Проектирование системы электроснабжения производственного цеха

При размещении 10 вертикальных электродов по контуру определим отношение расстояния между электродами к их длине по формуле:где k–отношение расстояния между электродами к их длине;a = 9,5м.– расстояние между вертикальными электродами при размещении по горизонтальному контуру;L = 4 м. – длина вертикального заземлителя.По отношению расстояния междуэлектродами к их длине равным 2,37 методом интерполяции определяем коэффициенты использования соответственно электродов nг = 0,4 и nв = 0,71.Сопротивление растеканию тока группового заземлителя определим по формуле:где nг и nв – коэффициенты использования электродов.Таким образом, заземляющее устройство состоит из вертикальных и горизонтальных заземлителей. Горизонтальный заземлитель прокладывается на расстоянии 1 м. от фундаменты здания.2.9 Энергоэффективность проектаВ настоящее время одной из актуальных проблем промышленности является задача повышения энергоэффективности предприятий. Вопрос эффективности систем электроснабжения складывается из большого количества требований: безопасность, надежность, экономичность электроснабжения, качество электроэнергии и экологичность. В данном проекте проведены следующие мероприятия по повышению энегроэффективности:Компенсация реактивной мощностиВ работе для компенсации реактивной мощности использовали СД напряжением 10 кВ и КУ напряжением 10 кВ и 0,4 кВ.Правильный выбор типа и мощности трансформаторов, а также правильное размещение подстанции на предприятии является основой для рационального построения схемы распределения электрической энергии.Выбор схемы электроснабжения предприятияДля подключения цеховых трансформаторных подстанций выбрана магистральная схема. Данная схема является экономически более выгодной, чем магистральная, позволяет лучше загрузить кабели, сэкономить число шкафов КРУ на питающем пункте, позволяет легче осуществлять резервирование цеховых подстанций.Выбор дугогасящих реакторовДля компенсации токов замыкания на землю были выбраны дугогасящие реакторы плавной автоматической регулировкой типа ZTC 50-100/10У1 с трансформаторами нулевой последовательности TEGE мощностью 100 кВА.Релейная защита выполнена при помощи Sepam T87.Для защиты трансформаторов применяем терминал Sepam T87.Освещение территории предприятия и ГПП выполнено светильниками GALAD с лампами ДНаТ. Лампы ДНаТ характеризуются самой высокой светоотдачей среди газоразрядных ламп и меньшим снижением светового потока при длительных сроках службы.Данные мероприятия позволяют повысить энергоэффективность проекта, экономить электроэнергию и снижают потери в системе электроснабжения промышленного предприятия.Определить характеристики неравномерности электропотребления. Пересчетный коэффициент счетчика равен 80 (включение через трансформаторы тока с коэффициентом трансформации 200/5). Определить потери электроэнергии в трансформаторе ТМ-1000/10, в кабельной линии 0,4 кВ марки АВБбШв-4x120, L=96 м. Выполнить расчет замены силового трансформатора на трансформатор меньшей мощности. Выполнить замену линии 0,4 кВ при условии ее нагрузки, составляющей 20 % от нагрузки трансформатора.Характеристика систем учета ресурсовТехническое обслуживание расчетных приборов учета (электросчетчиков) осуществляется ОАО «Мосэнергосбыт». Учет электроэнергии осуществляется 5-ю коммерческими счетчиками по стороне 10 кВ типа СЭТ-4ТМ.02.2 на ТП-1, 4-мя коммерческими счетчиками по стороне 10 кВ типа СЭТ-4ТМ.02.2 на ТП-2 и двумя счетчиками технического учета типа СЭТ-3а-02-04 за вычетом расхода сторонних потребителей, который учитывается 25 счетчиками технического учета типа СЭТ-3а-02-04 по стороне 0,4 кВ, 15 счетчиками технического учета типа СЭТ4-1/2 по стороне 0,4 кВ. 30 счетчиков заведены в систему автоматизированного технического учета электроэнергии. Так же вычитаются 21 расчетных величин офисных и складских помещений сторонних потребителей.