Что входит в электроснабжение цеха

Электроснабжение промышленных предприятий: требования и особенности

Динамичность технологических процессов и закономерное совершенствование производства требуют от системы электроснабжения современных предприятий гибкости, простоты и надежности. При этом промышленные объекты различных отраслей хозяйства имеют свои, зачастую уникальные требования к проектированию каналов электроснабжения.

Электроэнергия — равноправный компонент производственного процесса, а значит, правильно спроектированное электроснабжение промышленного предприятия способно существенным образом оптимизировать издержки и в результате сократить себестоимость продукции.

Особенности электроснабжения производственных площадок

Какими же практическими принципами следует руководствоваться при проектировании промышленной системы электроснабжения?

Простота и масштабируемость. Система электроснабжения промышленных предприятий не должна быть многоступенчатой, питающие сети не должны быть длинными, а способ прокладки сети должен быть максимально простым. Кроме того, система обязана обеспечивать возможность внедрения нового оборудования, то есть быть масштабируемой.

Отсутствие перегрузок. При проектировании цехов промышленных предприятий значение имеет как размещение оборудования в цехах, так и расположение трансформаторных подстанций. По возможности каждый участок должен быть снабжен отдельным распределительным устройством, которое устанавливается рядом с центром нагрузки. Другие потребители и участки не должны иметь возможности подключения к данному устройству во избежание перегрузки.

Обеспечение бесперебойного производственного процесса. На производствах с параллельными технологическими потоками сеть должна быть построена так, чтобы при необходимости отключения одного элемента сети (в случае аварии, с целью ремонта) отключались только те механизмы, которые относятся к данному потоку. Другие технологические потоки при этом должны оставаться в рабочем состоянии.

Безопасность. Все используемое электрооборудование должно обладать степенью защиты, соответствующей условиям работы конкретного цеха.

Если все эти факторы учтены на этапе проектирования системы, повышаются возможности расширения производства, внедрения новых технологий, применения инновационного оборудования.

Элементы системы электроснабжения предприятий

К основным элементам системы электроснабжения относятся:

источник питания;
линии электропередачи от источника питания к предприятию;
пункт приема электрической энергии;
распределительные сети;
приемники (потребители электроэнергии).

Основными составными частями системы электроснабжения являются питающая и распределительная сети. Питающая сеть — это линии, отходящие от источника питания к пункту приема электрической энергии. Распределительные сети — это линии, подводящие электроэнергию от пунктов приема непосредственно к электрооборудованию. При этом схемы питания могут быть радиальными, магистральными или смешанными. Магистральная схема подразумевает питание узлов и мощных потребителей по отдельным линиям, присоединенным к магистрали в различных точках.

Магистральная схема актуальна для энергоемких производств в машино- и приборостроении, цветной металлургии, экспериментальном производстве. Магистральные схемы электроснабжения предприятий являются высоконадежными, применяются в помещениях с нормальной средой и достаточно равномерным распределением оборудования. Радиальные схемы питания применяются в помещениях с любой средой. При данной схеме каждый потребитель соединяется с подстанцией или распределительным пунктом по отдельной линии. При смешанной схеме каждая магистраль питает ряд пунктов, от которых отходят радиальные линии непосредственно к приемникам. Радиальные схемы используют для питания сосредоточенных нагрузок и мощных электродвигателей.

Требования к электросетям промобъектов

Помимо озвученных выше принципов электроснабжения промышленных предприятий (бесперебойность, экономичность, гибкость, приближенность к источникам питания, минимальное число ступеней трансформации, использование надежных магистральных схем и пр.), существуют также определенные нормативные требования к электросетям промобъектов.

На промышленных предприятиях источник питания может представлять собой электрическую станцию центральной системы электроснабжения или собственную станцию предприятия. Собственная электростанция необходима при большом потреблении энергии, при наличии специальных требований к надежности системы электроснабжения, при удаленности предприятия от энергосистем.

Требования к источникам питания:

На предприятиях с электроприемниками I и II категорий должно быть два и более независимых взаимно резервируемых источника питания.
Для электроприемников особой группы I категории должен быть предусмотрен третий независимый источник питания.
Питание энергоемких предприятий от сетей энергосистемы следует осуществлять при напряжении 110 или 220 кВ.
Предприятия с незначительной нагрузкой могут работать при напряжении 6, 10 и реже 35 кВ.
При малой нагрузке достаточно напряжения 0,4 кВ от сетей энергосистемы либо соседнего предприятия.
Распределительная сеть промышленных предприятий должна работать на напряжении 10 кВ, в некоторых случаях — 6 кВ, энергоемких — на напряжении 110 кВ.

Пункт приема при компактном размещении приемников электроэнергии может быть один. Два приемных пункта необходимы при следующих условиях:

при наличии на предприятии двух и более относительно мощных обособленных групп потребителей;
при повышенных требованиях к надежности питания электроприемников I категории;
при поэтапном развитии предприятия для питания нагрузок второй очереди.

Требования к электроснабжению различных типов объектов обширны и регулируются большим числом нормативных актов. В части электроснабжения промышленных предприятий можно выделить следующие документы:

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) — группа нормативных документов, которая не является документом в области стандартизации.
НТП ЭПП-94. Нормы технологического проектирования. Проектирование электроснабжения промышленных предприятий.
СН 357-77. Инструкция по проектированию силового и осветительного электрооборудования промышленных предприятий.
СНиП 3.05.06-85. Электротехнические устройства.
ГОСТ 30852.0-2002 (МЭК 60079-0:1998). Межгосударственный стандарт. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 0. Общие требования НТП ЭПП 94. Проектирование электроснабжения промышленных предприятий.

