Введение
| Разработка системы электроснабжения |
Целью данного курсового проекта является разработка системы электроснабжения ОАО "Кокс". Курсовой проект включает в себя расчёт электрических нагрузок предприятия, выбор цеховых ТП и трансформаторов ГПП, решение вопросов компенсации реактивной мощности в цехах и в целом по заводу, выбор электрооборудования ГПП, расчет релейной защиты трансформаторов, молниезащиты подстанции и защитного заземления, выполнение технико-экономического сравнения двух вариантов СЭС, и разработку мероприятий по экологичности, безопасности и защите окружающей среды.
При проектировании системы электроснабжения промышленного предприятия предусмотрены гибкость системы и оптимизация параметров путём выбора номинальных напряжений, условий присоединения к энергосистеме, рационального выбора числа и мощности трансформаторов, выбора более современных типов электрооборудования и аппаратуры, схем распределительных и цеховых электрических сетей, средств компенсации реактивной мощности, устройств регулирования напряжения и системы обслуживания.
Большое внимание в проекте уделено вопросам, необходимой надежности электроснабжения, обеспечения качества электроэнергии завода, быстродействия и селективности устройств релейной защиты и оперативной автоматики, принятию технических решений по размещению и компоновке подстанций в соответствии с требованиями ПУЭ, ПТБ, ТБ.
1.
| Лебедев Г.М. С. Лебедев Г.М. Г. |
Краткое описание завода
Структура завода
ОАО "Кокс", для которого проектируется система электроснабжения, относится к предприятиям химической отрасли промышленности.
Рядом с заводом имеется разветвленная сеть автомобильных и железных дорог. На территории предприятия, занимающего площадь 99,75 га, расположено11 производственных и вспомогательных зданий и ГПП.
В состав завода входят следующие цеха: Углеподготовительный, Бензольный, Аммиачный и другие.
Электроснабжение Коксового завода осуществляется от заводской ГПП, которая получает питание от энергосистемы по двум воздушным ЛЭП. Распределение электроэнергии по заводским потребителям осуществляется по кабельным линиям высоковольтными КРУ 10 кВ и трансформаторными цеховыми подстанциями с низковольтными КРУ 0,4 кВ.
Данный завод находится в зоне умеренного климата, окружающая среда нормальная.
На рисунке 1.1 изображен генплан завода.
Рисунок 1.1 – Генплан завода
В таблице 1.1 приведен состав цехов завода.
Таблица 1.1 – Состав цехов завода
| Номер цеха по плану | Наименование цеха | Площадь цеха, м2 |
| | Административный комплекс | |
| | Углеподготовка | |
| | Компрессорная | |
| | Насосная станция | |
| | Бензольный | |
| | РМЦ | |
| | Сульфато-аммония | |
| | Аммиачный | |
| | Складской комплекс | |
| | Сжигания газов | |
| | Лаборатория | |
1.2 Состав и характеристика потребителей
В состав ОАО "Кокс" входят следующие цехи основного производства:
- Углеподготовительный;
- Бензольный;
- Сульфата-аммония
- ;Аммиачный цех
- Насосная станция
а также вспомогательные цеха:
- склад продукции;
- компрессорная;
- Ремонто-механический
- Лаборатория
- Сжигания газов
.
Углеподготовка. Обычно состоит из отделений: углеприем, где выполняются работы по разгрузке из вагонов угля, угольных складов, где хранится оперативный запас угля всех марок и их усреднения; обогатительного отделения, где производится предварительное дробление, угли измельчаются до размеров 80-0 мм или 50-0 мм, отсев угольной пыли и последующая флотация шлама, и его сушка; дозировочного отделения, предназначенного для составления угольной шихты, окончательного измельчения угольной шихты и ее компонентов. После чего шихта поступает в угольную башню, а оттуда в коксовые печи.
В сульфатном цеху производится улавливание и получение сульфата аммония.
В аммиачном цеху с обесфеноливающей установкой извлекается аммиак, фенолы и в виде фенолят натрия отправляют на централизованную переработку.
Насосная серной кислоты предназначена для перегонки серной кислоты полученной в цехах сероочистки (поступающая в дальнейшем на нужды промышленности).
В бензольном цеху из прямого коксового газа поглотительным маслом улавливают бензольные углеводороды, которые после выделения из поглотительного масла направляются на дальнейшую обработку. Основным товарными продуктами являются чистые бензол и его геммологи: толуол, ксилол.
