Электроснабжение спиртового комбината

02 План-проект.doc

Негосударственное образовательное учреждение
высшего образования
Направление: Электроэнергетика и электротехника
Профиль Электроэнергетические системы и сети
Форма обучения: Заочная
Выпускной квалификационной работы на тему «Проектирование системы электроснабжения спиртового комбината»
студента Опалева А.Г.
Цель работы: проектирование плана электроснабжения высоковольтной и низковольтной сети цехов предприятия
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
- Анализ и сбор общих сведений о предприятии;
- Определение расчетной нагрузки;
- Электротехнический расчет;
- Проектирование и сравнение вариантов построения сети;
- Выбор коммутационных аппаратов;
- Расчет токов короткого замыкания и проверка оборудования;
- Экономический расчет проекта электроснабжения;
- Рассмотрение вопросов безопасности и молниезащиты.
ГЛАВА 1 ХАРАКТЕРИСТИКА СПИРТОВОГО КОМБИНАТА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ
1 Характеристика объекта электроснабжения
2 Исходные данные для проектирования
3 Определение расчетной нагрузки цехов и предприятия в целом
ГЛАВА 2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ
1 Определение центра электрических нагрузок и выбор цеховых трансформаторов
2 Расчет внешнего электроснабжения и выбор трансформаторов на ГПП
3 Проектирование высоковольтной и низковольтной сетей
4 Расчет токов короткого замыкания и выбор оборудования высоковольтной сети
5 Расчет токов короткого замыкания и выбор защитной аппаратуры низковольтной сети
ГЛАВА 3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОЕКТА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
1 Затраты на проектирование
2 Амортизация и прочие затраты
3 Стоимость проекта и затраты на оборудование
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ: В ходе выполнения ВКР будет разработан план системы электроснабжения спиртового комбината.
В работе будут определены силовые нагрузки определены места установки силовых трансформаторов разработаны схемы внутреннего и внешнего электроснабжения рассчитаны токи короткого замыкания выбраны коммутационные аппараты выбрано технологическое оборудование.
В ВКР будут отражены экономические расчеты данного проекта. Будут произведены расчеты капитальных вложений и эксплуатационных затрат. Также будет уделено внимание безопасности и молниезащите оборудования.

04 A3 Эпюра отклонения напряжения.cdw

МТИ.13.03.02.1.0.10.17.
Проектирование системы
спиртового комбината

05 A3 Молниезащита ГПП.cdw

МТИ.13.03.02.1.0.10.17.
Проектирование системы
спиртового комбината

02 A3 Картограмма и ЦЭН.cdw

ЦЭН - Центр электрических нагрузок;
- Силовая нагрузка цеха
МТИ.13.03.02.1.0.10.17.
Картограмма и центр
электрических нагрузок
Проектирование системы
спиртового комбината
- Осветительная нагрузка цеха

01 A3 Генплан.cdw

Питание от подстанции
Линия электропередачи 110 кВ
Линия электропередачи 10 кВ
Линия электропередачи 0
МТИ.13.03.02.1.0.10.17.
Схема электрическая принципиальная
Проектирование системы
спиртового комбината
Двухтрансформаторная подстанция
Трехтрансформаторная подстанция
Пункт распределительный до 1000 В
Главная понизительная подстанция
Распределительное устройство 10 кВ

03 A3 Схема электрическая электроснабжения спиртового цеха.cdw

МТИ.13.03.02.1.0.10.17.
Схема электрическая принципиальная
Проектирование системы
спиртового комбината
Электроприемники разные;
Пункт распределительный;

06 A3 Экономика.cdw

МТИ.13.03.02.1.0.10.17.
Проектирование системы
спиртового комбината
Смета затрат на подготовку проекта
Суммарные затраты на установку оборудования

03 Титульный лист.docx

Негосударственное образовательное учреждение
высшего образования
Выпускная квалификационная работа на тему «Проектирование системы электроснабжения спиртового комбината»

06 Доклад на защиту.doc

В настоящее время спиртовые комбинаты являются ведущим предприятиями в своей отрасли. Ежемесячно из спиртового цеха выходит около 423 тыс. декалитров спирта. Основными покупателями являются предприятия оборонной промышленности химкомбинаты аэропорты медучреждения.
Все электрические нагрузки предприятия были получены из исходных данных и сведены в таблицу. Генеральный план предприятия показан на листе 1 графической части.
В работе было произведено определение расчетной нагрузки спиртового цеха как основного цеха предприятия а также определение расчетной нагрузки предприятия в целом.
Для определения места положения цеховых трансформатором была составлена картограмма определения центра электрических нагрузок представленная на листе 2. После определения центра электрической тяжести были выбраны цеховые трансформаторы.
Для питания спиртового комбината была спроектирована сеть внешнего электроснабжения и рассчитаны и установлены трансформаторы на главной понизительной подстанции. Для ГПП были рассчитаны питающие линии.
Схему внутризаводской сети на примере электроснабжения спиртового цеха представлена на листе 3.
Для сетей низкого напряжения был произведен расчет токов короткого замыкания который позволил осуществить выбор и проверку коммутационных аппаратов. Для данных аппаратов была построена карта селективности. Также для проверки спроектированной сети были построены эпюры отклонения напряжения у потребителя. Эпюры и карта селективности представлены на листе 4 графической части.
Для осуществления безопасности проекта большую роль играет молниезащита ГПП. В связи с этим был осуществлен выбор высоты молниеотводов определены границы зоны защиты а также определены надежности защиты подстанции от прямых ударов молнии.
Для ГПП также производился расчет заземления. Результаты расчета молниезащиты представлены на листе 5.
В заключительной части работы был произведен экономический расчет проекта электроснабжения. Для проекта были рассчитаны затраты на проектирование затраты на амортизацию основных средств а также была вычислена конечная стоимость проекта и затраты на оборудование для нескольких вариантов. Данные по экономическому расчету представлены в таблицах на листе 6. Конечная величина затрат на реализацию проекта электроснабжения составляет 82046949 рубгод. Путем наибольшей экономической эффективности был принят вариант с установкой трансформаторов ТМН-6300110.
Таким образом все поставленные в работе задачи были выполнены. Результатом работы стал готовый проект по разработке электроснабжения спиртового комбината.

00 Лист-уведомление.docx

В данной выпускной квалификационной работе представлены расчеты по разработке системы электроснабжения спиртового комбината. Работа представлена пояснительной запиской на 95 страницах машинописного текста и 6 листах графической части. При выполнении данного проекта было использовано 36 литературных источников.
В данной ВКР рассчитаны действующие силовые нагрузки выполнена планировка сетей а также выбрано оборудование для защиты подстанций.
Данная ВКР выполнена самостоятельно.

