Курсовая работа: Проектирование системы электроснабжения цеха машиностроительного завода

Нагрузка цеха представлена как трехфазной, так и однофазной нагрузкой. Так, в сварочном отделении имеются однофазные электроприемники, которые считаются специфической нагрузкой. Их расчет производиться в ручную и приводиться в приложении А.

Расчет трехфазных нагрузок приемников электроэнергии напряжением до 1000 В проводится с использованием пакета прикладных программ «ZAPUSK». Расчет по характерным категориям цеха трехфазной нагрузки, приведен в приложении Б.

Осветительная нагрузка рассчитывается методом удельной плотности осветительной нагрузки в программе «ZAPUSK». Результаты расчета всех нагрузок цеха приведены в таблице 3. Результаты расчета осветительной нагрузки приведены в приложении В.

Таблица 3 – Результаты расчета электрических нагрузок

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов для цеховых трансформаторных подстанций промышленных предприятий должен быть технически и экономически обоснованным, так как он оказывает существенное влияние на рациональное построение схем промышленного электроснабжения.

Критерием при выборе трансформаторов являются надежность электроснабжения, расход цветного металла и потребная трансформаторная мощность

При сооружении цеховых трансформаторных подстанций предпочтение следует отдавать, комплектным трансформаторным подстанциям (КТП), полностью изготовленным на заводах.

Рассмотрим варианты установки одного и двух трансформаторов на КТП.

Мощность трансформатора определяется по следующему выражению:

кВА                     (12)

где N – количество устанавливаемых на КТП трансформаторов;

Кз – коэффициент загрузки трансформаторов, равен 0,7 для двух трансформаторов на КТП, равен 0,9 при одном трансформаторе.

Принимаем двухтрансформаторную КТП 1000/10 кВА с силовым трансформатором типа ТМ-1000/10.

Выбираем мощность трансформатора, при установке одного трансформатора:

кВА                 (13)

Принимаем однотрансформаторную КТП 1600/10 кВА с силовым трансформатором типа ТМ-1000/10.

Определяем наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передать в сеть 0,4 кВ через трансформаторы:

Для КТП с двумя трансформаторами:

 квар

Для КТП с одним трансформатором:

 квар

Определяем мощность низковольтных батарей конденсаторов.

Для КТП с двумя трансформаторами:

квар                            (16)

Для КТП с одним трансформатором:

квар                            (17)

Определяем дополнительную мощность низковольтных батарей конденсаторов по условию потерь. Для этого находим расчетный коэффициент γ, зависящий от расчетных параметров Кр1 и Кр2 и схемы питания цеховой ТП, при условии работы предприятия в две смены, используя рис 4.8, 4.9 и табл. 4.6, 4.7.

,

γ = 0,37

Для КТП с двумя трансформаторами:

Для КТП с одним трансформатором:

Определяем суммарную мощность низковольтных батарей конденсаторов:

Для КТП с двумя трансформаторами:

квар                            (20)

Примем к установке 1*УКЛ (П) Н – 0,38 – 432 – 108УЗ

1*УКЛ (П) 0,38 – 300 – 150УЗ

Для КТП с одним трансформатором:

кар           (21)

Примем к установке 1*УКЛ (П) Н – 0,38 – 432 – 108УЗ

1*УКЛ (П) 0,38 – 450 – 150УЗ

Таблица 4 – Данные для расчета потерь в трансформаторах

Для оценки наиболее целесообразного варианта необходимо определить затраты на КТП, по следующим выражениям:

,        (22)

где Е – коэффициент дисконтирования, определяемый в зависимости от ставки рефинансирования, устанавливается ЦБ, равный Е=0,12;

КТП и КНБК – стоимость трансформаторной подстанции и конденсаторных батарей соответственно;

С – стоимость потерь электрической энергии в трансформаторах и батареях конденсаторов, равная 0,6 руб./кВт;

α – суммарные ежегодные отчисления на амортизацию, ремонт и обслуживание, принимаемые 0,094;

ΔWТР – потери электроэнергии в трансформаторах;

ΔWНБК – потери электроэнергии в НБК.