Проектирование электроснабжения играет ключевую роль при вводе в эксплуатацию промобъектов. Любые ошибки на этапе проектирования в будущем приведут к проблемам в функционировании всего предприятия.

Проектирование систем электроснабжения промышленных предприятий

При проектировании системы электроснабжения в первую очередь определяются следующие параметры:

электротехнические нагрузки групп электротехнических приемников, узлов нагрузок и всего предприятия в целом;
структура системы электроснабжения — число и место размещения всех элементов системы;
рациональное напряжение питающей и распределительной сетей;
способ транспорта электроэнергии в сетях питания и распределения;
конструктивное исполнение электроустановок и электрооборудования;
технические средства для обеспечения электробезопасности при эксплуатации системы электроснабжения.

Качественно выполненный этап проектирования избавит от таких распространенных проблем, как увеличение сметы при монтаже и «наползание» разных инженерных сетей друг на друга. Тщательная проработка деталей проекта позволяет минимизировать доработки при монтаже и интегрировать все инженерные системы между собой.

Проектирование и эксплуатация систем электроснабжения промышленных предприятий — задача многофункциональная и трудоемкая. Данная сфера постоянно совершенствуется и усложняется в силу появления новых технологий и оборудования. Требования к качеству электрической энергии и надежности электроснабжения также повышаются. Для решения поставленных задач в данной сфере необходимо применение вычислительной техники, а также высокий профессионализм.

Проектирование системы электроснабжения цеха промышленного предприятия

Общие требования к электроснабжению объекта. Составление схемы электроснабжения цеха, расчет нагрузок. Определение количества, мощности и типа силовых трансформаторов, распределительных линий. Выбор аппаратов защиты, расчет токов короткого замыкания.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	01.02.2014
Размер файла	343,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

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.

В связи с ускорением научно-технологического прогресса потребление электроэнергии в промышленности значительно увеличилось благодаря созданию гибких автоматизированных производств.

Энергетической программой предусмотрено создание мощных территориально-производственных комплексов (ТПК) в тех регионах, где сосредоточены крупные запасы минеральных и водных ресурсов. Такие комплексы добывают, перерабатывают, транспортируют энергоресурсы, используя в своей деятельности различные электроустановки по производству, передаче и распределению электрической энергии.

Объединение региональных ОЭС в более мощную систему образовало Единую энергетическую систему (ЕЭС). ЕЭС позволило снизить необходимую генераторную мощность по сравнению с изолировано работающими электростанциями и осуществлять более оперативное управление перетоками энергетических мощностей.

Энергетическая политика страны 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). В частности, применение новых комплектных легко заменяемых узлов электрических сетей и сетевых устройств может потребоваться в быстро изменяющихся производственных условиях современных предприятий.

1. Общая характеристика проектируемого цеха

1.1 Общие требования к электроснабжению объекта

электроснабжение распределительный замыкание трансформатор

При проектировании системы электроснабжения и реконструкции электрических установок должны рассматриваться следующие вопросы:

1) Перспективы развития энергосистем и систем электроснабжения с учетом рационального сочетания вновь сооружаемых электрических сетей с действующими и вновь сооружаемыми сетями других классов напряжений;

2) Обеспечение комплексного централизованного электроснабжения всех потребителей, расположенных в зоне действия электрических сетей, независимо от их ведомственной принадлежности;

3) Снижение потерь электрической энергии;

4) Ограничение токов короткого замыкания предельными уровнями, определенными на перспективу.

При этом должны рассматриваться в комплексе внешнее и внутреннее электроснабжение с учетом возможностей и экономической целесообразности технологического резервирования.

При решении вопросов развития системы электроснабжения следует учитывать ремонтные, аварийные и после аварийные режимы. При выборе независимых взаимно резервирующих источников питания, являющихся объектами энергосистемы, следует учитывать вероятность одновременного зависимого кратковременного снижения и полного исчезновения напряжения на время действия релейной защиты, а также полного длительного во время тяжелых системных аварий.

Качество электроэнергии определяется совокупностью ее характеристик, при которых приемники могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции. Качество электроэнергии в значительной степени влияет на технологический процесс промышленного производства и качества выпускаемой продукции, на расход электроэнергии и зависит от питающей ЭС и от потребителей снижающих качество электроэнергии.

Из всех показателей качества электроэнергии наибольшее влияние на режимы работы электроприемников оказывает отклонение и колебание напряжения.

Под отклонением напряжения понимают разность между фактическим и номинальным значением напряжения. В условиях нормальной работы приемников электроэнергии отклонение напряжения от номинального значения допускается в пределах -5ч+10% на зажимах электродвигателей и аппаратов для их пуска и управления; -2,5ч+5% на зажимах приборов рабочего освещения; — 5ч+5% на зажимах другого оборудования.

Отклонение напряжения вызывает наибольший ущерб среди всех показателей качества. Колебания напряжения оцениваются размахом изменения напряжения и частотой изменения напряжения. Колебания напряжения обусловлены резкими толчками потребляемой мощности при работе приемников с ударной нагрузкой (сварочные аппараты, электрические печи, двигатели прокатных станков и др.). Ограничить колебания напряжения можно построением рациональных схем электроснабжения, применение специальных технических устройств и агрегатов с минимальным влиянием на систему электроснабжения.

