Электроснабжение текстильного комбината
Задача электроснабжения промышленных предприятий возникла одновременно с развитием строительства электрических станций.
Проектирование систем электроснабжения промышленных предприятий велось в ряде проектных организаций. В результате обобщения опыта проектирования возникло типовое решение.
В настоящее время созданы методы расчета и проектирования цеховых сетей, выбора мощности цеховых трансформаторов и трансформаторных подстанций, методика определения электрических нагрузок и т.п. Ниже перечислены основные современные проблемы в области электроснабжения промышленных предприятий.
1. Рациональное построение систем электроснабжения промышленных предприятий.
2. Вопросы компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий.
3. Применение переменного тока, оперативного, для релейной защиты и автоматики.
4. Правильное определение ожидаемых электрических нагрузок.
5. Вопросы конструирования универсальных удобных в эксплуатации цеховых электрических сетей.
6. Комплектное исполнение цеховых и общезаводских систем питания и конструкции подстанций.
Темой данного дипломного проекта является проектирование системы электроснабжения текстильного комбината.
Introduction
The problem of power supply of industrial firms has arisen simultaneously with development of construction of electrical stations.
The system design of power supply of industrial firms was conducted in a number(series) of design organizations. As a result of generalization of experience of designing there was a standard solution.
Methods of calculation and designing of shop networks(grids), selection of power of shop transformers and transformer substations now are created, a technique of definition of electrical loads the main(basic) modern problems are etc. below listed(etc. below transferred) in the field of power supply of industrial firms.
1. Rational construction of systems of power supply of industrial firms.
2. Questions of indemnification(compensation) of a reactive power in systems of power supply of industrial firms.
3. Application of an alternating current, operating, for relay protection and automatics.
4. Correct definition of expected electrical loads.
5. Questions of designing universal convenient in maintenance of shop electrical networks.
6. Complete fulfilment of shop and manufacturing power supply systems and designs of substations.
Them of the given degree project is the designing of a system of power supply of a plant of heavy engineering.
1. Исходные данные на проектирование
1) Генеральный план завода приведен на рис. 1.
2) Мощность системы питания 800 МВ·А.
3) Питание предприятия можно осуществлять от подстанций энергосистемы на классах напряжения 220, 110, 35 кВ.
4) Индуктивное сопротивление системы (хС) принимать 0,3; 0,6; 0,9 о.е. соответственно классам напряжения 220, 110, 35 кВ.
5) Расстояние от источника питания до завода 3 км.
6) Сведения об электрических нагрузках представлены в таблице 1.
2. Описание технологического процесса
Таблица 1. Ведомость электрических нагрузок завода
| № на плане | Наименование цеха | Установленная мощность, кВт | Категория | Окружающая среда |
| 1 | Административный корпус | 100 | II | Нормальная |
| 2 | Прядильно-кордная фабрика | 7010 | II | Нормальная |
| 3 | Ткацкая фабрика № 1 | 3200 | II | Нормальная |
| 4 | Ткацкая фабрика № 2 | 2150 | II | Нормальная |
| 5 | Отбельно-красильный корпус отделочной фабрики | 1770 | II | Нормальная |
| 6 | Печатно-аппретурный корпус отделочной фабрики | 4600 | II | Пожароопасная |
| 7 | Станция водоподготовки | 1100 | II | Нормальная |
| 8 | Склад масел | 20 | III | Нормальная |
| 9 | Склад реагентов | 15 | III | Тяжелая |
| 10 | Склад готовой продукции | 30 | III | Тяжелая |
| 11 | Склад вспомогательных материалов | 120 | III | Тяжелая |
| 12 | Ремонтно-механический цех | 700 | II | Нормальная |
| 13 | Склад хлопка | 20 | III | Нормальная |
| 14 | Депо электрокар | 250 | II | Нормальная |
| 15 | Блок подсобных цехов | 70 | II | Нормальная |
| 16 | Хлопковая база | 30 | Ш | Нормальная |
| 17 | Компрессорная | 650 | II | Нормальная |
| Компрессорная (6 кВ) | 2800 | II | Нормальная | |
| 18 | Склад декоративных тканей | 15 | Ш | Нормальная |
| 19 | Холодильная станция | 2210 | II | Нормальная |
| Холодильная станция (6 кВ) | 6000 | II | Нормальная | |
| 20 | Насосная | 1380 | II | Нормальная |
| 21 | Ремонтно-строительный цех | 120 | Ш | Нормальная |
| 22 | Прядильно-ниточная фабрика | 8810 | II | Нормальная |
| 23 | Прядильно-гребенная фабрика | 8190 | II | Нормальная |
| Освещение цехов и территории комбината | Определить по площади | II |
3. Определение расчетных электрических нагрузок
Важным этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок. Зная электрические нагрузки, можно выбрать нужное число и мощности силовых трансформаторов, мощности и места подключения компенсирующих устройств, выбрать и проверить токоведущие элементы по условию допустимого нагрева, рассчитать потери и колебания напряжения и выбрать защиты.