Помимо этого на ТП-4 установлено 27 счетчиков типа СЭТ-3а-02-04 для поагрегатногоконтроля за расходом электроэнергии, которые так же заведены в систему автоматизированного технического учета электроэнергии.Анализ показателей качества электрической энергии поводился на фидере 14 отходящего от ТП-1, питающего сушильно-пропиточное отделение.Сроки испытаний: 20.06.2012 15.03.04 – 21.06.2012 06.10.00. Таблица 2.9 – Результаты испытаний электрической энергии по установившемуся отклонению напряжения (с учетом потери напряжения 1,5%) В процентахИзмеряемая характеристикаРезультат измеренийНормативное значениеТ1Т2Измеряемая характеристикаРезультат измеренийНормативноезначениеТ1Т2ПрямойпоследовательностиФазное (междуфазное) А (АВ)2,45- 3,50029XX2,45- 3,50033XX7,45+ 6,50XX7,45+ 6,50XX2,45- 8,50XX003,95- 8,50XX007,45+ 11,50XX7,71+ 11,50XXФазное (междуфазное) В (ВС)Фазное (междуфазное) С (СА)2,71- 3,50040XX1,92- 3,50024XX7,71+ 6,50XX6,92+ 6,50XX2,71- 8,50XX001,92- 8,50XX007,97+ 11,50XX6,92+ 11,50XXПогрешностьизмеренийОбозначениеРезультатНормативноезначениеU0,50,5Таблица 2.10 Результаты испытаний электрической энергии по коэффициенту п-й гармонической составляющей напряженияВ процентахnРезультат измеренийНормативные значенияСоответствиефаза «А»фаза «В»фаза «С»KU(n)вKU(n)нбT1Т2KU(n)вKU(n)нбT1Т2KU(n)вKU(n)нбT1Т2KU(n)ндKU(n)пд20,150,18000,130,26000,160,280023Соотв.32,212,250022,1002,532,726,502,53,75Не соотв.40,150,26000,110,3000,140,270011,5Соотв.50,740,89000,710,82000,861,020069Соотв.60,110,13000,130,23000,110,28000,50,75Соотв.70,640,98000,811,24000,751,10057,5Соотв.80,120,16000,120,19000,110,23000,50,75Соотв.90,560,61000,550,62000,590,67000,751,125Соотв.100,120,24000,110,14000,110,21000,50,75Соотв.110,781,06000,560,79000,750,95003,55,25Соотв.120,140,19000,120,271,100,140,21,100,20,3Соотв.130,630,77000,650,91000,640,710034,5Соотв.140,160,221,100,130,18000,120,221,100,20,3Соотв.150,370,4218,500,280,413,300,290,332,200,30,45Не соотв.160,140,221,100,140,221,100,190,274,300,20,3Соотв.170,740,94000,60,73000,720,910023Соотв.180,170,21,100,140,19000,190,293,300,20,3Соотв.190,610,69000,560,8000,570,73001,52,25Соотв.200,150,272,200,120,18000,170,18000,20,3Соотв.210,290,3823,95,40,260,3814,12,20,230,269,800,20,3Не соотв.220,180,243,300,160,241,100,210,246,500,20,3Не соотв.230,750,86000,370,48000,60,78001,52,25Соотв.240,20,345,42,20,180,19000,180,292,200,20,3Не соотв.250,510,57000,340,46000,370,46001,52,25Соотв.260,170,33,31,10,160,232,200,160,19000,20,3Не соотв.270,280,3815,23,30,240,397,62,20,220,258,700,20,3Не соотв.280,180,253,300,170,19000,180,21,100,20,3Соотв.290,430,6000,240,35000,370,45001,321,98Соотв.300,190,443,31,10,140,18000,180,231,100,20,3Не соотв.310,270,52000,260,29000,290,37001,251,87Соотв.320,180,272,200,150,18000,140,21,100,20,3Соотв.330,250,418,73,30,220,266,500,180,463,31,10,20,3Не соотв.340,210,365,41,10,140,231,100,190,243,300,20,3Не соотв.350,420,55000,220,25000,270,41001,131,69Соотв.360,20,415,41,10,150,18000,160,221,100,20,3Не соотв.370,240,35000,260,33000,320,47001,081,62Соотв.380,160,322,21,10,150,211,100,150,211,100,20,3Не соотв.390,240,369,81,10,170,231,100,20,345,41,10,20,3Не соотв.400,210,285,400,140,16000,220,24000,20,3Не соотв.Погрешность измеренийОбозначениеРезультатНормативное значениеKU(n)±0,05±0,05Из результатов измерений ПКЭ, приведенных в таблицах, и сопоставления с требованиями ГОСТ 13109-97 видно, что качество электрической энергии:— по установившемуся отклонению напряжения — не соответствует;— по отклонениям частоты — соответствует;— по коэффициенту искажения синусоидальности напряжения — соответствует;— по коэффициенту n-й гармонической составляющей напряжения — не соответствует;— по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности — соответствует;— по коэффициенту несимметрии напряжений по нулевой последовательности — соответствует.