К вспомогательным цехам относят: ремонтно-механический цех, специализированный цех по ремонту коксохимического оборудования и другие отделения занятые ремонтом оборудования. Очистные сооружения предназначены для конечной (полной) биохимической очистки воды использованной в процессе производства и дальнейший её сброс или повторное использование в производстве, а так же для изготовления составных частей станков.
Основными потребителями электроэнергии являются приводы металлорежущих станков, прессы, сварочные установки, вентиляторы, грузоподъемные механизмы, и другое вспомогательное оборудование. Режим работы станков продолжительный. Питание осуществляется от трехфазной сети переменного тока, напряжением 380 В.
Компрессорная служит для производства сжатого воздуха, необходимого в технологическом процессе Основными потребителями компрессорной являются компрессоры и вентиляторы. Режим работы приводов вентиляторов и компрессоров продолжительный, график нагрузки практически постоянный..
Электроосвещениев цехах является однофазным потребителем.
Напряжение питания 220 В. Все светильники в цехах равномерно распределены на три фазы, что позволяет уменьшить мигание источников света и уменьшает несимметрию напряжения цеховых сетей.
Надежность электропитания зависит от принятой схемы электроснабжения, степени резервирования отдельных элементов системы электроснабжения (линий, трансформаторов, электрических аппаратов и др.).
Высоковольтными потребителями электроэнергии являются синхронные двигатели 10 кВ компрессорной, насосной, и очистных сооружений.
В таблицах 1.2, 1.3 приведены исходные данные по нагрузкам цехов.
Таблица 1.2 – Исходные данные для расчета электрических нагрузок 0,4 кВ
| № цеха | Наименование цеха | Ру, кВт | Кс | cosφ |
| | Административный комплекс | | 0,9 | 0,9 |
| | Углеподготовка | | 0,85 | 0,9 |
| | Компрессорная | | 0,7 | 0,92 |
| | Насосная станция | | 0,7 | 0,93 |
| | Бензольный | | 0,85 | 0,9 |
| | РМЦ | | 0,85 | 0,9 |
| | Сульфато-аммония | | 0,85 | 0,9 |
| | Аммиачный | | 0,85 | 0,9 |
| | Складской комплекс | | 0,85 | 0,9 |
| | Сжигания газов | | 0,85 | 0,9 |
| | Лаборатория | | 0,85 | 0,9 |
Таблица 1.3 – Исходные данные для расчета электрических нагрузок 10 кВ
| № п/п | Название цеха | Ру, кВт | Кол-во | Кс | cos |
| | Компрессорная (привод компрессоров) | | | 0,7 | 0,9 |
| | Насосная станция | | | 0,7 | 0,8 |
| Расчет электрических нагрузок на стороне 0,4 кВ |
2. Расчет электрических нагрузок 0,4 кВ
Промышленные предприятия потребляют около двух третей вырабатываемой в стране энергии. Основными элементами систем электроснабжения промышленных предприятий являются электрические сети, а также различные трансформаторные и преобразовательные подстанции. Выбор этих элементов производится по расчетным электрическим нагрузкам. Занижение расчетных нагрузок приведет к перегревам элементов систем электроснабжения и ускоренному их износу, завышение расчетных нагрузок проводит к излишним капиталовложениям и затратам на системы электроснабжения. Из сказанного ясно, какое важное значение имеют разработка и внедрение в практику проектирования систем электроснабжения научно обоснованных и достаточно точных методов расчета электрических нагрузок.
Расчет электрических нагрузок основывается на опытных данных и обобщениях, выполненных с применением методов математической статистики и теории вероятности.
Расчет начинают с определения номинальной мощности каждого электроприемника независимо от технологического процесса, средней мощности (мощности, затраченной в течение наиболее загруженной смены) и максимальной расчетной мощности участка, цеха, завода.
Исходные данные для расчета нагрузок 0,4 кВ приведены в таблице 1.2.
При отсутствии данных о количестве электроприемников допускается определять нагрузку по методу коэффициента спроса 
. Метод коэффициента спроса наиболее прост, широко распространен. Он заключается в использовании выражения:
, (2.1)
По известной (задаваемой) величине 
и табличным значениям 
находим:
, (2.2)
где 
- средневзвешенный коэффициент мощности нагрузки цеха, участка и т.д.
