Снижения затрат на электроэнергию путем уменьшения реактивной мощности (на примере ФГУ «Обь-Иртышводпуть»)

содержание ВВЕДЕНИЕ

1. Анализ и постановка задач дипломного проектирования

1.1 Описание системы электроснабжения

1.2 Определение электрических нагрузок

1.3 Определение центра электрических нагрузок

1.4 Компенсирующие устройства

1.5 Графики электрических нагрузок

2. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчёт электрических нагрузок портовых портальных кранов

2.2 Расчет освещения заданного цеха точечным методом

2.3 Расчёт электрических нагрузок заданного цеха

2.4 Выбор числа и мощности трансформаторов в цеховой подстанции Заданного цеха

2.5 Расчёт и выбор компенсирующих устройств заданного цеха

2.6 Расчёт и выбор параметров электрической цепи заданного цеха

2.7 Расчёт токов короткого замыкания

2.8 Расчёт осветительных нагрузок по предприятию

2.9 Расчёт нагрузки цехов и предприятия в целом

2.10 Выбор и расчёт компенсирующих устройств по предприятию

2.11 Расчёт центра электрических нагрузок

2.12 Выбор системы электроснабжения предприятия и трансформаторов на Цеховых ТП

3. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ УСТРОЙСТВ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

4.1 Выбор методики расчёта

4.2 Определение экономических показателей компенсирующих устройств

5. ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

5.1 Общие положения

5.1.1 Основные законодательные акты, в области охраны труда

5.1.2 Регулирование взаимоотношений работника и работодателя

5.1.3 Финансирование мероприятий по улучшению условий и Охраны труда

5.1.4 Обеспечение охраны труда на уровне предприятий и организаций

5.2 Электробезопасность

5.3 Виды поражения электрическим током

5.4 Безопасность работ при монтаже и ремонте электрооборудование Подстанций

5.5 Безопасность труда

5.6 Электробезопасность на судах водного транспорта

5.7 Охрана труда на водном транспорте

5.7.1 Основные документы, охраны труда на водном транспорте

5.7.2 Основные опасные и вредные факторы возникающие на судах

5.8 Инструкция по охране труда

5.9 Общие понятия и основные принципы регулирующих экологических Отношений в РФ ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы дипломного проекта. В настоящее время с повышением тарифов на приобретения электроэнергии уделяют особое внимание снижению затрат на покупку электроэнергии. Таким образом, важной научно-технической проблемой является рационально передавать и распределять электрическую энергию; правильно определять электрические нагрузки; обеспечивать необходимое качество электроэнергии; экономия электроэнергии. Решается эта задача не только путем разработки и внедрения принципиально новых технологий и конструкций, но и решения многочисленных локальных задач по каждому действующему технологическому процессу и оборудованию с учетом минимизации издержек при его эксплуатации и широкого внедрения энергосберегающих технологий. Поэтому уменьшение реактивной нагрузки позволит производителю электроэнергии при той же величине производимой мощности снабжать дополнительных потребителей, то есть обеспечить в определенной степени прирост потребления без увеличения вырабатываемой мощности. Или потребителю прирастить свои производственные мощности без увеличения потребления из сети.

Связь темы дипломного проекта с общенаучными (государственными) программами и планом работы академии. Работа выполнялась в соответствии с научными направлениями технического комитета № 77 МЭК и рабочих групп СИГРЭ, с научной целевой комплексной программой «Электромагнитная совместимость технических средств» ОИВТ ФГОУ ВПО Новосибирская государственная академия водного транспорта (гос. регистр № 120 956 736).

Целью дипломного проекта является снижения затрат на электроэнергию путём уменьшения реактивной мощности.

Методы исследования. В процессе выполнения исследования применялись: научно-техническое обобщение литературных источников, методы теоретических основ электротехники и теории электрических сетей, методы расчета электрических нагрузок и электрических сетей электроэнергетических систем.

Практическая значимость дипломного проекта. Основные результаты расчетов и технических решений разработанные в дипломном проекте выполнены по заданию и предложены к внедрению в Омский судоремонтный завод.

Задачи выполняемой работы: В системе электроснабжения потери в сетях составляют 8−12% от объёма производства. Для уменьшения этих потерь необходимо:

1) Правильно определять электрические нагрузки.

2) Рационально передавать и распределять электрическую энергию.

3) Обеспечивать необходимую степень надёжности.

4) Обеспечивать электромагнитную совместимость приёмника с сетью.

5) Экономить электроэнергию.

Мероприятия, могущие обеспечить вышеперечисленные задачи это — создание быстродействующих средств компенсации реактивной мощности, улучшающей качество; сокращение потерь достигается компенсацией реактивной мощности, увеличением загрузки трансформаторов, уменьшением потерь в них, приближением трансформаторов к нагрузкам, использование экономичного оборудования и оптимизация его режимов работы, а также использование автоматических систем управления электроснабжением. Режим работы энергосистемы характеризуется тремя параметрами: напряжением, током и активной мощностью.. Вспомогательный параметр — реактивная мощность. Реактивная мощность и энергия ухудшают показатели работы энергосистемы, то есть загрузка реактивными токами генераторов электростанций увеличивает расход топлива; увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках; увеличивается падение напряжения в сетях.

