Выбор оборудования для системы электроснабжения предприятия

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Омский государственный технический университет Сургутский филиал Кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»

Курсовой проект По дисциплине: «Общая энергетика»

" Выбор оборудования для системы электроснабжения предприятия"

Выполнил: студент группы ЗЭ-419

Волгарев А.А.

Проверил: ст. преподаватель Планков А.А.

Сургут 2012 г.

• Введение
• Шифр индивидуального задания
• Описание схемы электроснабжения
• Расчетно-пояснительная записка
• Библиографический список

Рис. 1 Схема электроустановки

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

Задача электроснабжения промышленных предприятий возникла одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов и строительством электростанций. Первые электростанции сооружались в городах для освещения и питания электрического транспорта, а также при фабриках и заводах. Позднее появилась возможность сооружения электрических станций в местах залежей топлива (торфа, угля, нефти) или местах использования энергии воды независимо от мест нахождения потребителей электроэнергии — городов и промышленных предприятий. Передача электроэнергии на большие расстояния стала осуществляться линиями электропередачи высокого напряжения.

В настоящее время большинство потребителей получают электроэнергию от энергосистем. В то же время на ряде предприятий продолжается сооружение собственных ТЭЦ. Это обусловлено потребностью в теплоте для технологических целей и эффективностью попутного производства при этом электроэнергии. КПД тепловых электростанций, производящих только электроэнергию, не выше 35%. КПД ТЭЦ достигает 70% за счёт эффективного использования тепла теплоносителя (пара) уже прошедшего турбину.

По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ. Возникает необходимость внедрять автоматизацию систем электроснабжения промышленных предприятий и производственных процессов, осуществлять в широких масштабах диспетчеризацию процессов производства с применением телесигнализации и телеуправления и вести активную работу по экономии электроэнергии.

Каждое производство существует постольку, поскольку его машины обеспечивают работу технологических механизмов, производящих промышленную продукцию. Все машины приводятся в настоящее время электродвигателями. Для их нормальной работы применяют электроэнергию как самую гибкую и удобную форму энергии, обеспечивающей работу производственных механизмов.

Шифр индивидуального задания

Таблица 1 — Исходные данные

Элементы оборудования подлежащие выбору.

Задание: по исходным данным варианта № 83 произвести выбор следующего оборудования для системы электроснабжения предприятий (рисунок 1): трансформатор T1, Т2, Т3, выключатель нагрузки QF1, кабельную линию W2, силовые выключатели Q1, Q2, Q3, разъединителей QS5, QS12, QS4, QS3, QS2, QS1.

Материал жилы кабеля: алюминий.

Место прокладки кабеля: в воде.

Описание схемы электроснабжения

Схема подстанции с потребителями Р1 — Р4, М1, М2. Выключатели Q1 — Q6 конструктивно выполнены на выкатных тележках и при массе каждого около полутоны, могут свободно транспортироваться одним человеком на расстояния в пределах распределительного устройства (РУ).

Поэтому для вывода в ремонт выключатель отключается и выкатывается из ячейки РУ. Так как видимый разрыв обеспечен (выключатель одновременно выполняет роль разъединителей, в связи, с чем специальная их установка не требуется), можно производить необходимые работы.

Особенность — отсутствует выключатель на стороне высокого напряжения U1 подстанции, но появились другие коммутационные аппараты. Это короткозамыкатель QM1 и отделитель QR1. Работает эта система при возникновении КЗ в силовом трансформаторе Т1 следующим образом. При таком повреждении — РЗ (на схеме не показана) питающей линии W1, установленная в «голове» линии, может не почувствовать такой ток КЗ, а РЗ трансформатора, подключенная к ТА2 и ТА4, должна обязательно сработать. Последняя подействует на QN1, который замкнется и сделает искусственное КЗ, сопровождающееся большим током, значительно превышающим ток при КЗ в трансформаторе. Релейная защита линии W1 такой ток КЗ почувствует и подаст сигнал на отключение своего выключателя (на схеме не показан). После его срабатывания в бестоковую паузу отключится QR1, а АПВ линии W1 вновь включит головной выключатель, и у других потребителей восстановится питание.