Выводы: - из представленных выше результатов видно, что показатели качества электроэнергии не соответствуют ГОСТ 13109-97;- напряжение превышает нормально допустимые значения;- показатели качества электроэнергии не соответствуют по коэффициенту n-й гармонической составляющей напряжения;- потребление электроэнергии (мощности) носит переменный характер в течение суток, что связано с режимом работы электрооборудования; - во время работы электроприемников потребляется большое количество реактивной мощности. На обследуемом присоединении наблюдалось превышение напряжения нормально допустимых значений. Повышенное напряжение способствует процессу старения изоляции, межвитковым коротким замыканиям в электрических машинах, снижает их срок службы и приводит к аварийным ситуациям. Однако, анализ графиков изменения нагрузки и напряжения показывает, что во время работы электроустановок превышение наряжения над номинальным в среднем составляет 4,21%, что не превышает нормально – допустимого значения равного 5%. Поэтому, повышенное напряжение оказывает своё влиние в основном на распределительные сети напряжением 0,4 кВ, вызывая процесс старения изоляции, и осветительную нагрузку. Осветительные установки укомплектованы люминесцентными лампами и ртутными лампами высокого давления. Имея встроенную пуско-регулирующую аппаратуру, они меньше других электроприемников подвержены негативному влиянию повышенному питающему напряжению. Отрегулировать напряжение, чтобы оно соответвтвовало установленным нормам, можно анцапфой на высокой стороне обмоток трансформаторов, установкой стабилизаторов напряжения или обратиться с претензией по поводу несоответствия качества электрической энергии к энергоснабжающей организации. Однако при отсутствии данных о понесенных ущербах и аварийных ситуациях, снижающих надежность энергоснабжения предприятия от повышенного напряжения, произвести расчет экономического эффекта от выше изложенных мероприятиях не представляется возможным, и поэтому носить они могут только рекомендательный характер.Во время работы электрических установок наблюдалось большое потребление реактивной (индуктивной) электроэнергии (мощности). Пониженный коэффициент мощности вызывает дополнительные потери в электрической распределительной сети, и увеличить его можно установкой устройств компенсации реактивной мощности (УКРМ). Однако, не смотря на то, что с технической точки зрения более правильно устанавливать УКРМ в непосредственной близости от электроприемников, но в данном случае с экономической точки зрения их более рационально установить на подстанциях на низкой стороне обмоток трансформаторов для уменьшения потерь электроэнергии и мощности в сети напряжением 10 кВ.Перегрев асинхронных двигателей в сетях даже с большим уровнем высших гармоник напряжения (Ku = 10-15%) не наблюдается ни при пониженной, ни при номинальной нагрузке. При существующем тарифе на электроэнергию и стоимости одного фильтрокомпинсирующего устройства более 100 тыс. руб. срок окупаемости данного энергосберегающего мероприятия составит более 10 лет. Поэтому, если на предприятии нет сбоев в работе электрооборудования, то только из-за снижения потерь активной электроэнергии установка фильтрокомпенсирующих устройств является нерентабельной.