Для двухтрансформаторной КТП:

Активные потери мощности в трансформаторе

кВт         (23)

Потери электроэнергии в трансформаторе:

ΔWТР=РТР ∙ ТГ = 15,57 ∙ 8760=136393,2 кВт∙год;    (24)

Потери электроэнергии в НБК:

кВт∙год,

где pНБК.уд – удельная величина потерь в НБК, равная 0,003 кВт/квар.

Таблица – 5 Стоимость оборудования

Таким образом, затраты равны:

тыс. руб. (25)

Аналогичный расчет произведем для однотрансформаторной КТП:

кВт                  (26)

ΔWТР =РТР ∙ ТГ = 17,37 ∙ 8760= 152248,8 кВт∙год            (27)

кВт∙год,

Таким образом, затраты равны:

тыс. руб. (29)

При сравнении двух вариантов очевидно, что затраты на КТП с двумя трансформаторами меньше, чем на КТП с одним трансформатором. Поэтому к установке принимаем двухтрансформаторную КТП с трансформатором ТМ – 1000/10.

Расчет центра электрических нагрузок

При проектировании, с целью определения места расположения цеховой КТП строится картограмма нагрузок. Картограмма представляет собой размещение на генеральном плане цеха окружностей, площадь которых равна в выбранном масштабе расчетным нагрузкам.

Для определения координат ЦЭН на конкретный момент времени, график электрических нагрузок представляют ступенчато, при этом каждая ордината определяется как отношение к максимальной мощности группы электроприемников:

                                          (30)

                                           (31),

где Ki – относительная мощность i-ой группы электроприемников в k-й час суток;

Pi – максимальная мощность i-ой группы электроприемников.

По найденным ЦЭН для каждого часа суток определяется математическое ожидание ЦЭН, среднеквадратическое отклонение и коэффициент корреляции.

                                                        (32)

                                                        (33)

Среднеквадратическое отклонение:

                                        (34)

                                        (35)

Коэффициент корреляции:

В течение суток ЦЭН смещаются по территории охваченной эллипсом, который и характеризует зону рассеяния ЦЭН.

Для того, чтобы построить эллипс зоны рассеяния ЦЭН необходимо определить угол поворота осей эллипса, относительно выбранной системы координат и полуоси эллипса рассеяния ЦЭН.

Угол поворота осей эллипса:

                              (36)

Полуоси эллипса рассеяния центров:

    (37)

   (38)

На основании расчетных значений математического ожидания условного центра нагрузок, координат полуосей и угла поворота осей строится эллипс рассеяния нагрузок. Место расположения источника питания (КТП) выбирается в наиболее удобной его точке. В этом случае высшее напряжение будет максимально приближено к центру потребления электроэнергии, а распределительные сети будут иметь минимальную протяженность. Если по какой-либо причине (технологической, архитектурной и др.) эллипс рассеяния попадает на территорию цеха и нельзя расположить источник питания в зоне рассеяния нагрузок, то его смещают в сторону внешнего источника питания. Данные для построения эллипса приведены в таблице 6.

Расчет радиусов картограммы электрических нагрузок цеха, координат ЦЭН и эллипса рассеяния нагрузок произведен пакетом программ «MathCad 11» фирмы MathSoft и приведен в приложении Г.

Таблица 6 – Данные для построения эллипса рассеяния нагрузок

На основании расчетных данных строится эллипс зоны рассеяния с центром в точке О(10,62; 7,25), углом поворота осей равным 32,83о относительно выбранной системы координат и откладываются рассчитанные значения полуосей эллипса.

3. Выбор двух вариантов распределительной сети

На выбор схемы и конструктивное исполнение цеховой сети оказывают влияние такие факторы, как степень ответственности электроприемников, режим их работы и размещение на территории цеха.

Цеховые сети промышленного предприятия выполняется на напряжение до 1 кВ (наиболее распространенным является напряжение 0,38 кВ).

