхх= кВАр
где Iхх- ток холостого хода в трансформаторе, %, таблица 2;
S нт- номинальная мощность трансформаторов, кВА;
Определяют потери реактивной мощности при коротком замыкании в трансформаторе, ?Qкз, кВАр, по формуле:
, кВАр (18)
?Qкз= кВАр
где Uкз- напряжение короткого замыкания в трансформаторе, %, таблица 2;
S нт- номинальная мощность трансформаторов, кВА;
Определяют приведенные потери активной мощности при коротком замыкании в трансформаторе, ?Р’кз, кВт, по формуле:
?Р’кз=?Ркз+Кэп ?Qкз, кВт (19)
?Р’кз =0,6+0,06*1,125=0,66 кВт
где ?Ркз- потери мощности при коротком замыкании в трансформаторе, кВт;
- ?Qкз- потери реактивной мощности при коротком замыкании в трансформаторе, кВАр;
- Кэп- коэффициент эквивалентных потерь;
Кэп=0,01 ч 0,12, [5.с.205]
Определяют приведенные потери активной мощности при холостом ходе в трансформаторе, ?Р’хх, кВт, по формуле:
?Р’хх=?Рхх+Кэп
?Р’хх= 0,135+0,06*0,03=0,13 кВт
где ?Рхх- потери
?Qхх- потери реактивной мощности при холостом ходе в трансформаторе, кВАр;
- Кэп- коэффициент эквивалентных потерь;
Определяют полные приведенные потери активной мощности в трансформаторе, ?Р’т, кВт, по формуле:
?Р’т=(?Р’хх+Кз2 ?Ркз) Nт, кВт (21)
?Р’т= (0,13+0,64*0,6)*2=1,028кВт
где ?Р’хх- приведенные потери активной мощности при холостом ходе в трансформаторе, кВт;
- Кз- коэффициент загрузки трансформатора;
- ?Р’кз- приведенные потери активной мощности при коротком замыкании в трансформаторе, кВт;
N т- количество трансформаторов, шт;
Определяют капитальные затраты на приобретение и эксплуатацию трансформатора, К, руб, по формуле:
К=Ц Nт, руб (22)
К=58000*2=116000 руб
где Ц- стоимость трансформатора, руб;
- Nт- количество трансформаторов, шт;
Определяют потерянную электроэнергию в трансформаторе, Uпэ/э, руб по формуле:
Uпэ/э=?Р’т Тгод Со, руб (23)
Uпэ/э=1,028*4224*2,73=11854,4 руб
где ?Р’т- полные приведенные потери активной мощности
Тгод- число часов работы трансформатора в год;
- Со- стоимость одного кВт энергии, руб;
Определяют издержки на амортизацию при эксплуатации трансформатора, Uа, руб, по формуле:
, руб (24)
U а=руб
где К- капитальные затраты на приобретение и эксплуатацию трансформатора, руб;
- Nа- норма амортизации трансформатора, %;
N а=6,4%
Определяют издержки при эксплуатации трансформатора, U, руб, по формуле:
U=Uа+Uпэ/э, руб (25)
U =7424+11854,4=19278,4,руб
где Uа- издержки на амортизацию при эксплуатации трансформатора, руб;
- Uпэ/э- потерянную электроэнергию в трансформаторе, руб;
Определяют затраты на приобретение и эксплуатацию трансформатора, З, руб, по формуле:
З=U+рн К, руб (26)
З= 19278,4+0,15*116000=36678,4, руб
где U- издержки при эксплуатации трансформатора, руб;
- К- капитальные затраты на приобретение и эксплуатацию трансформатора, руб;
- рн- нормативный коэффициент эффективного внедрения новой техники;
- рн=0,15, [3.с.112]
Таблица 5 — Технико-экономическое сравнение двух вариантов трансформаторов
|
Количество, шт, мощность силового трансформатора |
Приведенные потери активной мощности в трансформаторе, ?Р’т, кВт |
Коэффициент загрузки в нормальном режиме, Кз |
Коэффициент загрузки в аварийном режиме, Кзав |
Издержки на амортизацию при эксплуатации трансформатора, Uа, руб |
Потери электроэнергии в трансформаторе, Uпэ/э, руб |
Капитальные затраты на приобретение и эксплуатацию трансформа тора, К, руб |
Затраты на приобретение и эксплуатацию трансформатора, З, руб |
|
|
2×25 |
1,028 |
0,64 |
1,28 |
7424 |
11854,4 |
116000 |
36678,4 |
|
|
2×40 |
||||||||
На основании технико-экономического сравнения двух вариантов трансформаторов принимают второй вариант трансформатора
