Проектирование системы электроснабжения промышленного предприятия

 

Введение

Проектирование любого звена системы электроснабжения промышленного предприятия (участка, отделения, цеха или, завода в целом) должно начинаться с изучения технологических особенностей предприятия.

Проектируемая система должна удовлетворять условиям надёжности и экономичности, обеспечивать качество энергии у потребителя, безопасность, удобство эксплуатации и возможность развития. Зная технологию производства, можно легко и удобно составить схему электроснабжения любого технологического агрегата, линии или передела. Например: конвертер главного пролёта металлургического завода имеет много электроприёмников (привода быстрого и медленного поворотов, транспортёрные тракты, аспирация и др.); при составлении схемы нет необходимости записывать эти электроприёмники от разных секций одной подстанции, так как отключение хотя бы части электроприёмников отразится на работе конвертера. Однако есть электроприёмники и технологические агрегаты, осуществить питание которых необходимо только от независимых источников питания.

Зная динамику развития технологических нагрузок, необходимо учесть её дальнейшее развитие и возможность объединения с основной схемой. Проектируемые схемы должны обладать эксплуатационно-структурной гибкостью.

 

 

 

 

 

1. Исходные данные на проектирование

Электроснабжение металлургического завода

1. Генеральный план завода – рис. 1.
2. Сведения об электрических нагрузках завода – табл. 1
3. Ведомость электрических нагрузок ремонтно-механического цеха (вариант задания указывается преподавателем).
4. Питание возможно осуществить от подстанции энергосистемы, на которой установлены два трёхобмоточных трансформатора мощностью 60000 кВ каждый, с первичным напряжением 110 кВ и вторичным – 35, 20, 10, 6 кВ.
5. Мощность системы 1000 МВА; реактивное сопротивление системы на стороне 110 кВ, отнесённое в мощности системы, 0,7.
6. Стоимость электроэнергии 0,8 коп/кВт·ч.
7. Расстояние от подстанции энергосистемы до завода 5 км.

 
Таблица 1.

№ по плану	Наименование цеха	Установленная мощность, кВт
1.   2. 3.     4.     5.   6.     7.     8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23.	Цех холодной прокатки № 1 Цех холодной прокатки № 1 (6 кВ) Цех трансформаторной и транспортёрной стали Цех горячей прокатки Цех горячей прокатки (6 кВ) Цех горячей прокатки (10 кВ) Цех холодной прокатки Цех холодной прокатки № 2 (6 кВ) Цех холодной прокатки № 2 (10 кВ) Листоотделочный цех Листоотделочный цех (10 кВ) Трубоэлектросварочный цех № 1 Трубоэлектросварочный цех № 1 (6 кВ) Трубоэлектросварочный цех № 1 (10 кВ) Трубоэлектросварочный цех № 2 Трубоэлектросварочный цех № 2 (6 кВ) Трубоэлектросварочный цех № 2 (10 кВ) Цех эмальпосуды Склад слябов Блок ремонтных цехов Купоросная ЦЗЛ и заводоуправление Центральная газозащитная станция Ремонтно-механический цех Насосная Градирни Материальный склад Вальцетокарный цех Насосная Блок химустановок Мазутохранилище Электроремонтный цех Компрессорная Компрессорная (6 кВ) Освещение цехов и территории завода	16130 5400 7850 4690 22025 11740 19540 5650 5950 9760 1730 10200 8920 1640 7710 700 8820 2170 160 3110 750 800 1920   420 120 40 1280 80 250 350 480 230 3125 Определить по площади

 

рис 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Краткая характеристика предприятия и электроприемников металлургического завода

 

На металлургическом заводе для выплавки стали используют электрические печи двух типов: дуговые и индукционные (высокочастотные). Первые из них получили более широкое применение в металлургической промышленности. [4]

Дуговые печи имеют емкость 3 - 80 т и более. На металлургических заводах устанавливают печи емкостью 30 –80 тонн. В электрических печах можно получать очень высокие температуры (до 2000° С), расплавлять металл с высокой концентрацией тугоплавких компонентов иметь, иметь основной шлак, хорошо очищать металл от вредных примесей, создавать восстановительную атмосферу или вакуум (индукционные печи) и достигать высокого раскисления и дегазации металла.

Индукционные печи отличаются от дуговых способом подвода энергии к расплавленному металлу. Индукционная печь примерно работает так же как обычный трансформатор: имеется первичная катушка, вокруг которой при пропускании переменного тока создается переменное магнитное поле. Магнитный поток наводит во вторичной печи переменный ток, под влиянием которого нагревается и расплавляется металл. Индукционные печи имеют емкость от 50 кг до 100 т и более.