04 ВКР.docx

Негосударственное образовательное учреждение
высшего образования
Факультет: техники и современных технологий
Направление: электроэнергетика и электротехника
Профиль: электроснабжение
Форма обучения: заочная
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
«Проектирование системы электроснабжения спиртового
Студента Опалева А.Г.
Ф.И.О. полностью подпись
Руководитель к.т.н. Тихонов Ф.В.
ученая степень звание Ф.И.О. подпись
Зав.кафедрой к.т.н .
Глава 1 Характеристика спиртового комбината и постановка задач к реконструкции4
1 Характеристика объекта электроснабжения4
2 Исходные данные для проектирования6
3 Определение расчетной нагрузки цехов и предприятия в целом 16
Глава 2 Проектирование системы электроснабжения предприятия25
1 Определение центра электрических нагрузок и выбор цеховых трансформаторов25
2 Расчет внешнего электроснабжения и выбор трансформаторов на ГПП28
3 Проектирование высоковольтной и низковольтной сетей45
4 Расчет токов короткого замыкания и выбор оборудования высоковольтной сети51
5 Расчет токов короткого замыкания и выбор защитной аппаратуры низковольтной сети59
6 Молниезащита ГПП74
Глава 3 Технико-экономический расчет проекта электроснабжения и безопасность84
1 Затраты на заработную плату84
2 Амортизация и прочие затраты87
3 Стоимость оборудования и годовые издержки88
Список использованных источников93
Актуальность работы состоит в необходимости проектирования системы электроснабжения спиртового комбината.
Практическая значимость работы состоит в разработке системы электроснабжения высоковольтной и низковольтной сетей.
Объектом исследования является комплекс спиртопроизводящего комбината.
Предметом исследования являются линии электроснабжения высокого и низкого напряжения а также трансформаторных подстанций.
Цель исследования – разработка проекта электроснабжения электрической сети данного предприятия.
Таким образом для достижения цели были поставлены следующие задачи исследования:
)Анализ и сбор общих сведений о предприятии;
)Определение расчетной нагрузки;
)Электротехнический расчет цехов предприятия;
)Проектирование и сравнение вариантов построения сети;
)Выбор коммутационных аппаратов;
)Расчет токов короткого замыкания и проверка оборудования;
)Экономический расчет проекта электроснабжения;
)Рассмотрение вопросов безопасности и молниезащиты.
Результатом данной работы должен явиться разработанный план системы электроснабжения спиртового комбината с обоснованием варианта построения сети и ее детальная проверка.
Глава 1 Характеристика спиртового комбината и постановка задач к проектированию
1 Характеристика объекта электроснабжения
В настоящее время спиртовые комбинаты являются ведущими предприятиями в своей отрасли. Ежемесячно из спиртового цеха выходит около 423 тыс. декалитров спирта. Основными покупателями являются предприятия оборонной промышленности химкомбинаты аэропорты медучереждения.
Производство спирта не единственный вид деятельности комбината. На основе зерновой барды (отходов спиртового цеха) получают кормовую смесь «СКД+» - ценный продукт с высоким содержанием белка. Объёмы выпуска кормовой смеси достигают 850 тонн в месяц.
Образующийся в процессе спиртового производства углекислый газ тоже находит свое применение в изготовлении жидкой углекислой кислота – экологически чистого продукта. Она используется потребителями в основном в производстве безалкогольных напитков. Объемы ее выработки в месяц в среднем составляют 13687 тонны.
Для производства на территории комбината общей площадью 50 га есть элеватор в котором единовременно возможно хранение 20000 тонн зерна расходуемых спиртовым цехом. Помимо основных цехов – спиртового ферментного цеха кормовых дрожжей углекислотного – есть здесь собственный котельный цех обеспечивающий теплом и паром весь комбинат и поселок СК. Собственный парк автотранспорта обеспечивает доставку сырья и угля. В структуре комбината есть также механический цех электроцех компрессорная станция лаборатория спиртохранилище склад топлива и ГСМ центральный материальный склад. Численность персонала 770 человек.
В 2016 году была проведена модернизация котельной и системы водозаборов.
Производственный цикл комбината представлен на рис.1.1.
Рис. 1.1 – Производственный цикл предприятия
2 Исходные данные для проектирования
Электрические нагрузки предприятия сводятся в таблицу 1.1.
Сведения об электрических нагрузках степени надежности и среде производственных помещений
Заводоуправление электроцех пожарная охрана
Цех сушки барды сушилка
Ферментный цех компрессорная
Необходимо рассчитать нагрузку всех цехов. Данные по цехам рассчитаны по нормативам электропотребления.
Исходные данные по нагрузке всех цехов предприятия представлены в таблицах 1.3 – 1.13.
Электрические нагрузки 038 кВ спиртцеха
Насос перемешивающий
Вентилятор приточный
Насос артезианской воды
Насос теплообменника
Сварочный трансформатор ПВ=40%
Мешалка варочного чана №1
Мешалка варочного чана №2
Мешалка варочного чана №3
Мешалка варочного чана №4
Электрические нагрузки 038 кВ элеватора
Транспортер ленточный
Электрические нагрузки 038 кВ углекислотного цеха
Электрические нагрузки 038 кВ склада спиртохранилища
Вентилятор приточный х4
Электрические нагрузки 038 кВ водочного цеха
Электрические нагрузки 038 кВ заводоуправления электроцеха пожарной охраны
Насос артезианской воды х9
Электрические нагрузки 038 кВ склада механического цеха
Насос теплообменника х2
Электрические нагрузки 038 кВ склада котельного цеха
Вентилятор приточный х10
Насос теплообменника х5
Электрические нагрузки 038 кВ цеха сушки барды
Насос теплообменника х9
Электрические нагрузки 038 кВ столовой и складов
Насос ускорительный х20
Электрические нагрузки 038 кВ ферментного цеха и компрессорной
Насос ускорительный х4
Электрические нагрузки 038 кВ гаража и склада ГСМ
Насос теплообменника х6
Паспортные мощности электроприемников с повторно-кратковременным режимом работы (ПКР) приводятся к ПВ = 100% то есть к номинальной установленной мощности.
Номинальная мощность вычисляется по формуле
Сварочный агрегат ПВ=40%
Генеральный план предприятия представлен на рисунке 1.2.
Рис. 1.2 – Генеральный план комбината
3 Определение расчетной нагрузки цехов и предприятия в целом
Электрические нагрузки промышленных предприятий определяют выбор всех элементов системы электроснабжения.
При расчете силовых нагрузок важное значение имеет правильное определение электрической нагрузки во всех элементах сети. Завышение нагрузки может привести к перерасходу материала удорожанию строительства занижение – к уменьшению пропускной способности электрической сети и невозможности обеспечения нормальной работы силовых электроприемников.
Расчет электрических нагрузок основывается на опытных данных и обобщениях выполненных с применением методов математической статистики и теорий вероятности.
При определении расчетных нагрузок должны учитываться следующие положения:
Графики нагрузок цехов или всего промышленного предприятия изменяются во времени растут и по мере совершенствования техники.
Постоянное совершенствование производства (автоматизация и механизация производственных процессов) увеличивает расход электроэнергии потребляемой предприятием. Это обстоятельство влияет на рост электронагрузок.
При проектировании систем электроснабжения необходимо учитывать перспективы развития производства и перспективный рост электронагрузок предприятий на ближайшие 10 лет.
При расчетах электрических нагрузок результаты заносятся в таблицу 1.14. Для примера рассчитывается мощность нагрузки спиртцеха.
Определение расчетных нагрузок
Наименоване узлов питания и групп электроприемников
Коэффициент использования Ки
Эффективное число электроприемников nЭ
Коэффициент максимума Км
Максимальная нагрузка
Qм=11Qсм при nЭ≤10кВар
Вентиляторы приточные
Сварочный трансформатор
Мешалки варочных чанов
Итого силовая нагрузка:
Электрическое освещение
Для каждой группы определяется суммарная номинальная мощность (на примере ПР-11)
Коэффициент использования Ки cosφ tgφ для каждого электроприемника или группы электроприемников определяется по справочным данным 1.
Средняя активная и реактивная нагрузки за наиболее загруженную смену для электроприемников (на примере станков):
где - суммарная номинальная активная мощность электроприемников;
- коэффициент использования активной мощности;
- принимается по соответствующему значению коэффициента мощности.
Для каждой группы ЭП подводится итог по среднесменной активной и реактивной нагрузке для всей группы (на примере ПР-11):
