Проект системы электроснабжения оборудования для группы цехов "Челябинского тракторного завода – Уралтрак"

Проект системы электроснабжения оборудования для группы цехов "Челябинского тракторного завода – Уралтрак"

Аннотация

Алфёров А.В. Электроснабжение группы цехов «челябинского тракторного завода–Уралтрак». – Челябинск: ЮУрГУ, Э, 2008, с., 14 илл., 36 табл. Библиография литературы – 15 наименований. 7 листов чертежей формата А1.

В данном проекте произведён расчет электроснабжения и выбор оборудования для группы цехов «Челябинского тракторного завода–Уралтрак». Была составлена схема системы электроснабжения, выбраны силовые трансформаторы, коммутационная аппаратура, кабельные линии и проведена их проверка на термическую стойкость. В разделе «Релейная защита» была рассмотрена защита синхронного двигателя. Спроектированная схема электроснабжения промышленного предприятия удовлетворяет ряду требований: высокая надежность и экономичность, безопасность и удобство в эксплуатации, обеспечено требуемое качество электроэнергии, соответствующие уровни напряжения.

Проектирование производится на основе последних разработок и расчетов, что делает проект расчета электроснабжения завода современным.

Данный проект можно принять к строительству в связи с его оптимальными показателями по капитальным затратам и расходом на эксплуатацию. Выбранное оборудование является новейшим и рекомендуется к установке на вновь проектируемых заводах.

Введение

Под электроснабжением согласно ГОСТу 19431-84 понимается обеспечение потребителей электрической энергии.

СЭС как и другие объекты должны отвечать определенным технико-экономическим требованиям. Они должны обладать минимальными затратами при обеспечении всех технических требований, обеспечивать требуемую надежность, быть удобными в эксплуатации и безопасными в обслуживании, обладать гибкостью, обеспечивающей оптимальный режим эксплуатации в нормальных условиях и близкие к ним в послеаварийных ситуациях.

При построении СЭС нужно учитывать большое число факторов, оказывающих влияние на структуру СЭС и типы применяемого в них оборудования.

К ним относятся:

- потребляемая мощность;

- категории надежности питания;

- характер графиков нагрузок потребителей;

- размещение электрических нагрузок на территории предприятия;

- условия окружающей среды;

- месторасположение и параметры источников питания;

- наземные и подземные коммуникации.

Краткая характеристика предприятия

ОАО "Челябинский тракторный завод - Уралтрак" - крупнейшая в странах СНГ машиностроительная компания по разработке и производству промышленных тракторов и двигателей к ним, располагающая большим технологическим и производственным потенциалом. Сегодня завод выпускает машины для нефте-, газодобывающей, горнорудной, строительной и других отраслей промышленности. Челябинский тракторный завод является лидером рынка России и стран СНГ в сегментах гусеничных промышленных тракторов, бульдозеров и трубоукладчиков.

Располагается предприятие в восточной части города вблизи Первого озера. Общая площадь, занимаемая Челябинским тракторным заводом, составляет 208 га. В основном производстве ЧТЗ задействовано свыше 17 000 человек.

Челябинский тракторный завод располагает мощностями литейного, кузнечного, прессово-сварочного, механообрабатывающего, окрасочного, термического и гальванического производств.

В основном производстве предприятия в настоящее время задействовано свыше 13000 единиц оборудования, которое обеспечивает полный производственный цикл создания инженерных машин, двигателей, запасных частей и прочих видов продукции.

Технический паспорт проекта

1.       Суммарная установленная мощность электроприемников предприятия напряжением ниже 1 кВ: 23938 кВт.

2.       Суммарная установленная мощность электроприемников предприятия напряжением свыше 1 кВ: 12800 кВт: синхронные двигателей 4×СТД-3200 (Рном = 3200 кВт);

3.       Категория основных потребителей по надежности электроснабжения:

Присутствуют потребители 2 категория.

