Проект системы электроснабжения оборудования для группы цехов "Челябинского тракторного завода – Уралтрак"

Под электроснабжением согласно ГОСТу 19431-84 понимается обеспечение потребителей электрической энергии.

СЭС как и другие объекты должны отвечать определенным технико-экономическим требованиям. Они должны обладать минимальными затратами при обеспечении всех технических требований, обеспечивать требуемую надежность, быть удобными в эксплуатации и безопасными в обслуживании, обладать гибкостью, обеспечивающей оптимальный режим эксплуатации в нормальных условиях и близкие к ним в послеаварийных ситуациях.

При построении СЭС нужно учитывать большое число факторов, оказывающих влияние на структуру СЭС и типы применяемого в них оборудования.

К ним относятся:

- потребляемая мощность;

- категории надежности питания;

- характер графиков нагрузок потребителей;

- размещение электрических нагрузок на территории предприятия;

- условия окружающей среды;

- месторасположение и параметры источников питания;

- наземные и подземные коммуникации.

ОАО "Челябинский тракторный завод - Уралтрак" - крупнейшая в странах СНГ машиностроительная компания по разработке и производству промышленных тракторов и двигателей к ним, располагающая большим технологическим и производственным потенциалом. Сегодня завод выпускает машины для нефте-, газодобывающей, горнорудной, строительной и других отраслей промышленности. Челябинский тракторный завод является лидером рынка России и стран СНГ в сегментах гусеничных промышленных тракторов, бульдозеров и трубоукладчиков.

Располагается предприятие в восточной части города вблизи Первого озера. Общая площадь, занимаемая Челябинским тракторным заводом, составляет 208 га. В основном производстве ЧТЗ задействовано свыше 17 000 человек.

Челябинский тракторный завод располагает мощностями литейного, кузнечного, прессово-сварочного, механообрабатывающего, окрасочного, термического и гальванического производств.

В основном производстве предприятия в настоящее время задействовано свыше 13000 единиц оборудования, которое обеспечивает полный производственный цикл создания инженерных машин, двигателей, запасных частей и прочих видов продукции.

Технический паспорт проекта

1. Суммарная установленная мощность электроприемников предприятия напряжением ниже 1 кВ: 23938 кВт.

2. Суммарная установленная мощность электроприемников предприятия напряжением свыше 1 кВ: 12800 кВт: синхронные двигателей 4×СТД-3200 (Р_ном = 3200 кВт);

3. Категория основных потребителей по надежности электроснабжения:

Присутствуют потребители 2 категория.

4. Полная расчетная мощность на шинах главной понизительной подстанции: 20482 кВА;

5. Коэффициент реактивной мощности:

Расчетный: tg= 0,31

Заданный энергосистемой: tg= 0,31

Естественный tg= 0,31

6. Напряжение внешнего электроснабжения: 110 кВ;

7. Мощность короткого замыкания в точке присоединения к энергосистеме: 5000 МВА;

8. Расстояние от предприятия до питающей подстанции энергосистемы: 2 км, тип и сечение питающих линий: ВЛ-110, АС-70/11;

9. Количество, тип и мощность трансформаторов главной понизительной подстанции: 2×ТРДН-25000/110;

10. Напряжение внутреннего электроснабжения предприятия: 10 кВ;

11. Типы принятых ячеек распределительных устройств, в главной понизительной подстанции: КЭ-10/20;

12. На территории устанавливаются комплектные трансформаторные подстанции с трансформаторами типа ТМ, ТМЗ мощностью 1000, 2500 кВА;

13. Тип и сечение кабельных линий:

Кабельные линии 10кВ ААШв 3×70 и ААШв 3×150 мм²;

Кабельные линии 0,4кВ ААШв 4×70, ААШв 4×95 и ААШв 4×240 мм².

Исходные данные:

Необходимо выполнить проект системы электроснабжения группы цехов «Челябинского тракторного завода – Уралтрак» в объеме, указанном в содержании. Завод расположен на Южном Урале (Челябэнерго).

Генеральный план предприятия представлен на листке 1. Сведения об установленной мощности электроприемников, как отдельного цеха, так и группы цехов приведены в таблицах 1.2 и 1.3.