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

В цеховые сети закладывается большое количество проводникового материала и электрической аппаратуры, поэтому при построении схемы исходят из принципа одинаковой надежности питающих линий со всеми аппаратами и одного электроприемника технологического агрегата.

Нет смысла запитывать один приемник технологического агрегата по двум взаиморезервируемым линиям.

Для схемы электрической сети наиболее целесообразно применение магистральной схемы. Она не требует установки распределительного щита на ТП и электроэнергия распределяется по совершенной схеме блок трансформатор – магистраль, что упрощает и удешевляет сооружение цеховой подстанции. При магистральных схемах выполненных шинопроводами ШМА и ШРА, перемещение технологического оборудования не вызывает переделок сети. Наличие перемычек между магистралями отдельных подстанций обеспечивает надежность электроснабжения при минимальных затратах на резервирование. Присоединение ШМА к РУ КТП производится через присоединительные секции ШМА. Эти секции соединяют с коммутационно-защитной аппаратурой, размещенной в шкафах КТП. Магистральные схемы широко применяются как для питания отдельных электроприемников одного технологического агрегата, так и для питания большого числа сравнительно мелких электроприемников или электроприемников относительно равномерно распределенных по площади цеха.

Радиальные схемы применяются, когда в цехе стационарно установлены относительно мощные электроприемники, не связанные единым технологическим процессом, или удаленные друг от друга на столько, что магистральное питание не целесообразно, или для питания мелких электроприемников.

Сочетание радиальных и магистральных схем применяется, когда электроприемники расположены упорядоченно или мелкие электроприемники запитаны магистрально, а относительно крупные или разбросаны по территории, или расположены в цехах с химически активной или пыльной средой.

В качестве оценки и выбора оптимального варианта системы распределительной сети принимаем два варианта, выполненные по смешанной схеме системы электроснабжения. Главная магистраль выполняется комплектным магистральным шинопроводом типа ШМА, разводка по территории цеха осуществляется радиальными шинопроводами типа ШРА с узлами питания электроприемников, такими как распределительные шкафы и силовые пункты.

Питание осуществляется от цеховой КТП с двумя трансформаторами марки ТМ –1000/10/0,4.

Варианты выполнения схем электроснабжения представлены на рисунке 1 и рисунке 2.

4. Выбор и расчет низковольтной электрической сети

В соответствии с [1] расчет цеховой электрической сети необходимо поводить в два этапа: расчет электрических нагрузок для выбора ШМА производится аналогично расчету для выбора цеховых трансформаторов. Для расчета питающих электроприемники сетей необходима корректировка расчета электрических нагрузок, в методике определения электрических нагрузок для выбора трансформаторов и цеховой сети приведены различные значения Кр.

Для выбора главной магистрали определим рабочий ток:

В качестве шин выбираем два комплектных магистральных шинопроводов с током 2202/2= 1101 А марки ШМА68-НУЗ с номинальным током 1600 А, с поперечным сечением прямой секции 300×160 мм, в соответствии с табл. 7.3.

Для последующих расчетов низковольтной сети необходим перерасчет цеховой электрической нагрузки. Алгоритм расчета аналогичен расчету в пункте 2.1. Результаты расчета электрических нагрузок на втором этапе для вариантов сведены в таблице 6 и таблице 7.

Осветительная нагрузка рассчитывается методом удельной плотности осветительной нагрузки в программе «ZAPUSK». Нагрузка освещения: Росв = 67,716 кВт, Qocв= 22,287 кВар

Таблица 8 – Результаты расчета электрических нагрузок по второму этапу с учетом осветительной нагрузки

По расчётному току для каждой группы ЭП определяем типы ШРА подключаемые к магистральным шинопроводам, рассчитанным в пункте 4.1.

Расчётные токи для ШРА 1 и кабелей силовых пунктов, подключенных к ШМА определяется по формуле:

Таблица 9. Выбор проводников цеховой распределительной сети. Вариант 1

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9