Свирская Г.С., Князев В.С., Кузнецова Е.С. Внутризаводское электроснабжение
Подождите немного. Документ загружается.
21
Рисунок 2.13 – Токарный участок (таблица 2.2 п. 11)
Рисунок 2.14 – Компрессорная станция (таблица 2.2 п. 12)
22
3 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
КУРСОВОГО ПРОЕКТА
3.1. Выбор схемы электроснабжения и расчет её элементов
3.1.1. Общая характеристика объекта проектирования
Объект проектирования в общих чертах может быть
охарактеризован на основе анализа нормативно-справочной литературы
и включать следующее:
• общая технологическая характеристика электроприёмников [2,
п.п. 3.1 - 3.5]; [10, п.п. 1.6, 2.1 - 2.9]; [11, п.п. 1.1 - 1.5 ]; [12, п. 1.2
]; [13, п. 1.2]; [14, п.п. 1.1 - 1.2];
• описание климатических условий работы электрооборудования
и классификация электрооборудования по защите от внешней
среды [1, п.п. 1.3 - 1.5]; [5, п.п. 1.2, 1.8]; [14, п. 3.1];
• выбор класса степени загрязненности атмосферы в месте
расположения электроустановок [1, таблицы 2.127 - 2.139]; [14, п.
3.1];
• характеристика помещений объекта проектирования с точки
зрения электробезопасности [6, п.п. 1.1.4 - 1.1.13];
• характеристика электроприёмников по требуемой степени
надежности электроснабжения [1, п. 2.13]; [6, п.п.1.2.17 - 1.2.20];
[5, п. 1.7]; [12, п. 1.3]; [13, п. 3.3 ]; [15, п. 2.16 ]; [16, п.п. 25.1 -
25.8];
• характеристика электроприёмников по симметричности
нагрузки и равномерности загрузки фаз [13, п. 2.1]; [14, п.п.
1.1 - 1.2 ];
• характеристика электроприёмников по режиму работы
[2, п.п. 3.1 - 3.5]; [13, п. 2.1]; [14, п.п. 1.1 - 1.2].
3.1.2.Расчет электрических нагрузок по объекту в целом и
построение графиков нагрузки
Расчет электрических нагрузок в курсовом проекте проводится
в два этапа. Сначала рассчитывается общая нагрузка всего объекта,
выбираются количество, мощность, расположение подстанций,
намечается схема электрических сетей. Затем производится расчет
нагрузок по элементам схемы и выбираются и рассчитываются все
элементы. При необходимости корректируется схема.
В исходных данных приведены следующие виды объектов:
• участки цехов предприятий;
23
• компрессорные установки;
• насосные станции;
• компрессорная станция.
Для промышленных объектов нагрузка состоит из силовой и
осветительной. Для промышленных объектов на первом этапе
(предварительный расчёт) общая нагрузка всего объекта (средняя
нагрузка за наиболее загруженную смену) рассчитывается одним из
следующих методов:
1. По удельным показателям производства:
• по удельному расходу электроэнергии на единицу
продукции. Метод применяется для электроприёмников,
имеющих практически постоянный график нагрузок и
расчетную нагрузку, совпадающую со средней за
наиболее загруженную смену. Удельные расходы по
отдельным видам продукции приведены в справочной
литературе.
• по удельной мощности на единицу производственной
площади по аналогичным цехам и производствам. Метод
применим при наличии статистических данных или
данных в справочной литературе.
2. По установленной мощности и средним значениям
коэффициента спроса К
С
. Значения К
С
различных электроприёмников,
цехов и производств приводятся в справочной литературе.
На втором этапе силовая нагрузка рассчитывается методом
упорядоченных диаграмм. Порядок расчета и необходимые
справочные данные приведены в [1, п.п. 2.1 - 2.3]; [3, п. 3.12]; [10,
п.п. 5.1 - 5.9]; [12, п. 3.2]; [13, п. 2.1 - 2.5]; [14, п.п. 2.1 - 2.11]; [15,
п.п. 2.1 - 2.15]; [16, п.п. 24.1 - 24.15]; [18, п.п. 2.1 - 2.6].
Нагрузка электрического освещения рассчитывается по
удельной мощности в зависимости от требуемой освещённости
производственных помещений [7, п.п. 12.3.1 - 12.3.7]; [11, п. 4.17].
Расчет нагрузок на первом этапе рекомендуется оформлять в
табличной форме (таблица 3.1). Расчет нагрузок на втором этапе
рекомендуется оформлять по форме таблицы 3.2.