Расчетно-пояснительная записка

Выбор электродвигателей М1 и М2

Для выбора силового трансформатора Т1 необходимо учесть всю мощность, протекающую через него, поэтому необходимо произвести расчёт и выбор двигателей М1 и М2.

1. Выбор электродвигателя производится по номинальной мощности и по номинальному напряжению: Р_М и U2.

Данные для выбора двигателя М1: Р_М1=630 кВт; U_н=10 кВ.

Условия выбора: U_{н. м} 1? U2; P _{н. м} 1? Р_м1, где U_{н. м -} номинальное напряжение двигателя по паспорту; P _{н. м} — номинальная мощность на валу двигателя по паспорту. Из табл.2.4, раздела 2, стр 46 справочника «Оборудование и электротехнические устройства систем электроснабжения» выбираем асинхронный двигатель типа ДАЗО4−450Х-4МУ1 (двигатель асинхронный, с короткозамкнутым ротором, закрытый, обдуваемый, 4-й серии, 450 мм — высота оси вращения, 4-х полюсный, модернизированный, климатическое исполнение — умеренный, категория размещения — 1.

Таблица 2 — Параметры двигателя М1

а) Рассчитаем активную мощность электродвигателя Pэл. м, потребляемую из сети:

P_{эл. м}1= Р_{н. м}1/ КПД_двиг1=630/0,947=665,26 кВт.

б) Рассчитаем полную мощность Sэл. м1 электродвигателя, потребляемую из сети:

S_{эл. м}1=Р_{эл. м}1/cosц_м1=665,26 /0,87=764,67 кВА.

в) Рассчитаем номинальный ток электродвигателя I_{н. м}1:

I_{н. м}1=S_{эл. м}1/ (v3U2) = 764,67 / (v3· 10) =44,15 А.

Данные для выбора двигателя М2: Р_М1=2500 кВт; U_н=10кВ.

Условия выбора: U_{н. м} 2? U2; P _{н. м} 2? Р_м2,где U_{н. м -} номинальное напряжение двигателя по паспорту; P _{н. м} — номинальная мощность на валу двигателя по паспорту. Из табл.2.4, раздела 2, стр 46 справочника «Оборудование и электротехнические устройства систем электроснабжения» выбираем асинхронный двигатель типа ДАЗО4−450Х-4МУ1 (двигатель асинхронный, с короткозамкнутым ротором, закрытый, обдуваемый, 4-й серии, 450 мм — высота оси вращения, 4-х полюсный, модернизированный, климатическое исполнение — умеренный, категория размещения — 1.

Таблица 3 — Параметры двигателя М2

а) Рассчитаем активную мощность электродвигателя Pэл. м, потребляемую из сети:

P_{эл. м}2= Р_{н. м}2/ КПД_двиг2=2000/0,96=2083,33 кВт.

б) Рассчитаем полную мощность Sэл. м2 электродвигателя, потребляемую из сети:

S_{эл. м}2=Р_{эл. м}2/cosц_м1=2000/0,88=2272,73 кВА.

в) Рассчитаем номинальный ток электродвигателя I_{н. м}2:

I_{н. м}2=S_{эл. м}2/ (v3U2) =2000 / (v3· 10) =115,47 А.

Выбор силового трансформатора Т1

Необходимо найти полную мощность, протекающую через трансформатор:

S_сум = S_м1+S_м2+ (Р1+Р2+Р3+P4+Р_сн) /cosц = 764,67 +2272,73 + (1900+1850+1200+1150) /0,87=10 502,76 кВА.

По суммарной мощности S_сум = 10 502,76 кВА и по напряжению установки выбираем трансформатор исходя из следующих условий (таблица 4).

Таблица 4 — Условия выбора трансформатора Т1

Таблица 5 — Параметры трансформатора Т1

Выбираем из (1, табл.3.6, с.146) трансформатор типа ТМ-16 000/110. Данный трансформатор удовлетворяет предъявленным требованиям.

Максимальная мощность трансформатора с учётом перегрузки:

S_{раб. мах}=1,5· S_{н. тр},

где S_{н. тр -} номинальная мощность, передаваемая по сети через трансформатор

S_{раб. мах}=1,5· 16 000=24000 кВА, Определим ток, протекающий по обмоткам трансформатора по высокой и низкой обмоткам, используя следующую формулу:

I=S_тр/ (v3· U).