4.       Полная расчетная мощность на шинах главной понизительной подстанции: 20482 кВА;

5.       Коэффициент реактивной мощности:

Расчетный: tg= 0,31

Заданный энергосистемой: tg= 0,31

Естественный tg= 0,31

6.       Напряжение внешнего электроснабжения: 110 кВ;

7.       Мощность короткого замыкания в точке присоединения к энергосистеме: 5000 МВА;

8.       Расстояние от предприятия до питающей подстанции энергосистемы: 2 км, тип и сечение питающих линий: ВЛ-110, АС-70/11;

9.       Количество, тип и мощность трансформаторов главной понизительной подстанции: 2×ТРДН-25000/110;

10.  Напряжение внутреннего электроснабжения предприятия: 10 кВ;

11.  Типы принятых ячеек распределительных устройств, в главной понизительной подстанции: КЭ-10/20;

12.  На территории устанавливаются комплектные трансформаторные подстанции с трансформаторами типа ТМ, ТМЗ мощностью 1000, 2500 кВА;

13.  Тип и сечение кабельных линий:

Кабельные линии 10кВ ААШв 3×70 и ААШв 3×150 мм2;

Кабельные линии 0,4кВ ААШв 4×70, ААШв 4×95 и ААШв 4×240 мм2.

Исходные данные:

Необходимо выполнить проект системы электроснабжения группы цехов «Челябинского тракторного завода – Уралтрак» в объеме, указанном в содержании. Завод расположен на Южном Урале (Челябэнерго).

Генеральный план предприятия представлен на листке 1. Сведения об установленной мощности электроприемников, как отдельного цеха, так и группы цехов приведены в таблицах 1.2 и 1.3.

1.            Расстояние от предприятия до энергосистемы 2 км;

2.            Уровни напряжения на шинах главной городской понизительной подстанции: 35 и 110 кВ;

3.            Мощность короткого замыкания на шинах подстанции энергосистемы:

для U1 – 650 МВА;

для U2 – 5000 МВА;

4.            Стоимость электроэнергии по двухставочному тарифу:

основная ставка 186 руб/кВт мес;

дополнительная 1,04 руб/кВт

5.            Наивысшая температура:

окружающего воздуха 22,2 С;

почвы (на глубине 0,7 м) 15,2 С;

6.            Коррозийная активность грунта слабая;

7.            Наличие блуждающих токов;

8.            Колебания и растягивающие усилия в грунте есть.

1.       Расчет электрических нагрузок промышленного предприятия

1.1 Расчет электрических нагрузок цеха шестерен

Принимаем, что сварочная нагрузка работает с ПВ=40% , а грузоподъемная нагрузка с ПВ=25% . Для электроприемников, работающих с заданными ПВ, номинальную мощность необходимо привести к длительному режиму по формуле:

 .                                                    (1.1)

Расчет электрических нагрузок цеха сводится в таблицу 1.1.

В таблице 1.1 в графе «число электроприемников n » указывается количество рабочих электроприемников. В графе «Рном» записываются номинальные установленные мощности в кВт одного электроприемника. В графе «» приводится суммарная установленная мощность электроприемников всей подгруппы.

В итоговой строке «итого по отделению» суммируются общее число электроприемников группы, суммарная номинальная мощность всей группы, а также мощности по фазам. В графы  записываются коэффициенты использования и мощности.

Средняя активная нагрузка за наиболее загруженную смену для каждого электроприемника или подгруппы электроприемников определяется по формуле:

 .                                                                          (1.2)

Средняя реактивная нагрузка за наиболее загруженную смену для них находятся из выражения:

 .                                                                            (1.3)

После определения средних активных Рс и реактивных Qс нагрузок по отдельным электроприемников производится расчет для группы. В итоговой строке « итого по отделению» суммируются общее число электроприемников группы, суммарная номинальная мощность всей группы. Для заполнения граф  в строке «итого по отделению» необходимо предварительно подвести итоги по графам  

 По полученным данным определяется среднее значение коэффициента использования и среднее значение tg φ по группе:

 ;                                                                                (1.4)

.                                                                                (1.5)

В графе «nэ» в строке «итого по отделению» определяется приведенное число электроприемников nэ рассматриваемой группы. При расчетах электрических нагрузок, пользуются следующими выражениями для определения эффективного числа электроприемников.