По расчётным нагрузкам и типовым графикам, приведенным
в таблице 3.2, строятся суточные графики активной, реактивной,
полной нагрузок объекта проектирования для двух режимов: зима,
лето.
Таблица 3.1- Расчёт электрических нагрузок
24
Н
аименование
Р
у
,
кВт
Cosϕ
tq ϕ
К
с
Расчетная нагрузка
Кол., мощность
трансформато-
ров,
кол. × кВ⋅А.
Р
Р,
кВт
Q
Р
,
квар
S
Р,
кВ⋅А
Таблица 3.2 - Графики нагрузки
Часы
Номер графика
1 2 3 4 5 6 7
З Л З Л З Л З Л З Л З Л З Л
1-2 20 10 60 40 25 0 25 10 10 5 30 20 20 10
3-4 20 10 50 30 25 0 15 10 10 5 30 20 20 10
5-6 20 10 70 35 25 0 15 10 10 5 30 20 20 10
7-8 50 10 70 35 25 0 30 10 30 5 30 20 60 80
9-10 90 60 90 60 100 75 55 35 100 70 100 85 100 80
11-12 100 60 100 60 100 75 50 30 100 70 100 85 100 80
13-14 80 50 90 55 100 75 40 20 80 50 80 70 80 60
15-16 95 55 100 60 100 75 40 20 90 50 80 85 90 60
17-18 60 30 70 40 50 25 60 20 50 20 40 85 90 60
19-20 50 30 70 40 50 25 100 40 30 20 40 70 60 60
21-22 40 20 60 30 50 25 80 60 30 10 30 70 30 40
23-24 30 20 65 40 50 25 50 20 20 10 30 70 30 20
3.1.3. Выбор подстанций
Под выбором подстанций понимается выбор вида и типа
(раздел 3.3), места расположения, определение мощности силовых
трансформаторов ТП. [13, п.п. 5.1 - 5.4]; [14, п.п. 6.1 - 6.6]; [18, п.п.
12.13 - 2.14]; [15, п.п. 6.1 - 6.10, 7.1 -7.7].
Исходными данными для решения этой задачи являются:
• план проектируемого объекта с нанесением потребителей
электроэнергии и ЭП;
• расчетная нагрузка объекта;
• сведения об окружающей среде;
• категория потребителей по степени бесперебойности
электроснабжения;
25
• сведения о динамике технологии.
Выбор числа, мощности и типа трансформаторов 10 (6) / 0,4 кВ
производится по следующей схеме:
• определяется число трансформаторов на подстанции исходя
из обеспечения надежности питания с учетом категории
потребителей;
• намечаются возможные варианты мощности выбираемых
трансформаторов с учетом допустимой перегрузки в
аварийном режиме;
• определяется экономически целесообразное решение из
намеченных вариантов, приемлемое для данных конкретных
условий;
• учитывается возможность расширения и развития подстанции,
возможность дальнейшего увеличения мощности одно-
трансформаторных подстанций, возможность установки
второго трансформатора и т. д.
План объекта мысленно разбивается на зоны в соответствии
с предварительно выбранным количеством подстанций. Каждая из
зон предполагает сооружение собственной подстанции. При планировании
зон (подстанций) следует помнить о том, что стремление
уменьшить их количество приводит к увеличению мощности
трансформаторов и общей длины линий распределительной сети.
Для каждой из вышеупомянутых зон определяется мощность
нагрузки. Нагрузки зон желательно иметь близкими по величине,
что дает возможность выбрать одинаковые по мощности
трансформаторы. С этой целью возможна корректировка размеров
зон.
Практика проектирования и эксплуатации показывает, что
число типов и исполнение трансформаторов, применяемых на
одном предприятии, необходимо ограничивать, т. к. разнообразие их
создает неудобства в эксплуатации и вызывает дополнительные
затраты на электроремонт, усложняет резервирование и
взаимозаменяемость.
Внутри каждой зоны выбирается место для размещения
подстанции. Подстанция должна быть расположена как можно
ближе к центру нагрузок [3; 4; 10; 12], который соответствует
минимуму расхода проводниковых материалов (шинопроводы,
кабели, провода) и минимуму обратных потоков мощности, снижению
потерь электроэнергии в цеховых сетях.