Несимметрия напряжений и токов. Это неравенство фазных или линейных напряжений (токов) по амплитуде и углом сдвига между ними. Различают аварийные и эксплуатационные, вызванные применением потребителей (индукционные печи, сварочные аппараты). Для симметрирования напряжения и токов применяют равномерное распределение однофазных нагрузок по фазам, нагрузки подключают на отдельный трансформатор.

Отклонения и колебания частоты. Величину равную разности между действующим значением и заданным значением частоты называют отклонением частоты. В нормальном режиме работы допускается отклонение частоты в пределах ±0,1 Гц. Кратковременные отклонения частоты могут достигать ±0,2 Гц. Причиной изменения частоты в системе электроснабжения является дефицит активной мощности. Характеристикой колебаний частоты является размах колебаний, который не должен превышать 0,2 Гц. Основной причиной возникновения колебаний частоты являются мощные приемники электроэнергии с радиопеременной активной нагрузкой, тиристорные преобразователи главных приводов прокатных станов.

Несинусоидальность кривой тока и напряжения. Источником является: синхронные генераторы, силовые трансформаторы, работающие при повышенных значениях магнитной индукции в сердечнике (повышенном напряжении на выходах), преобразователи переменного тока в постоянный ток и потребители с нелинейно ВАХ.

Несинусоидальные токи перегружают конденсаторные батареи, емкостные сопротивления которых обратно пропорциональны порядку гармоник. Наличие высших гармоник в напряжении и токах неблагоприятно действует на изоляцию электрической машины, трансформаторов, конденсаторов и кабелей. Коэффициент искажения кривой напряжения не должен превышать 5% на зажимах любого приемника электрической энергии.

Потери электроэнергии в трансформаторах, электродвигателях и другом оборудовании неизбежны, что связано с принципом работы этих электроустановок. Однако за счет мероприятий по экономии электроэнергии потери должны быть сведены к минимуму.

1.2 Описание объекта электроснабжения

Цеховые сети промышленных предприятий выполняют на напряжение до 1 кВ (наиболее распространенным является напряжение 380 В). На выбор схемы и конструктивное исполнение цехов сетей оказывают влияние такие факторы, как степень ответственности приемников электроэнергии, режимы их работы и размещение по территории цеха, номинальные токи и напряжения.

Инструментальный цех предназначен для изготовления и сборки различного измерительного, режущего, вспомогательного инструмента, а также штампов и приспособлений для горячей и холодной штамповки. Поэтому его непрерывная работа должна быть полностью обеспечена системой электроснабжения. Этот цех является вспомогательным цехом завода по изготовлению механического оборудования и станков.

По категории надежности электроснабжения (ЭСН) разделяются на 2 и 3 категории:

1) приемники 2 категории — перерыв электроснабжения, которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовому простою рабочих, механизмов. Приемники 2 категории рекомендуется обеспечивать электроснабжением от двух независимых источников питания;

2) приемники 3 категории — остальные приемники, неподходящие под определение 1 и 2 категории. Перерыв электроснабжения этих приемников не приводит к существенным последствиям, простоям и другим неблагоприятным последствиям. Для таких электроприемников достаточного одного источника питания при условии, что перерыв электроснабжения, необходимый для замены поврежденного элемента СЭС, не превышает 1 суток.

Все электроприемники инструментального цеха можно отнести ко 2 категории надежности электроснабжения, кроме шлифовальных станков, которые относятся к 3 категории.

При проектировании системы электроснабжения необходимо правильно установить характер среды, которая оказывает влияние на степень защиты применяемого оборудования.

Электрооборудование работает при нормальных условиях окружающей среды.

В помещениях с нормальной средой электрооборудование должно быть защищено от механических повреждений, а также от случайных прикосновений к голым токоведущим частям.

Инструментальный цех по степени взрыво- и пожаробезопасности можно отнести к безопасному, так как он не имеет помещений, где бы содержались опасные вещества.

По электробезопасности цех относится к классу ПО (повышенной опасности), так как в цехе очень много токоведущих частиц (пыли, стружки и т.д.) металла, которые оседают на ЭО. Также возможно соприкосновение обслуживающего персонала одновременно с корпусом ЭО и конструкциями, связанными с землей.

Все приемники по режиму работы разделяются на 3 основных типа: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

Продолжительный режим является основным для большинства ЭО. Это режим, при котором превышение температуры нагрева электроприемника над температурой окружающей среды достигает определенной величины ф_уст. Установившаяся температура считается такой, если она в течение часа не изменялась. В этом режиме работают все станки, печи, насосы, компрессоры и вентиляторы.

Кратковременный режим работы характеризуется небольшими включениями и длительными паузами. В этом режиме работают вспомогательные механизмы станков и другого оборудования.

Повторно-кратковременный режим — это кратковременные периоды работы, чередующиеся с паузами, при этом периоды включения не на столько велики, чтобы температура превысила установившееся значение, но и при паузах не успевает остыть, в конечном итоге достигая средней величины.

В этом режиме работают грузоподъемные механизмы, прокатные станы и сварочные аппараты.

2. Расчетная часть

2.1 Составление схемы электроснабжения цеха

Магистральные схемы применяются при равномерном распределении нагрузки по площади цеха. Различают главную магистраль и распределительные магистрали.

Распределительные магистрали предназначенные для питания приемников малой и средней мощности, которые равномерно распределены вдоль линии магистрали. Такие схемы выполняют с помощью комплектных шинопроводов типа ШРА на токи до 630А. Питание их осуществляют от главных магистралей или РУ низшего напряжения цеховых ТП.