1. анализ и постановка задач дипломного проектирования

1.1 Описание системы электроснабжения Таблица 1.1 — Электроснабжение предприятия

В системе электроснабжения потери в сетях составляют 8−12% от объема производства. Для уменьшения этих потерь необходимо: правильно определять электрические нагрузки; рационально передавать и распределять электрическую энергию; обеспечивать необходимую степень надежности; обеспечивать необходимое качество электроэнергии; обеспечивать электромагнитную совместимость приемника с сетью; экономить электроэнергию. Мероприятия, могущие обеспечить вышеперечисленные задачи это — создание быстродействующих средств компенсации реактивной мощности, улучшающей качество; сокращение потерь достигается компенсацией реактивной мощности, увеличением загрузки трансформаторов, уменьшением потерь в них, приближением трансформаторов к нагрузкам, использование экономичного оборудования и оптимизация его режимов работы, а также использование автоматических систем управления электроснабжением. Режим работы энергосистемы характеризуется тремя параметрами: напряжением, током и активной мощностью. Вспомогательный параметр — реактивная мощность. Реактивная мощность и энергия ухудшают показатели работы энергосистемы, то есть загрузка реактивными токами генераторов электростанций увеличивает расход топлива; увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках; увеличивается падение напряжения в сетях. Реактивную мощность потребляют такие элементы питающей сети как трансформаторы электростанций; главные понизительные электростанции, линии электропередач — на это приходится 42% реактивной мощности генератора, из них 22% на повышающие трансформаторы; 6,5% на линии электропередач районной системы; 12,5% на понижающие трансформаторы. Основные же потребители реактивной мощности — асинхронные электродвигатели, которые потребляют 40% всей мощности совместно с бытовыми и собственными нуждами; электрические печи 8%; преобразователи 10%; трансформаторы всех ступеней трансформации 35%; линии электропередач 7%. Говоря иначе, существуют приемники электроэнергии, нуждающиеся в реактивной мощности. Одной реактивной мощности, выдаваемой генератором явно недостаточно. Увеличивать реактивную мощность, выдаваемую генератором нецелесообразно из-за вышеперечисленных причин, т. е. нужно выдавать реактивную мощность именно там, где она больше всего нужна.

Задача данного дипломного проекта — определить мощность подстанции для подключения слипа, точку подключения слипа к системе электроснабжения, определить числа и мощность компенсирующих устройств и точки их подключения.

1.2 Определение электрических нагрузок Правильное определение ожидаемых нагрузок способствует решению общей задачи оптимизации построения систем внутризаводского электроснабжения.

Электрическая нагрузка — величина, характеризующая потребление мощности отдельными электроприемниками или потребителями электрической энергии. Определение значения электрических нагрузок является первым этапом проектирования систем электроснабжения и в совокупности с расчетами токов короткого замыкания позволяет выбрать токоведущие части электроустановок, трансформаторы и коммутационные аппараты по техническим и экономическим критериям.

Поскольку нагрузка как случайная величина имеет вероятностную природу, то вероятностные методы являются более точными.

Эмпирические методы (методы без использования элементов теории вероятности) проще в инженерной практике чаще применяются.

Существуют следующие методы определения электрических нагрузок:

а) определение расчетных нагрузок по методу коэффициента спроса:

Этот метод относится к приближенным. В его основу положена формула:

(1.1)

Где — расчетная мощность;

— номинальная мощность.

Значение, принимается постоянным независимо от числа электроприемников в группе, что определяет приближенность метода. Однако этот метод хорошо зарекомендовал себя при подсчетах осветительной нагрузки по формулам:

;

(1.2)

где — индекс «о» указывает на принадлежность к осветительным сетям.

При использовании метода коэффициента спроса при наличии групп электроприемников (ЭП) суммарные расчетные мощности будут:

;

;

где — коэффициент разновременности (0,85−0,95);

— реактивная мощность электроприемников.

Расчетный ток в электрической сети:

б) расчет электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм:

Этот и статистический методы относятся к способам расчета, в которых учитывается вероятностная природа электрических нагрузок.

Для каждой технологической группы ЭП определяются средние за наиболее загруженную смену активная и реактивная мощности:

;

где — коэффициент использования.

Далее рассчитывается эффективное число электроприемников.

Полную расчетную мощность вычисляют, как и в предыдущем методе, по формулам (1.4), (1.5), (1.6),(1.9), (1.10);

в) определение расчетной нагрузки:

В основу расчета электрических нагрузок речных портов положен статистический метод.

Нагрузку портальных кранов рассчитывают по статистическим коэффициентам в зависимости от рода груза:

где — среднее квадратичное отклонение реактивной нагрузки.

Для удобства полученные данные можно свести в таблицу;

г) определение пиковых нагрузок:

Нагрузки длительностью до 2 с относятся к пиковым. Такие нагрузки часто возникают при пуске электродвигателей, работе сварочных трансформаторов и машин контактной сварки. В практике часто появляются задачи расчета пика тока одного /пик или группы /пик электроприемников. Пиковый ток характеризуется частотой повторения, устанавливающей размах изменения напряжения.

Пиковый ток для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором можно приближенно принять равным пятикратному по отношению к номинальному, с фазным ротором — 2,5-кратному номинального. При одновременном включении нескольких двигателей пиковый ток равен сумме пиковых токов отдельных электродвигателей.

Пиковый ток сварочных трансформаторов при отсутствии заводских данных может быть принят не менее трехкратного номинального тока без приведения к ПВ = 100%.

Основными электротехнологическими установками, создающими пиковые нагрузки, являются дуговые сталеплавильные печи и машины контактной сварки.

1.3 Определение центра электрических нагрузок Для определения местоположений ГПП, ГРП и ТП при проектировании системы электроснабжения на генеральный план промышленного предприятия наносится картограмма нагрузок, которая представляет собой размещение на генеральном плане окружности, причём площади, ограниченные этими окружностями, в выбранном масштабе равны расчётным нагрузкам цехов. Для каждого цеха наносится своя окружность, центр которой совпадает с центром электрических нагрузок цеха.

Площадь круга в определённом масштабе равна расчётной нагрузке соответствующего цеха, кВт:

Каждый круг может быть разделён на секторы, соответствующие осветительной и силовой нагрузкам. В этом случае картограмма даёт представление не только о величине нагрузки, но и о её структуре.