При малом количестве электроприемников центр нагрузки
находится визуально. В других случаях определяются его координаты
26
[3; 4]. В тех случаях, когда подстанцию невозможно разместить в
центре нагрузок (отсутствует необходимое свободное место, не
позволяют условия окружающей среды и т. д.), её размещают в
удобном месте вдоль прямой, соединяющей центр нагрузок с
источником электроэнергии в направлении источника. При
агрессивной среде, создаваемой производством цеха, необходимо
учесть розу ветров и по возможности разместить подстанцию с
подветренной стороны. Подстанция должна занимать минимально
возможную полезную площадь, удовлетворять требованиям
электробезопасности, пожаробезопасности, взрывобезопасности.
Рекомендации по размещению подстанций изложены в [2; 3; 4;
10; 13; 14]. Требования к устройству подстанций изложены в [6.
глава 4.2].
Количество силовых трансформаторов на трансформаторной
подстанции зависит от категории нагрузки по требуемой степени
надежности электроснабжения. Однотрансформаторные ТП
используются для потребителей третьей категории и для
потребителей второй категории при наличии взаимного
резервирования со стороны напряжения 0,4 кВ. Взаимное
резервирование предусматривается в объеме 15 - 30 % мощности
нагрузки и выполняется с помощью магистралей или кабельных
перемычек. Двухтрансформаторные цеховые ТП применяются в
случае преобладания потребителей первой и второй категории. ТП,
имеющие более двух трансформаторов, применяются при наличии
электроприёмников особой группы надёжности электроснабжения и
только при соответствующем технико-экономическом обосновании.
Для промышленных ТП в большинстве случаев используются
трансформаторы мощностью 630, 1000 кВ⋅А. Увеличение единичной
мощности снижает общее количество устанавливаемых трансформаторов,
но увеличивает протяженность сетей к 2УР и 1УР, а также
затраты на коммутационную аппаратуру и др., связанные с ростом
токов короткого замыкания. Практика проектирования и
эксплуатации отдает предпочтение трансформаторам 1000 кВ⋅А,
считая эту мощность оптимальной.
Применение трансформаторов 1600 кВ⋅А , 2500 кВ⋅А может
быть оправдано техническими соображениями (необходимость
обеспечения пуска крупных двигателей, наличие больших
сосредоточенных нагрузок при плотности нагрузки более 0,2 - 0,3
кВ⋅А/м и общей расчетной мощности нагрузки более 3 - 4 МВ⋅А)
при технико-экономическом обосновании.
27
Мощность каждого трансформатора одно-трансформаторных
ТП с резервированием и двух - трансформаторных ТП должна быть
такой, чтобы при отключении одного из трансформаторов
оставшийся в работе обеспечивал электроэнергией потребители
первой и второй категорий. С этой целью рекомендуются
применять следующие коэффициенты загрузки (К
з
) трансформаторов:
• К
з
= 0,6 - 0.7 - при преобладании нагрузок первой категории;
• К
з
= 0,7 - 0,8 - при преобладании нагрузок второй категории;
• К
з
= 1 - при нагрузках третьей категории.
Мощность трансформатора
т
S
определяется по формуле:
,
n
з
К
нагр
S
т
S =
(3.1)
где:
нагр
S - расчетная мощность нагрузки ТП с учетом
компенсирующих устройств, кВ⋅А;
n - количество трансформаторов на подстанции
При наличии электроприёмников напряжением выше 1000 В
для проектируемого объекта предусматривают сооружение
распределительной подстанции 10 (6) кВ или совмещенной с ТП 10
(6) / 0,4 кВ.
3.1.4. Выбор схемы электроснабжения
Выбор и построение конкретной схемы электроснабжения
зависит от большого числа факторов: вида объекта проектирования
(промышленный, городской и т. д.), расчетной нагрузки, топологии
расположения, требуемой степени надежности электроснабжения
электроприёмников и потребителей электроэнергии, климатических
особенностей среды, в которой должно работать
электрооборудование, и др.
В курсовом проекте необходимо выбрать и сконструировать
в соответствии с рисунком 1.1 распределительную сеть до 1000 В
и часть внутризаводской распределительной сети напряжением
выше 1000 В, которая питает выбранные (по п. 3.1.3 настоящих
методических указаний) подстанции. Сначала выбирается схема 0,4
кВ, затем сети выше 1000 В.
Для промышленных объектов рекомендации по выбору схем
сетей 0,4 кВ приведены в [1, с. 263
÷
264]; [2. п. 3.6]; [11, п. 6.2]; [3,
п.п. 2.3.3 - 2.3.5]; [11, п. 6.2]; [13. глава 9]; [14, глава 5]; сетей 6 - 10
кВ [1. с. 249 - 263].