Диапазон величины модуля силовой сборки:
Определение средневзвешенного коэффициента использования по группе:
Средневзвешенное значение коэффициента реактивной мощности:
Для ЭП группы «А» определим эффективное число ЭП nэ. Под эффективным числом ЭП группы различных по номинальной мощности и режиму работы ЭП понимается такое число однородных по режиму работы ЭП одинаковой мощности которые обуславливают ту же величину расчетной нагрузки что и данная группа различных по номинальной мощности и режиму работы ЭП.
Так как то nэ=п тогда определяем по таблице 1 .
Расчетная активная и реактивная максимальные мощности группы электроприемников с переменным графиком нагрузки определяется как 3:
Номинальная нагрузка осветительных приемников цеха определяется по удельной плотности осветительной нагрузки и площади цеха:
- удельная плотность осветительной нагрузки 1.
Расчетная нагрузка осветительных приемников цеха определяется по номинальной мощности и коэффициенту спроса:
где - коэффициент спроса для производственных зданий состоящих из ряда отдельных помещений.
Определение расчётной нагрузки цеха с учетом освещения:
Определение расчётного тока цеха:
Номинальный ток самого мощного электроприемника (дробилка):
где - номинальная активная мощность электроприемника кВт;
- КПД электроприемника.
Пусковой ток самого мощного электроприемника (дробилка):
где - кратность пускового тока.
где - коэффициент использования самого мощного электроприемника.
Аналогичным образом рассчитываются нагрузки остальных цехов. Полученные данные заносятся в таблицу 2.1 главы 2.
Глава 2 Проектирование системы электроснабжения
1 Определение центра электрических нагрузок и выбор цеховых трансформаторов
Проектирование системы электроснабжения предприятия предусматривает рациональное размещение на ее территории цеховых подстанций. Для определения места расположения ГПП на генплане промышленного предприятия наносится картограмма электрических нагрузок. Картограмма нагрузок представляет собой размещенные на генплане предприятия площади ограниченные кругами которые в определенном масштабе соответствуют расчетным нагрузкам цехов. Радиусы окружностей для каждого цеха определяются из выражения:
где - расчетная полная мощность
- масштаб для определения площади круга.
Силовые нагрузки до и выше 1000 В изображаются отдельными кругами. Считаем что нагрузка по цеху распределена равномерно поэтому центр нагрузок совпадает с центром тяжести фигуры изображающей цех на плане.
Осветительная нагрузка наносится в виде сектора круга изображающего нагрузку до 1000 В. Угол сектора определяется по формуле:
На генплан предприятия произвольно наносятся оси координат и определяются значения xi и yi для каждого цеха. План с осями координат изображен на рисунке 2.1.
Рис. 2.1 – Картограмма определения центра электронагрузок
Пример расчета для спиртцеха:
Радиус окружности для силовой нагрузки цеха:
Угол сектора нагрузки освещения цеха:
Дальнейшие расчеты сводятся в таблицу 2.1.
Расчетные данные для построения картограммы нагрузок
Потребители электроэнергии 038 кВ
Потребители электроэнергии 10 кВ
Координаты центра электрических нагрузок определяются по формулам
Результаты расчетов также представлены в листе 2 графической части работы.
При установке на крупных промышленных предприятиях группы цеховых трансформаторов их номинальная мощность определяется плотностью нагрузки и выбирается одинаковой для всей группы. Удельная плотность нагрузки по 2:
Характеристики силовых трансформаторов представлены в таблице 2.2.
Данные по трансформаторам
Узнаем сумму для всех цехов:
Минимальное число трансформаторов ЦТП
Активная нагрузка на один трансформатор
Число трансформаторов для установки в спиртцехе
Дальнейший расчет для остальных цехов сводится в таблицу 2.3.
Число трансформаторов в цехах предприятия
Склад спиртохранилище
Ферментный цех компресорная
На всех ТП принимаются трансформаторы ТМ-100010.
Исходя из расчетов таблицы 2.3 объединяются нагрузки цехов таким образом чтобы трансформаторные подстанции были загружены оптимально а количество трансформаторов было в пределах расчетного числа трансформаторов. Результаты объединения нагрузок заносятся в таблицу 2.4.
Распределение электрических нагрузок по пунктам питания
Наименование пункта питания и количество трансформаторов
Потребители электроэнергии
Суммарная мощность кВт
Место расположения на генплане
ТП 1 2 трансформатора
ТП 2 2 трансформатора
ТП 3 2 трансформатора
ТП 4 2 трансформатора
ТП 5 2 трансформатора
ТП 6 3 трансформатора
На основании расчетов и группирований нагрузок на генплане предприятия предварительно намечается расстановка цеховых трансформаторных подстанций.
2 Расчет внешнего электроснабжения и выбор трансформаторов на ГПП
На крупных трансформаторных подстанциях (главных понизительных подстанциях (ГПП) и подстанциях глубокого ввода (ПГВ)) как правило число трансформаторов не более двух. Это обеспечивает надежное питание потребителей всех категорий. Однотрансформаторные ПГВ допускается применять при обеспечении послеаварийного питания нагрузок по связям вторичного напряжения с соседними ПГВ с ТЭЦ или другими источниками питания а так же при отсутствии ударных нагрузок создаваемых электропечами прокатными станками и т.д.
При магистральном питании однотрансформаторных ПГВ по линиям 35 220 кВ ближайшие подстанции рекомендуются присоединять к разным линиям или цепям с последующим использованием в послеаварийных режимах связей на вторичном напряжении.
Для уменьшения токов короткого замыкания работа трансформаторов на двухтрансформаторных подстанциях в сетях промышленных предприятий как правило предусматривается раздельной. Следует стремиться применять однотипные трансформаторы одинаковой мощности для упрощения замены в случае выхода одного трансформатора из строя а так же для сокращения номенклатуры складского резерва.
Число и мощность трансформаторов выбираются 5:
по технико-экономическим показателям отдельных намеченных вариантов числа и мощности трансформаторов с учетом капитальных затрат и эксплуатационных расходов.
по графику нагрузки потребителя средней и максимальной мощности предприятия;
по категории потребителей с учетом наличия у потребителей нагрузок I и II категорий требующих надежного резервирования;
Принимается схема внешнего электроснабжения в виде двух блоков с выключателями и неавтоматической перемычкой со стороны линий. Схема достаточно надежна позволяет оставлять в работе оба трансформатора при отключении на одной из цепей (рис. 2.2).
Рис. 2.2 - Схема внешнего питания предприятия
Производится расчет капитальных затрат на сооружение схемы внешнего электроснабжения для двух уровней номинального напряжения.
Капитальные вложения как и все экономические показатели сравниваемых вариантов должны определяться в прогнозных (ожидаемых с учетом инфляции) ценах одного уровня и по источникам равной достоверности.
Для точности расчёта необходимо принять цены 2017 года. Это необходимо для объективной экономической оценки.
Данные по стоимости оборудования принимаются по справочнику.
Кроме того при расчетах рационально учитывать повышающий зональный коэффициент на базисную стоимость электроэнергетических объектов
Капитальные затраты на сооружение блочных и мостиковых схем указываются в целом с учетом затрат на выключатели разъединители отделители короткозамыкатели трансформаторы тока и напряжения разрядники аппаратуру управления сигнализации релейной защиты и автоматики а так же строительные конструкции фундаменты и соответствующие строительно-монтажные работы
где - капитальные затраты на сооружение схемы руб.
Годовые эксплуатационные расходы
где - нормы ежегодных отчислений на амортизацию;
- нормы ежегодных отчислений на обслуживание.
Суммарные приведенные затраты:
где - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений для силового оборудования.
Наивыгоднейшая мощность трансформаторов ГПП соответствует минимальному значению ежегодных затрат причем технико-экономические расчеты по выбору мощности производится совместно с расчетами питающих линий.
В аварийных режимах допускается перегрузка трансформаторов на 40% на время максимума общей суточной продолжительностью не более 6 часов в течении не более 5 суток.
При двух установленных на подстанции трансформаторов при аварии с одним из параллельно работающих трансформаторов оставшийся в работе принимает на себя его нагрузку.
С учетом того что на предприятии применяются приемники II категории принимается двухтрансформаторная подстанция.