По заданию нам известны 
и .
Пример расчета нагрузок Углеподготовительного цеха:
Расчет нагрузок до 1000 В производим по методу коэффициента спроса. Результаты расчета нагрузок цехов сводим в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 – Результат расчета нагрузки 0,4 кВ
| № п/п | Название цеха | Py, кВт |  |  |  |  , кВт |  , кВАр |  , кВА |
| | Административный комплекс | | 0,9 | 0,72 | 0,9 | | 358,17 | 575,14 |
| | Углеподготовка | | 0,9 | 0,72 | 0,85 | | 1647,59 | 2556,67 |
| | Компрессорная | | 0,92 | 0,69 | 0,7 | | 138,54 | 196,96 |
| | Насосная станция | | 0,93 | 0,68 | 0,7 | | 102,14 | 146,49 |
| | Бензольный | | 0,9 | 0,72 | 0,85 | | 2578,83 | 4001,75 |
| | РМЦ | | 0,9 | 0,72 | 0,85 | | 214,90 | 333,48 |
| | Сульфато-аммония | | 0,9 | 0,72 | 0,85 | | 1146,15 | 1778,55 |
| | Аммиачный | | 0,9 | 0,72 | 0,85 | | 2363,93 | 3668,27 |
| | Складской комплекс | | 0,9 | 0,72 | 0,85 | | 85,96 | 133,39 |
| | Сжигания газов | | 0,9 | 0,72 | 0,85 | | 644,71 | 1000,44 |
| | Лаборатория | | 0,9 | 0,72 | 0,85 | | 1862,49 | 2890,15 |
| Определение центра электрических нагрузок |
3. Определение центра электрических нагрузок
Правильный выбор типа и мощности трансформаторов, а также правильное размещение подстанции на предприятии является основой для рационального построения схемы распределения электрической энергии.
Особенно важен вопрос о размещении ГПП, которая определяет схему предприятия. В этом случае проектирование систем электроснабжения осуществляется на основе генерального плана предприятия, на который нанесены все производственные цеха и отдельные участки предприятия. Расположение цехов на генеральном плане предприятия определяется технологическим процессом производства, а также архитектурно-строительными и эксплуатационными требованиями.
Место расположения ГПП определяется геометрическим центром нагрузок предприятия. Для определения геометрического центра нагрузок строится картограмма нагрузок (рисунок 5.1).
Предполагается, что нагрузки цехов равномерно распределены по площади цеха, тогда расчетную нагрузку 
можно совместить с геометрическим центром цеха.
Для наглядности нагрузку цехов изображают с помощью кругов. Центр круга совмещают с геометрическим центром цеха, а радиус круга находят по выражению:
где π = 3,14
m- масштаб нагрузки (принимаем масштаб m = 1 кВА/м2).
В цехах, где имеется нагрузка как до, так и выше 1000 В делаются два круга с разными масштабами.
Определяется геометрический центр нагрузок всего предприятия по выражению:
где 
- координаты центров нагрузки цехов;
n - число цехов.
Результаты расчётов сводим в таблицу 3.1.
| № цеха | Наименование цеха |  , кВА |  , мм |  , м |  ,м |  , кВА м |  , кВА м |
| Нагрузка 0,4 кВ |
| | Административный комплекс | 575,14 | 13,53 | | | 2,33 | 17,49 |
| | Углеподготовка | 2556,67 | 28,53 | | | 20,73 | 46,64 |
| | Компрессорная | 196,96 | 7,92 | | | 5,59 | 0,40 |
| | Насосная станция | 146,49 | 6,83 | | | 3,33 | 3,33 |
| | Бензольный | 4001,75 | 35,70 | | | 43,81 | 17,85 |
| | РМЦ | 333,48 | 10,31 | | | 2,43 | 0,95 |
| | Сульфато-аммония | 1778,55 | 23,80 | | | 19,47 | 25,24 |
| | Аммиачный | 3668,27 | 34,18 | | | 44,62 | 101,13 |
| | Складской комплекс | 133,39 | 6,52 | | | 4,22 | 2,97 |
| | Сжигания газов | 1000,44 | 17,85 | | | 22,31 | 29,61 |
| | Лаборатория | 2890,15 | 30,34 | | | 14,06 | 67,96 |
| Нагрузка 10 кВ |
| | Компрессорная | 6009,43 | 43,75 | | | 170,55 | 12,18 |
| | Насосная станция | 1374,51 | 20,92 | | | 31,21 | 31,21 |
| ВСЕГО: | 24665,23 | 88,63 | | | 9487374,58 | 8804359,36 |
Центр нагрузок находится в точке с координатами:
,
.