Распределительная сеть до 1000 В представляет собой
совокупность защитных, пусковых аппаратов, распределительных
28
устройств, питающих и распределительных сетей. В зависимости от
условий, требований схемы распределения электроэнергии последние
могут быть радиальными, магистральными, смешанными.
Радиальную схему (рисунок 3.1) применяют при наличии
сосредоточенных нагрузок (крупные электроприёмники или группы
мелких), во взрывоопасных, пожароопасных цехах и в цехах с
другими специфическими условиями.
Магистральную схему (рисунок 3.2) применяют при нагрузках,
распределенных более или менее равномерно по цеху.
Электроприёмники подсоединяются к магистрали непосредственно
(через защитный аппарат), а не через распределительные пункты.
Наиболее распространенными являются смешанные схемы
(рисунок 3.3). От главных магистралей и их ответвлений питаются
электроприёмники через распределительные пункты или
распределительные шинопроводы, присоединённые к ближайшим
шинопроводам.
При разработке сетей одновременно приходится принимать
решения и по другим вопросам, которые рассматриваются ниже.
Например, необходимо выбрать тип силовых распределительных
пунктов, так как от него зависит количество ответвлений. Схему
силовой питающей сети следует согласовать со схемой
распределительного устройства РУ 0,4 кВ. Должны быть
предусмотрены: установка компенсирующих устройств (п. 3.4
указаний), подключение осветительных электросетей, сторонних
нагрузок и др.
Цеховые трансформаторные подстанции 10 (6)/0,4 кВ (3УР)
выполняются в большинстве случаев без сборных шин первичного
напряжения как при радиальной так и при магистральной схеме
питания, если к этим подстанциям не присоединены
электроприёмники или линии высокого напряжения.
При радиальном питании этих подстанций кабельными
линиями по схеме блока линия - цеховой трансформатор обычно
применяется глухое присоединение трансформаторов. Установка
перед трансформатором коммутационного аппарата требуется при
питании от источника, находящегося в ведении другой
29
1- трансформатор; 2 – щит низкого напряжения; 3 – питающий
пункт; 4 - распределительный пункт; 5 - крупный электроприёмник
Рисунок 3.1 – Радиальная схема распределения электроэнергии
эксплуатирующей организации, при питании подстанции от
воздушной линии.
При магистральном питании на вводе к цеховому
трансформатору в большинстве случаев устанавливаются
предохранители в комплекте с выключателями нагрузок или
разъединителями, обеспечивающие селективное отключение при
повреждении или ненормальном режиме работы трансформатора.
Распределительная подстанция РП 10 (6) кВ (4УР) предназначена
для приёма и распределения электроэнергии переменного тока
частотой 50 Гц напряжением 10 (6), реже 3 кВ. РП 10 (6) кВ
состоит из шкафов или блоков со встроенными в них
коммутационными аппаратами, устройствами защиты и автоматики,
измерительными приборами и вспомогательными устройствами.
Комплектные распределительные устройства на напряжении 10
(6) кВ имеют два различных конструктивных исполнения:
выкатное (типа КРУ), стационарное (типа КСО). Выбор типа
30
1- трансформаторы; 2 – автомат подстанции; 3 – магистральный
токопровод (шинопровод); 4 - распределительный токопровод
(шинопровод); 5 - вводной аппарат (автомат, рубильник с
предохранителем); 6 – секционный аппарат
Рисунок 3.2 – Магистральная схема распределения электроэнергии
распределительного устройства выполняется в зависимости от
схемы электроснабжения, условий эксплуатации и обслуживания
[13, п.п. 7 - 3 - 7 - 5]; [14, п.п. 4 - 5].
3.1.5. Расчет электрических нагрузок по элементам схем
Второй этап расчета нагрузок проводится ″снизу вверх ″
по схеме электроснабжения. Рассчитываются нагрузки по каждому
электроприёмнику, по силовым пунктам, по магистралям, питающим
силовые пункты и т. д. Цель расчета этого этапа - определение
расчетных нагрузок по всем элементам, необходимых для выбора
этих элементов по нагреву нормальными рабочими токами.
Расчет оформляется в виде таблицы. Возможно оформление одной
таблицы по обоим этапам расчета нагрузок, например, для
промышленных объектов в форме таблицы 3.2.