В немагнитном каркасе имеются индуктор и огнеупорный плавильный двигатель. Индуктор печи выполнен в виде катушки с определенным числом витков медной трубки, внутри которой циркулирует охлаждающая вода. Металл загружают в тигель, который является вторичной обмоткой. Переменный ток вырабатывается в машинных или ламповых генераторах. Подвод тока от генератора к индуктору осуществляется посредством гибкого кабеля или медных шин. Мощность и частота тока определяются емкостью плавильного тигля и состава шихты. Обычно в индукционных печах используется ток частотой 500 – 2500 гц. Крупные печи работают на меньших частотах. Мощность генератора выбирают из расчета 1,0 – 1,4 квт/кг шихты. Плавильные тигли печей изготавливают из кислых или основных огнеупорных материалов.

Кузнечно-штамповочные машины и прессы.

Сюда относятся машины, служащие для ковки и штамповки металлов в горячем и холодном виде в прессах, применяемых в производстве изделий из пластмасс, прессуемых в горячем виде.

Для производства мелких деталей в электропромышленности применяются электромагнитные прессы 0,5 – 2 тс; в них движение ползуна производится при помощи электромагнита постоянного тока, преодолевающего действие пружины, нормально поддерживающей ползун в поднятом положении. Питание электромагнита производится через полупроводниковый выпрямитель.

Кривошипные прессы холодной штамповки с усилием давления 16 – 4000 тс имеют мощность приводов 2 – 180 кВт; горячештамповочные – на 630 – 8000 тс – 28-500 кВт. Наиболее мощные прессы (гидравлические) работают от насосно-аккумуляторных станций при давлениях 200-450 кгс/см2 . Сюда относятся гидравлические штамповочные прессы с усилием до 30000 тс, гидравлические ковочные прессы 1000-75000 тс. Мощности двигателей насосных станций гидропрессов составляют 250-1500 кВт, а суммарные мощности насосных станций достигают 10-12 МВт и более. Все приводы переменного тока 50 Гц, напряжением 380, 660, 6000 и 10000 В. Режим работы характеризуется чередованием х.х. с кратковременными толчками ударной нагрузки, вследствие чего часто применяют маховики и двигатели с повышенным скольжением. В некоторых случаях ковочные машины снабжаются установкой для эл. индукционного нагрева или подогрева обрабатываемого металла мощностью до 400-500 кВА. По степени бесперебойности кузнечно-штамповочные машины и прессы относятся ко 2 категории. Наиболее бесперебойного питания требуют мощные гидропрессы, обрабатывающие уникальные поковки – валы и роторы крупных генераторов, заготовки для которых разогреваются в специальных печах до ковочной температуры иногда в течение нескольких суток. Например, слиток массой 220 т для поковки колонны длиной 23 м, диаметром 900 мм, массой 145 т на прессе 10000 тс греется перед поковкой в течение 6 суток. Технологический процесс ковки и штамповки – устойчив, тяжелое оборудование имеет постоянное расположение.

Металлургический завод относится к потребителям особой категории, так как прекращение электропитания производства, даже на непродолжительный промежуток времени, невозможна.

 

 

3. Условия окружающей среды

Климатические условия для расчета ВЛ и должны приниматься в соответствии с картами климатического районирования России и региональными картами по скоростному напору ветра и толщине стенки гололеда. [7]

Значение высшей температуры воздуха принимается по данным фактических наблюдений, а низшей температуры – по данным повторяемости 1 раз в 5 лет.

Провода ВЛ следует рассчитывать для работы в нормальном режиме, исходя из различных климатических условий по ветровым и гололедным нагрузкам.

При расчете ВЛ необходимо принимать следующие сочетания климатических условий:

1. высшая температура, ветер и гололед отсутствуют;
2. низшая температура, ветер и гололед отсутствуют;
3. провода покрыты гололедом, температура -5°С, гололед отсутствует;
4. нормальный скоростной напор ветра qmax , температура -5°С, гололед отсутствует;
5. провода покрыты гололедом, температура -5°С, скоростной напор ветра 0,25qmax (скорость ветра 0,5Vmax).

Определение расчетных климатических условий, интенсивности грозовой деятельности и пляски проводов для расчета и выбора конструкции ВЛ должны производиться на основании карт климатического районирования с уточнением по региональным картам и материалам многих наблюдений гидрометеорологических станций и метеопостов управлений гидрометеослужбы и энергосистем за скоростью ветра, интенсивностью гололедно-изморозевых отложений и температурой воздуха, грозовой деятельностью и пляской проводов в зоне трассы сооружаемой ВЛ.