Нагрузка подстанции изменяется в течении суток а суточные графики в течении года. Значительные снижения нагрузки приходятся на весенне-летний период. В такие периоды трансформаторы оказываются длительное время недогруженными. Это вызывает в них относительное увеличение потерь электроэнергии. При снижении нагрузки в работе целесообразно оставлять только часть трансформаторов. При этом нагрузку подстанции недостаточно просто принять на трансформаторы ее необходимо покрыть наиболее экономичным способом обеспечив минимум потерь активной мощности в системе. Здесь должны быть учтены как потери активной мощности в самих трансформаторах так и потери активной мощности которые возникают в системе электроснабжения по всей цепочке питания от генераторов электростанций до рассматриваемых трансформаторов из-за потребления ими реактивной мощности. Эти потери называют приведенными потерями активной мощности.
Мощность трансформатора выбирается с учетом известного суточного графика нагрузки предприятия рисунок 2.3.
Рис. 2.3 – Суточный график нагрузок предприятия
Из суточного графика можно определить
Потребляемая за сутки активная и реактивная энергия:
Средняя за сутки нагрузка предприятия:
Количество потребленной за год предприятием электрической энергии равно
Число часов использования максимальной нагрузки время в течении которого через электрическую сеть работающую с максимальной нагрузкой передавалось бы такое же количество электроэнергии которое передается через нее в течение года по действительному графику нагрузки:
Время использования максимальной нагрузки определяется характером и сменностью работы потребителя электроэнергии. Эту величину используют при определении потерь электроэнергии. Для этого надо знать величину времени максимальных потерь т.е. время в течении которого электрическая сеть работая с неизменной максимальной нагрузкой имеет потери электроэнергии равные действительным годовым потерям.
Время максимальных потерь
Выбор трансформаторов по перегрузочной способности производится по продолжительности максимума нагрузки tmax и коэффициенту заполнения графика нагрузки kзап.гр который определяется по суточному графику нагрузки
Так как мощность полученная данным способом меньше мощности полученной путем суммирования примем значение суммарной мощности полученное в таблице 2.1.
Продолжительность максимума нагрузки из суточного графика нагрузок предприятия составляет
Кратность допустимой нагрузки трансформатора с учетом коэффициента заполнения графика и продолжительности максимума нагрузки 5:
Номинальная мощность трансформаторов:
Принимаем к установке на ГПП по два трансформатора мощностью
)Коэффициент загрузки
Проверяется установленная мощность трансформатора в послеаварийном режиме при отключении одного из трансформаторов:
Следовательно выбранная мощность трансформаторов обеспечивает электроснабжение предприятия как в нормальном так и в послеаварийном режимах.
Проверяется установленная мощность трансформатора в послеаварийном режиме при отключении одного из трансформаторов
Следовательно выбранная мощность трансформаторов обеспечивает электроснабжение предприятия как в нормальном так и в послеаварийном режимах. Все параметры трансформаторов сводятся в таблицу 2.5.
Параметры трансформаторов
Потери активной мощности определяются потерями на нагрев обмоток трансформатора ΔPкз зависящими от тока нагрузки и потерями на перемагничивание и вихревые токи (нагрев стали) ΔPхх не зависящими от тока нагрузки.
Потери реактивной мощности так же складываются из двух составляющих: потерь реактивной мощности вызванных рассеянием магнитного потока в трансформаторе ΔQкз и зависящих от квадрата тока нагрузки и потерь на намагничивание трансформатора ΔQхх не зависящих от тока нагрузки и определяемых током холостого хода.
Для более точных расчетов потерь электроэнергии и стоимости этих потерь определим приведенные потери холостого хода и короткого замыкания.
а) Трансформатор ТМН-6300110
Приведенные потери мощности в трансформаторах
где - экономический эквивалент реактивной мощности коэффициент который учитывает потери активной мощности связанные с производством и распределением 1 кВАр реактивной мощности кВткВАр 8.
Полные потери мощности в двух трансформаторах
Потери активной энергии
Стоимость годовых потерь электроэнергии в трансформаторах
где - стоимость одного кВт·ч электроэнергии руб(кВт ·ч).
Капитальные затраты на установку трансформаторов
где - капитальные затраты на установку одного трансформатора в ценах 1991 года руб.
Суммарные приведенные затраты
где - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений для силового оборудования.
б) Трансформатор ТМН-10000110
Потери активной энергии
Выбор сечения линии производится для двух видов трансформаторов с последующим технико-экономическим сравнением двух вариантов.
Выбор сечения провода проводится по экономической плотности тока для класса напряжения 110 кВ. Данный уровень напряжения был принят на основании расчета по формуле Илларионова (пункт 4).
а) ВЛЭП 110 кВ трансформаторы ТМН-6300110
Расчетный ток на одну цепь
Расчетный ток в послеаварийном режиме
Экономическое сечение
где - нормированное значение экономической плотности тока с учетом числа часов использования максимальной нагрузки Амм2.
Из стандартного ряда сечений принимаем сталеалюминевый провод АС 7011 с 6.
Проверка по перегрузочной способности (в послеаварийном режиме при отключении одной из питающих линий)
Проверка выполняется.
Проверка по условию механической прочности: согласно ПУЭ воздушные линии напряжением 35 кВ и выше сооружаемые на двухцепных опорах с применением сталеалюминиевых проводов должны иметь сечение не менее 25 мм2. Таким образом проверка выполняется.
Проверка по допустимой потере напряжения
где - допустимое значение потери напряжения;
- допустимая длина питающей линии км;
- фактическая длина питающей линии км;
- длина линии при полной загрузке на которой потеря напряжения равна 1%.
- Проверка на корону
Проверяется выполнение условия
где Е – напряженность электрического поля около поверхности неращепленного провода;
- среднегеометрическое расстояние между проводами фаз см;
- радиус провода см.
Е0 – начальная напряженность возникновения коронного разряда
условие выполняется.
где - удельные потери в линии при номинальной загрузке.
Стоимость годовых потерь электроэнергии в линии
где - нормы ежегодных отчислений на амортизацию 6;
- нормы ежегодных отчислений на обслуживание 6.
где - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений для силового оборудования 5.
б) ВЛЭП 110 кВ трансформаторы ТМН-10000110
Из стандартного ряда сечений принимается сталеалюминевый провод АС 7011 с .
- длина линии при полной загрузке на которой потеря напряжения равна 1%..
где - удельные потери в линии при номинальной загрузке кВткм.
Для удобства сравнения все технико-экономические расчеты сводятся в одну общую таблицу 2.6.
Сводная таблица расчетов
Капитальные затраты руб.
Годовые эксплуатационные расходы рубгод.
Затраты на сооружение и эксплуатацию рубгод.
Потери энергии кВтч.
Стоимость потерь рубгод.
Приведенные затраты рубгод.
Исходя из сравнения расчетов можно сделать вывод что по приведенным затратам наиболее целесообразен вариант с трансформаторами мощностью 6300 кВА.
3 Проектирование высоковольтной и низковольтной сетей
Системы электроснабжения подразделяют на систему внешнего электроснабжения (воздушные линии от подстанции энергосистемы до главной понизительной подстанции или распределительного пункта) и систему внутреннего электроснабжения (распределительные линии от ГПП до ЦТП).
Схемы внешнего или внутреннего электроснабжения выполняют с учетом особенностей режима работы потребителей возможностей дальнейшего расширения производства удобства обслуживания и т.д.
Радиальными являются такие схемы в которых электроэнергия от ГПП передается прямо к ЦТП без ответвления на пути для питания других потребителей. Такие схемы должны обладать большим количеством отключающей аппаратуры и иметь значительное число питающих линий. Исходя из этого основного положения можно сделать вывод что применять их следует только для питания достаточно мощных и ответственных потребителей.
Преимущества радиальных схем: простота выполнения и надежность эксплуатации электрической сети возможность применения быстродействующей защиты и автоматики.
Недостатком радиальных схем является то что количество таких схем может быть очень велико.