Картограммы следует наносить на генеральный план промышленного предприятия отдельно для активной и реактивной нагрузок, так как питание активных и реактивных нагрузок производится от разных источников питания. Первый вариант необходим для выбора рационального места расположения питающей подстанции ГПП (ГРП), второй помогает определить рациональное размещение компенсирующих устройств в конкретной системе электроснабжения промышленного предприятия.

Осветительная нагрузка каждого цеха изображается в виде сектора круга:

Центр электрических нагрузок предприятия определяется по формуле, м:

Полученные данные сводим в таблицу.

1.4 Компенсирующие устройства Предприятие не всегда может обеспечить заданный со стороны энергосистемы режим реактивной мощности без дополнительной компенсации, который достигается при помощи источников реактивной мощности (ИРМ), в качестве которых применяют: синхронные двигатели (СД), конденсаторы и статические источники.

Основное назначение СД — выполнение механической работы, следовательно, он является потребителем активной мощности. При перевозбуждении СД его электродвижущая сила (ЭДС) больше напряжения сети, в результате вектор тока статора опережает вектор напряжения, то есть имеет ёмкостной характер, а СД выдаёт реактивную мощность (рис. 1.2).

Изменение тока возбуждения позволяет плавно регулировать генерируемую СД реактивную мощность. Затраты на генерацию СД реактивной мощности определяются в основном стоимостью связанных с этим потерь реактивной мощности в самом двигателе. Потери активной мощности в СД зависят от генерируемой им реактивной мощности причем, чем меньше номинальная мощность СД и его частота вращения, тем больше эти потери. Для быстроходных СД удельный расход активной мощности составляет около 10 Вт/квар. В качестве ИРМ обычно используют СД 6−10 кВ, недогруженные по активной мощности.

а) б) Режим недовозбуждения Режим перевозбуждения Рисунок 1.1 — Векторные диаграммы синхронного двигателя В виде комплектных конденсаторных установок (ККУ) конденсаторы являются наиболее рациональными по технико-экономическим данным ИРМ. Они имеют малые потери активной мощности 2,5−5 Вт/квар, относительно просто монтируются, несложны в эксплуатации в следствии отсутствия вращающихся частей, могут быть установлены в любом месте по схеме электросетей. К недостаткам конденсаторов относят зависимость генерируемой реактивной мощности от напряжения и частоты:

; (1.17)

— недостаточную стойкость токам короткого замыкания и перенапряжения;

— чувствительность к искажениям формы кривой подводимого напряжения.

Наибольшее распространение получили ККУ напряжением до 1 кВ. Обычно ККУ разделяют на секции и коммутацию осуществляют при помощи контакторов, включение и отключение которых сопровождается бросками тока и является причиной помех в электросети. Вместо контакторов также используют тиристорные выключатели, применение которых позволяет исключить броски токов, так как включение тиристорных выключателей происходит в момент прохождения напряжения через ноль, а отключение при прохождении тока через ноль.

1.5 Графики электрических нагрузок Кривую изменения нагрузки во времени Р (), I (), Q () — называют графиком нагрузки. Наглядное представление о графиках дают самопишущие амперметры или ваттметры. В условиях эксплуатации изменение активной и реактивной мощности можно записать в виде ступенчатой кривой по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии. При этом значение, например, активной энергии в течение времени определяет среднюю активную мощность:

. (1.18)

В процессе эксплуатации графики возможно использовать для решения вопросов компенсации реактивной мощности, регулирования напряжения, определения загрузки трансформаторов и др.

В зависимости от продолжительности выделяют основные графики — суточные и годовые.

По суточным графикам можно установить максимальную активную и реактивную мощности наибольшие нагрузки длительностью не менее 0,5 ч; средние и средние квадратичные нагрузки; коэффициент мощности в максимум нагрузки; суточный расход активной Эал и реактивной Эр. с энергии, которые соответствуют площади суточного графика в определенном масштабе.

Годовые графики электропотребителей бывают максимальные суточные (когда в течение года за каждые сутки фиксируются и), максимальные месячные (если в течение года за каждый месяц фиксируются и) и графики, но продолжительности или упорядоченные, которые дают представление о нагрузке по убывающему значению (рис. 1.4). Последние наиболее распространены при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения. Они позволяют определить годовые максимумы и годовой расход энергии, соответствующий в определенном масштабе площади графика [7, c.222].

Рисунок 1.2 — Графики электрических нагрузок

2. Расчетная часть

2.1 Расчёт электрических нагрузок портовых портальных кранов Мощность электрических портальных кранов в современных речных портах составляет до 60−70% общей установленной мощности всех электроприемников. Следовательно, расчет мощности крановых механизмов практически определяет достоверность расчетов электрических нагрузок портовых потребителей в целом. Существует несколько методик расчета электрических нагрузок портовых портальных кранов. Наиболее приемлемый результат без трудоемких вычислений можно получить проводят расчет по методике ЧерноморНИИпроект, предложенный инженером Л. А. Кирпичниковым и М. И. Харифом (15. 16).

Применив метод коэффициента использования автора получили расчетные коэффициенты, позволяющие подсчитать максимальную активную мощность, максимальный расчетный и пиковый токи портального крана по простейшим выражениям:

; (2.1)

; (2.2)

; (2.3)

; (2.4)

где Руст — суммарная установленная мощность (кВт) всех электродвигателей одного или нескольких кранов, включая электродвигатели механизмов передвижения, взятий при ПВ == 25% ;

Кр.max. KImax, Кnик — расчетные коэффициенты для определения, соответственно, мощности и тока крановых потребителей.

Значение коэффициентов принимается по графикам рис. 2.1.

Считаем, что если кран один в режиме пуска. У портального крана предусматривается компенсация реактивной мощности.