Широко применяют магистральные схемы типа блока трансформатор-магистраль (БТМ), где отсутствует РУ низшего напряжения на цеховой ТП, а магистраль подключается непосредственно к цеховому трансформатору через вступительный автоматический выключатель (АВ). При двотрансформаторной ТП и схеме БМТ между магистралями для взаимного резервирования устанавливают перемычку с АВ.

В больших цехах с трансформаторами мощностью 1600 и 2500 кВт и рассредоточенными нагрузками применяют магистральные схемы с несколькими магистралями, которые питаются от одного трансформатора. Цеховая ТП при этом должна иметь РУ низшего напряжения с АВ для каждой магистрали.

При равномерном расположении электропремников цеха рекомендуется для их подключения применять магистрали, которые проходят вдоль их рядов.

Радиальная схема электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, которые отходят от РУ низшего напряжения ТП и предназначенные для питания мощных приемников или небольших групп приемников от распределительных пунктов (РП), расположенных в разных местах цеха. Радиальные схемы электроснабжения применяют в тех случаях, когда невозможно применить магистральные схемы.

Распределение электроэнергии к отдельным потребителям при радиальных схемах осуществляется самостоятельными линиями от РП, расположенных в центре электрических нагрузок данной группы потребителей. Рекомендуется использовать как наиболее дешевые РП с предохранителями (типов СП, СПУ, ШРСУЗ).

Примерами радиальных схем являются сети питания насосных или компрессорных станций, а также сети огнеопасных, взрывоопасных и пыльных производств. Распределение энергии в них ведется радиальными линиями от распределительных пунктов, вынесенных к отдельным помещениям.

Цеховую трансформаторную подстанцию целесообразно размещать близ центра электрических нагрузок (ЦЕН) цеха, координаты которого х и у определяются соответственно выражениям

где -расчетная мощность и-го ПЕЕ цеха;

x_и, y_и — координаты и-го ПЕЕ цеха.

Как расчетную мощность при определении ЦЕН для одиночных ПЕЕ с продолжительным режимом работы используется его номинальная (установленная) мощность, т.е. . Для ПЕЕ с повторно-кратковременным режимом

В данное время цеховые ТП выполняются комплектными (КТП) и во всех случаях, когда этому не препятствуют условия окружающей среды и обслуживание, устанавливаются открыто.

План расположения электропотребителей цеха и ЦЕН

Электрическая схема питания потребителей цеха

2.2 Расчет электрических нагрузок

Создание любого промышленного объекта начинается с его проектирования. Не простое суммирование установленных (номинальных) мощностей ЭП предприятия, а определение ожидаемых (расчетных) значений электрических нагрузок является первым и основополагающим этапам проектированием СЭС. Расчетная максимальная мощность, потребляемая электрприемниками предприятия, всегда меньше суммы номинальных мощностей этих ЭП.

Завышение ожидаемых нагрузок приводит к удорожанию строительства, перерасходу проводникового материала и неоправданному увеличению мощности трансформаторов и прочего оборудования. Занижение может привести к уменьшению пропускной способности электросети, к лишним потерям мощности, перегреву проводов, кабелей и трансформаторов, а, следовательно, к сокращению срока их службы.

Существующие методы определения расчетных нагрузок основаны на обработке экспериментальных и практических данных об электрических нагрузках действующих промышленных предприятий.

При определении расчетных нагрузок предприятия в основном производят методом упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума). Метод применяется в тех случаях, когда известны номинальные данные всех ЭП предприятия и их расположения на плане цеха.

Определение средней активной и реактивной мощности за наиболее загруженную смену:

Для расчета нагрузок разделим все ЭП цеха на 6 групп распределенных по силовым шкафам.

Определение средней активной и реактивной мощности за наиболее загруженную смену:

где — средняя активная мощность, кВт;

— суммарная установленная мощность группы электроприемников, кВт;

— средняя реактивная мощность, кВАР;

— среднее значение коэффициента реактивной мощности за наиболее загруженную смену.

Для ПЕЕ (или группы ПЕЕ) с продолжительным режимом работы

Для ПЕЕ с повторно-кратковременным режимом

При наличии в группе электроприемников разных режимов работы

Определение коэффициента использования и коэффициента мощности для группы ПЕЕ:

Определение эффективного числа электроприемников :

Если больше действительного числа электроприемников , берем =.

Эффективное число электроприемников определяется для групп с коэффициентами использования <0.6 и отдельно.

Определение коэффициента максимума активной мощности за справочными таблицами (приложение табл. Д1.1)

Определение расчетной активной мощности

Определение реактивной расчетной нагрузки :

Определение полной расчетной мощности и расчетного тока :

Расчетная мощность электрического освещения определяется по удельной мощности:

где — расчетная мощность, необходимая для освещения цеха, кВт;

— удельная норма освещенности цеха, кВт/м 2 ;

— коэффициент спроса осветительной нагрузки;

F — площадь цеха, обусловленная по плану цеха, м 2 .

При расчете можно взять =0.005 кВт/м 2 , =0.9.

Полная расчетная мощность цеха (на шинах 0.4 кВ ТП) , кВА:

где — суммарная активная расчетная мощность цеха, кВт;

— суммарная реактивная расчетная мощность цеха, кВАР;

— коэффициент соединения расчетных максимумов отдельных групп электроприемников цеха (=0,8…1,0).