Причиной предаварийного состояния устаревшего оборудования чаще всего является окисление контактных соединений, которое приводит к увеличению их переходного сопротивления, перегреву при протекании больших токов и снижению надежности. При длительной работе электрических аппаратов рекомендуемая ГОСТ 8024 температура контактов из меди и медных сплавов должна быть не выше 75 °С, а контактных соединений из меди, алюминия и их сплавов — не выше 90 °С (температура указана при нахождении контактов на воздухе). Необходимо учитывать, что каждое из нагревающихся контактных соединений является источником электрических потерь, которые по разным экспертным оценкам составляют от 3 до 10% всех потерь промышленных предприятий, причем они сильно отличаются для разных предприятий, даже имеющих сходные технологические процессы. Определить потери в контактных соединениях для действующего предприятия аналитическим путем невозможно, поскольку неизвестно ни количество, ни состояние контактных соединений, практически же их можно оценить, только устранив хотя бы часть из них. Для поддержания низкого сопротивления в течение длительного времени можно обеспечить путем постоянного контактного нажатия с использованием тарельчатых пружинных шайб по ГОСТ 10434-82. Нужно также защитить соединение от воздействия влаги и кислорода воздуха. ГОСТ 10434-82 рекомендует применять для этого нейтральную смазку (вазелин КВЗ, ЦИАТИМ-221 или другие смазки с аналогичными свойствами. Иногда предлагается использовать технический вазелин, смазки ЦИАТИМ-221 и АМС-1. Все они надежно защищают контакт, но вместе с тем являются хорошими диэлектриками, что приводит к повышению сопротивления контакта по сравнению с несмазанным.Экспертами предлагается применение электропроводящей смазки для контактных соединений «Суперконт».Ее сопротивление при сжатии в контактном соединении сравнимо с сопротивлением сплошной медной шины и гарантированно защищает контакты от кислорода, хлора и других газов, а также от воздействия кислот и щелочей. Высокая степень защиты смазанных ею контактирующих поверхностей от коррозии и окисления позволяет без дополнительных прокладок надежно соединять металлы, образующие гальванические пары, например медь и алюминий.Электромонтаж с использованием электропроводящих смазок позволяет значительно снизить аварийность соединений, а их однократное применение — освободиться на срок до 5 лет от текущих работ по зачистке и подтяжке соединений и ограничиться лишь периодическим их осмотром. Это приведет к существенному уменьшению трудоемкости планово-предупредительных ремонтов и количества необходимого персонала. Стоимость 1 кг.смазки «Суперконт» составляет около 4 тыс. руб.6.4Молниезащита здания РП-401Молниезащита сооружений выполняется согласно «Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений» СО-153.34.21.122-2003. согласно СО здание РП относится к специальным объектам с ограниченной опасностью и должно иметь надежность защиты от прямых ударов молнии – 0,98. Здание подстанции защищено от прямых ударов молний внешней молниезащитной системой, включающей в себя: –сетку молниеприемную (равен 6х6м), расположенную на кровле;–токоотводы, расположенные по периметру здания которые соединяются с внешним контуром заземления;–комплексное заземляющее устройство.При попадании молнии в молниеприемники токи переходят в заземлитель через систему токоотводов, после чего растекаются в земле. Чтобы защитить здания прямоугольной формы, требуется монтировать на крыше сооружений молниеприемные сетки или стержневые молниеотводы.В качестве естественногомолниеприемника используется кровля с расположенной на ней металлической сеткой, отвечающей следующим условиям:1) минимальное сечение элементов сетки составляет не менее 500 мм2; 2) неметаллические покрытия под металлической кровлей не выходят за пределы; Токоотводы равномерно располагаются по периметру защищаемого объекта. Схема заземления и молниезащиты здания РП-401 РУ-10 кВ представлена в приложении Г.