Електропостачання заводу хімічної промисловості

Завдання 2

Тема: Електропостачання заводу хімічної промисловості

ВИХІДНІ ДАНІ ПРОЕКТУВАННЯ

1. Генеральний план заводу.

2. Відомості з електричних навантаженнях заводу.

3. Відомість електричних навантажень ремонтно-механічного цеху.

4. Живлення можливо здійснити з підстанції енергосистеми, на котрій встановлені два трьохобмоткові трансформатори потужністю 40 500 кВА кожний, з первинною напругою 110 кВ и вторинною — 35, 20, 10 и 6 кВ.

5. Потужність системи 1300 MB-А; реактивний опір системи на стороні 110 кВ, віднесений до потужності системи, дорівнює 0,2.

6. Вартість електроенергії 75 к./кВт.год

7. Відстань від підстанції енергосистеми до заводу 8,2 км.

Рисунок А.1 — Генеральний план заводу хімічної промисловості

ВСТУП Електроенергетика є складовою частиною енергетичного комплексу України. Вона впливає на всі галузі народного господарства. Рівень розвитку енергетики наглядно відображає техніко-економічний потенціал будь-якої країни.

Наш регіон славиться своїм промисловим різноманіттям, у тому числі вугільною, металургійною, машинобудівною, і особливо хімічною промисловістю. Життя нашого міста, в цілому, залежить від хімічного гіганта України, приватного акціонерного товариства «Азот» і робота багатьох з випускників електротехнічної спеціальності буде пов’язана з обслуговуванням і проектуванням електрообладнання цього заводу. Тому нам, як майбутнім фахівцям важливо в достатньому рівні оволодіти навичками в проектуванні електропостачанні заводу хімічної промисловості.

Саме на таку ціль й направлений цей курсовий проект.

1 ХАРАКТЕРИСТИКА СПОЖИВАЧІВ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ І ВИЗНАЧЕННЯ КАТЕГОРІЇ ЕЛЕКТРОПОСТОЧАННЯ Згідно [14], усі споживачі електроенергії за надійністю і безперебійністю електропостачання поділяються на три категорії.

Проаналізувавши режими роботи, особливості електроустаткування і специфіки технологічного процесу кожного цеху, визначаємо категорії електропостачання цехів.

Таблиця 1.1 — Категорії електропостачання цехів заводу. [14]

У цілому завод хімічної промисловості відноситься до об'єктів першої категорії за надійністю електропостачання, так як споживачів І і ІІ категорії більше від загального числа споживачів електроенергії.

Таблиця 1.2 — Відомість електричних навантажень ремонтно-механічного цеху.

Продовження таблиці 1.2

Таблиця 1.3 — Металорізальні верстати

Таблиця 1.4 — Шліфувальні верстати

Таблиця 1.5 — Електроімпульсні верстати

Таблиця 1.6 — Настільні верстати

Таблиця 1.7 — Зварювальні машини

Таблиця 1.8 — Преси

Таблиця 1.9 — Крани, тельфери

Таблиця 1.10 — Вентилятори

Таблиця 1.11 — Нагрівачі

2. РОЗРАХУНОК ЕЛЕКТРИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ Електричні навантаження розраховуються для наступного вибору і перевірки струмоведучих елементів і трансформаторів по нагріванню й економічним показникам.

2.1 Розрахунок електричних навантажень ремонтно-механічного цеху Розрахунок електричних навантажень ремонтно-механічного цеху робимо по середній потужності і коефіцієнту максимуму (метод упорядкованих діаграм), для інших цехів — по номінальній потужності і коефіцієнту попиту.

Усі електроприймачі ремонтно-механічного цеху розбиваємо на групи одного режиму роботи, таблиці 1? 9.

Визначаємо максимальні розрахункові навантаження груп електричних приймачів.

Група І. Металорізальні верстати.

Кількість електричних приймачів .

Загальна установлена потужність .

Потужність найменшого електричного приймача .

Потужність найбільшого електроприймача .