2.3 Определение количества, мощности и типа силовых трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности

Правильный выбор числа и мощности трансформаторов на цеховых трансформаторных подстанциях является одним из основных вопросов рационального построения СЭС.

Двухтрансформаторные подстанции применяют при значительном числе потребителей 1 и 2-й категории. Целесообразно применение двухтрансформаторной подстанции при неравномерном суточном и годовом графиках нагрузки предприятия, при сезонном режиме работы. Как правило, предусматривается раздельная работа трансформаторов для уменьшения токов КЗ.

Выбор мощности трансформаторов производится исходя из расчетной нагрузки объекта электроснабжения, числа часов использования максимума нагрузки, темпов роста нагрузок, стоимости электроэнергии, допустимой перегрузки трансформаторов и их экономической загрузки.

Наивыгоднейшая (экономическая) загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории ЭП, от числа трансформаторов и способов резервирования.

Совокупность допустимых нагрузок, систематических и аварийных перегрузок определяет нагрузочную способность трансформаторов, в основу расчета которой положен тепловой износ изоляции трансформатора. Допустимые систематические нагрузки и аварийные перегрузки не приводят к заметному старению изоляции и существенному сокращению нормальных сроков службы.

Допустимые аварийные перегрузки трансформаторов при выборе их номинальной мощности зависят от продолжительности перегрузки в течении суток, от температуры окружающей среды и системы охлаждения трансформатора.

Номинальную мощность трансформатора без учета компенсации реактивной мощности выбирают из условия:

где К_з — коэффициент загрузки трансформатора;

N_т — количество трансформаторов на ТП;

— полная расчетная мощность цеха, кВА.

Рекомендуется брать следующие коэффициенты загрузки трансформаторов:

— если преобладают потребители первой группы для двух трансформаторной ТП принимают К_з=0.65-0.7;

— если преобладают потребители второй группы для двух трансформаторной ТП принимают К_з=0.7-0.8;

— если преобладают потребители второй группы для двух трансформаторной ТП принимают К_з=0.9-0.95.

В первых двух случаях значения коэффициентов загрузки трансформаторов определенные из условия их взаимного резервирования в аварийном режиме с учетом допустимой перегрузки трансформатора, который остался в работе.

Мощность трансформаторов цеховых ТП может быть снижена при компенсации реактивной мощности на стороне низшего напряжения.

Определим мощность конденсаторной установки по критерию снижения мощности цеховых трансформаторов. Необходимая мощность трансформатора для питания заданной максимальной активной нагрузки цеха должна отвечать условию

где К_з — коэффициент загрузки трансформатора;

N_тр — количество трансформаторов на ТП;

— активная расчетная мощность цеха, кВА;

— коэффициент соединения расчетных максимумов отдельных групп электроприемников цеха, который был принят раньше.

Если номинальная мощность трансформатора, выбранного по условию (15) снизилась сравнительно с номинальной мощностью трансформатора, выбранного по условию (14), установление компенсационных устройств на стороне 0.4 кВ целесообразная.

Так как в цехе преобладают приемники 2-й категории, то целесообразно выбрать 2 трансформатора для установки на цеховую трансформаторную подстанцию

1) Определяем номинальную мощность трансформаторов без учета компенсации реактивной мощности:

2) Определяем номинальную мощность трансформаторов при компенсации реактивной мощности:

Принимаем к установке трансформатор с номинальной мощностью 400 кВА.

3) Проверяем перегрузочную способность трансформатора в аварийном режиме по условию

k_ав.п. < 1,4 — коэффициент аварийной перегрузки.

4) По условию коэффициент загрузки трансформатора К_з питающего приемники 2 и 3-й категории надежности электроснабжения должен составлять 0,5 — 0,7

Условие по загрузке трансформатора выполняется.

Таким образом, принимаем к установке на цеховую трансформаторную подстанцию 2 трансформатора мощностью 400 кВА марки ТМ-400/6-10-68.

Промышленные системы электроснабжения

высоковольтная линия

Система электроснабжения (СЭС) объединяет источники, системы преобразования, передачи, распределения электроэнергии. Приемники электроэнергии (потребители) не включаются в СЭС. Системы электроснабжения промышленных предприятий основываются на электроустановках, которые нужны для обеспечения потребителей электрической энергией. Потребителем может быть электроприемник или другой агрегат, который преобразовывает электрическую энергию в иной вид энергии. Также этих механизмов может иметься несколько. В таком случае их объединяют в одну технологическую группу и размещают на отдельном пространстве.

Электроснабжение промышленных предприятий строится на основе питающих, распределительных, трансформаторных, преобразовательных подстанций, а также на связывающих их кабельных, воздушных сетей, токопроводов (низкого и высокого напряжения). Проектирование электроснабжения промышленных предприятий должно происходить с учетом важнейших требований, определяющих:

надежность;
удобство;
безопасность;
обеспечение необходимого количества/качества энергии;
бесперебойность снабжения электрической энергии в обычном режиме и послеаварийном;
экономичность по затратам энергии, материалов и оборудования.

Соблюдать вышеперечисленные требования возможно при использовании взаимного резервирования путей предприятия и сплочения питания промышленных и коммунальных (а также сельских) потребителей. В момент сооружения на предприятии собственной электрической станции необходимо учесть близлежащие потребители энергии (внезаводские).

Приемники, обеспечивающие электроснабжение промышленных объектов

Так как электросети и подстанции являются элементами общей структуры предприятия, они должны координироваться с технологическими, строительными частями, а также с планом здания. К примеру, высокие требования к надежному и качественному электроснабжению предъявляются крупными предприятиями цветной и черной металлургии. Они отличаются высокими значениями суммарных установленных мощностей электрических приемников, которые могут достигать 1700-2000 МВт.