;

;

;

;

;

;

.

Величину электроэнергии, потребляемой портовым портальным краном в год, рекомендуется определять по выражению

(2.5)

где Рср — средняя мощность (кВт), одного иди нескольких кранов, определяемая, как произведение суммарной установленной мощности Руст на расчетный коэффициент Кп (см. табл.2.1)

Таблица 2.1

; (2.6)

;

— коэффициент определяющий отношение годового рабочего времени (Траб) в течении которого включены электродвигатели кранов к продолжительности навигационного периода

; (2.6)

;

— коэффициент определяющий отношение годового рабочего времени (Траб) в течении которого включены электродвигатели кранов к продолжительности навигационного периода

2.2 Расчет освещения заданного цеха точечным методом Для выполнения расчета освещения будем использовать САПР «Компас 3D», а именно библиотеку «Расчет освещения». (См. чертёж приложение А).

Методика расчета заключается в следующем. Помещение, имеющее в плане сложную форму, представляется как прямоугольное. При этом рассматривается прямоугольник, описанный вокруг фактического контура помещения. Таким образом, рассчитываемое помещение всегда имеет форму прямоугольного параллелепипеда.

Расчет освещенности производится для дискретных точек помещения. В качестве начального условия, Пользователь выбирает размерность трехмерного массива точек, подлежащих расчету. Размерность массива (X x Y x Z) может произвольно изменяться в диапазоне от 3×3×3 до 50×50×50 точек.

На основе полученных значений освещенности в точках может быть построена пространственная изолюкса. Результат расчета может быть представлен либо в табличной форме, либо в виде плоских изолюкс. Геометрический метод получения линий равной освещенности (путем выполнения сечения пространственной изолюксы поверхностями, параллельными расчетной поверхности), позволяет получить представление о распределении освещенности на любой рабочей поверхности. В качестве стандартных поверхностей, для которых может быть создан отчет, наряду с рабочей, рассматриваются поверхности стен и потолка помещения.

Рисунок 2.2 — Расчетная схема Суть метода заключается в определении освещенности в точке горизонтальной, вертикальной и наклонной плоскости, исходя из определения светового потока от источника, падающего на элементарную площадку, содержащую расчетную точку. По форме распространения света источники подразделяются на точечные, от каждого из которых падает на рассчитываемую поверхность один луч, и линейные, где на поверхность падает ряд лучей, лежащих в одной плоскости.

Расчет сводится к определению вклада в освещенность каждого источника, характеризуемого силой света и направлением. В справочной литературе рассматриваются нюансы вычисления освещенности для круглосимметричных, некруглосимметричных точечных источников, светящихся линий и плоскостей. В случае точечного круглосимметричного источника освещенность в точке определяется по формуле (закон квадратов расстояний)

; (2.1)

где — сила света источника в выбранном направлении;

— угол между нормалью к освещаемой плоскости и выбранным направлением;

— расстояние от источника до освещаемой плоскости (проекция).

Все было бы достаточно просто, но оперативно воспользоваться формулой не получится, так как для определения необходимых величин используется множество объемных таблиц и номограмм, требующих детального инженерного подхода (см. указанную выше «Справочную книгу по светотехнике»). После определения подобным образом величин в дальнейшем применяется формула

; (2.2)

где — коэффициент запаса;

— КПД осветительного прибора для нижней полусферы лампы;

— отраженная составляющая;

— сумма элементарных освещенностей от всех источников в выбранной точке.

После расчетов по полученному световому потоку из таблиц определяют мощность и количество ламп, зная заранее тип осветительных приборов.

Для некруглосимметричных источников процесс расчета усложняется, так как приходится учитывать светораспределение по трем направлениям, в целом же подход аналогичен.

При расчете освещенности с использованием излучателей, образующих длинные линии (например, линия люминесцентных ламп дневного освещения), источник света разбивается на элементарные участки и вводится понятие плотности светового потока ламп в линии (), отнесенного к длине 1 м, т. е.

; (2.3)

где — поток лампы в сплошном элементе длиной 1;

— длина равномерно распределенных разрывов по длине лампы (если они есть).

Используя кривые равной освещенности для выбранных типов ламп, определяют условную освещенность () и по формуле

; (2.4)

рассчитывают необходимую плотность потока.

При расчете освещения заданного цеха точечным методом воспользуемся программой Компас 3D и результаты расчетов приведем в приложении.

2.3 Расчет электрических нагрузок заданного цеха методом упорядоченных диаграмм (коэффициента максимума) Это основной метод расчета электрических нагрузок, который сводится к определению максимальных (,) расчетных нагрузок группы электроприемников.(См чертёж приложение Б).

Выбираем следующие виды РУ: ШМА, РП, ЩО Исходя из понятия категории ЭСН-2 составляем схему ЭСН.

Так как потребитель 2 категории ЭСН, то ТП — двухтрансформаторная.

Нагрузки 3-фазного ПКР приводятся длительному режиму

; (2.5)

Для мостового крана Рисунок 2.3 — Схема ЭСН цеха Таблица 2.2 — Потребители электроцеха.

Аналогично производится перерасчет для сварочных агрегатов.

Нагрузка 1-фазного ПКР, включенная на линейное напряжение, приводится к длительному режиму и к условной 3-фазной мощности:

Для заточного станка

; (2.6)

;

; (2.7)

;

; (2.8)

;

; (2.9)

;

; (2.10)

.

Аналогично производится расчет сверлильных станков.

Согласно распределению нагрузки по РУ заполняется «Сводная ведомость нагрузок по цеху».

Так как на РП1, РП2, РП3, ЩО1, ЩО2 электроприемники одного наименования, итоговых расчетов не требуется.

Расчеты производятся для ШМА1, ШМА2 и ШМА3.