Визначаємо число m:

Згідно таблиця 2.1; .

Визначаємо середнє активне навантаження за максимально — завантажену зміну:

(2.1)

Визначаємо середнє реактивне навантаження за максимально-завантажену зміну.

(2.2)

Визначаємо ефективне число електричних приймачів за універсальною формулою:

(2.3)

де — квадрат суми номінальних потужностей електричних приймачів, кВт

— сума квадратів тих же потужностей, кВт.

Розрахунок здійснюємо за допомогаю калькулятора, наприклад: «CITIZEN» за програмою:

P_ном.1

Вводимо в програму кількість і потужність кожного металорізального верстата групи.

5,625 5,625 12,95 12,95

1,7 1,7 2,4 2,4 3,2

3,2 4,5 1 1 4,5

10 10 10 10 1,7

1,7 1,7 20 20 2,8

20 1,95 12,95 =185,55

=15,19

За допомогою коефіцієнта використання і ефективного числа по таблиця 2.3 визначаємо .

Визначаємо максимальну розрахункову активну потужність групи:

(2.4)

Визначаємо максимальну розрахункову реактивну потужність групи:

(2.5)

так як

Визначаємо максимальну розрахункову повну потужність групи металорізальних верстатів:

(2.6)

Розрахунок інших груп електроприймачів аналогічний, результати заносимо в таблицю 2.1.

Визначаємо максимальну розрахункову повну потужність ремонтно — механічного цеху:

(2.7)

Таблиця 2.1 — Розрахунок електричних навантажень

Продовження таблиці 2.1

2.2 Розрахунок електричних навантажень цехів заводу методом коефіцієнта попиту, К_п

Цех № 8. Цех аніліну:

;;; .

Визначаємо максимально розрахункову активну потужність цеху:

(2.8)

Визначаємо максимальну розрахункову реактивну потужність цеху:

(2.9)

За генеральним планом заводу (рисунок 1) визначаємо площу цеху № 8:

Розрахункове навантаження цеху на освітлення знаходимо за встановленою потужністю електроприймачів освітлення і коефіцієнта попиту:

Значення встановленої потужності знаходимо за питомою установленою потужністю електричних приймачів освітлення:

(2.10)

(2.11)

(2.12)

так як для освітлення цехів і території заводу обрані лампи розжарювання.

Загальна потужність цеху активна і реактивна, відповідно:

(2.13)

(2.14)

Визначаємо максимальну розрахункову повну потужність цеху № 8:

(2.15)

Визначаємо цеху:

(2.16)

Визначаємо максимальний розрахунковий струм цеху № 8

(2.17)

Для інших цехів розрахунок аналогічний. Результати наведені в таблиці 2.2.

Визначаємо максимальну розрахункову повну потужність заводу:

(2.18)

Всі розрахунки зведені в таблицю 2.2.

Таблиця 2.2 — Розрахунок електричних навантажень цехів заводу

Продовження таблиці 2.2

Продовження таблиці 2.2

електропостачання трансформатор підстанція

3. КОМПЕНСАЦІЯ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ

У результаті розрахунку електричних навантажень заводу нами отриманий, що значно вище заданого енергосистемою (0,2 — 0,3). Для зниження до встановленого значення і зниження споживання заводом реактивної потужності передбачаємо її компенсацію.

(tgц_е), візьмемо 0,3

Потужність пристрою, що компенсує, розраховується за формулою:

(3.1)

Визначаємо потужність пристрою, що компенсує для кожної секції розподільного устаткування (РУ):

(3.2)

Стандартне значення беремо з таблиця 5.1, таблиця 3.6.

Тип установки ККУ — УК-6/10Н-1800 Л, П.

Вибираємо 2-і ККУ одиничною потужністю 1800 кВАр чи сумарної 3600 кВАр.

Таблиця 3.1 — Технічні данні ККУ.

Визначаємо повну потужність заводу з урахуванням установлення ККУ:

(3.3)

Визначаємо tg ц заводу з урахуванням компенсації реактивної потужності:

(3.4)

що відповідає даному значенню.