1. Расстояние от предприятия до энергосистемы 2 км;

2. Уровни напряжения на шинах главной городской понизительной подстанции: 35 и 110 кВ;

3. Мощность короткого замыкания на шинах подстанции энергосистемы:

для U₁ – 650 МВА;

для U₂ – 5000 МВА;

4. Стоимость электроэнергии по двухставочному тарифу:

основная ставка 186 руб/кВт мес;

дополнительная 1,04 руб/кВт

5. Наивысшая температура:

окружающего воздуха 22,2 С;

почвы (на глубине 0,7 м) 15,2 С;

6. Коррозийная активность грунта слабая;

7. Наличие блуждающих токов;

8. Колебания и растягивающие усилия в грунте есть.

1.1 Расчет электрических нагрузок цеха шестерен

Принимаем, что сварочная нагрузка работает с ПВ=40% , а грузоподъемная нагрузка с ПВ=25% . Для электроприемников, работающих с заданными ПВ, номинальную мощность необходимо привести к длительному режиму по формуле:

 .                                                    (1.1)

Расчет электрических нагрузок цеха сводится в таблицу 1.1.

В таблице 1.1 в графе «число электроприемников n » указывается количество рабочих электроприемников. В графе «Рном» записываются номинальные установленные мощности в кВт одного электроприемника. В графе «» приводится суммарная установленная мощность электроприемников всей подгруппы.

В итоговой строке «итого по отделению» суммируются общее число электроприемников группы, суммарная номинальная мощность всей группы, а также мощности по фазам. В графы  записываются коэффициенты использования и мощности.

Средняя активная нагрузка за наиболее загруженную смену для каждого электроприемника или подгруппы электроприемников определяется по формуле:

 .                                                                          (1.2)

Средняя реактивная нагрузка за наиболее загруженную смену для них находятся из выражения:

 .                                                                            (1.3)

После определения средних активных Рс и реактивных Qс нагрузок по отдельным электроприемников производится расчет для группы. В итоговой строке « итого по отделению» суммируются общее число электроприемников группы, суммарная номинальная мощность всей группы. Для заполнения граф  в строке «итого по отделению» необходимо предварительно подвести итоги по графам

 По полученным данным определяется среднее значение коэффициента использования и среднее значение tg φ по группе:

 ;                                                                                (1.4)

.                                                                                (1.5)

В графе «nэ» в строке «итого по отделению» определяется приведенное число электроприемников nэ рассматриваемой группы. При расчетах электрических нагрузок, пользуются следующими выражениями для определения эффективного числа электроприемников.

-при Kиа < 0,2

 ;                                                                         (1.6)

- при Киа ≥ 0,2

 ,                                                                           (1.7)

где: Р_ном.max-номинальная мощность максимального электроприемника в группе (цехе). В графе коэффициент максимума находится по таблице 1 «Руководящих указаний по расчету электрических нагрузок» (РТМ.36.18.32.4-92).

Определение расчетной нагрузки на разных ступенях системы электроснабжения промышленных предприятий рекомендуется проводить по методу упорядоченных диаграмм. Расчетная активная нагрузка группы трехфазных электроприемников на всех ступенях питающих и распределительных систем находится по средней нагрузке и расчетному коэффициенту:

.                                                   (1.8)

Расчетная реактивная получасовая нагрузка трехфазных электроприемников :

,                                                            (1.9)

Графы “ Sp” и “Ip” заполняются для группы электроприемников:

,                                                                      (1.10)

                                                                           (1.11)

В итоговой строке “итого по цеху” суммируются общее число электроприемников группы, суммарная номинальная мощность всей группы. Для заполнения граф в строке “итого по цеху” необходимо предварительно подвести итоги по графам “Pсм”

и “Qсм”. По полученным данным определяется среднее значение коэффициента использования и среднее значение tg φ цеху по формулам (1.4) и (1.5). По формулам (1.6) и (1.7) определяется эффективное число электроприемников. Расчетные активная и реактивная нагрузки группы трехфазных электроприемников цеха находятся по средней нагрузке и расчетному коэффициенту:

,                                                             (1.12)

.                                                            (1.13)

Кра=Крр в силу того, что на 3 уровне большое количество электроприемников и график активной мощности становится относительно равномерным , то есть по форме приближается к графику реактивной мощности .

Расчетная нагрузка осветительных электроприемников определяется по удельной осветительной нагрузке на единицу производственной поверхности пола с учетом коэффициента спроса.

,                                                                 (1.14)

где Кс.о - коэффициент спроса на освещение;

 Руд.о - удельная осветительная нагрузка на единицу производственной поверхности пола;

 F-площадь отделения.