По расчетным данным центр электрических нагрузок предприятия (ЦЭН) находится на территории предприятия вблизи цеха Сульфата-амония. Если ГПП располагать в данном месте, то по территории предприятия будут проходить воздушные линии 110 кВ, которые не принадлежат предприятию, что не рекомендуется. Таким образом ГПП размещаем в точке с новыми координатами: 
, 
Расстояние от шин 10 кВ ГПП до высоковольтных потребителей Насосной станции и компрессорной станции не превышает 300 м, поэтому эти потребители запитываются от ГПП.
Цеховые трансформаторные подстанции применяем внутрицеховые или встроенные в здание цеха. Они должны быть максимально приближены к геометрическому центру нагрузок цеха и, размещаться со стороны ГПП, чтобы не было обратных перетоков мощности.
| Выбор цеховых трансформаторных подстанций |
4. Выбор цеховых трансформаторных подстанций
Выбор числа и мощности цеховых ТП
Выбор числа и мощности силовых трансформаторов должен быть технически и экономически обоснован, так как это оказывает существенное влияние на рациональное построение схем промышленного электроснабжения. Для удобства эксплуатации систем промышленного электроснабжения необходимо стремиться к применению не более двух - трех стандартных мощностей трансформаторов, что ведет к сокращению складского резерва и облегчает взаимозаменяемость трансформаторов.
Для цеховых понижающих трансформаторов существует экономически выгодная номинальная мощность трансформаторов 
, которая принимается в зависимости от удельной плотности расчетной нагрузки 
: 
= 1000 кВА при 
< 0,2 кВА/м2; = 1600 кВА при =0,2¸0,3 кВА/м2; = 2500 кВА при > 0,3 кВА/м2. При ³ 0,4 кВА/м2 следует применять двухтрансформаторные подстанции независимо от категории бесперебойности питания.
, (3.1)
где 
- максимальная расчетная нагрузка цеха, кВА;
- площадь цеха, м2.
Для каждой технологически концентрированной группы цеховых трансформаторов одинаковой мощности минимальное их число, необходимое для питания наибольшей расчетной активной нагрузки 
,
, (3.2)
где 
- добавка до ближайшего большего целого числа;
- коэффициент загрузки трансформаторов. В данной работе коэффициент загрузки трансформаторов принят равным 0,7.
В качестве расчетной нагрузки можно принимать среднесменную нагрузку цеха.
Для экономичности схемы электроснабжения несколько цехов и зданий запитываем от одной подстанции.
| ИЭ 140400.62.КП ИЭ140400.ПЗ.КП003 |
Результаты выбора трансформаторов приведены в таблице
Мощность трансформаторов уточняется после определения необходимости компенсации реактивной мощности и выбора вида компенсирующих устройств.
Таблица 4.1 - Выбор числа и мощности трансформаторов на цеховых подстанциях
| Наименование цехов, зданий и наружных установок, питающихся от подстанции | №КТП | Sp, кВА | Sн.т., кВА | kз | Nт |
| 1,4,8,910,11 | КТП1,2 | 8413,87 | | 0,7 | |
| 2,5,7,6,3 | КТП3,4 | 8413,87 | | 0,7 | |
Для электроснабжения цехов и общих для них зданий выбираем трансформаторы ТД.
Тип трансформаторов принимаем ТМ (трехфазные, масляные с негорючим диэлектриком), общего назначения, для комплектных трансформаторных подстанций.
Технические данные трансформаторов приведены в таблице 4.2.
| Тип | Номинальная мощность, кВА | Номинальное напряжение обмоток, кВ | Потери, кВт ХХ КЗ | Напряжение КЗ, % | Ток ХХ, % |
| ТМ-2500/10-У1 | | | 0,4 | 3,85 | 23,5 | 6,5 | |
| | | | | | | | |
| ИЭ 140400.62.КП ИЭ140400.ПЗ.КП003 |
Таблица 4.2 Технические данные трансформаторов