Рисунок 3.1 — Схема вмикання ККУ

4. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИЙ ВИБІР СХЕМИ ЗОВНЬОШНЬОГО ЕЛЕКТРОПОСТОЧАННЯ ПІДПРИЄМСТВА Під схемою зовнішнього електропостачання розуміється схема систем передавальних і приймальних пристроїв, призначених для передачі електричної енергії від джерела до приймального пункту підприємства.

Для визначення напруги лінії електропередачі користуються формулою Стилла:

(4.1)

де l — відстань від підстанції енергосистеми до заводу, 8,2 км.

Р_мах — максимально розрахункова активна потужність заводу, таблиця 2.2.

Завод хімічної промисловості відноситься до споживачів першої категорії за надійністю електропостачання. Для забезпечення надійності електропостачання намічаємо установку двох незалежних повітряних ліній. На стороні вищої напруги силового трансформатора ГЗП установлюємо роз'єднувач, відокремлювач і короткозамикач.

При відключенні однієї з ліній електропостачання повинне відновлюватися автоматично секційним вимикачем.

Критерієм економічності схеми електропостачання є мінімум наведених витрат:

де — нормативний коефіцієнт ефективності капіталовкладень;

— одноразові капіталовкладення в розглянутому варіанті, тис. грн.; - щорічні поточні витрати виробництва при нормальній експлуатації, тис. грн.

Варіант 1. U₁=110 кВ Попередньо розраховуємо і вибираємо ПЛ, електроустаткування ОРУ і трансформатори ГЗП.

1. Розрахунок поперечного перерізу проводу ПЛ проводимо за економічною густиною струму:

; (4.1)

— економічна густина струму, А/мм²

[1]

годин — тривалість роботи заводу в році, годин

[4] таблиця 24.17? 24.30

Вибираємо провід АС — 70, [3]

; .

Перевіряємо по нагріванню:

1. Нормальний режим:

2. Післяаварійний режим:

де І_прип — Довгостроково припустиме струмове навантаження, А;

І_р.н.р — Робочий струм при нормальному режимі, А;

І_р.н.а — Робочий струм при аварійному режимі, А.

Перевіряємо за втратою напруги:

1. Нормальний режим:

що лежить у межах

2. Післяаварійний режим:

що лежить у межах припустимого

Вартість 1 км ПЛ 110 кВ, виконаної проводом АС — 70 на залізобетонних опорах, таблиця 4.8.

2. Вибираємо ОРУ 110 кВ з роз'єднувачем, відокремлювачем і короткозамикачем вартістю:

[3]

3. На ГЗП намічаємо установку двох трансформаторів потужністю 6,3 МВ-А кожний.

Нормальний режим:

Післяаварійный режим:

умови виконуються.

Вибираємо трансформатор по [3]

Таблиця 4.1 — Технічні характеристики трансформатору

Визначаємо сумарні капіталовкладення:

(4.2)

Визначаємо :

(4.3)

(4.4)

де — коефіцієнти відрахувань на поточний ремонт і обслуговування, %

,. [5]

де — коефіцієнти відрахувань на амортизацію %

. [2]

Визначаємо вартість втрат:

тис. грн.

де (задано в завданні курсового проекту).

— втрати потужності в ПЛ, кВт.

при [3]

Для, що відповідає заводу, значення втрат множимо на

(4.6)

(4.7)

(4.8)

Втрати в трансформаторі:

реактивні втрати холостого ходу:

(4.9)

реактивні втрати короткого замикання:

(4.10)

Наведені втрати активної потужності в міді трансформатора (втрати короткого замикання):

(4.11)

де [2]

Наведені втрати активної потужності (втрати холостого ходу):

(4.12)

Повні наведені втрати в трансформаторі:

(4.13)

Повні втрати ПЛ і трансформатора:

(4.14)

Вартість втрат:

(4.15)

(4.16)

(4.17)

Втрати електроенергії:

(4.18)

Розрахунок варіанту с U_ном=35 кВ аналогічний; результати обох варіантів заносимо в таблицю 4.2

Таблиця 4.2 — Техніко економічний розрахунок варіантів

З двох намічених варіантів вибираємо перший з напругою 110 кВ, тому що його сумарні витрати не перевищують сумарних витрат другого варіанту.