Электроприемники можно разделить на 3 категории:

1. Электроприемники, которые вследствие перерывов в электроснабжении могут проявить опасность для людей, нанести ущерб оборудованию, продукции и т. д. Такие приемники должны питаться от двух отдельных источников. Перерыв электроснабжения возможен только на период автоматического включения резерва. Примеры: котельные производственного пара, доменные цехи, приводы вагранок, ответственные насосные, разливочные краны и др.

2. Электроприемники, перерыв в работе которых связан с недоотпуском продукции, простоем рабочих, механизмов, транспорта. Допустимы перерывы питания на время, которое необходимо для ручного включения резерва.

3. Прочие электроприемники, которым позволен перерыв электроснабжения на время ремонта (не более одних суток). Например, вспомогательные цеха, неответственные склады, цеха несерийного производства и др.

Для того чтобы правильно решать вопросы надежности, нужно точно установить режимы, которые возникают при аварии и после нее. Аварийный режим – временный режим, возникающий из-за нарушения приемлемой работы системы электроснабжения или ее отдельных элементов. Послеаварийный режим – режим после ликвидации аварии, который длится до полного восстановления нормальной работы.

Очевидно, что система электроснабжения должна строиться так, чтобы при послеаварийном режиме она смогла обеспечить функционирование главных производств промышленного предприятия (после необходимых пересоединений). При послеаварийном режиме допускаются перебои в подаче электроэнергии приемниками третьей и отчасти второй категорий на небольшое время.

Электроснабжение промышленных зданий. Напряжение

Напряжение, подходящее для того или иного предприятия, зависит от:

потребляемой мощности предприятием;
промежутком от предприятия до источника;
значения номинального напряжения, при котором может производиться питание.

Для крупных предприятий применяется напряжение в промежутке 6-220 кВ. В некоторых случаях напряжение может достигать 330-500 кВ.

Средние предприятия применяют напряжение 35 кВ. Для крупных предприятий такое напряжение является недостаточным. Напряжение 20 кВ также недостаточно для таких зданий, но у такого показателя есть преимущества. К примеру, для напряжения 20 кВт применяются более легкие, экономичные аппараты, чем для 35 кВт. Годовые расходы при использовании такого напряжения значительно уменьшаются. Но, как уже было сказано выше, напряжение 20 кВт не подойдет для большого промышленного предприятия.

На второй и следующих ступенях распределения электроэнергии на больших и средних заводах может применяться напряжение 10 (6) кВ. Что касается первой ступени, то на крупных предприятиях такое напряжение возможно при использовании токопроводов.

Напряжение 6 кВ может быть применено при напряжении генераторов собственной ТЭЦ, равняющемся 6кВ. Также такое напряжение допустимо при преимуществе электрических приемников на напряжение 6 кВ (электродвигатели).

Напряжение 3 кВ не применяется в качестве основного напряжения распределительной сети. Его использование может быть задействовано для действующих электрических установок до реконструкции.

Другие напряжения применяются:

для электроустановок до 1000 В – напряжение 380-220 В;
на реконструируемых промышленных предприятиях – напряжение 220-127 В (довольно редко);
в помещении с высокой опасностью – 36 В;
для питания переносных ламп – напряжение до 12 В;
на химических, нефтехимических промышленных предприятиях – 660 В (довольно редко).

Схемы электроснабжения промышленных предприятий

Самая надежная, экономичная система электроснабжения – та, при которой источники наивысшего напряжения приближены к потребителям максимально, а прием электрической энергии распределяется по всем пунктам. При строительстве системы все ее элементы формируются под нагрузкой. При этом, «холодный» резерв не применяется. Таким образом, потери электрической энергии снижаются, а надежность – возрастает. Почему это происходит? Резервные элементы, которые продолжительное время находились в бездействии, могут при включении не заработать из-за неисправного состояния. Для того чтобы избежать последствий данной ситуации, в схеме предусматривается «скрытый» резерв, который в послеаварийном состоянии сможет взять на себя основную нагрузку нерабочего элемента.

Возобновление питания потребителей происходит автоматически на переменном оперативном токе. В этом случае производится автоматическое отключение неисправных потребителей на послеаварийный период. Кстати, зачастую с успехом используется раздельная работа элементов. В таком случае ток короткого замыкания понижается и коммутация упрощается.

Автоматика обеспечивает надежность электроснабжения в раздельной работе. Качество питания получается не хуже, чем при параллельной работе. Применяется секционирование всех элементов со схемами АВР (автоматическое включение резерва). Такой метод способствует увеличению надежности электроснабжения. К сожалению, не во всех случаях раздельная работа с АВР показывает необходимый результат. Добиться быстрого восстановления системы удается не всегда.

Схемы электрического снабжения формируются по ступеням, которые обозначают мощность предприятия и расположение электрических нагрузок. Чаще всего используются 2-3 ступени. Если их больше, то усложняются защита, эксплуатация, коммутация. Такие схемы применимы на периферийных участках, на отдельных трансформаторах.

Схемы с одной ступенью используются на малых и средних предприятиях, применяясь на:

магистральных, радиальных линиях глубоких проводов 110-220 кВ – мощность более 50 МВ-А;
магистральных, радиальных токопроводах 6-10 кВ – мощность более 15-80 МВ-А;
магистральных, радиальных кабельных сетях 6-10 кВ – мощность 15-20 МВ-А.