-при Kиа < 0,2

 ;                                                                         (1.6)

- при Киа ≥ 0,2

 ,                                                                           (1.7)

где: Рном.max -номинальная мощность максимального электроприемника в группе (цехе). В графе коэффициент максимума находится по таблице 1 «Руководящих указаний по расчету электрических нагрузок» (РТМ.36.18.32.4-92).

Определение расчетной нагрузки на разных ступенях системы электроснабжения промышленных предприятий рекомендуется проводить по методу упорядоченных диаграмм. Расчетная активная нагрузка группы трехфазных электроприемников на всех ступенях питающих и распределительных систем находится по средней нагрузке и расчетному коэффициенту:

.                                                   (1.8)

Расчетная реактивная получасовая нагрузка трехфазных электроприемников :

,                                                            (1.9)

Графы “ Sp” и “Ip” заполняются для группы электроприемников:

,                                                                      (1.10)

                                                                           (1.11)

В итоговой строке “итого по цеху” суммируются общее число электроприемников группы, суммарная номинальная мощность всей группы. Для заполнения граф в строке “итого по цеху” необходимо предварительно подвести итоги по графам “Pсм”

и “Qсм”. По полученным данным определяется среднее значение коэффициента использования и среднее значение tg φ цеху по формулам (1.4) и (1.5). По формулам (1.6) и (1.7) определяется эффективное число электроприемников. Расчетные активная и реактивная нагрузки группы трехфазных электроприемников цеха находятся по средней нагрузке и расчетному коэффициенту:

,                                                             (1.12)

.                                                            (1.13)

Кра=Крр в силу того, что на 3 уровне большое количество электроприемников и график активной мощности становится относительно равномерным , то есть по форме приближается к графику реактивной мощности .

Расчетная нагрузка осветительных электроприемников определяется по удельной осветительной нагрузке на единицу производственной поверхности пола с учетом коэффициента спроса.

,                                                                 (1.14)

где Кс.о - коэффициент спроса на освещение;

 Руд.о - удельная осветительная нагрузка на единицу производственной поверхности пола;

 F-площадь отделения.

,                                                                        (1.15)

где tg φ=0,62 - коэффициент реактивной мощности для ламп ДРЛ;

 Полная нагрузка по отделению определяется по формуле:

 .                                             (1.16)

 Рабочий ток по отделению:

 ,                                                                                 (1.17)

где Uном=0,4 кВ

Расчётная нагрузка по цеху шестерен приводится в таблице 1.2.

1.2 Расчет электрических нагрузок по предприятию

Расчет начинается с определения низковольтных нагрузок по цехам.

По справочникам находятся коэффициенты kиа и соsφ. Для каждого цеха вычисляются средние активная Рср и реактивная Qср нагрузки. Затем с использованием значений nэ и kиа по таблицам находится коэффициент максимума kра, и определяются расчетные активная Рр и реактивная Qр нагрузки.

Расчетная осветительная нагрузка Рр.осв цеха вычисляется по выражению (1.18) с учетом площади производственной поверхности пола Fц цеха, определяемой по генплану предприятия, удельной осветительной нагрузки Руд.осв и коэффициента спроса на освещение Кс.осв.

Рр.осв = Кс.осв∙ Руд.осв ∙ Fц .                                                                                                                (1.18)

После суммирования нагрузок Рр и Рр.осв с учетом нагрузки Qр вычисляется полная расчетная низковольтная нагрузка цеха Sр.

После нахождения нагрузок всех цехов, рассчитывается строка «Итого по 0,4 кВ», в которой суммируются по колонкам номинальные активные мощности Рн, средние активные Рср и реактивные Qср нагрузки и расчетные осветительные нагрузки Рр.осв.