Магистральные схемы применяются в системе внутреннего электроснабжения предприятия в том случае когда потребителей большое количество. Обычно магистральные схемы обеспечивают присоединение пяти шести подстанций с общей мощностью потребителей не более 5000-6000 кВА. Эти схемы характеризуются пониженной надежностью питания но дают возможность уменьшить число отключающих аппаратов высокого напряжения и более удачно скомпенсировать потребителей для питания в группе по пять шесть подстанций.
Основным недостатком магистральных схем является меньшая по сравнению с радиальными схемами надежность электроснабжения так как повреждение магистрали ведет к отключению всех потребителей питающихся от нее. В тех случаях когда необходимо сохранить преимущества магистральных схем и обеспечить высокую надежность питания следует прибегать к так называемой системе двойных транзитных магистралей.
В практике проектирования и эксплуатации промышленных предприятий редко встречаются схемы построенные только по радиальным или только по магистральным схемам питания. Обычно крупные и ответственные потребители питаются по радиальной схеме а средние и мелкие потребители группируются их питание проектируется по магистральному принципу. Питание нагрузки по данной схеме позволяет создать систему внутреннего электроснабжения с наилучшими технико-экономическими показателями.
Распределительная сеть выше 1000 В по территории предприятия выполняется самонесущими изолированными проводами СИП а так же трёхжильными кабелями марки АВБбШв (кабель с алюминиевыми жилами с оболочкой из вулканизированного полиэтилена бронированный с наружным покровом из поливинилхлоридного шланга) с прокладкой по эстакадам.
Согласно ПУЭ проводники электрического тока выбираются по следующим показателям: сечения проводников должны быть проверены по экономической плотности тока.
План сети 10 кВ представлен на рисунке 2.4.
Рис. 2.4 – Схема сети 10 кВ
где - номинальная мощность цехового трансформатора кВА;
- количество трансформаторов шт;
- количество цепей питающей линии
Экономически целесообразное сечение F мм2 определяется из соотношения
где - экономическая плотность тока Амм2.
Намечается кабель АСБ-1 (3х50) с
Выбранное сечение проверяется по допустимой нагрузке из условий нагрева в нормальном режиме и с учётом допустимой перегрузки в послеаварийном режиме
Выбранное сечение проходит по результатам проверок. Оставляем ранее намеченный кабель.
- мощность высоковольтной нагрузки цеха №8 кВА;
Намечаем кабель АСБ-1 (3х120) с
где - номинальная мощность АД кВА;
Намечается кабель АСБ-1 (3х70) с
Выбранное сечение проходит по результатам проверок. Оставляется ранее намеченный кабель.
Дальнейшие расчеты сводятся в таблицу 2.7.
Выбор сечений КЛЭП распределительной сети выше 1000 В
Мощность участка кВА.
Марка и сечение кабеля
4 Расчет токов короткого замыкания и выбор оборудования
Коротким замыканием (КЗ) называется преднамеренное или случайное не предусмотренное нормальными условиями работы соединение двух точек электрической цепи через пренебрежимо малое сопротивление возникающие при повреждениях изоляции. КЗ между разноименными проводниками линий распределительных устройств источников и преобразователей электроэнергии являются одним из основных видов аварий систем электроснабжения.
В электрических установках могут возникать различные виды КЗ сопровождающихся резким увеличением тока. Поэтому электрооборудование устанавливаемое в системах электроснабжения должно быть устойчивым к токам КЗ и выбираться с учетом величин этих токов.
Различают следующие виды КЗ: трехфазное или симметричное – три фазы соединяются между собой без соединения с землей однофазное – одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю двойное замыкание на землю две фазы соединяются между собой и с землей.
Основными причинами возникновения таких КЗ в сети могут быть: повреждение изоляции отдельных частей электроустановки неправильное действие обслуживающего персонала перекрытие токоведущих частей установки.
КЗ в сети может сопровождаться: прекращением питания потребителей присоединенных к точкам в которых произошло КЗ; нарушением нормальной работы других потребителей подключенных к неповрежденным участкам сети вследствие понижения напряжения на этих участках; нарушением нормальной работы энергетической системы.
Для предотвращения КЗ и их последствий необходимо:
– устранить причины вызывающие КЗ;
– уменьшить время действия защиты действующей при КЗ;
– правильно вычислить величины токов КЗ и по ним выбрать необходимую аппаратуру защиту и средства ограничения токов КЗ.
Расчет токов КЗ как во время проектирования систем и элементов электроснабжения так и при анализе работы существующих систем преследуют две цели:
Определение максимально возможных токов КЗ для проверки проводников и аппаратов на термическую и динамическую стойкость во время КЗ а так же для выбора мер по ограничению токов КЗ или времени их действия.
Определение минимально возможных токов КЗ для проверки чувствительности защиты правильного выбора системы и параметров срабатывания защиты и определения максимально возможного времени срабатывания защиты.
Напряжение на шинах ВН ГПП при расчете можно считать постоянным так как предприятие получает питание от энергосистемы неограниченной мощности это означает что периодическая составляющая тока КЗ практически не изменяется во времени и остается постоянной от начала КЗ до его окончания.
Расчет токов КЗ ведем в относительных единицах. Для этого все расчетные данные приводятся к базисному напряжению и базисной мощности.
Для расчетов токов КЗ составляют расчетную схему системы электроснабжения (рис. 2.5) и на её основе схему замещения (рисунок 2.6). Расчетная схема представляет собой упрощенную однолинейную схему на которой указывают все элементы системы электроснабжения и их параметры влияющие на ток КЗ. Здесь же указывают точки в которых необходимо определить ток КЗ.
Рис. 2.5 – Схема сети для расчета токов короткого замыкания
Расчет токов КЗ ведется на участке Система – ГПП – ТП1. Схема замещения представлена на рисунке 2.4.
Рис. 2.6 – Расчетная схема рассматриваемого участка и схема замещения рассматриваемого участка
По исходным данным определяется мощность системы. Приблизительно принимаем за мощность системы мощность отключения выключателя на присоединении подстанции к системе
Принимаем за базисные величины
Для генераторов трансформаторов высоковольтной ВЛЭП как правило учитываются только индуктивные сопротивления. Целесообразно учитывать активные сопротивления если R Σ > X Σ 3.
Сопротивления элементов:
Полное приведенное сопротивление от источника до точки К1
Действующее значение тока КЗ в точке К1
Ударный ток КЗ в точке К1
где kуд ударный коэффициент зависящий от постоянной времени T определяемый по зависимости kуд= f(Tа).
Расчеты токов КЗ для других точек сводятся в таблицу 2.8.
Расчёт токов короткого замыкания для рассматриваемого участка
Полученное по экономической плотности тока сечение высоковольтных линий необходимо проверить на термическую стойкость при коротком замыкании.
Время отключения короткого замыкания
Тепловой импульс тока короткого замыкания
где Iк – ток короткого замыкания на низкой стороне трансформаторов ГПП.
Термически стойкое сечение равно
где - коэффициент зависящий от допустимой температуры при коротком замыкании и материала проводника.
Таким образом предварительно выбранное сечение по термической стойкости проходит.
В системах электроснабжения могут возникать режимы характеризующиеся электрическими тепловыми и механическими нагрузками превышающие нагрузки нормального режима работы и представляющие опасность для элементов системы электроснабжения. Правильно выбранное оборудование – залог надежной работы электрооборудования и всей системы электроснабжения.
Необходимо рассмотреть выбор выключателя и разъединителя на высокой стороне трансформатора ГПП.
Намечается к установке выключатель типа ВГТ-110-403150.
Выбор выключателей производится по условиям:
– по напряжению установки UустUном
– по длительному току Iрасч. Iном
– по отключающей способности I Iном.откл
– по электродинамической стойкости iу iдин
– по термической стойкости Вк I2тер·tтер
Iном.откл. – наибольший ток КЗ который выключатель способен отключить;
Iтерtтер – ток термической стойкости и время его протекания;
iдин – наибольший пиковый ток который выключатель выдерживает во включенном состоянии без повреждения.
Проверку выключателя произведем в таблице 2.9.
Проверка выключателя ВГТ-110-403150
Вк=I2·(tр.з+tоткл.в.+Та)=
=1632·(1.2+0.07+0.02)=22.1кА2·с
I2тер·tтер = 402·3 =
Выключатель проходит по результатам проверок.