Схемы с более глубокими вводами, магистральными токопроводами требуют соблюдения некоторых моментов. Например, если есть возможность без труда реализовать принцип дробления подстанций и глубокие вводы 110 кВ, то нет нужды использовать токопроводы. В том случае, если расположение немалого числа подстанций 35-220 кВ, а прохождение воздушных линий глубоких вводов затруднено, то используются токопроводы. Исходя из этих подсчетов, можно принять окончательное решение построения схемы.

Электроснабжение промышленных предприятий и установок в неблагоприятных климатических условиях

Большинство предприятий имеют загрязненные области, которые возникают из-за образования вредных веществ. Они отрицательно влияют на токоведущие элементы электрических установок. Источники загрязнения – химические, ферросплавные производства, а также производства стали, магния и др. Такие загрязнения имеют пять степеней (первая степень – самая мощная).

Для загрязненных областей устанавливаются специальные нормативы для определения типа изоляции, подстанций, линий электропередач. Также рассчитываются минимальные промежутки от источников загрязнения. Расстояние зависит от класса производства. К примеру, для пятой степени – от пятидесяти метров, для первой – до 1500 метров.

Проблема загрязнения требует особого внимания и принятия необходимых мер.

Электроснабжение цеха

Системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приёмников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 6
1 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ ЦЕХА 8
2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 10
3 РАСЧЁТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЦЕХА 12
3.1 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ 12
3.2 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ОДНОФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ 14
4 ВЫБОР МАРКИ И СЕЧЕНИЯ ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ 17
5 ВЫБОР КОММУТАЦИОННОЙ И ЗАЩИТНОЙ АППАРАТУРЫ 20
6 ВЫБОР ЧИСЛА, МОЩНОСТИ И ТИПА ТРАНСФОРМАТОРОВ ЦЕХОВОЙ ПОДСТАНЦИИ 24
7 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ 26
8 РАСЧЕТ ПИТАЮЩЕЙ ЛИНИИ 10 КВ 27
9 КОНСТРУКТИВНОЕ ВЫПОЛНЕНИЕ ЦЕХОВОЙ СЕТИ 32
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33
ЛИТЕРАТУРА 34

Работа содержит 1 файл

kursovik.DOC

Введение

В настоящее время большинство потребителей получает электроэнергию от энергосистем.

По мере развития электропотребления усложняются системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ.

На пути от источника питания до электроприёмников на современных промышленных предприятиях электрическая энергия, как правило, трансформируется один или несколько раз. В зависимости от места расположения в схеме электроснабжения трансформаторные подстанции называют главными понизительными подстанциями или цеховыми трансформаторными подстанциями.

Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

обеспечивать необходимую надёжность электроснабжения приёмников электроэнергии в зависимости от их категории;
быть удобными и безопасными в эксплуатации;
иметь оптимальные технико-экономические показатели (минимум приведённых затрат);
иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа

Для приёма и распределения электроэнергии к группам потребителей

трёхфазного переменного тока промышленной частоты напряжением 380 В применяют силовые распределительные шкафы и пункты.

Главной проблемой в ближайшем будущем явится создание рациональных систем электроснабжения промышленных предприятий, которое связано со следующим:

выбором и применением рационального числа трансформаций (оптимальный вариант числа трансформаций – две-три);
выбором и применением рациональных напряжений (в системах электроснабжения промышленных предприятий даёт значительную экономию в потерях электроэнергии);
правильным выбором места размещения цеховых и главных распределительных (понизительных) подстанций (обеспечивает минимальные годовые приведённые затраты);
дальнейшим совершенствованием методики определения электрических нагрузок (способствует решению общей задачи оптимизации построения систем внутризаводского электроснабжения);
рациональным выбором числа и мощности трансформаторов, а также схем электроснабжения и их параметров, что ведёт к сокращению потерь электроэнергии и повышению надёжности;
принципиально новой постановкой для решения таких задач, как, например, симметрирование (выравнивание) электрических нагрузок.

1 Краткая характеристика электроприемников цеха

Большинство электроприёмников цеха относится к приёмникам трёхфазного тока напряжением до 1000 В, частотой 50 Гц (станки, печи, вентиляторы, кран). Сварочный трансформатор переменного тока представляет собой однофазную нагрузку и работает на промышленной частоте 50 Гц.

По режиму работы различают характерные группы приёмников:

1) приёмники, работающие в режиме с продолжительно неизменной или мало меняющейся нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без превышения температуры отдельных частей машины или аппарата выше допустимой. Примерами данной группы приёмников являются электродвигатели вентиляторов, нагревательные печи, сушильные шкафы. Станки работают длительно, но с переменной нагрузкой и кратковременными отклонениями, за время которых электродвигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды.

2) приёмники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные рабочие периоды машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения и длительностью цикла. В повторно-кратковременном режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неограниченное время, причём превышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером этой группы приёмников являются электродвигатель крана, сварочные аппараты.

По требуемой степени бесперебойности питания электроприёмники относятся ко 2 и 3 категориям.

Наибольшее число приёмников составляют электродвигатели станков, мощность которых достаточно разнообразна. Напряжение сети 380 В с частотой

50 Гц. Коэффициент мощности высокий.

Электрические печи — электротермические установки, преобразующие электрическую энергию в тепловую. Питание печей осуществляется током промышленной частоты напряжением 380 В. Нагрузка постоянная или мало меняющаяся. Печи и сушильные шкафы мощностью 7,5 – 70 кВт относятся к потребителям малой и средней мощности.