Рисунок 4.1 — Схема зовнішнього електропостачання підприємства

5. ВИБІР КІЛЬКОСТІ ПІДСТАНЦІЙ, КІЛЬКОСТІ Й ПОТУЖНОСТІ СИЛОВИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ Для споживачів І категорії намічаємо установку двох трансформаторів, для споживачів ІІ й ІІІ категорії - одного трансформатора.

Умови вибору потужності трансформаторів:

а) для однотрансформаторних підстанцій:

б) для двотрансформаторних підстанцій:

Результати розрахунків і вибору трансформаторів заносимо в таблицю 5.1.

Трансформатори вибираємо по таблиця 27.6.

Через велику потужність виробничого цеху № 22 намічаємо установку для нього дві трансформаторні підстанції, із двома трансформаторами на кожній.

Таблиця 5.1 — Вибір трансформаторів

Визначаємо координату ЦЕН по вісі Х:

Визначаємо координату ЦЕН по вісі У:

Центр електричних навантажень знаходився для раціонального розміщення ГЗП, що забезпечує найкращі техніко — економічні показники системи електропостачання по витраті електричної енергії і провідникових матеріалів, тобто мінімум наведених витрат.

Рисунок 5.1 — Генеральний план заводу

6. РОЗРАХУНОК СТРУМІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ Рисунок 6.1 — Розрахункова схема. Схема заміщення Розрахунок струмів короткого замикання проводимо у відносних базисних величинах.

Електроустаткування, встановлюване в системах електропостачання, повинно бути стійким до струмів К.З. і вибиратися з урахуванням сили цих струмів.

1. Задаємося базисним значенням потужності:

2. Задаємося базисними значеннями напруг:

3. Визначаємо базисні струми:

(6.1)

4. Визначаємо опір схеми заміщення:

а) ПЛ:

(6.2)

(6.3)

б) Трансформатора на ГЗП:

(6.4)

в) КЛЕП:

5. Трансформатор на підстанції цеху № 8:

Визначаємо силу струмів К.З.:

Точка К — 1:

(6.5)

(6.6)

(6.7)

де, Рисунок 6.2

(6.8)

Точка К — 2:

Активний опір не враховуємо, тому що ,

(6.9)

де, Таблиця 6.1

Точка К — 3:

Активний опір не враховуємо, тому що ,

де, Таблиця 6.1

Результати розрахунків струмів короткого замикання заносимо в таблицю 6.1.

Таблиця 6.1 — Результати розрахунків струмів короткого замикання

7. ВИБІР ЕЛЕКТРОУСТАТКУВАННЯ ПІДСТАНЦІЇ

У курсовому проекті вибирається електроустаткування підстанцій ГЗП і ТП. Струмоведучі частини (шини, кабелі) і усі види апаратів (вимикачі, роз'єднувачі, запобіжники, відокремлювачі, короткозамикачі, вимірювальні трансформатори для електроустановок) повинні вибиратися відповідно до обчислених максимальних розрахункових значень (силою струмів, напругами, потужностями відключення) для нормального режиму і короткого замикання. Для їхнього вибору порівнюються зазначені розрахункові значення з припустимими значеннями для струмоведучих частин і високовольтного устаткування. Складається таблиця порівняння зазначених розрахункових і припустимих значень. При цьому для забезпечення надійної безаварійної роботи розрахункові значення повинні бути менше припустимих.

Таблиця 7.1 — Вимикачі вибираємо таблиця 31.1.

Таблиця 7.3 — Короткозамикачі вибираємо таблиця 31.8

Таблиця 7.4 — Відокремлювачі вибираємо таблиця 31.8

Таблиця 7.5 — Трансформатори напруги вибираємо таблиця 31.13

Таблиця 7.6 — Трансформатори струму вибираємо таблиця 31.10

Шини:

Шини на ГЗП вибираємо за розрахунковою силою струму навантаження. Намічаємо установку шин на ізоляторах плиском, відстань між фазами, а = 350 мм, відстань між ізоляторами в прольотах l = 1200 мм.

Вибираємо за розрахунковою силою струму алюмінієві шини розміром 50×5 мм із припустимим струмовим навантаженням 665 А:

таблица П5

;, стор. 246

Так як, тому шини с динамічно стійкі.

Мінімальна площа поперечного перерізу шин за термічною стійкістю:

що є менше дійсної площі поперечного перерізу шин розміром

Вибір камери розподільного устаткування:

Камери на стороні вищої напруги вибираємо таблиця 3.8.

Таблиця 7.7 — Основні технічні показники КРУ2 — 10 — 20У3

8. ВИБІР ЖИВІЛЬНИХ КАБЕЛІВ Площу поперечного перерізу кабелів вибираємо за робочою силою струму й економічною густиною струму і перевіряємо:

1. За нагріванням робочим (розрахунковим) струмом;

2. За втратою напруги в нормальних і післяаварійних режимах.

Рисунок 8.1 — Схема внутрішньозаводської мережі

Лінія Л — Виробничий цех № 8:

Економічно доцільну площу поперечного перерізу жил кабелю визначаємо за формулою:

(8.1)

Вибираємо кабель з алюмінієвими жилами:, таблиця 2.26.

(8.2)

Вибираємо кабель АПвЭБП-10 2(3×50) мм², спосіб прокладки — у траншеях.

Довго припустиме струмове навантаження:

таблиця 7.10?7.21

Перевіряємо за нагріванням:

Нормальний режим:

де, таблиця П.1

(8.3)

Після аварійний режим, ушкоджена 1 лінія:

де, таблица 3.2

Визначаємо втрату напруги:

Нормальний режим:

Післяаварійний режим:

що лежить у припустимих межах (ДU_прип = 5%).

Розрахунки та вибір інших КЛЕП аналогічні, результати наводимо в таблиці 8.1.

Перевіряємо кабелі на термічну стійкість до струмів короткого замикання:

Кабель із площею поперечного перерізу жил кабелю 50 мм² — Лінія-1:

де C=85, таблиця 2.72

t_пр. = t_пр.а+ t_пр.п = 0,011+0,437 = 0,45

де t_пр.п = f () = 0,437 c

в = 1,5, таблиця 6.12

t_пр.а = 0,005 = 0,005*1,5² = 0,011 c

t = 0,2, таблиця 6.12

t_пр. = 0,011+0,437 = 0,45

Кабель з поперечним перерізом жил 50 мм² є термічно стійким. Кабелі з алюмінієвими жилами з поперечним перерізом жил 35 мм², також є термічно стійкими. Розрахунок інших КЛЕП на термічну стійкість аналогічний.

Таблиця 8.1 — Данні з вибору живлячих кабелів

Продовження таблиці 8.1

9. ВИБІР І РОЗРАХУНОК РЕЛЕЙНОГО ЗАХИСТУ На рисунку 9.1. наведена типова схема захисту знижуючого трансформатора. На виходах вищої напруги встановлюємо короткозамикач і відокремлювач.

Приймається для захисту трансформатора максимально — струмовий захист на стороні низької напруги, і струмове відсічення на стороні вищої напруги, а також газовий захист від внутрішніх ушкоджень.

Номінальна сила струму на сторонах вищої і нижчої напруг:

(9.1)

Намічаємо установку на стороні НН двох трансформаторів струму типу ТПОЛ-10 із з'єднанням їх у неповну зірку і на стороні ВН 3-х трансформаторів струму типу ТФНД-110-М із з'єднанням їх у трикутник.

Приймаємо для максимального струмового захисту реле типу РТ — 40/20 і реле часу ЕВ — 122 з уставками 0,25…3,5 с.

Сила струму спрацьовування захисту:

(9.2)

де ;

;

Визначаємо коефіцієнти чутливості захисту при двофазному короткому замиканні на стороні НН трансформатора:

(9.3)

що вище припустимого

Сила струму спрацювання відсічення, встановлена з боку живлення трансформатора:

(9.4)

Коефіцієнт чутливості відсічення при двофазному короткому замиканні:

(9.5)

Для захисту від внутрішніх ушкоджень установлюється газове реле типу ПГЗ-22 з дією на відключення при внутрішніх ушкодженнях.

10. РОЗРАХУНОК ЗАЗЕМЛЮЮЧОГО ПРИСТОРОЮ Розраховуємо пристрій цехової підстанції, що заземлює, напругою 10/0,4 кВ. На стороні з напругою 10 кВ нейтраль ізольована, на стороні з 0,4 кВ наглухо заземлена. Загальна довжина кабельних ліній напругою 10 кВ l_к = 1,05 км; ґрунт — супесь, периметр підстанції Р = 80 м.

Визначаємо струм однофазного замикання на землю:

(10.1)

Визначаємо опір контура, що заземлює:

(10.2)

тому що пристрій, що заземлює, використовується одночасно і для установок напругою до 1000 В.

По R₃ повинно бути? 4 Ом при загальному заземленні 10 і 0,4 кВ

Визначаємо опір штучного заземлення:

(10.3)

Визначаємо опір одного електрода-кутова сталь розміром (50×50×5) мм:

таблиця 11.4 (10.4)

таблиця 11.3

Приймаємо відстань між стрижнями рівним 5 м, тоді попередня кількість стрижнів дорівнює:

(10.5)

Визначаємо коефіцієнт екранування стрижневих заземлювачів: при довжині стержня 5 м і відстані між стрижнями 5 м, то

таблиця 11.5, таблиця 7.1

Визначаємо величину опору при 15 стрижнях розміром (50×50×5) мм із глибиною їхнього закладення 6 м із урахуванням

(10.6)

Оскільки менше прицільної розрахункової величини, тому враховувати опір горизонтального заземлення не потрібно.

Цей опір задовольняє вимогам.

ЛІТЕРАТУРА

1. Коновалова Л. Л.; Рожкова Л. Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 528 с.

2. Липкин. Б. Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок — М.: Высшая школа, 1990. — 366 с.

3. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию / Под общей редакцией Федорова А. А. — М.: Энергоатомиздат, 1986. Т. 1 и 2.

4. Федоров А. А.; Старокова Л. Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 368 с.

5. Пособие к курсовому и дипломному проектированию. / Под редакцией Блок В. М. — М.: Высшая школа, 1990. — 383 с.

6. Справочник по проектированию электроснабжения / Под редакцией Барыбина Ю. Г.; Федорова Л. Е.; Зименкова М. Г.; Смирнова А. Г. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 576 с.

7. Восильев А. А.; Крючков И. П.; Наяшкова Е. Ф.; Околович М. Н. Электрическая часть станций и подстанций — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 576 с.

8. Гурин Н. А. Электрооборудования промышленных предприятий и установок. — Минск.: Высшая школа, 1990.

9. Правила безпечної експлуатації електроусткувань споживачів. — Київ.: 1998.

10. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / Под редакцией Круповича В. И.; Барыбина Ю. Г.; Самовера М. Л. — М.: Энергоатомиздат, 1981. — 408 с.

11. Электротехныческий справочник / Под общей редакцией Орлова И. Н. — М. Энергоатомиздат, 1988. — 616 с.

12. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий / Под общей редакцией Федорова А. А.; и Сербиновского Г. В. — М.: Энергия, 1973 Т1 и 2.

13. Неклепаев Б. А.; Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. — М.: Энергоатомиздат, 1989.

14. Правила устройства энергоустановок. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 648 с.