.

, ;

,

;

;

, .

Определяется ток на РУ.

; (2.11)

.

Аналогично производится расчет для остальных РУ.

Определяются потери в трансформаторе

; (2.12)

(2.13)

;

; (2.14)

.

Результаты расчетов представлены в сводной ведомости нагрузок в (См. приложении В).

2.4 Выбор числа и мощности трансформаторов цеховой подстанции заданного цеха Определяется расчетная мощность трансформатора с учетом потерь, но без компенсации реактивной мощности. Поскольку используется такая схема подключения следовательно трансформатор выбирается по следующему условию:

; (2.15)

В качестве основного и резервного выбираем два трансформатора типа ТМ 400−10/0,4.

Определим коэффициент загрузки выбранного трансформатора:

; (2.16)

.

Таким образом принимаем цеховую КТП с двумя трансформаторами типа ТМ 400−10/0,4.

2.5 Расчет и выбор компенсирующих устройств заданного цеха Произведем расчет компенсирующих устройств для ШМА 1.

Таблица 2.3

Определяем расчетную мощность КУ

. (2.17)

где — расчетная мощность КУ, квар;

— коэффициент, учитывающий повышение естественным способом, принимается ;

 — коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.

Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения значения .

Принимаем, тогда .

.

Выбираем стандартную компенсирующую установку типа QRС 10.

Таблица 2.4

Определяем фактические значения и после компенсации реактивной мощности:

; (2.18)

Аналогично рассчитаем для ШМА 2, ШМА 3 и РП 1.

Для ШМА 2 выбираем компенсирующую установку QRC 7,5, для ШМА 3 — QRC 4,5, а для РП 1 — QRC 34,4.

Таблица 2.5 — Параметры компенсирующих устройств

Результаты расчета занесем в сводную ведомость

Таблица 2.6 — Сводная ведомость нагрузок

Определяем расчетную мощность трансформатора с учетом потерь:

; (2.19)

; (2.20)

; (2.21)

Выбираем трансформатор типа ТМ 400−10/0,4.

Определяем :

; (2.22)

.

Определим точки подключения КУ к ШМА.

Рисунок 2.4 — Расчетная схема с реактивными нагрузками

2.6 Расчет и выбор параметров электрической цепи заданного цеха Расчет и выбор параметров электрической цепи ремонтно-механического цеха произведем при помощи программы РОСА-2. Программа предназначена для расчета электрических сетей напряжением 0,4−6-10 кВ. Она позволяет конструировать однолинейные схемы силовых электрических щитов 0,4 кВ, а также однолинейные схемы распределительных устройств 6−10 кВ из определенных элементов, наиболее часто встречающихся электроприемников. С помощью программы можно производить расчет параметров сети в нормальном режиме (с двумя включенными вводами), в послеаварийном режиме (отключение одного из вводов и срабатывание секционного выключателя), а также анализировать ситуацию при «ручном» отключении любых фидеров.

Рассчитываются также уставки релейной защиты: максимально-токовой защиты, токовой отсечки, перегрузки всех фидеров распределительного устройства высокого напряжения (вводов, секционного выключателя, и отходящих линий). Данный расчет производится в аварийных режимах — автоматическом и ручном. Токи для расчета релейной защиты вычисляются с учетом самого большого пускового тока одного из двигателей. Результаты расчета и выбора представлены в приложении.

2.7 Расчет токов короткого замыкания Составим расчетную схему ЭСН до электроприемника № 1, подключенного к ШМА 1. Этот электроприемник — плоскошлифовальный станок,; ;; 3-фазный ДР. На схему наносим известные данные.

Рисунок 2.5 — Схема ЭСН электроприемника Рассчитаем и выберем АЗ типа ВА.

Линия — ШНН,, линия без ЭД:

; (2.23)

;

;

.

Выбираем ВА 55−39−3:

Линия ШНН — ШМА 1,, линия с группой ЭД:

;

;

; (2.24)

.

Выбираем автоматический выключатель ВА 51−35:

; (2.25)

; (2.26)

;

;

Принимаем

Так как на ШМА1 количество ЭД более 5, а наибольшим по мощности является токарный станок, то

; (2.27)

;

; (2.28)

;

;

;

.

Линия ШМА1 — плоскошлифовальный станок,, линия с одним ЭД:

;

;

;

;

.

Выбираем автоматический выключатель ВА 51−33:

;

;

.

Принимаем

Выбираем линии ЭСН с учетом соответствия аппаратам защиты согласно условию

. (2.29)

Для прокладки в воздухе в помещениях с нормальной зоной опасности при отсутствии механических повреждений выбирается кабель марки АВВГ, .

Линия с :

.

Выбираем АВВГ — 3х (3×35), .

Линия с :

.

Выбираем АВВГ — 3х (3×16), .

Выбираем ШРА4−250−32−1У3:

Сечение шинопровода

Составим схему замещения и пронумеруем точки КЗ в соответствии с расчетной схемой Рисунок 2.6- Схема ЭСН расчетная Рисунок 2.7 — Схема замещения Рисунок 2.8 — Схема замещения упрощенная Вычисляем сопротивления элементов и наносим на схему замещения.

Для системы

; (2.30)

.

Наружная ВЛ АС-3×10/1,8; ;

;

; (2.31)

;

; (2.32)

;

; (2.33)

.

Сопротивления приводятся к НН:

; (2.34)

;

; (2.35)

.

Для трансформатора

;;.

Для автоматов

;

;

.

Для кабельных линий КЛ1:

;

.

Так как в схеме 3 параллельных кабеля, то

; (2.36)

;

; (2.37)

;

; (2.38)

КЛ2:

;

;

;

;

Для шинопровода ШРА 250

;

;

;

.

Для ступеней распределения

;

.