Двигатели вентиляторов работают в продолжительном режиме работы. Нагрузка равномерная и симметричная по трём фазам. Толчки нагрузки имеют место только при пуске. Питание производится током промышленной частоты. Перерыв в электроснабжении чаще всего недопустим и может повлечь за собой опасность для жизни людей, серьёзное нарушение технологического процесса или повреждение оборудования.

Мостовой кран – подъёмно транспортное устройство, работающее в повторно-кратковременном режиме. Для этого устройства характерны частые толчки нагрузки.

Для преобразования трёхфазного переменного тока в однофазный служит преобразовательный агрегат. Перерыв в его питании не приводит к тяжёлым авариям с повреждением основного оборудования и может быть допущен на несколько минут.

Электросварочные установки переменного тока работают на промышленной частоте 50 Гц и представляют собой однофазную нагрузку в виде сварочных трансформаторов для дуговой сварки. Сварочные трансформаторы характеризуются низким коэффициентом мощности и частыми перемещениями в питающей сети.

Окружающая среда в цехе нормальная, расположение приёмников в цехе стационарное, нагрузка неравномерная.

2 Выбор и обоснование схемы электроснабжения

Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

обеспечивать необходимую надёжность электроснабжения приёмников электроэнергии в зависимости от их категории;
быть удобными и безопасными в эксплуатации;
иметь оптимальные технико-экономические показатели;
иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа.

Схемы цеховых сетей делят на магистральные и радиальные.

Линию цеховой электрической сети, отходящую от распределительного устройства низшего напряжения цеховой ТП и предназначенную для питания отдельных наиболее мощных приёмников электроэнергии и распределительной сети цеха, называют главной магистральной линией (или главной магистралью). Главные магистрали рассчитывают на большие рабочие токи (до 6300 А); они имеют небольшое количество присоединений. Широко применяют магистральные схемы типа блока трансформатор-магистраль. В такой схеме отсутствует РУ низшего напряжения на цеховой подстанции, а магистраль подключается непосредственно к цеховому трансформатору через вводной автоматический выключатель. При двухтрансформаторной подстанции и схеме блока трансформатор-магистраль между магистралями для взаимного резервирования устанавливают перемычку с автоматическим выключателем.

Распределительные магистрали предназначены для питания приёмников малой и средней мощности, равномерно распределённых вдоль линий магистрали. Такие схемы выполняют с помощью комплектных распределительных шинопроводов серии ШРА на токи до 630 А.

Магистральные схемы обеспечивают высокую надёжность электроснабжения, обладают универсальностью и гибкостью (позволяют заменить технологическое оборудование без особых изменений электрической сети).

Радиальная схема электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, отходящих от РУ низшего напряжения ТП и предназначенных для питания небольших групп приёмников электроэнергии, расположенных в различных местах цеха. Радиальные схемы электроснабжения применяют для наиболее ответственных с точки зрения бесперебойности электроснабжения потребителей и в тех случаях, когда невозможно применить магистральные схемы. Радиальные схемы обеспечивают высокую надёжность электроснабжения. Однако они требуют больших затрат на электрооборудование и монтаж, чем магистральные схемы.

Для цеха принимается схема с двумя распределительными магистралями, питающими приёмники малой и средней мощности, распределённые вдоль линий магистрали. Схема выполняется с помощью комплектных распределительных шинопроводов серии ШРА, изготовленных в виде отдельных секций. Отдельные приёмники подключаются к ШРА через ответвительные коробки кабелем.

Подключение электроприёмников к РП осуществляется проводом

Магистральная схема по сравнению с радиальной имеет следующие преимущества и недостатки:

а) надежность магистральной схемы ниже, чем радиальной, так как при повреждении магистрали все ее потребители выходят из строя;

б) в магистральных сетях выше токи КЗ, но меньше потери напряжения и мощности;

в) стоимость магистральных сетей обычно ниже стоимости радиальных за счет уменьшения количества используемой аппаратуры и меньшей стоимости монтажа.

3 Расчёт электрических нагрузок цеха

3.1 Расчет электрических нагрузок трехфазных электроприемников

Расчёт электрических нагрузок цеха производится методом упорядоченных диаграмм с применением коэффициента расчётной нагрузки. Предварительно приводится номинальная мощность приёмников с повторно-кратковременным режимом работы к ПВ-100%. Это относится к сварочному оборудованию (преобразовательный агрегат, сварочный трансформатор), для них номинальная мощность рассчитывается по формуле:

Рассматривается подробный расчет электрических нагрузок одного из узлов питания.

Определяется расчетная нагрузка РП2.

К нему присоединены электроприемники со следующими порядковыми номерами и параметрами.

Таблица 1 — Характеристики электроприемников

n Номинальная

мощность электроприемников, кВт

Значения коэффициента использования К_и берется из /1,41/.

Дальнейшие расчеты сводятся в таблицу 2. Рассматривается заполнение отдельных ее граф.

Группируются электроприемники с одинаковыми коэффициентом использования и cosφ и полученные группы заносятся в графу 1 таблицы 2.

В графу 2 таблицы записывается количество электроприемников для групп и узла питания.

В графу 3 для групп приемников и узла питания заносятся номинальные максимальные и минимальные мощности электроприемников.

В графу 4 для групп приемников и узла питания заносятся суммарная номинальная мощность.

В графу 5 записывается модуль сборки m для узла питания. Модуль сборки определяется по формуле: