Требования к заданиям на дипломное проектирование

Г.Я. ВАГИН, Е.Н.СОСНИНА,

А.М. МАМОНОВ, Е.В.БОРОДИН

ПОСОБИЕ ПО ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ

КОМПЛЕКС УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Рекомендовано Ученым советом Нижегородского государственного

технического университета им. Р.Е.Алексеева в качестве учебно-методического пособия для студентов заочной и дистанционной форм обучения по специальности 140211.65 «Электроснабжение»

Нижний Новгород 2009

УДК 621.31.031

Вагин Г.Я. Пособие по дипломному проектированию: комплекс учебно-методических материалов / Г.Я.Вагин, Е.Н.Соснина, А.М.Мамонов, Е.В.Бородин: Нижегород. гос. техн. ун-т им.Р.Е.Алексеева. Нижний Новгород, 2009. – .

Изложены тематика дипломных проектов, требования к заданиям и их содержание. Даны методические указания по выполнению различных разделов проектов. Приведена большая база справочных материалов.

Комплекс учебно-методических материалов предназначен для студентов специальности 140211 «Электроснабжение» заочной и дистанционной форм обучения

Рецензент доктор технических наук, профессор Л.А. Герман

Редактор

Компьютерная верстка А.М. Мамонов

Подп. в печать . Формат 60´84 1/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. .

Уч. – изд. л. . Тираж 300 экз. Заказ

____

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ.

Адрес университета и полиграфического предприятия:

603950, ГСП-41, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

ã Нижегородский государственный технический университет, 2009

ã Вагин Г.Я., Соснина Е.Н.,

Мамонов А.М., Бородин Е.В. 2009

Содержание

Предисловие

1. Тематика дипломных проектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1 Требования к заданиям на дипломное проектирование . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2 Содержание задания проекта «Электроснабжение завода» . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3 Содержание задания проекта «Реконструкция системы электроснабжения завода» . 5

1.4 Содержание задания проекта «Энергоснабжение цеха или корпуса» . . . . . . . . 5

1.5 Содержание задания проекта «Энергоаудит завода или фирмы» . . . . . . . . . . . 6

1.6 Содержание задания проекта «Энергоаудит газокомпрессорной

или нефтеперекачивающей станции» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.7 Содержание задания проекта «Энергоаудит цеха или корпуса» . . . . . . . . . . . . 7

1.8 Содержание задания проекта «Электрооборудование районной подстанции» . . . . 8

1.9 Содержание задания проекта «Реконструкция понизительной подстанции» . . . . . 8

1.10 Содержание задания проекта «Разработка схемы электросетевого района». . . . . . 9

1.11 Содержание заданий проектов научно-исследовательского характера. . . . . . . . . 9

2 Методические рекомендации по выполнению проекта «Электроснабжение завода» . 11

2.1 Описание технологии завода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2 Выбор количества и мощности цеховых трансформаторов . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.3 Расчет компенсации реактивной мощности в сети 0,4 кВ цехов . . . . . . . . . . . . 12

2.4 Определение расчетных нагрузок по заводу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.5 Построение картограммы нагрузок завода, определение места расположения ГПП,

РП и цеховых трансформаторных подстанций, выбор мощности

трансформаторов ГПП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.6 Выбор схемы электроснабжения завода с технико-экономическим обоснованием . . 18

2.7 Расчет компенсации реактивной мощности в целом по заводу . . . . . . . . . . . . . 19