При обработке данных наблюдений должно быть учтено влияние микроклиматических особенностей на интенсивность гололедообразования и на скорость ветра в результате действия как природных условий (пересеченный рельеф местности, высота над уровнем моря, наличие больших озер и водохранилищ, степень залесенности и т. д.), так и существующих или проектируемых инженерных сооружений (плотины и водосбросы, пруды-охладители, полосы сплошной застройки и т. п.).

Скоростной напор ветра на конструкции опор определяется с учетом его возрастания по высоте. Для отдельных зон высотой не более 15 м значение поправочных коэффициентов следует принимать постоянным, определяя его по высоте средних точек соответствующих зон, отсчитываемой от отметки земли в месте установки опоры.

Для участков ВЛ, находящихся в местах с сильными ветрами (высокий берег большой реки, резко выделяющаяся над окружающей местностью возвышенность, долины и ущелья, открытые для сильных ветров прибрежная полоса больших озер и водохранилищ в пределах 3-5 км), при отсутствии данных наблюдений максимальный скоростной напор следует увеличить на 40% (скорость ветра – на 18%) по сравнению с принятым для данного района.

Расчетные температуры воздуха принимают одинаковым для ВЛ всех напряжений по данным фактических наблюдений и округляются до значений, кратных пяти.

В отдельных районах территории, где отмечены повышенные скорости ветра при гололеде или где их можно ожидать, а также в районах, где возможно сочетание гололедно-изморозевых отложений нормативные значения гололеда должны быть приняты в соответствии с данными о фактически наблюдаемых размерах гололеда и скорости ветра при гололеде.

Расчет ВЛ по аварийному режиму работы необходимо производить для следующих сочетаний климатических условий:

1. среднегодовая температура tэ, ветер и гололед отсутствуют;
2. низшая температура tmin, ветер и гололед отсутствуют;
3. провода и тросы покрыты гололедом, температура -5°С, ветер отсутствует;
4. провода и тросы покрыты гололедом, температура -5°С, скоростной напор ветра 0,25qmax.

При расчете приближений токоведущих частей к элементам опор ВЛ и сооружений необходимо принимать следующие сочетания климатических условий:

1. при рабочем напряжении: максимальный нормативный скоростной напор ветра qmax, температура -5°С;
2. при грозовых и внутренних перенапряжениях: температура +15°С, скоростной напор ветра q=0,1qmax (V»0,3Vmax), но не менее 6,25 даН/м2;
3. для обеспечения безопасного подъема на опору под напряжением: температура -15°С, ветер и гололед отсутствуют.

 

 

 

 

 

 

4. Расчёт электрических нагрузок

• Расчёт силовой нагрузки

Величина мощности, месторасположение и вид электроприёмников определяют структуру схемы и параметры элементов электроснабжения промышленных предприятий. [2]

При проектировании обычно определяют три вида нагрузки:

1) среднюю  за максимально загруженную смену  Рдр макс. и среднегодовую Рср.г. Величина Рср. макс. необходима для определения расчётной активной нагрузки Рр , а величина Рср.г.– для определения годовых потерь электроэнергии;

2) расчётную  активную Рр и реактивную Qр. Эти величины необходимы для расчёта сетей по условиям допустимости нагрева, выбора мощности трансформаторов и преобразователей, а также для определения максимальных потерь мощности, отклонений и потерь напряжения;

3) максимальную  кратковременную (пусковой ток) Iп; эта величина необходима для проверки колебания напряжения, определения тока трогания, токовой релейной защиты, выбора плавких вставок предохранителей и проверки электрических сетей по условиям самозапуска двигателей.

Для определения расчетной нагрузки существует ряд методов:

1) удельного  расхода электроэнергии;

2) технологического  графика работы электроприёмников;

3) статистический;

4) упорядоченных  диаграмм;

5) по  установленной мощности и коэффициенту  спроса;

6) метод  удельной нагрузки на единицу  производственной мощности.

Рассмотрим основные положения вышеперечисленных методов.

Метод удельного расхода электроэнергии. При использовании этого метода в качестве расчётной принимают фазную нагрузку наиболее загруженной смены работы Рср.макс.:

Pp=Рср.макс=Мсм·Эу·Тсм

где Мсм - объём выпуска продукции за смену; Эу - удельный расход электроэнергии на единицу продукции; Тсм - продолжительность наиболее загруженной смены.

Метод технологического графика. Для групп электроприёмников автоматизированного или строго ритмичного поточного производства расчётную нагрузку определяют по общему графику нагрузки, строящемуся на основе технологического графика работы отдельных электроприёмников и соответствующих им мощностей.