Упрощаем схему замещения, вычисляем эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ и наносим на схему:

; (2.39)

;

; (2.40)

;

; (2.41)

;

; (2.42)

;

; (2.43)

;

; (2.44)

.

Вычисляем сопротивления до каждой точки КЗ и заносим в «сводную ведомость»:

;

;

; (2.45)

;

; (2.46)

;

; (2.47)

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Определяем коэффициенты и :

Рисунок 2.9 — Зависимость

;

;

;

; (2.48)

;

.

Определяем 3-фазные и 2-фазные токи КЗ и заносим в «Ведомость»:

; (2.49)

;

;

;

;

;

;

;

;

; (2.50)

;

;

;

;

; (2.51)

;

;

;

;

Составим схему замещения для расчета 1-фазных токов КЗ и определим сопротивления.

Рисунок 2.10 — Схема замещения для расчета 1-фазных токов КЗ Для кабельных линий

; (2.52)

;

; (2.53)

;

; (2.54)

;

;

;

;

;

;

;

; (2.55)

;

; (2.56)

;

; (2.57)

;

;

;

;

;

;

;

; (2.58)

;

;

;

;

.

Результаты расчета токов КЗ представим в «Сводной ведомости токов КЗ».

Таблица 2.7 — Сводная ведомость токов КЗ

2.8 Расчёт осветительных нагрузок по предприятию Существует несколько методов расчета электрического освещения и мощности электроосветительных установок:

1. Расчет освещения по коэффициенту использования светового потока;

2. Расчет освещения точечным методом Широкое распространение получили упрощенные формы метода расчета освещения по коэффициенту использования светового потока:

а) метод удельной мощности;

б) метод расчета с использованием графиков Гурова-Прохорова.

На стадиях технического проектирования, когда требуется приближенно определить мощность осветительных установок и тип светильников пользуются в основном методом удельной мощности. Мощность осветительных установок для помещений здания или территории предприятия при этом определяется по формуле

. (2.59)

где — удельная мощность электрического освещения, Вт/м2;

— освещаемая площадь, м2;

— коэффициент запаса (на старение электродов ламп, загрязнение светильников и т. д.);

— коэффициент спроса.

Удельная мощность зависит от целого ряда факторов: геометрических размеров помещения, коэффициентов отражения потолка, стен, пола, применяемых типов светильников, нормируемой освещенности и т. д.

С учетом всех этих параметров произведем расчет освещенности предприятия.

2.9 Расчёт нагрузки цехов и предприятия в целом методом коэффициента спроса Метод коэффициента спроса то чисто статистический метод и в нем не рассматриваются тонкости формирования группового графика нагрузки из индивидуальных :

. (2.60)

где — коэффициент спроса, выявляемый статистическим путем для всех типовых объектов

(групп, участков, цехов) путем обследования аналогичных объектов на действующих предприятиях.

Эти значения приведены в справочниках.

Произведем расчет нагрузки для блока специальных (производственных) цехов:

;

электрический нагрузка замыкание трансформатор

; (2.61)

;

; (2.62)

.

Аналогично произведем расчет для остальных цехов предприятия и полученные данные сведем в таблицу (см. приложение Б).

2.10 Выбор и расчет компенсирующих устройств по предприятию Общие требования к компенсирующим и регулирующим устройствам При проектировании развития электрической системы должна быть рассмотрена возможность и экономическая целесообразность применения регулирующих и компенсирующих устройств таких как: генераторов электрических станций, трансформаторов и автотрансформаторов, батарей конденсаторов поперечной и продольной компенсации, реакторов поперечной компенсации, статических управляемых источников реактивной мощности. Все вновь установленные трансформаторы и автотрансформаторы, работающие в радиальных сетях и трансформаторы (автотрансформаторы) связи сетей различных номинальных напряжений должны иметь РПН. Мощность и место установки КУ должны определяться на основе технико-экономических расчетов с учетом снижения потерь энергии и требуемого диапазона регулирования напряжения.

Самый эффективный способ энергосбережения на промышленных предприятиях — компенсация реактивной мощности. Срок окупаемости конденсаторных установок от 6 месяцев до двух лет. Применение конденсаторных установок производства ООО «ЭЛектроЭКОлогия» снижает потребление активной энергии в среднем на 10% и исключает платежи за реактивную энергию. Правильный выбор мощности конденсаторных установок и их характеристик обеспечивает благоприятный режим эксплуатации электроустановок предприятия:

— токовая нагрузка на токоведущие части и коммутационную аппаратуру (выключатели автоматические, контакторы) снижается на 20−60%,

— снижаются потери на проводниках за счет уменьшения их нагрева;

— увеличивается срок службы проводов и кабелей;

— высвобождается трансформаторная мощность, увеличивается срок службы трансформаторного масла;

— возрастает качество напряжения у электроприемников, как следствие улучшается освещенность на рабочих местах, увеличивается производительность оборудования, улучшается качество изделий.

Для определения параметров конденсаторных установок воспользуемся специальной программой разработанной ООО «ЭЛектроЭКОлогия». Данная программа предназначена для определения параметров конденсаторных установок УКМ, входящих в производственную программу ООО «ЭЛектроЭКОлогия» и для предварительного расчета срока их окупаемости.

Следует отметить, что ООО «ЭЛектроЭКОлогия» принимает на себя ответственность при использовании этой программы для расчета параметров оборудования ими выпускаемого.

По результатам расчетов выбираем конденсаторные батареи без фильтров высших гармоник УКМ-0,4-ЭЛЭКО-Б002−200 (25×8) У3, мощностью 200 кВАр, габаритные размеры 800*1200*400 мм.

Подбираем автоматические регуляторы напряжения трансформаторов

Автоматический регулятор напряжения трансформаторов типа АРТ-1Н предназначен для управления электроприводом трансформаторов с регулированием под нагрузкой. Регулятор АРТ-1Н состоит из блока автоматического регулирования (БАР) и датчика тока (ДТ). Измерительный орган регулятора реагирует на отклонение среднего значения напряжения, коэффициент возврата измерительного органа равен единице. Датчик тока питается от измерительного трансформатора тока с номинальным вторичным напряжением 5 или 1 А и содержит два гальванически не связанных входа токовой компенсации. Блок автоматического регулирования содержит два уровня контроля напряжения. Если напряжение выше верхней уставки, работает канал «убавить» и на выходе БАР через заданную выдержку времени появляется сигнал «убавить». Если напряжение ниже нижнего порога, через выдержку времени следует сигнал «прибавить». После появления сигнала на выходе каналов «прибавить» или «убавить» запускается привод переключателя трансформатора, и после выполнения переключения, сигнал об этом поступает на регулятор АРТ-1Н и сигнал выходного реле соответствующего канала снимается.

Уставка регулятора по напряжению устанавливается с помощъю двух штекеров на отведенных для этого полях грубой и точной установок. Грубая установка имеет положение от 85 до 110% номинального напряжения через каждые 5%, а точная — от 1 до 5% номинального напряжения через 1%.

Устанавливаем автоматический регулятор реактивной мощности конденсаторов Эффективным регулятором конденсаторных батарей является выпускаемый в нашей стране регулятор конденсаторных батарей типа АРКОН-1. Этот регулятор реагирует на две измеряемые величины — реактивную (активную) составляющую тока и отклонение напряжения, подводимого к регулятору. Сочетание этих двух параметров позволяет обеспечить любую из двух функций конденсаторных батарей — регулирование напряжения и компенсация реактивной мощности.

Принцип работы устройства. АРКОН-1 состоит из командного блока, представляющего собой реле напряжения со специфической уставкой по напряжению. Уставка здесь представляет собой диапазон напряжений, характеризуемый своим средним значением и шириной, которая называется зоной нечувствительности. Если на измерительную систему командного блока АРКОН-1 поступает напряжение выше, чем уставка, то на выходе блока появляется команда на отключение секции конденсаторной батареи и наоборот. Команды, поступающие с командного блока, реализуются с помощью подключаемых к нему приставок. Одна приставка может подключать три секции конденсаторной батареи.

Напряжение, поступающее на измерительный орган командного блока, получают вычитанием из напряжения сети значения падения напряжения на сопротивлении токовой компенсации, пропорционального реактивной (активной) составляющей тока. Это падение напряжения образуется в результате преобразования тока нагрузки, поданного на трансформатор тока АРКОН-1, в реактивную составляющую, проходящую по сопротивлению токовой компенсации.

Таким образом, напряжение, поступающее на измерительную систему командного блока, изменяется по следующему закону:

(2.63)

При повышении напряжения в сети увеличивается и напряжение измерительного органа; если оно превосходит уставку отключения, то дается команда на отключение. При понижении напряжения в сети понижается напряжение на измерительном органе командного блока, и при переходе напряжением нижней границы уставки дается команда на включение секций конденсаторной батареи. Если реактивная нагрузка возрастает, то напряжение на измерительном органе уменьшается, и это приводит к включению секции конденсаторной батареи и наоборот. Таким образом, уравнение регулирования обеспечивает правильное действие автоматики при изменении режима сети. Задача заключается лишь в том, чтобы выбрать уставку, а также степень компенсации k, чтобы обеспечить требования энергосистемы.

Таблица 2.8 — Типы компенсирующих устройств

2.11 Расчет центра электрических нагрузок Для определения центра электрических нагрузок (ЦЭН) необходимо по исходным данным построить оси X и Y генплана и нанести ЦЭН каждого цеха.

С учетом размера территории генплана выбираем масштаб активной нагрузки. .

Определяем радиусы активной нагрузки всех цехов

(2.64)

где — мощность i-го цеха.

Осветительная нагрузка каждого цеха изображается в виде сектора круга, угол сектора определяем по формуле, в градусах:

. (2.65)

где — мощность осветительной нагрузки i-го цеха.

ЦЭН предприятия определяется по формулам:

; (2.66)

(2.67)

Полученные результаты сведём в таблицу 2.8

Таблица 2.8 — Расчет центра электрических нагрузок предприятия

2.12 Выбор схемы электроснабжения предприятия и трансформаторов на цеховых ТП Данное предприятие отнести ко второй категории надежности, следовательно выбираем магистральную схему электроснабжения.

Магистральные схемы могут быть подключены: не более пяти трансформаторов мощностью 250—630 кВА; до трех трансформаторов мощностью 1000 кВ-А или два трансформатора мощностью 1600 кВА.

Для удобства обслуживания и возможности отключения участков магистрали на входе и выходе магистрали к трансформатору устанавливают шинные накладки, разъединители или выключатели нагрузки. На вводе 10(6) кВ трансформатора устанавливают разъединитель или выключатель нагрузки с предохранителями. Функции последнего — обеспечить селективную защиту трансформатора. При соответствующем обосновании могут быть установлены высоковольтные вакуумные выключатели. Трансформаторы цеховых ТП представлены в таблице 2.9.

Таблица 2.9 — Трансформаторы цеховых ТП

Трансформаторная подстанция.

Трансформатор тип ТМ 400−10/0,4 (мощность 400 кВа). 1 шт.

Камера КСО393−03−400 ввод/ линия 2 шт.

Камера КСО393−03−400 ввод/ линия, учёт 2 шт.

Камера КСО393−04−400 тр-р 3 шт.

Камера КСО393−11-ТН 2 шт.

Камера КСО393−13−33−400 секц 1 шт.

Комплект сборных шин 10 кВ 1 шт.