Вывод: система защитного заземления и молниезащиты, спроектированная в данном разделе, соответствует всем необходимым требованиям и может быть выполнена для здания РП-401 РУ-10 кВ.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ данной выпускной квалификационный работе была произведена реконструкция распределительного пункта РП-401 РУ-10 кВ предприятия ООО «СИБУР Тобольск».Для выполнения поставленной задачи, в процессе проектирования объекта исходя из требуемой степени надежности электроснабжения потребителей электроэнергии, выбран вариант схемы электроснабжения, разработана схема распределительной сети электроснабжения.В работе рассмотрен вариант определения силовой электрической нагрузки способом коэффициента расчетной мощности, выбраны аппараты защиты, компенсирующая установка, провода и кабели, используемые для качественного энергообеспечения электроприемников.При модернизации оборудования подстанции были выполнены следующие виды работ:Замена морально и технически устаревшего масляного коммутационного оборудования на вакуумные выключатели.Установка новых силовых трансформаторов с более низкими потерями электроэнергии.Замена осветительного оборудования цеха на энергоэффективныесветодиодные светильники.При выполнении ВКР был:Выполнен расчет электрических нагрузок и токов КЗ проектируемогоРП;Осуществлен выбор силовых трансформаторов, а также выбор коммутационного оборудования подстанцииВыполнен расчет технико-экономических показателей проекта оценка вопросов безопасности жизнидеятельности при проектировании и эксплуатации подстанции.В работе были произведены основные расчёты по токам короткого замыкания., максимальным рабочим токам, расчёт относительных сопротивлений элементов цепи короткого замыкания произведён выбор основного силового оборудования- высоковольтных выключателей, разъединителей, гибких и жёстких шин, трансформаторов тока и напряжения, трансформаторов собственных нужд, ограничителей перенапряжения, шунтирующих реакторов, изоляторов, приборов учёта. Проект позволяет ввести дополнительные мощности в зонах номер 1 и 2, а также формирует запас мощности для дальнейшего развития четвертого завода на ТПП.На сегодняшний день энергосбережение является высшим приоритетом государственной энергетической политики. Обновление морально и физически изношенного оборудования и аппаратуры контроля опасных ситуаций – главные факторы, как в политике энергосбережения, так и в промышленной безопасности. Таким образом, в данном проекте внедрены современные технические средства, обеспечивающие надёжное электроснабжение потребителей в нормальном и послеаварийном режимах работы.СПИСОК ИСОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВСкрипко, В.К. Выбор электрооборудования и релейной защиты внутризаводского электроснабжения промышленных предприятий: Учебное пособие / В.К. Скрипко – Омск: ОмГТУ, 2000 г. –80 с.Бузинов, О.А. Устройство и расчет молниезащиты[Текст]: Методические указания – Сост. / Бузинов О.А., Чувочина И.В., Леонов Е.Н. – Тобольск: ТюмГНГУ, 2013. – 32 c.Бузинов, О.А. Расчет токов трехфазных коротких замыканий в сетях напряжением выше 1000 В[Текст]: Методические указания – Сост. / О.А. Бузинов, Г.Н. Усанов, Е.Н. Леонов. – Тобольск: ТюмГНГУ, 2013. – 44 с. ГОСТ 13109 – 97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения [Текст]. – Москва: Госстандарт России, 1997. – 32 с.. СИБУР Тобольск. [ Электронный ресурс].–2018–Режим доступа: https://www.sibur.ru/siburtobolsk/about/in_siburШеховцов, В.П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению [Текст]: для учащихся электротехнических специальностей техникумов / В.П. Шеховцов. – 2-е изд. – М.: ФОРУМ, 2011 г. – 136 с. Кабели силовые [Электронный ресурс] / АО «Электрокабель Кольчугинский завод». – 2014. – Режим доступа: http://www.elcable.ru/product/catalog/mark.html?mark=2258. РД 153-34.0-20.527-98. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования / Под ред. Б.Н. Неклепаева. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002.Сибикин Ю.Д. Элекроснабжение промышленных и гражданских зданий [Текст]:Уч.пособ. для вузов. – М.: Издательский центр «Академия», 2006.–368с.Инструкция по устройству молниезащиты зданий и промышленных коммуникаций (СО 153-34.21.122-2003). – СПб.: ДЕАН, 2005. - 64 с.Многофункциональноеустройство защиты SIPROTEC 7SJ80 [Электронныйресурс]/«Siemens».–2009.Режимдоступа: http://smart-grid.siemens.ru/products/relay-protection-devices/siprotec-compact/7SJ80/ 12.ГОСТ 2.105-95. Общиетребованияктекстовым документам. Взамен ГОСТ 2.105-79 [Текст]; введ. 1996-07-01. М.: Изд-во стандартов, 2002. - 28 с. 13.Никитин К.И. Релейная защита систем электроснабжения: Конспект лекций /К.И. Никитин – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006 г. – 116 с. 14. Инструкция по охране труда для электромонтера по ремонту и обслуживанию электрооборудования цехов производства бутадиена, изобутилена цеха электроснабжения. ИОТ-15/11.–Тобольск.; 2014. – 43 с. 15. Распределительные устройства типа NXPLUSC [Электронный ресурс]/«Siemens».–2016.–Режимдоступа: https://w3.siemens.com/powerdistribution/global/SiteCollectionDocuments/en/mv/switchgear/gas-insulated/nxplus-c/catalogue-nxplus-c_ru.pdf 16.Правила устройства электроустановок. – 7-е изд. с изм. и доп. [Текст]–М.:Госэнергонадзор,2003.–944с. 17. Карякин Р.Н. Справочник по молниезащите[Текст]: Справочник/Р.Н. Карякин. – М.: ЗАО «Энергосервис», 2005.–850c. 18. Карякин Р.Н. Заземляющие устройства электроустановок [Текст]: Справочник/Р.Н. Карякин. – М.: ЗАО «Энергосервис», 2000. – 376с. 19.РТМ 36.18.32.4-92 Указания по расчету электрических нагрузок. [Текст]–М.:Стандартиздат,-10с. 20.Бокатырев, Л.Л. Релейная защита электроэнергетических систем[Текст]: Уч.пособ./Л.Л.Богатырев, Л.Ф. Богданова. – Екатеринбург: УГТУ, 2003. – 112 cЭрнст А. Д. Расчет токов короткого замыкания в электрических системах: Учеб. пособие.—Нижневартовск: Изд-во НГГУ, 2012. —86 с.Оборудование и электротехнические устройства систем электроснабжения: справочник / под общ.ред. В. Л. Вязигина, В. Н. Горюнова, В. К. Грунина (гл. редактор). - Омск : Редакция Ом.науч. вестника, 2006. - 268 с.Справочник по проектированию электрических сетей под редакцией Д.Л. Файбисовича, М.: Изд-во НЦ ЭНАС, издание 4-е, переработанное и дополненное. 2012Производство электроэнергиии. Учебное пособие. С.С. Петрова, О.А. Васильева. 2012Рожковa Л.Д. Элeктрооборудовaниeстaнций и подстaнций: учeб. / Л.Д. Рожковa, В.С. Козулин - М.: Энeргоaтомиздaт, 2006. - 648с.Озерский В.М. Расчеты электроснабжения промышленных объектов напряжением до 1000 В: Учеб.пособие /В.М. Озерский, И.М. Хусаинов, И.И. Артюхов. Саратов: СГТУ, 2010. - 74 с.ГОСТ 14.209-85. Трансформаторы силовые масляные общего назначения. Допустимые нагрузки [Электронный ресурс]. - Введ. 1985-07-01. - М.: Стандартинформ, 2009. - 38 с. - Режим доступа: http://docs.nevacert.ru/files/gost/gost_14209-1985.pdf.Защитное заземление электроустановок: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию / НГТУ; Сост.: Т.М.Щеголькова, Е.И.Татаров и др. Н.Новгород, 2011. – 19с.Инструкция по устройству молниезащиты зданий, строений и производственных коммуникаций. СО 153-343.21.122-2003.Рекомендации по техническому проектированию подстанции переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ СО 153-34.35.120-2006. Утверждены приказом ОАО «ФСК ЕЭС» от 16.06.06 № 187, приказом ОАО «Институт Энергопроект» от 03.07.06 № 18 эсп. – М.: Изд-во стандартов, 2006.Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: учеб. пособие/. – 5-е изд. -СПб.: БХВ-Петербург, 2013.