Существуют различные методы расчета электронагрузок, которые в свою очередь делятся на: 1) основные; 2) вспомогательные.
К первым относят такие способы как:
1. По установленной мощности и коэффициенту спроса.
2. По средней мощности и отклонению расчетной нагрузки от средней (статический метод).
3. По средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузки.
4. По средней мощности и коэффициенту максимума (метод упорядоченных диаграмм)
Ко вторым относят такие методы как:
5. По удельному расходу электроэнергии на единицу продукции или заданном объеме выпуска продукции за определенный период времени.
6. По удельной нагрузке на единицу производственной площади.
Применение того или иного метода определяется допустимой погрешностью расчетов.
1. Метод коэффициента спроса
Метод коэффициента спроса наиболее прост и широко распространен. Для определения расчетных нагрузок по этому методу необходимо знать установленную мощность РЦ группы приемников и коэффициенты мощности cosj и спроса КС данной группы, определяемые по справочной литературе.
Расчетная нагрузка для однородных по режиму работы приемников определяется по следующим выражениям:
; 
; 
,
где КС – коэффициент спроса группы приемников.
tgj - соответствует cosj.
Расчетная нагрузка (цеха, корпуса, предприятия) определяется суммированием расчетных нагрузок отдельных групп приемников, входящих в данный узел с учетом коэффициента разновременности максимумов нагрузки.
;
- сумма расчетных активных нагрузок отдельных групп приемников;
- сумма расчетных реактивных нагрузок отдельных групп приемников.
КР.Т. – коэффициент разновременности максимумов нагрузок отдельных групп приемников, принимаемый 0,85 – 1,0 в зависимости от места нахождения данного угла в системе электроснабжения предприятия.
2. Статический метод расчета нагрузок
Формирование электрических нагрузок зависит от ряда случайных факторов. Поэтому числовые значения величин нагрузок, также являются случайными, чаще всего эти величины независимы. Поскольку групповая нагрузка представляет собой систему независимых случайных нагрузок отдельных электроприемников, то при большом их числе групповая нагрузка подчиняется нормальному закону распределения случайных величин.
По статическому методу расчетную нагрузку группы приемников определяют двумя интегральными показателями: средней нагрузкой РСР и среднеквадратичным отклонением s из уравнения:
,
где b - статический коэффициент, зависящий от закона распределения и принятой вероятности превышения графиком нагрузки Р(t) уровня РР.
Среднеквадратичное отклонение для группового графика определяют по формуле:
,
где 
– Среднеквадратичная мощность.
При введении коэффициента формы
; 
,
Значение b принимается различным. В теории вероятности используется правило трех сигм
;
что при нормальном распределении соответствует предельной вероятности 0,9973. Вероятности превышения нагрузки на 0,5% соответствует b = 2,5, для b = 1,65 обеспечивается пяти процентная вероятность ошибки. В практических расчетах вполне достаточна точность 0,5 тогда
3. Определение расчетной нагрузки по средней сложности и коэффициенту формы
Данный метод может применяться для определения расчетных нагрузок цеховых шинопроводов, на шинах низшего напряжения цеховых трансформаторных подстанций, на шинах РУ напряжением 10 кВ, когда значения коэффициента формы КФ находится в пределах 1,0-1,2. Расчетную нагрузку группы приемников определяют из выражений:
; 
или ,
где
; .
В расчетном методе расчетную нагрузку принимаю равной среднеквадратичной, т.е.:
, 
Для группы приемников с повторно-кратковременным режимом (ПКР) работы применяемое допущение справедливо во всех случаях. Оно приемлемо и для групп приемников с длительным режимом работы, когда число приемников в группе достаточно велико и отсутствует мощные приемники, способные изменить достаточно равномерный групповой график нагрузок. Значение коэффициента КФ достаточно стабильны, если производительность завода или цеха примерно постоянна. Поэтому при проектировании КФ могут быть приняты по опытным данным системы электроснабжения действующего предприятия, аналогичному по технологическому процессу и производительности проектируемому. Средние мощности за наиболее загруженную смену РСР.М., QСР.М для определения расчетной нагрузки находятся при проектировании любым из способов:
1. По известным установленным мощностям РУ и коэффициентам использования КИ.