2.8 Расчет токов короткого замыкания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.8.1 Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.8.2 Расчет тока короткого замыкания в точке К₁ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.8.3 Расчет тока короткого замыкания в точке К₂ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.8.4 Расчет тока короткого замыкания в точке К₃ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.8.5 Расчет тока короткого замыкания в точке К₄ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.9 Выбор оборудования на ГПП и РП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.9.1 Выбор схемы и оборудования ОРУ 110 кВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.9.2 Выбор схемы и оборудования ЗРУ 6(10) кВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.10 Выбор сетей напряжением выше 1000 В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.10.1 Выбор воздушных линий 110 Кв . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.10.2 Выбор способа прокладки и сечения сетей 6(10) кВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.11 Расчет показателей качества электроэнергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.11.1 Вводные замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.11.2 Расчет отклонений напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.11.3 Расчет колебаний напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.11.4 Расчет несинусоидальности напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.12 Выбор релейной защиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.12.1 Защита понижающих трансформаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.12.2 Расчет токов замыканий для цепей релейной защиты . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.12.3 Защита отходящих линий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.12.4 Защита электропечных установок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.12.5 Защита синхронных и асинхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ . . 47

2.13 Учет и измерение электроэнергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

2.14 Мероприятия по энергосбережению . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3 Методические рекомендации по выполнению проекта «Электрооборудование районной

подстанции»………………………………………………………………………………..

4 Методические рекомендации по выполнению организационно-экономической

части дипломного проекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.1 Проекты реконструкции или строительства объектов. . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.1.1 Критерии эффективности проектов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.1.2 Разработка календарного плана-графика выполнения работ. . . . . . . . . . . . . . 63

4.1.3 Определение капитальных затрат. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4.1.4 Определение годовых издержек эксплуатации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4.1.4.1 Определение годовых амортизационных отчислений. . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4.1.4.2 Определение годовых затрат на потери электроэнергии. . . . . . . . . . . . . . . . . 65

4.1.4.3 Определение годовых затрат на ремонт и обслуживание электрооборудования. . . . 67

4.1.5 Расчет поступлений по проекту. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

4.1.6 Расчет показателей достоинства проекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

4.2 Проектирование системы электроснабжения промышленного предприятия . . . . . 72

4.2.1 Технико-экономическое обоснование вариантов технических решений . . . . . . . 72

4.2.2 Определение технико-экономических показателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

4.2.2 Графическая часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

4.3 Организационно-экономическая часть научно-исследовательских работ . . . . . . . 77

4.3.1 График основных этапов проведения НИР и расчет затрат . . . . . . . . . . . . . . 77

4.3.2 Определение капитальных затрат сравниваемых вариантов . . . . . . . . . . . . . . 79

4.3.3 Определение эксплуатационных затрат сравниваемых вариантов . . . . . . . . . . . 80

4.3.4 Определение экономического эффекта от применения ПК . . . . . . . . . . . . . . 81

4.3.5 Определение срока окупаемости проекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

4.4 Энергоаудит. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

5 Безопасность и экологичность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

5.1 Анализ опасных и вредных факторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

5.2 Микроклимат. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

5.3 Производственное освещение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

5.4 Защита от шума и вибрации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

5.5 Электрические поля промышленной частоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

5.6 Электробезопасность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

5.7 Пожарная безопасность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

5.8 Мероприятия по охране окружающей среды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Список использованных источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

Приложение А. Справочные материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

Приложение Б. Укрупненные показатели стоимости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

Приложение В. Пример выполнения локальной сметы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

Приложение Г. Нормы отчислений от капитальных затрат. . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Приложение Д. Пример ТЭО вариантов электроснабжения цехов. . . . . . . . . . . . . . . 115

Приложение Е. Пример ТЭО вариантов электроснабжения завода . . . . . . . . . . . . . . 119

Приложение Ж. Таблица аннуитета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

Приложение З. Методика ТЭО энергосберегающих мероприятий и проектов . . . . . . . . 128

Приложение И. Удельные тепловые характеристики промышленных зданий . . . . . . . . 135

ПРЕДИСЛОВИЕ

Для того чтобы решать важные энергетические задачи, инженер-электрик должен обладать теоретическими знаниями и уметь творчески применять их в своей практической деятельности. Начальным этапом такого применения является решение практических задач, проведение лабораторных работ, а затем курсовое и дипломное проектирование, при котором приходится самостоятельно ставить и решать вопросы, не имеющие однозначного ответа. Опыт показывает, что именно в процессе проектирования студенты работают наиболее увлеченно, используя свои знания и возможности.

Пособие предназначено для студентов специальности 140211.65 «Электроснабжение». В пособии даны рекомендуемые темы дипломных проектов и методические указания по их выполнению. Даются также указания по оформлению пояснительных записок и графической части дипломного проекта.

Дипломное проектирование может производиться:

1) для реальных объектов, находящихся в эксплуатации;

2) для объектов, которые проектируются или реконструируются;

3) научно-исследовательского характера.

Нельзя забывать, что проектирование является комплексной задачей, в которой все элементы являются звеньями общей цепочки. Если одно из этих звеньев окажется некачественным, цепочка может разорваться. Однако учет всех влияний в сложных современных динамически развивающихся системах практически невозможен. Поэтому студент должен учиться делать возможные допущения, пренебрегать второстепенными вопросами, и уметь найти главное звено.

Прежде чем приступать к проектированию, надо представить себе проект в целом – составить алгоритм выполнения проекта с учетом предъявляемых к проекту требований, и только после этого приступать к выполнению отдельных разделов.

Одним из важнейших этапов проектирования является оценка промежуточных результатов, так как ошибки в расчетах, могут привести к неправильному последующему решению. Поэтому студентам необходимо периодически показывать руководителю проекта результаты своих расчетов.

Чтобы уменьшить количество ошибок и сократить время расчетов, рекомендуется составлять сводные таблицы, в которые должны входить необходимые данные и результаты.

При выполнении дипломного проекта на любую тему следует широко использовать ПЭВМ.

Проект должен отвечать требованиям действующих ГОСТов, норм ЕСКД, правил устройств электроустановок, современным системам обозначения единиц (СИ).

В пособии приведен обширный справочный материал, необходимый для выполнения всех рекомендуемых тем дипломного проектирования.

1. ТЕМАТИКА ДИПЛОМНЫХ ПРОЕКТОВ

Требования к заданиям на дипломное проектирование

Тема дипломного проекта определяется перед или во время преддипломной практики студентов. Перед началом преддипломной практики кафедра распределяет всех дипломников по руководителям. Студенту предоставляется право предложить свою тему или выбрать одну из рекомендованных ему тем.

Руководитель дипломного проекта должен, не позднее чем, за две недели до окончания преддипломной практики выдать дипломнику полное задание на дипломный проект с указанием окончательной темы, исходных данных, разделов пояснительной записки, перечня графических материалов и сроков представления готового проекта на кафедру. Также указываются консультанты:

1) по организационно-экономической части проекта;

2) по безопасности и экологичности проекта.

Тема дипломного проекта, руководитель и срок завершения проекта утверждаются приказом ректора университета, а задание на дипломное проектирование – заведующим кафедрой.

Кафедра, в первую очередь, рекомендует студентам темы дипломных проектов, предложенные предприятиями, проектными организациями и научно–исследовательскими институтами.

Ниже приведены рекомендуемые темы дипломных проектов для студентов:

1) электроснабжение завода;

2) реконструкция системы электроснабжения завода;

3) энергоаудит цеха или корпуса;

4) энергоаудит завода или фирмы;

5) энергоаудит газоперекачивающих или нефтеперекачивающих станций;

6) энергоснабжение цеха или корпуса;

7) электрооборудование или реконструкция районной подстанции;

8) разработка схем электросетевых районов;

9) научно–исследовательские темы.

Содержание задания проекта «Электроснабжение завода»

Задание должно быть связано с заводом конкретной отрасли промышленности (металлургической, машиностроительной, химической, строительной и т.д.).