Максимальный ток, протекающий по высоковольтной стороне силового трансформатора:

I_{раб. мах (вн)} =24 000/ (v3· 110) =125,97 А Максимальный ток, протекающий по низковольтной стороне силового трансформатора

I_{раб. мах (нн)} =24 000/ (v3· 10) =1385,68 А Выбор трансформатора для собственных нужд Т2

Рассчитаем номинальную мощность собственных нужд:

S_сн = Р_сн/cosц = 590/0,87 = 678,16 кВА.

Из справочника (табл.3.3) выбираем трансформатор собственных нужд.

Таблица 6 — Параметры трансформатора собственных нужд Т2

Производим выбор трансформатора типа ТСГЛ-1000/10 У3.

С учётом допустимой перегрузки максимальная мощность нагрузки собственных нужд составляет:

S_{раб. мах}=1,5· S_н=1,5·1000=1500 кВА.

электродвигатель электроснабжение трансформатор оборудование Определим ток, протекающий по высоковольтной обмотке трансформатора (это необходимо для выбора предохранителя):

I=S_тр/ (v3· U).

Максимальный ток, протекающий по высоковольтной обмотке трансформатора:

I_{раб. мах (вн)} =1500/ (v3· 10) =86,6 А.

Данный трансформатор соответствует предъявленным требованиям.

Выбор силового трансформатора Т3

Полная мощность, передаваемая через трансформатор потребителю в нормальном режиме:

S_{уст. тр}=Р_нагр/cosц_нагр=1900/0,87=2183,9 кВА.

По подключенной мощности S_уст=2183,9 кВА и напряжению установки выбираем трансформатор исходя из следующих условий выбора (таблица 7)

Таблица 7 — Условия выбора силового трансформатора Т3

Из (табл.3.3) выбираем трансформатор типа ТМ-2500/10.

Таблица 8 — Параметры силового трансформатора Т3

Максимальная мощность трансформатора с учётом перегрузки: S_{раб. мах}=1,5· S_{н. тр}, где S_{н. тр} — номинальная мощность, передаваемая по сети через трансформатор.

S_{раб. мах}=1,5· 2500=3750 кВА.

Таким образом, выбранный трансформатор удовлетворяет заданным условиям.

Определим ток, протекающий по обмоткам трансформатора по высокой и низкой обмоткам, используя следующую формулу:

I= S_{н. тр}/ (v3· U).

Номинальный рабочий ток, протекающий по высоковольтной обмотке трансформатора:

I_{н. тр}=2500/ (v3· 10) =144,34 А.

Максимальный ток, протекающий по высоковольтной стороне силового трансформатора:

I_{раб. мах (вн)} =3750/ (v3· 10) =216,51 А.

Максимальный ток, протекающий по низковольтной стороне силового трансформатора:

I_{раб. мах (нн)} =3750/ (v3· 0,38) =5681,82 А.

Выбор выключателя нагрузки: QF1

Выбор производится по максимальному току на низкой стороне трансформатора нагрузки:

I_{раб. мах}=1,5· S_тр/ (v3· U3) =1,5· 2500/ (v3· 0,38) = 5681,82 А.

Выбор производится, исходя из следующих положений:

U_н?U_уст,

где U_{уст -} линейное напряжение участка сети, где предусмотрена установка аппарата.

I_рас?I_н,

где I_рас — расчётный максимальный ток продолжительного рабочего режима участка цепи, для которого предусмотрен электрический аппарат.

Таблица 9 — Параметры выключателя нагрузки QF1

Заданным параметрам соответствует выключатель типа ЭО-40С (табл.6.12, с.379).

Выбор кабеля W2

Выбор кабеля производится по экономической плотности тока.

Ток рабочего нормального режима I_н= 144,34 А.

Ток рабочего максимального режима с учётом возможной перегрузки трансформатора (из предыдущих расчётов): I_{раб. мах}=216,51 А.

Выбор производим, учитывая условия прокладки кабеля (см. исходные данные).

Тип изоляции — резиновая и пластмассовая.

Из справочника раздел 4, таблица 4.5, для кабеля с алюминиевыми жилами, резиновой и пластмассовой изоляцией и Т_MAX = 2500 часов находим экономическую плотность тока:

Jэк=1,9 А/мм².

По экономической плотности тока Jэк находим площадь сечения:

Sэ= I_{раб. мах}/Jэк=216,51/1,9=113,95 мм².

Выбрано стандартное сечение кабеля S=120 мм².

Таблица 10 — Параметры кабеля W3

Произведём проверку выбранного кабеля на выполнение условия:

I_{раб. мах} < I_доп,

где I_{раб. мах} — максимальное значение тока при эксплуатации кабеля;

I_доп = 218 А? I_{раб. мах} = 216,51 А

I_{раб. мах}? I_{доп -} условие выполняется.

Выбор выключателя Q3 и разъединителей QS12, QS5

Выбор выключателя Q3 производится по ранее найденному току рабочего максимального режима I_{раб. мах} и напряжению установки.

Условие выбора:

U_н?U_уст; Iн? I_{раб. мах}.

Заданным параметрам удовлетворяет выключатель типа ВЭ-6−40/1000УЗ (ТЗ) и разъединитель РВ-10/400У2 (табл.5.1, с. 231 табл.5.51, с.260).

Таблица 11 — Параметры выключателя Q3, разъединителей QS12 и QS5

Выбор выключателя Q2 и разъединителей QS3, QS4

Выбор выключателя Q2 производится по ранее найденному току рабочего максимального режима I_{раб. мах} и напряжению установки.

Условие выбора:

U_н?U_уст; Iн? I_{раб. мах}.

Таблица 12 — Параметры выключателя Q2, разъединителей QS3 и QS4

Заданным параметрам удовлетворяет разъединитель РВР-10/2500 У2 (1, табл.5.5, с.260) и включатель типа ВЭ-6−40/1600УЗ (ТЗ) (1, табл.5.1, с.231).

Выбор выключателя Q1 и разъединителей QS1, QS2

Выбор выключателя Q1 производится по ранее найденному току рабочего максимального режима I_{раб. мах} и напряжению установки.

Условие выбора:

U_н?U_уст; Iн? I_{раб. мах}.

Таблица 12 — Параметры выключателя Q1, разъединителей QS1 и QS2

Заданным параметрам удовлетворяет разъединитель РНД-110/630Т1 (1, табл.5.5, с.271) и включатель типа ВВУ-110Б-40/2000У1 (1, табл.5.1, с.231).

Библиографический список

1. Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов.4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1989.608 с.

2. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей / Под ред.В. М. Блок — М.: Высш. школа, 1981.304 c.

3. Справочник по проекитрованию электроэнергетических систем/ Под ред.С. С. Рокотина и И. М. Шапиро, 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1985.352 с.

4. Токарев Б. Ф. Электрические машины: Учебник для техникум. — М. Энергоатомиздат, 1989 — 672 с.

5. Применение государственных стандартов в курсовом и дипломном проектировании: Метод. указания / Сост.: В. В. Карпов, С. П. Шамец; ОмПИ. Омск, 1989.32 с.

6. Усатенко С. Т., Каченюк Т. К., Терехова М. В. Справочник. Выполнение электрических схем по ЕСКД: М.: Изд-во стандартов, 1989.325 с.

7. Нейман Л. Р., Демирчан К. С. Теоретические основы электротехники: Учебник для вузов.3-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат, 1981. Т1.536с.

8. Справочник по электрическим машинам / Под общ. ред. И. П. Копылова. М.: Энергоиздат, 1988.

9. Чунихин А. А. Электрические аппараты / Общий курс. Учебник для вузов.3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1988.720 с.

10. Правила устройства энергоустановок / Минэнерго СССР.6-е изд., перераб. и доп.М. Энергоатомиздат, 1986. Т.1,2.648 с.

11. ГОСТ 14 209–85. Трансформаторы силовые маслянные общего назначения. Допускаемые нагрузки. М.: Изд-во стандартов, 1985.

12. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций. М.: Энергоатомиздат, 1987.648 с.

13. Ястребов П. П., Смирнов И. П. Электрооборудование. Электротехнология. М.: Высш. шк., 1987.199 с.

14. Околович М. Н. Проектирование электрических станций. М.: Энергоатомиздат, 1982.400 с.

15. Смирнов А. Д., Антипов К. М. Справочная книжка энергетика. М.: Энергоатомиздат, 1987.568 с.