где Рном. – суммарная номинальная мощность группы электроприемников приведенная к ПВ = 100 %.
2. По известным удельным расходам электроэнергии и производительности цеха или предприятия в единицах продукции.
3. По известным среднеудельным нагрузкам на единицу производственной площади.
4. Метод упорядоченных диаграмм
По этому методу расчетная активная нагрузка электроприемника на всех ступенях питающих и распределительных сетей (включая трансформаторы и преобразователи) определяется по средней мощности и коэффициенту максимума из выражения:
;
Для определения РР по методу упорядоченных диаграмм все электроприемники разбиваются на подгруппы с примерно одинаковыми режимами работы (коэффициентами использования КИ коэффициентами мощности cosj). Затем для каждой группы находят сумму номинальных мощностей. При этом, если режим работы электроприемника отличен от длительного, то используем следующую формулу:
,
где Рпас – паспортная мощность приемника.
ПВ – продолжительность включения электроприемника группы в долях от 1.
Значение КМ зависит от КИ данной группы электроприемников и эффективного числа приемников nэф. Эффективное число электроприемников определяется по формуле.
.
При числе электроприемников в группе 4 и более допускается принимать nэф равным n (действительному значению электроприемников при условии, что отношение номинальной мощности наибольшего электроприемника РНОМ.max к номинальной мощности наименьшего РНОМ.min
При m > 3 и КИ ³ 0,2 nэф можно определить по более простой формуле:
Когда найденное эффективное число электроприемников nэф оказывается больше действительного n, следует принимать nэф = n; На практике бывает, когда n<5, тогда nэф, КМ не определяются и
– при n = 1 расчетная нагрузка подгруппы равна номинальной, т.е. РН = РИ –
– при n = 2 – 5 расчетная нагрузка рассчитывается по коэффициенту нагрузки 
если КЗ у всех одинаков или 
если КЗ различны.
Практика расчетов показала, что более точно КМ можно найти по формуле:
,
где КФ – коэффициент формы графика нагрузки; А,В – коэффициенты, учитывающие нагрев проводников. Коэффициент КФ рассчитывается по формуле:
;
Коэффициенты А и В принимаются равными
при КФ £ 1,1 А = 4,1 В = 3,1
при КФ > 1,1 А = 2,8 В = 1,67
расчетную реактивную нагрузку по этому принимают равной:
при КФ £ 10 QР = 1,1×QСР.М
при КФ > 10 QР = QСР.М
или QР = РР × tgj
5. Метод удельного расхода электроэнергии на единицу продукции
Ряд приемников электроэнергии характеризуются неизменными или мало изменяющимися графиками нагрузок. К таким электроприемникам относятся электроприводы вентиляторов, насосов, воздуходувок, преобразовательных агрегатов, электролизных установок, печи сопротивления, электроприемники бумажной и химической промышленности, поточно-транспортных систем, и многие другие.
Коэффициенты включения этих приемников равны 1, а коэффициенты загрузки изменяются мало.
Для электроприемников с неизменной или мало изменяющейся во времени нагрузкой, расчетная нагрузка совпадает со средней, за наиболее загруженную смену и может быть определена по удельному расходу электрической энергии на единицу продукции при заданном объеме выпуска за определенный период времени:
,
где Эуд – удельный расход электроэнергии на единицу продукции, кВт×ч.
NСМ – количество продукции, выпускаемой за смену (производительность установки за смену).
ТСМ – продолжительность наиболее загруженной смены, ч.
При наличии данных об удельных расходах электроэнергии на единицу продукции в натуральном выражении Эуд при годовом объеме выпускаемой продукции Nгод цеха (предприятия в целом) расчетную нагрузку определяют по формуле:
,
где Тmax.ц – число часов использования максимума активной нагрузки цеха (принимается по отраслевым инструкциям и справочным данным).
Если известны данные об удельных расходах электроэнергии по отдельным технологическим агрегатам Эуд.i, то расчетную нагрузку определяют по формулам:
для цеха: 
;
для завода в целом: 
где РР.О.Ц. и РР.О.З. – расчетные нагрузки за наиболее загруженную смену соответственно общецеховых и общезаводских электроприемников. Nэд.i – производительность отдельных агрегатов. Эуд.i – расход электроэнергии по отдельным агрегатам.