Далее вычисляются коэффициенты kиа, tgφ и соsφ по формулам (1.19), (1.20), (1.21). Приведенное число электроприемников по (1.6) или (1.7) и находится коэффициент максимума kра для электроприемников напряжением до 1000 В.

kиа = ,                                                                                        (1.19)

tgφ =  ,                                                                                    (1.20)

соsφ = аrctg φ .                                                                             (1.21)

Определение расчетной нагрузки высоковольтных электроприемников производится так же, как и низковольтных. В результате вычислений записывается строка «Итого на 10 кВ». Таблицу заканчивает строка «Итого по предприятию», в которой записываются суммарные данные по низковольтным и высоковольтным ЭП: номинальная активная мощность, средние и расчетные активная и реактивная нагрузки, полная расчетная нагрузка, а также среднее для всего предприятия значения коэффициентов.

Следуя указаниям литературы, был произведен расчет электрических нагрузок по предприятию, полученные данные сведены в таблицу 1.3.

Расчетные данные по отдельным цехам в дальнейшем используются при выборе числа и мощности цеховых понижающих трансформаторов и затем с учетом потерь мощности в указанных трансформаторах для расчета питающих линий. Расчетные данные по предприятию в целом с учетом потерь мощности в цеховых трансформаторах используются при выборе трансформаторов главной понизительной подстанции (ГПП) и расчете схемы внешнего электроснабжения.

1.3 Расчет картограммы электрических нагрузок предприятия

Картограмма нагрузок представляет собой размещенные на генеральном плане окружностей, центры которых совпадают с центрами нагрузок цехов, а площади окружностей пропорциональны расчетным активным нагрузкам. Каждая окружность делится на секторы, площади которых пропорциональны активным нагрузкам низковольтных, высоковольтных и осветительных электроприёмников. При этом радиус окружности и углы секторов для каждого цеха соответственно определяются:

Ri =  ,                                                                                    (1.22)

где Ррi, Ррнi, Ррвi, Рроi – расчетные активные нагрузки всего цеха, низковольтных, высоковольтных и осветительных электроприёмников, кВт;

Масштаб площадей картограммы нагрузок, кВт∙м2.

m =,                                                                                    (1.23)

где Рmin p – минимальная расчетная активная мощность одного цеха;

Rmin – минимальный радиус, Rmin = 5 мм.

Углы секторов для каждого цеха определяются по формулам:

; ;  .                       (1.24)

Центр электрических нагрузок предприятия является символическим центром потребления электрической энергии (активной мощности) предприятия, координаты которого находятся по выражениям:

хо =  ; уо = ,                                                               (1.25)

где хi, уi – координаты центра i-го цеха на плане предприятия, м.

Расчет предоставлен в таблице 1.4.

Таблица 1.4 – Расчёт картограммы нагрузок

Масштаб равен 65,14 кВт/мм2.

2.       Выбор числа, мощности и типа трансформаторов цеховых трансформаторных подстанций предприятия

Мощность трансформаторов цеховых ТП зависит от величины нагрузки электроприемников, их категории по надежности электроснабжения, от размеров площади, на которой они размещены и т.п. При одной и той же равномерно распределенной нагрузке с увеличением площади цеха должна уменьшаться единичная мощность трансформаторов. Так, в цехе, занимающем значительную площадь, установка трансформаторов заведомо большой единичной мощности увеличивает длину питающих линий цеховой сети и потери электроэнергии в них.

  ,                                                                                        (2.1)

где Sр – расчетная электрическая нагрузка цеха, кВА;

Fц – площадь цеха, м2.

Таблица 2.1 – Связь между экономически целесообразной мощностью отдельного трансформатора цеховой ТП и σ.

Выбор цеховых ТП сводится к решению нескольких задач:

- выбор единичной мощности трансформатора;

- выбор общего числа трансформаторов (оптимального);

- выбор числа трансформаторов на каждой подстанции;

- выбор местоположения.

Минимальное число трансформаторов в цехе:

 Nт min = +ΔNт,                                                                (2.2)

где Кз доп – коэффициент загрузки – допустимый.

ΔNт – добавка до ближайшего целого числа.

Допустимые значения коэффициента загрузки для двухтрансформаторных подстанций:

Кз доп = 0,65…0,7 – I категория

Кз доп = 0,8…0,85 – II категория (при наличие складского резерва трансформаторов)

 Кз доп = 0,93…0,95 – III категория

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7