Панель ЩО70−1-33 ввод 1600А б/авт. 1 шт.

Панель ЩО70−1-33 ввод вр 1000 2 шт.

Панель ЩО70−1-04 вр600 пр600А 1 шт.

Панель ЩО70−1-03 2×400А 2×250А 5 шт.

Панель ЩО70−1-73 секц 1 шт.

Шкаф УКМ-300 кВар 1 шт.

Шкаф УКМ-250 кВар 2 шт.

Комплект сборных шин 0,4кВ 1 шт

3 Специальная часть

Сопротивление заземляющих устройств в установках напряжением до 1000 В не должно быть больше 4 Ом.

В качестве вертикальных заземлителей принимаются стальные стержни диаметром 40 мм и длиной 3 метра, которые погружают в грунт методом ввертывания. Верхние концы электродов располагают на глубине 0,7 м от поверхности земли и соединяют сваркой с горизонтальными заземлителями из полосовой стали предварительной длиной 4 м.

Т.к. присутствуют естественные заземлители, сопротивление искуственного заземления принимается равным :

; (3.1)

.

Определяются расчетные удельные сопротивления грунта для горизонтальных и вертикальных заземлителей:

; (3.2)

. (3.3)

где — удельное сопротивление грунта (супесь);

— повышающие коэффициенты для горизонтальных и вертикальных электродов.

.

Сопротивление растекания одного вертикального электрода стержневого типа:

; (3.4)

; (3.5)

;

.

Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования :

; (3.6)

.

Определим расчетное сопротивление растекания горизонтальных электродов:

; (3.7)

.

Уточним необходимое сопротивление вертикальных электродов:

; (3.8)

.

Уточненное число вертикальных электродов при :

; (4.9)

.

Окончательно принимаем 42 электрода по контуру.

Принимается 42 вертикальных электрода, расстояние между соседними электродами 2,1 метра.

Рисунок 3.1 Схема заземляющего устройства.

4. Экономическое обоснование УСТРОЙСТВ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

4.1 Выбор методики расчета Экономический эффект от внедрения автоматической конденсаторной установки складывается из следующих составляющих:

1. Экономия на оплате реактивной энергии.

2. Для действующих объектов уменьшение потерь энергии в кабелях за счет уменьшения фазных токов.

3. Для проектируемых объектов экономия на стоимости кабелей за счет уменьшения их сечения.

Оплата за реактивную энергию составляет от 12% до 50% от активной энергии в различных регионах России, а на действующих объектах в подводящих кабелях теряется от 10 до 15% расходуемой активной энергии.

Потери пропорциональны квадрату тока, протекающего по кабелю. Для расчетов примем коэффициент потерь. Рассмотрим эту составляющую на примере действующего объекта.

До внедрения автоматической конденсаторной установки cos = 0,80, после внедрения автоматической конденсаторной установки cos = 0,97

Относительную активную составляющую тока (совпадающую по фазе с напряжением) примем равной единице. Относительный полный ток составляет до внедрения А.

Относительный полный ток составляет после внедрения А.

Снижение потребления активной энергии составит

.

Т.е. в этом примере затраты на активную энергию уменьшились на 3,8%.

По аналогии при повышении cos с 0,9 до 0,97 затраты на активную энергию уменьшатся на 1,7%. В общем случае для действующего объекта годовое снижение потребления активной энергии за счет увеличения cos составит:

(4.1)

где — коэффициент мощности до компенсации;

— коэффициент мощности после компенсации;

— коэффициент потерь ;

— годовое потребление электроэнергии до компенсации, кВт.

Годовая экономия C в оплате энергии составит, руб.

(4.2)

где Т — тариф на электрическую энергию, руб.

Годовой экономический эффект определяется по формуле, руб.

(4.3)

где — стоимость конденсаторной установки, руб.;

— срок службы конденсаторной установки, Срок для конденсаторных установок типа КРМ составляет 15 лет.

Срок окупаемости затрат, лет

. (4.4)

Данная методика расчета является упрощенной, тем не менее, она признана в электроэнергетике и рекомендована для определения экономических показателей компенсирующих устройств на этапе проектирования. Погрешность расчетов не превышает 10%.

4.2 Определение экономических показателей компенсирующих устройств Для выполнения расчетов экономических показателей компенсирующих устройств воспользуемся специальной программой разработанной ООО «ЭЛектроЭКОлогия». Данная программа предназначена для определения как параметров конденсаторных установок УКМ, входящих в производственную программу ООО «ЭЛектроЭКОлогия» так и для предварительного расчета срока их окупаемости по методике описанной выше. Программа свободно доступна на сайте компании по адресу www.eleco.ru.

При расчете автоматически учитываются цены на оборудование выпускаемого компанией на текущий момент времени. Например, стоимость установки конденсаторных батареи без фильтров высших гармоник УКМ-0,4-ЭЛЭКО-Б002−200 на период 02.05.2007 г. составила 89 280,00 руб.

Полученные результаты расчета параметров установки и экономических показателей сведем в единую таблицу 4.1.

Таблица 4.1 — Технико-экономические показатели

5. ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

5.1 Общие положения Под охраной труда в соответствии с законодательством Российской Федерации понимается система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия.

5.1.1 Основные законодательные акты, определяющие государственную политику в области охраны труда К основным нормативным актам в области охраны труда относятся:

— Трудовой кодекс Российской Федерации;

— Федеральный закон от 17 июля 1999 г. № 181-ФЗ «Об основах охраны труда в Российской Федерации»;

— Основы законодательства Российской Федерации об охране здоровья граждан от 22 июля 1993 г. № 5487−1;

— Федеральный закон от 30 марта 1999 г. № 52-ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения»;

— Федеральный закон от 21 июля 1997 г. № 115-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов»;