6. Метод удельной нагрузки на единицу произведенной площади
Расчетная нагрузка группы электроприемников по удельной мощности определяется по формуле:
,
где Руд – удельная расчетная мощность на 1 м2производственной мощности, кВт/м2. F - площадь размещения группы приемников, м2.
Удельную нагрузку определяют по статистическим данным. Её значение зависит от рода производства, площади цеха, обслуживаемой магистральным шинопроводом и изменяется в пределах 0,06 – 0,6 кВт/м2.
Метод удельной нагрузки на единицу производственной мощности применяемой при проектировании универсальных сетей машиностроения, которые характеризуются большим количеством электроприемников малой и средней мощности, равномерно распределенных по площади цеха. Универсальные сети выполняются магистральными шинопроводами и прокладываются с учетом возможных перемещений технологического оборудования.
Из анализа рассмотренных различных методов определения расчетных нагрузок можно сделать следующие выводы:
1. Для определения расчетных нагрузок по отдельным группам электроприемников и узлам с напряжением до 1 кВ в цеховых сетях следует использовать метод упорядоченных диаграмм показателей графиков нагрузок.
2. Для определения расчетных нагрузок на высших ступенях системы электроснабжения (начиная с цеховых шинопроводов и шин цеховых ТП и кончая линиями, питающими предприятие) следует использовать методы расчета, основанные на использовании средней мощности и коэффициентов КМ и КФ.
При ориентировочных расчетах на высших ступенях системы электроснабжения возможно применение методов расчета по установленной мощности и КС. Из всех выше перечисленных методов расчетов электрических нагрузок предпочтительней метод коэффициента спроса. Погрешность при расчете данным способом составляет 5-10%. Такая погрешность допустима при проектировании. Таким образом расчет электрических нагрузок данного проекта будет осуществляется методом коэффициента спроса.
Метод коэффициента спроса
Указанный в проектном задании установленные мощности цехов позволяют применить к расчету их нагрузок, метод коэффициента спроса. Расчетный максимум, необходимый для выбора почти всех элементов СЭС сечения проводников, трансформаторов ППЭ, отключающей аппаратуры, измерительных трансформаторов и т.д., определяемый сначала для отдельных цехов, а затем и для всего завода в целом. Определение расчетной нагрузки данным методом рассмотрим на примере прядильно-кордной фабрики.
где 
- расчетный максимум цеха без учета освещения. КС – коэффициент спроса по фабрике согласно (3).
кВт 
кВар
Необходимо учесть нагрузку искусственного освещения цехов и территории завода. Эта нагрузка определяется по удельной плотности освещения s согласно (1) по выражению:
,
где F – освещаемая площадь, м2, s - удельная плотность осветительной нагрузки, Вт/м2. КСО – коэффициент спроса осветительной нагрузки согласно.
кВт.
,
где tgj - коэффициент мощности осветительной нагрузки.
кВар.
В качестве источников света используем люминесцентные лампы с cosj = 0,9 (tgj = 0,48). Полная нагрузка цеха напряжением до 1 кВ представляет собой сумму силовой и осветительной нагрузки.
кВт
кВар
Результаты расчета остальных цехов сведены в табл. 2. У потребителей напряжением 6 кВ отсутствует осветительная нагрузка. Определим мощность осветительной нагрузки территории предприятия. Площадь территории F =521424,72 м2,освещаемая территория Fтер.ос.=376040 м2, удельная плотность освещения sтер = 1 Вт/м2. Коэффициент спроса КСО тер = 1 по (2.1.3.) и (2.1.4.)
кВт
кВар
Нагрузка напряжением до 1 кВ, без потерь в трансформаторaх.
кВА
Для дальнейшего расчета максимальной нагрузки по заводу в целом необходимо учесть коэффициент разновременности максимума КРМ = 0,925, а также потери в цеховых трансформаторах, линиях, распределительной и др. элементах. Однако эти элементы еще не выбраны, поэтому потери в трансформаторах цеховых подстанций DР и DQ учитывают приближенно по суммарным значениям нагрузок напряжением до 1 кВ.
кВт
кВар
Суммарная активная нагрузка напряжением свыше 1000 В.
кВт
Потребителями напряжения 6 кВ в компрессорной и насосной являются в основном синхронные двигатели. Они имеют cosj, равный 1, следовательно реактивная мощность напряжением выше 1000 В равна нулю.
кВар
Активная мощность предприятия
кВт
Реактивная мощность предприятия без учета компенсации.
кВар.