Производится выбор разъединителей на блоках 110 кВ перед трансформаторами ГПП. Принимаются разъединители РГ-1101000.
Проверка разъединителя
Вк=I2·(tр.з+tоткл.в.+Та)= =1632·(1.2+0.07+0.02) = 337 кА2·с
Разъединитель проходит по результатам проверок.
Оборудование выбирается однотипное т.е. все разъединители на высокой стороне будут одной марки и все выключатели на высокой стороне будут одной марки.
Рассматривается выбор выключателя на стороне НН трансформатора. Намечается к установке выключатель типа ВЭ-10-20630.
Выбор выключателя 10 кВ.
Вк=I2·(tр.з+tоткл.в.+Та)= =2.792·(0.5+0.05+0.01) = 435 кА2·с
I2термtтерм=20 24=1200 кА2с
На стороне НН трансформатора выключатели располагаются на выкатных тележках следовательно выбирать разъединители нет необходимости.
Оборудование выбирается однотипное т.е. все выключатели
на стороне 10 кВ будут одной марки.
5 Расчет токов короткого замыкания и выбор защитной
аппаратуры низковольтной сети
Схема сети ниже 1000 В показана на рисунке 2.4. Расчет токов короткого замыкания сетях до 1000 В обладает следующими особенностями:
напряжение на шинах цеховой ТП считается неизменным при кз в сети до 1000В;
при расчете токов кз учитываем активные и индуктивные сопротивления до точки кз всех элементов сети;
расчет ведется в именованных единицах напряжение принимаем на 5% выше номинального напряжения сети (при Uсети = 038 кВ принимается U = 105Uсети = 04 кВ);
ток кз определяется по следующей формуле:
где мОм – сопротивление до точки кз; Uн = 400 В.
Расчет токов кз производится до участка цеховой сети до ЭП № 36. Схема исходной сети представлена на рис. 2.7 а схема замещения – на рис. 2.8.
Рис. 2.7 – Схема сети до 1000В для расчета токов короткого замыкания
Рис. 2.8 - Однолинейная схема сети ниже 1000 В
Трансформатор ТМГ-125010
QF1: ВА74-45 Активное сопротивление R не учитывается. .
ТТ:Тк=20005 Активное сопротивление R не учитывается. Ктр=20005
QF2: ВА 52-39 R=0.12 мОм Х=0094мОм
ТТ2: Тк=2505 R=015 мОм Х=022 мОм
КЛ1: 2хАВВГ(4*50) L=0.07км R=0315мОм Х=0081 мОм
P-1- рубильник РI6-373 400А Rпер=02 мОм
QF3: ВА 51-33 R=0.58 мОм Х=0035мОм
КЛ2 АВВГ(4*50) L=0.006км R=0625мОм Х=0085 мОм
В качестве аппаратов защиты принимаются автоматические выключатели серии ВА с электромагнитным расцепителем для защиты линии от токов КЗ и тепловым для защиты от перегрузки. Эти автоматы просты в эксплуатации малогабаритны достаточно надежны и имеют достаточно много уставок для обеспечения требуемой селективности.
Условия выбора выключателей:
По нагреву расчетным током нагрузки: I ном.ав ≥ I ном.расц ≥ I дл;
По условию перегрузки пусковым током:
I кз ≥ 15 I пуск – для одного ЭП;
I кз ≥ 125 I пик – для группы ЭП;
I кз ≥ K ·I ном.расц – для группы ЭП (K = I кзI ном.расц)
где I дл = I ном – для одного ЭП;
I дл = I р – для группы ЭП;
I ном.ав – номинальный ток автомата;
I ном.расц – номинальный ток расцепителя;
I р – расчетный ток группы ЭП;
K – кратность отсечки;
I кз – номинальный ток срабатывания уставки в зоне КЗ.
Выбор сечений питающей линий производится по длительно допустимой токовой нагрузке из условия нагрева. Линии питающие распределительные пункты проверяются по допустимой потере напряжения. Сечения кабелей согласовываются с действием аппаратов защиты.
Для питания распределительных пунктов и отдельных электроприемников принимаем кабель марки АВВГ с прокладкой в коробах с открываемыми крышками. Питание осуществляем по радиальным линиям.
Кабель АВВГ – это кабель с алюминиевыми жилами с внутренней и внешней изоляцией из поливинилхлоридного пластика (ПВХ) без дополнительного защитного покрова. Кабель данной марки не распространяет горения при одиночной прокладке и предназначен для прокладки в сухих и влажных производственных помещениях (не рекомендуется для прокладки в траншеях).
Условие выбора проводников:
По нагреву расчетным током нагрузки: I доп ≥ I м k прокл;
Согласование с аппаратом защиты: I доп ≥ k з · I з k прокл;
где k прокл = 1 (для нормальных условий) – поправочный коэффициент на условие прокладки;
k з – кратность защиты (отношение длительно допустимого тока для кабеля к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата приперегрузке или КЗ).
Выбор сечения кабеля и аппарат защита.
Расчет для насоса перемешивающего.
где - коэффициент пуска двигателя насоса.
Автоматический выключатель выбирается по условиям:
По 3 выбираеncz автоматический выключатель ВА 47-29 с
Кабель питающей линии ЭП выбирается по длительному току из условия:
По ПУЭ выбирается сечение 3х10 с что соответствует условию выбора.
Карта селективности строится для более наглядного представления о правильности действия защиты. Она строится в логарифмическом масштабе по оси абсцисс откладываются токи по оси ординат время действия токов и время срабатывания защит по защитным характеристикам.
На карту селективности наносится:
- номинальный и пусковой ток ЭП:
- расчетный и пиковый ток ПР:
- расчетный и пиковый ток ТП:
- защитные характеристики автоматических выключателей и предохранителей:
- токи КЗ в сети 04кВ.
На карте селективности указаны:
Номинальный ток ЭП Iэд=1036 А
Пусковой ток ЭД Iп эд=7252 А
Расчетный ток ПР Iр шр=2322 А
Пиковый ток ПР Iп шр=8785 А
Расчетный ток ТП Iр тп=17927 А
Пиковый ток ТП Iп тп=632805 А
Ток КЗ вточке К1 Iкз=2972 кА
Ток КЗ вточке К2 Iкз=2772 кА
Ток КЗ в точке К3 Iкз=2689 кА
Защитные характеристики QF1 ВА 74-45
Защитные характеристики QF2 ВА 88-35
Защитные характеристики QF3 ВА 88-32
Необходимые сведения сводятся в таблицу 2.12.
Цепочки защит для построения карты селективности
Условия срабатывания по току А:
Условия срабатывания по времени при КЗ с:
Защитные характеристики автоматических выключателей которые необходимо использовать для построения карты селективности действия аппаратов защиты приведены в справочной литературе 3.
Рис 2.9 – Карта селективности
Согласно ПУЭ для силовых сетей отклонение напряжения от номинального значения должно составлять не более ±5%. Для осветительных сетей промышленных предприятий и общественных зданий допускается отклонение напряжения от +5 до-25% UH.
Расчет цеховой сети по условиям допустимой потери напряжения и построение эпюры отклонения напряжения выполним для цепочки от шин ГПП до зажимов токарно-винторезного станка находящегося в цехе №10.
Расчет производится для максимального минимального и послеаварийного режимов работы. Определяются потери напряжения в трансформаторе:
где м - отношение фактической нагрузки одного трансформатора к его номинальной мощности в рассматриваемом режиме работы;
Ua - активная составляющая напряжения КЗ;
Up - реактивная составляющая напряжения КЗ.
Отклонение напряжения в любой точке сети рассчитываем по выражению:
V = Vц.п%+UT-ZU% (2.85)
где Vцп% - отклонение напряжения в центре питания которое равно +5% в режиме максимальных нагрузок;
Uн - в режиме минимальных нагрузок сети
Uт - «добавка» создаваемая цеховым трансформатором;
U - сумма потерь напряжения до какой-либо точки сети начиная с центра питания (ГПП).
Как указывалось выше установка БК на стороне 038 кВ не требуется поэтому компенсация реактивной мощности в расчетах не учитывается. Все расчеты по определению отклонений напряжения на каждом участке цепи сводятся в таблицу 2.13 по которой строятся эпюры отклонения напряжения для расчетной цепи.
Рис. 2.10 – Расчетная схема
Максимальный режим.
U2 =10500 – 8292 = 10417 В;
U2 = 5 – 0.84 =416 %.
U3 = 10417– 1355 = 104035 В;
U3 =416 – 0217 = 3943 % .
U4 = 3943 – 2887 = 1056 %.
U5 = 38435 – 114 = 38321 В ;
U5 = 1056 – 0298 = 0758 % .
U2 =10000 – 3636 = 996364 В;
U2 = 0 – 0606 = - 0606 %.
U3 = 996364 – 924= 99544 В;
U3 = -0606 – 0155 = -0761 % .
Uа =11% ; Uр =538% ;
U4 = -0761 – 1874 = -2635 %.
r4-5 = 0011 Ом ; x4-5 = 000156 Ом
U5 = 371 – 076 = 37024 В ;
U5 = -2635 - 02206 = -2841 % .
Послеаварийный режим (отключение одного цехового трансформатора):
U2 = 5 – 084 = 416 %.
U3 = 10417 – 1355= 104035 В;
U3 = 416 – 0217 = 3943 % .
U4 = 3943 – 5799 = -1847 %.
U5 = 37292 – 0768= 37216 В ;
U5 = -1847 - 0206 = -2053 % .
Данные расчетов сводятся в таблицу 2.13.
Данные для построения эпюры отклонения напряжения
Потери напряжения %:
Отклонение напряжения:
Рис. 2.11 - Эпюры отклонений напряжения
Защита наземных сооружений промышленных и электроэнергетических установок открытых высоковольтных подстанций от прямых ударов молнии (ПУМ) осуществляется установкой стержневых заземленных молниеотводов возвышающимся над защищаемым объектом и воспринимающих на себя удары молнии. Молниеотвод являясь средством защиты от ПУМ имеет вокруг себя пространство в котором находящиеся объекты поражаются с малой вероятностью – это пространство называют зоной защиты молниеотвода. В силу того что траектория завершения разряда молнии зависит от случайных процессов определяющих ионизационные процессы в воздухе практически невозможно полностью исключить вероятность ПУМ в защищаемый объект расположенный возле молниеотвода. Можно рассматривать зоны защиты только для определенной вероятности прорыва ПУМ в эту зону при этом чем меньше объем пространства рассматриваемой зоны тем меньше вероятность поражения молнией объекта находящегося в этой зоне.
Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h 150 м представляет собой конус с вершиной на высоте ho h сечение которого на высоте hх имеет радиус rx.
При вероятности прорыва молнии 005 защищаемый объект в среднем будет поражаться не чаще одного раза в 200 лет.
Зона защиты одиночного молниеотвода:
Зона защиты двухстержневых молниеотводов находящихся вблизи друг от друга расширяется по сравнению с зонами защиты отдельных молниеотводов. Возникает дополнительный объем зоны защиты обусловленный совместным действием двух молниеотводов.
Зона защиты двойного молниеотвода:
Несколько близко расположенных молниеотводов образуют «многократный» молниеотвод. Его зона защиты определяется зонами защиты ближайших молниеотводов. При этом принимается что внутренняя зона имеет вероятность прорыва такую же как и зоны взятых попарно молниеотводов.
Открытое распределительное устройство подстанции 110 10 кВ имеет следующие габаритные размеры:
Расстояние между ближайшими молниеотводами l1 = 30 м.
Расстояние между дальними молниеотводами l2 = 40 м.
Предельные расстояния между молниеотводами:
Необходимым условием защищенности всей площади заключенной внутри прямоугольника:
- для молниеотводов высотой м;
- для молниеотводов высотой от 30 до 100 м
где D – диагональ прямоугольника в вершинах которого расположены молниеотводы.
Превышение высоты молниеотвода над высотой защищаемого объекта должно быть
Принимается - активная высота молниеотвода.
Полная высота молниеотвода:
Зона защиты четырех стержневых молниеотводов значительно превышает сумму зон защиты одиночных молниеотводов. Площадь защищаемая четырьмя стержневыми молниеотводами расположенными по углам прямоугольника имеет очертания приведенные на рисунке 2.12.
Рис. 2.12 - Зона защиты молниеотводов.
Внешняя часть зоны защиты строится для каждой пары молниеотводов.
Радиус защиты rx для внешних областей зоны защиты определяется как для одиночного стержневого молниеотвода.
Вершина зоны защиты:
Граница внешней зоны с радиусом rx на высоте hx:
Радиус защитной зоны на уровне земли:
Для l1 = 30 м > 15 · h = 15 · 18 = 27 м
Для l2 = 40 м > 15 · h = 15 · 18 = 27 м
Из этого следует что защищаемый объект находится внутри зоны защиты.
Число ударов молнии в подстанцию в год:
N = 006 · n · (а + 10 h) · (b + 10 h) · 10-6 = 006 · 50 · (48 + 10 · 18)(36 + 10 · 18) · 10-6 = 0148
где а b – длина ширина защищаемого объекта; n = 50 – число грозовых часов в год.
Число грозовых отклонений:
φ = N · п · i · д = 0148 · 10-3 · 068 · 07 = 007 · 10-3 (2.92)
где п = 10-3 – вероятность прорыва молнии сквозь зону защиты молниеотводов;
д = 07 – вероятность перехода импульсного перекрытия в силовую дугу.
Показатель грозоупорности:
Площадь подстанции составляет 1620 м2. Заземлитель предполагается выполнить из горизонтальных полосовых электродов сечением 5 25 мм и вертикальных электродов длиной глубина заложения электродов t = 09 м; удельное сопротивление земли составляет р1 = 150 Омм (с учетом промерзания грунта) р2 = 70 Омм. Мощность верхнего слоя h1 = 15 м. Полное время отключения выключателя tо = 008 с.
Расчет заземлителей производится по допустимому напряжению прикосновения.
Время отключения короткого замыкания tв с определяется по выражению
tв = tр.з + tо (2.94)
где tр.з – время действия релейной защиты tр.з = 010 с;
tо – полное время отключения выключателя .
tв = 010 + 008 = 018.
Для tв = 018 с допустимое напряжение прикосновения для составляет 400 В. Предварительная схема заземлителя представлена на рисунке 2.13.
Рис. 2.13 – Предварительная схема заземлителя
Коэффициент прикосновения
где М – функция отношения р1р2 принимается М = 063;
– коэффициент определяемый по сопротивлению человека;
а – расстояние между вертикальными электродами м принимается а = 45 м.
Rч – сопротивление человека принимается Rч=1000 Ом.
Напряжение на заземлителе при однофазном коротком замыкании кВ
что меньше допустимого (10 кВ).
Допустимое сопротивление заземляющего устройства Ом
где I (1)кз – ток однофазного к.з. А .
Действительный план заземляющего устройства преобразуется в расчетную схему со стороной = 4024 м.
Расчетная модель представлена на рисунке 2.14.
Рисунок 2.14 – Расчетная модель
Число ячеек по стороне квадрата
Длина полос в расчетной модели м
Длина сторон ячейки м
Число вертикальных заземлителей по периметру контура при = k 1
Общая длина вертикальных заземлителей м
Относительная глубина м
Lотн = 012 > 01 следовательно значение коэффициента А
По ПУЭ для = 214; = 1;
Определяется = 1058 тогда = 1058 · = 1085 70 = 7406 Омм.
Общее сопротивление сложного заземлителя Ом
что больше допустимого = 0562 Ом.
Необходимо принять меры для снижения используя естественные заземлители системы трос-опоры линии 110 кВ общим сопротивлением 2 Ом тогда общее сопротивление заземляющего устройства подстанции Ом
что меньше допустимого = 0562 .
Напряжение прикосновения кВ:
Определяется наибольший допустимый ток стекающий с заземлителей подстанции при однофазном к.з
Глава 3 Технико-экономический расчет проекта
Цель выпускной квалификационной работы – расчет электроснабжения спиртового комбината. Детальный расчет электроснабжения производится для цехов где используется стандартное электрооборудование как наиболее экономически выгодное.
Капитальные вложения в электрооборудование – это в первую очередь стоимость электрооборудования и стоимость строительно-монтажных работ. Смета – это документ определяющий окончательную и предельную стоимость реализации проекта. Смета служит исходным документом капитального вложения в котором определяются затраты необходимые для выполнения полного объема необходимых работ. Исходные данные и стоимости сведены в таблицы.
1 Затраты на заработную плату
Распределение работы между работниками осуществляющими электроснабжение спиртового комбината вычисляется по следующим формулам.
Для реализации проекта необходимо привлечь руководителя проекта и ведущего инженера. Заработная плата рядового персонала н учитывается т.к. работники работают на предприятии на постоянной основе.
Затраты на контроль над реализацией проекта:
Кпр = Изп + Имат + Иам + Исо + Ипр + Инакл (3.1)
где Изп заработная плата;
Имат материальные затраты;
Иам амортизация компьютерной техники;
Исо отчисления на социальные нужды;
Инакл накладные расходы.
а) Месячная зарплата руководителя проекта
где ЗПо месячный оклад;
Д доплата за интенсивность труда;
К1 коэффициент учитывающий отпуск (10% от ЗПо);
К2 районный коэффициент.
Зарплата руководителя с учетом фактически отработанных дней
где n количество отработанных дней по факту.
б) Месячная зарплата ведущего инженера
Зарплата инженера с учетом фактически отработанных дней
в) ФЗП сотрудников приведен в таблице 3.1.
Средняя зарплата за один день руб.
Руководитель проекта
В статью расходов «отчисления на социальные нужды» закладывается обязательные отчисления по установленным законодательством нормам. Органам государственного социального страхования пенсионного фонда государственного фонда занятости и медицинского страхования от элемента «затраты на оплату труда». Размер отчислений на социальные нужды составляет 30% от ФЗП.
Материальные затраты на канцелярские товары принимаются в размере 1000 руб. (в условиях цен на канцелярские товары в настоящее время)..
Зарплаты рядового персонала (монтажников водителей и др.) не учитываются т.к. они входят в штат электроснабжающей организации.
2 Амортизация и прочие затраты
Основной объем работ по контролю за осуществлением проекта выполняется на персональном компьютере первоначальной стоимостью 34 тысячи рублей.
Производится расчёт амортизации стоимости ПК
где количество отработанных дней на ПК;
количество календарных дней в году;
первоначальная стоимость ПК;
срок полной амортизации.
Прочие неучтенные прямые затраты включают в себя все расходы связанные с налоговыми сборами (не предусмотренными в предыдущих статях) отчисления внебюджетные фонды платежи по страхованию оплата услуг связи представительские расходы затраты на ремонт и прочее. Принимаем размер прочих затрат как 10% от суммы расходов на материальные затраты услуги сторонних организаций амортизации оборудования затрат на оплату труда отчисления на социальные нужды.