В качестве исходных данных для рассматриваемого дипломного проекта служат: генплан предприятия с наименованием цехов; расчетные полные мощности цехов, на напряжении 0,4 кВ и их cosφ; характеристика потребителей напряжением выше 1000 В; характеристика источников питания завода.

В данном дипломном проекте должны быть решены следующие вопросы:

1) описать технологию производства заданного промышленного предприятия и определить степень бесперебойности потребителей в цехах;

2) выбрать количество и мощность цеховых трансформаторов;

3) провести расчет компенсации реактивной мощности в сети 0,4 кВ и уточнить мощность цеховых трансформаторов;

4) определить расчетные нагрузки в целом по заводу;

5) построить картограмму нагрузок завода; определить место расположения ГПП, РП и цеховых трансформаторных подстанций; выбрать количество и мощность трансформаторов на ГПП;

6) выбрать схему электроснабжения завода до шин 0,4 кВ цеховых трансформаторов с технико-экономическим обоснованием;

7) провести расчет компенсации реактивной мощности в целом по заводу и уточнить мощность трансформаторов на ГПП;

8) наметить точки короткого замыкания и провести расчет токов короткого замыкания;

9) провести выбор оборудования на ГПП и РП;

10) провести выбор сечения сетей напряжением выше 1000 В и способа их прокладки;

11) провести расчет показателей качества электроэнергии;

12) выбрать виды релейной защиты для всех элементов схемы электроснабжения и провести расчет релейной защиты для одного из элементов (по заданию руководителя);

13) выбрать виды учета и измерения расходов электроэнергии;

14) разработать мероприятия по энергосбережению;

15) экономический раздел проекта;

16) раздел «Безопасность и экологичность»;

17) основные показатели проекта;

18) составить список использованных источников.

В графической части дипломного проекта должны быть выполнены следующие чертежи:

1) генплан завода с картограммой нагрузок и нанесением подстанций и кабельных сетей;

2) однолинейная схема электроснабжения завода;

3) план и разрез ГПП;

4) схема релейной защиты одного элемента системы электроснабжения;

5) экономический чертеж;

6) мероприятия по энергосбережению и основные показатели проекта.

Содержание задания проекта «Реконструкция системы электроснабжения завода»

Данная тема связана с действующими промышленными предприятиями. Исходными данными для рассматриваемого дипломного проекта служат: генплан существующего предприятия с нанесением подстанций и электрических сетей; существующая однолинейная схема электроснабжения; данные по электрическим нагрузкам действующего предприятия до и после его реконструкции. Эти данные дипломник получает во время преддипломной практики.

В данном дипломном проекте должны быть решены следующие вопросы:

1) составление и описание структурной схемы технологического процесса;

2) описание существующей схемы электроснабжения и её недостатки;

3) расчет электрических нагрузок цехов и предприятия в целом;

4) уточнение мощности цеховых трансформаторов и трансформаторов ГПП;

5) расчет компенсации реактивной мощности;

6) выбор новой схемы электроснабжения с технико-экономическим обоснованием;

7) наметить точки короткого замыкания и провести расчет токов короткого замыкания;

8) провести проверку существующего и выбор нового оборудования на ГПП и РП;

9) провести проверку и выбор сечений сетей напряжением выше 1000 В и способа их прокладки;

10) провести расчет показателей качества электроэнергии;

11) выбрать виды релейной защиты для всех элементов схемы электроснабжения и провести расчет релейной защиты для одного из элементов схемы (по заданию руководителя);

12) проанализировать существующие на предприятии системы учета электроэнергии и дать рекомендации по их совершенствованию;

13) разработать мероприятия по энергосбережению;

14) экономический раздел проекта;

15) раздел «Экологичность и безопасность»;

16) основные показатели проекта;

17) составить список использованных источников.