,                                                                        (1.15)

где tg φ=0,62 - коэффициент реактивной мощности для ламп ДРЛ;

 Полная нагрузка по отделению определяется по формуле:

 .                                             (1.16)

 Рабочий ток по отделению:

 ,                                                                                 (1.17)

где Uном=0,4 кВ

Расчётная нагрузка по цеху шестерен приводится в таблице 1.2.

1.2 Расчет электрических нагрузок по предприятию

Расчет начинается с определения низковольтных нагрузок по цехам.

По справочникам находятся коэффициенты k_иа и соsφ. Для каждого цеха вычисляются средние активная Р_ср и реактивная Q_ср нагрузки. Затем с использованием значений n_э и k_иа по таблицам находится коэффициент максимума k_ра, и определяются расчетные активная Р_р и реактивная Q_р нагрузки.

Расчетная осветительная нагрузка Р_р.осв цеха вычисляется по выражению (1.18) с учетом площади производственной поверхности пола F_ц цеха, определяемой по генплану предприятия, удельной осветительной нагрузки Р_уд.осв и коэффициента спроса на освещение К_с.осв.

Р_р.осв = К_с.осв∙ Р_уд.осв ∙ F_{ц .}                                                                                                                (1.18)

После суммирования нагрузок Р_р и Р_р.осв с учетом нагрузки Q_р вычисляется полная расчетная низковольтная нагрузка цеха S_р.

После нахождения нагрузок всех цехов, рассчитывается строка «Итого по 0,4 кВ», в которой суммируются по колонкам номинальные активные мощности Р_н, средние активные Р_ср и реактивные Q_ср нагрузки и расчетные осветительные нагрузки Р_р.осв.

Далее вычисляются коэффициенты k_иа, tgφ и соsφ по формулам (1.19), (1.20), (1.21). Приведенное число электроприемников по (1.6) или (1.7) и находится коэффициент максимума k_ра для электроприемников напряжением до 1000 В.

k_иа = ,                                                                                        (1.19)

tgφ =  ,                                                                                    (1.20)

соsφ = аrctg φ .                                                                             (1.21)

Определение расчетной нагрузки высоковольтных электроприемников производится так же, как и низковольтных. В результате вычислений записывается строка «Итого на 10 кВ». Таблицу заканчивает строка «Итого по предприятию», в которой записываются суммарные данные по низковольтным и высоковольтным ЭП: номинальная активная мощность, средние и расчетные активная и реактивная нагрузки, полная расчетная нагрузка, а также среднее для всего предприятия значения коэффициентов.

Следуя указаниям литературы, был произведен расчет электрических нагрузок по предприятию, полученные данные сведены в таблицу 1.3.

Расчетные данные по отдельным цехам в дальнейшем используются при выборе числа и мощности цеховых понижающих трансформаторов и затем с учетом потерь мощности в указанных трансформаторах для расчета питающих линий. Расчетные данные по предприятию в целом с учетом потерь мощности в цеховых трансформаторах используются при выборе трансформаторов главной понизительной подстанции (ГПП) и расчете схемы внешнего электроснабжения.

1.3 Расчет картограммы электрических нагрузок предприятия

Картограмма нагрузок представляет собой размещенные на генеральном плане окружностей, центры которых совпадают с центрами нагрузок цехов, а площади окружностей пропорциональны расчетным активным нагрузкам. Каждая окружность делится на секторы, площади которых пропорциональны активным нагрузкам низковольтных, высоковольтных и осветительных электроприёмников. При этом радиус окружности и углы секторов для каждого цеха соответственно определяются:

R_i =  ,                                                                                    (1.22)

где Р_рi, Р_рнi, Р_рвi, Р_роi – расчетные активные нагрузки всего цеха, низковольтных, высоковольтных и осветительных электроприёмников, кВт;

Масштаб площадей картограммы нагрузок, кВт∙м².

m =,                                                                                    (1.23)

где Р_minp – минимальная расчетная активная мощность одного цеха;

R_min – минимальный радиус, R_min = 5 мм.

Углы секторов для каждого цеха определяются по формулам:

; ;  .                       (1.24)

Центр электрических нагрузок предприятия является символическим центром потребления электрической энергии (активной мощности) предприятия, координаты которого находятся по выражениям:

х_о =  ; у_о = ,                                                               (1.25)

где х_i, у_i– координаты центра i-го цеха на плане предприятия, м.

Расчет предоставлен в таблице 1.4.

Таблица 1.4 – Расчёт картограммы нагрузок