Накладные расходы составляют 200% от ФЗП. Они включают в себя затраты на хозяйственное обслуживание помещения обеспечение нормальных условий труда оплату за энергоносители и другие косвенные затраты.
Инакл=2 Из.пл =2 1098104=21962010 (руб) (3.9)
3 Стоимость оборудования и затраты на годовые издержки
Полная себестоимость проекта вычисляется по формуле
Результаты расчетов сводятся в таблицу 3.2.
Смета затрат на подготовку проекта
Социальные отчисления
Материальные затраты
Амортизационные отчисления
Себестоимость проекта
Результаты технико-экономического сравнения вариантов схемы внешнего электроснабжения приведены в таблице 3.3.
Исходя из сравнения расчетов можно сделать вывод что по приведенным затратам наиболее целесообразен вариант с трансформаторами мощностью 6300110 кВА.
Технико-экономическое сравнение вариантов схемы внешнего электроснабжения было выполнено в разделе 2.3.
Сумма капиталовложений в вариант с установкой трансформатора 6300110 кВА составляет 29689620 р.
Экономический эффект проекта электроснабжения достигается за счёт разницы в годовых эксплуатационных издержках между вариантами установки трансформаторов 6300 и 10000 кВА.
Общий экономический эффект равен разнице в эксплуатационных издержках вариантов и составляет 5937924 ргод.
Чистый дисконтированный доход определяется как сумма текущих эффектов за весь срок эксплуатации (то есть расчетный период) приведенная к начальному шагу (год квартал месяц) или как превышение интегральных результатов над интегральными затратами.
где Ер – норма дисконта капитала с поправкой на инфляцию.
Ер является реальной процентной ставкой которая учитывает инфляцию.
где Е – ставка процента банка %;
r – уровень инфляции %.
Следовательно реальная процентная ставка соответствует 18 65%.
Чистый дисконтированный доход ЧДД руб. будет равен:
Индекс доходности проектируемых капиталовложений ИД руб. определяется по формуле:
Срок окупаемости капиталовложений определяется по формуле:
Таким образом срок окупаемости капитальных затрат составит 34 38 лет. Определение срока окупаемости графическим способом представлено на рисунке 3.1.
Обобщенные результаты оценки экономикой эффективности исходного и проектного вариантов представлены в таблице 3.3 а накопление ЧДД в виде графика – на рисунке 3.1.
Сводная таблица показателей экономической эффективности проектной разработки
Наименование показателей
Значение показателей
Капиталовложения руб.
Общий экономический эффект руб.
Чистый дисконтированный доход руб.
Срок окупаемости лет
Рис. 3.1 — Накопление чистого дисконтированного дохода
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы был разработан план системы электроснабжения спиртового комбината. При выполнении работы в той или иной мере были выполнены все поставленные задачи:
)Произведен анализ и сбор общих сведений о предприятии спиртового комбината;
)Произведено определение расчетной нагрузки всего предприятия;
)Произведен электротехнический расчет цехов предприятия;
)Спроектирована сеть и произведено сравнение основные вариантов построения сети;
)Произведен выбор коммутационных аппаратов;
)Произведен расчет токов короткого замыкания выбранное оборудование проверено по условиям срабатывания;
)Произведен экономический расчет проекта электроснабжения;
)Рассмотрены вопросы безопасности и молниезащиты на главной понизительной подстанции.
Таким образом все поставленные цели при разработке ВКР выполнены.
Список использованных источников
Кабышев А.В. Обухов С.Г. Расчет и проектирование систем электроснабжения объектов и установок: Учеб. Пособие — Томск: Изд-во ТПУ 2006.
Кабышев А.В. Обухов С.Г. Расчет и проектирование систем электроснабжения объектов и установок: Учеб. Пособие — Томск: Изд-во ТПУ 2004.
Гаврилин А.И. Обухов С.Г. Озга А.И. Электроснабжение промышленных предприятий. Методические указания к выполнению выпускной работы бакалавра Томск ТПУ 2001.
Мельников М.А. Внутрицеховое электроснабжение: Учеб. Пособие. - Томск: Изд-во ТПУ 2002.
Справочник по проектированию электроэнергетических системВ.В. Ершевич А.Н. Зейлигер Г.А. Илларионов и др.: Под ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат 1985.
Справочник по электроснабжению и электрооборудованию Под общей редакцией А.А. Федорова — Москва: Энергоатомиздат 1986.
Справочник по проектированию электроэнергетических сетей под ред. Д.Л. Файбисовича. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС 2005.
Плахов А.М. «Безопасность жизнедеятельности»: Учебное пособие Национальный исследовательский Томский политехнический университет.-Томск: Изд-во Томского политехнического университета 2014. - 204 с.
ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов.
ПУЭ издание 6-е и 7-е; Новосибирск Сибирское университетское издательство 2005-853с.
Приказ Министерства руда и социальной защиты РФ от 24 июля 2013 г. № 328 н «Об утверждении Правил по охране труда при эксплуатации электроустановок».
ГОСТ Р 12.1.019-2009 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты.
«Инструкция по применению и испытанию средств защиты используемые в электроустановках» Минэнерго РФ от 30 июня 2003 г. №261.
ГОСТ 12.2.003–91 ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности.
ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
СанПиН 2.2.4.548–96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.
СНиП 2.04.05-91. Отопление вентиляция и кондиционирование.
ГОСТ 12.1.003–83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.
ГОСТ 12.1.029-80 ССБТ. Средства и методы защиты от шума. Классификация.
СН 2.2.42.1.8.556 «Производственная вибрация вибрация в помещениях жилых и общественных зданий» - М.: Минздрав России 1997.
Охрана труда в радиоэлектронной промышленности. С. П. Павлова.. — Москва: Радио и связь 1985.
СанПиН 2.2.4.1191–03. Электромагнитные поля в производственных условиях.
А.Г. Дашковский Б.А. Тихонов. Расчет устройства защитного заземления. Методические указания к выполнению самостоятельной работы по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей. Томск изд. ТПУ 2005. - 12 с.
СП 52.13330.2011 Естественное и искусственное освещение.
НПБ 105-03 Определение категорий помещений зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности.
Федеральный закон от 22.07.2013г. №123 – ФЗ. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности.
РД 153-34.0-03.301-00. Правила пожарной безопасности для энергетических предприятий.
СанПиН 2.2.12.1.1.1200–03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий сооружений и иных объектов.
ГОСТ Р 22.0.07-95. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Источники техногенных чрезвычайных ситуаций. Классификация и номенклатура поражающих факторов и их параметров.
Федеральный закон от 21 декабря 1994 г. № 68-ФЗ. О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
Федеральный закон РФ от 28.12.2013 г. №426-ФЗ «Об специальной оценке условий труда».
Постановление Правительства РФ от 29.03.2002 г. №188 «Об утверждении списков производств профессий и должностей с вредными условиями труда работа в которых дает право гражданам занятым на работах с химическим оружием на меры социальной поддержки».
Справочник базовых цен на проектные работы для строительства . Объекты энергетики. РАО «ЕЭС РОССИИ» - Москва 2017

Экономика 2.docx

Капитальные затраты руб.
Годовые эксплуатационные расходы рубгод.
Затраты на сооружение и эксплуатацию рубгод.
Потери энергии кВтч.
Стоимость потерь рубгод.
Приведенные затраты рубгод.

Экономика.docx

Социальные отчисления
Материальные затраты
Амортизационные отчисления
Себестоимость проекта

01 Аннотация.docx

Выпускная квалификационная работа на тему «Проектирование системы электроснабжения спиртового комбината» представлена пояснительной запиской на 95 страницах и графической частью на 6 листах формата А3. При выполнении данного проекта был использовано 36 литературных источников.
В данной ВКР разработан план системы электроснабжения спиртового комбината.
В основной части пояснительной записки проанализированы имеющиеся данные для проектирования рассчитаны силовые нагрузки спроектирована сеть 04 кВ рассмотрена сеть 10 кВ выбраны коммутационные аппараты рассчитаны токи короткого замыкания для высоковольтной и низковольтной сетей.
Выполнен технико-экономический расчет предлагаемого проекта и рассмотрены вопросы безопасности молниезащиты и заземления проекта электроснабжения.