В графической части дипломного проекта должны быть выполнены следующие чертежи:

1) генплан завода с картограммой нагрузок и нанесением подстанций и кабельных сетей;

2) существующая однолинейная схема электроснабжения;

3) предполагаемая однолинейная схема электроснабжения;

4) план и разрез ГПП;

5) мероприятия по энергосбережению и основные показатели проекта;

6) экономический чертеж.

Содержание задания проекта «Энергоснабжение цеха или корпуса»

Данная тема также связана с действующими промышленными предприятиями. Исходными данными для рассматриваемого дипломного проекта являются: генплан цеха с нанесением оборудования; данные электроприемников; данные потребителей тепловой энергии и топлива; данные об источниках питания электрической и тепловой энергией и топливом. Эти данные дипломник получает во время преддипломной практики.

В данном дипломном проекте должны быть решены следующие вопросы:

1) составление и описание структурной схемы технологического процесса;

2) анализ существующих схем энергоснабжения (электроснабжения, теплоснабжения, топливоснабжения);

3) расчет электрических нагрузок;

4) выбор питающих и распределительных электрических сетей и трансформаторных подстанций;

5) расчет годовых расходов электрической и тепловой энергии и топлива;

6) составить однолинейную схему электроснабжения цеха;

7) выбрать защитные аппараты и построить карту селективности;

8) рассчитать показатели качества электроэнергии;

9) провести расчет системы заземления и зануления;

10) провести расчет освещения, выбрать типы светильников, тип и сечение осветительной сети и нарисовать план системы освещения;

11) разработать мероприятия по энергосбережению в технологических процессах;

12) разработать мероприятия по энергосбережению в общецеховых нуждах (освещение, вентиляция, отопление, горячее водоснабжение, сжатый воздух и т.д.);

13) экономический раздел проекта;

14) раздел «Экологичность и безопасность»;

15) основные показатели проекта;

16) составить список использованных источников.

В графической части данного дипломного проекта должны быть выполнены следующие чертежи:

1) структурная технологическая схема цеха (корпуса);

2) однолинейная схема электроснабжения цеха (корпуса);

3) схемы теплоснабжения и топливоснабжения корпуса;

4) план цеха с нанесением электроприемников и электрических сетей;

5) мероприятия по энергосбережению и основные показатели проекта;

6) экономический чертеж.

Содержание задания проекта «Энергоаудит завода или фирмы»

Данный проект носит научно-исследовательский характер, его выполнение связано с конкретным заводом или фирмой.

Все необходимые исходные данные дипломник получает или в процессе преддипломной практики или их дает руководитель проекта.

В данном дипломном проекте должны быть решены следующие вопросы:

1) изучена, составлена и описана схема технологического производства продукции;

2) изучены и описаны системы энергоснабжения предприятия (система электроснабжения, система теплоснабжения, система топливоснабжения, система водоснабжения, система снабжения сжатым воздухом);

3) провести анализ динамики потребления энергоносителя и их стоимости за последние 3 года (потребления электроэнергии, тепловой энергии, топлива, холодной воды, сжатого воздуха);

4) провести анализ динамики выпуска продукции и её стоимости за последние 3 года;

5) составить балансы потребления энергоносителей;

6) исследовать динамику удельных расходов энергоносителей и энергоёмкости продукции;

7) разработать энергосберегающие мероприятия;

8) составить энергетический паспорт предприятия;

9) экономический раздел проекта;

10) раздел «Безопасность и экологичность»;

11) составить список использованных источников.

В графической части дипломного проекта должны быть выполнены следующие чертежи:

1) структурная технологическая схема предприятия с указанием видов энергоносителей поступающих в цеха;

2) динамика изменения потребления энергоносителей за 3 года (электроэнергия, тепловая энергия, топливо, вода, сжатый воздух);

3) структура затрат на энергоносители и их соотношение со стоимостью выпускаемой продукции;

4) схема электроснабжения завода;

5) мероприятия по энергосбережению;

6) экономический чертеж.

Содержание задания проекта «Энергоаудит газокомпрессорной или