З Орієнтовний зміст пояснювальної записки

3.1 Вступ

Вступ повинен дати відомості про сучасний стан якенергетики в цілому, так і в електроенергетиці, при втіленні її в різні галузі промислового виробництва, побуту, транспорту, тощо. Слід показати також тенденції розвитку електроенергетики і закінчити вступ застосуванням сучасних засобів електропостачання для промислових підприємств великої потужності, особливо звернувши увагу на ту галузь, до якої належить підприємство, що проектується.

Матеріалами для написання вступу можуть бути літературні джерела в галузі, до якої належить тема проекту, статті в сучасній пресі, присвячені галузі, що пов'язана з темою проектування, рішення уряду, присвячені розвитку цих, або споріднених галузей виробництва, відомості зарубіжного досвіду з вище зазначених питань, статті в технічних журналах і таке інше.

3.2 Коротка характеристика промислового підприємства і опис генерального плану підприємства.

В цьому розділі треба привести основні дані, що характеризують це підприємство: яка продукція випускається і в якій кількості, які види енергії споживаються підприємством (теплова, електрична) і яка потужність існуючого підприємства, або завдана в технічному завданні на проект. Корисно дати таблицю встановлених потужностей по цехах з урахуванням перспективи їх розвитку на найближчі 5 - 10 років і т.і.

Треба вказати на існуючі і можливі джерела живлення, їх відстань від підприємства, що проектується, кліматичні умови, можливість підходів повітряних ЛЕП, характеристики основного обладнання живлячої електростанції або підстанції (кількість джерел живлення) та їх потужність і напругу, або тип вимикача, що дасть можливість визначити струми коротких замикань).

Далі треба з'ясувати класифікацію приміщень з точки зору електробезпеки, вибухо- та пожежобезпеки, а також категорійність цеху або окремих груп споживачів з безперервності живлення.

Треба також визначити кількість змін на добу та інші характерні риси режиму роботи підприємства.

Якщо підприємство, що проектується розташоване на великій площі і має ділянки корисних копалин, то треба дати ескіз генерального плану території підприємства з розташуванням на ньому живлячої підстанції і ліній внутрішньої розподільчої електромережі і дати опис генерального плану по ескізу.

3.3 Короткий опис технологічного процесу.

Опис можна дати за інформацією з Інтернету, або використати журнальні статті, а також навчальну літературу з технології виробництва, що є темою курсового проекту. В описі треба не тільки показати послідовність технологічних процесів, а і надавати параметри, якими супроводжується та чи інша технологічна операція, її енергоємність, тривалість, вказати які існують обмеження, або критичні режими роботи і як все це впливає на якість продукції. Поряд з цим треба зупинятись на описі тих механізмів, які задіяні в технологічному процесі і які вимоги вони ставлять до електроприводу.

Треба також підкреслити, які витрати електроенергії ідуть на виготовлення кінцевого продукту і які резерви можуть бути використані для зменшення витрат електроенергії.

3.4 Характеристика електричних навантажень.

В цьому розділі треба дати класифікацію всіх споживачів електроенергії з таких технічних і режимних параметрів, як живляча напруга, постійний або змінний струм, режим роботи (реверсивний або нереверсивний, довгочасний, короткочасний, повторно-короткочасний), можливість або неможливість перевантажень, умови пуску (легкі, важкі, дуже важкі), належність до певної категорії з надійності електропостачання, умови зовнішнього середовища, які вимагають певного конструктивного виконання електрообладнання по ступеням захисту від проникнення води і сторонніх тіл в електрообладнання. До умов зовнішнього середовища треба віднести і приміщення вибухо- і пожежонебезпечні, які вимагають установку електрообладнання з високими рівнями захисту від зовнішнього середовища.

Правильна класифікація електрообладнання дасть змогу правильно вибрати типи електродвигунів, кабелів і комутаційної і захисної апаратури, а також дасть змогу прийняти правильні рішення при розробці принципової електричної схеми живлення об'єкту, що проектується.

3.5 Розробка принципової електричної схеми живлення і вибір стандартних живлячих напруг.

При розробці схеми живлення електрообладнання ґрунтовну роль відіграють такі фактори як потужність і приналежність як окремих споживачів так і їх груп до певної категорії з надійності електропостачання, розподіл всіх споживачів по категоріям надійності з визначенням відсотка питомої ваги кожної категорії в загальній потужності навантаження

Якщо переважна більшість споживачів за своєю потужністю належить до першої або другої категорії надійності треба встановлювати два живлячих трансформатора. Один трансформатор можна застосувати тільки в тому випадку, якщо переважна більшість навантаження належить до третьої категорії надійності, а незначний відсоток споживачів першої категорії буде винесений на окремий силовий щит, що матиме резервне живлення від іншого незалежного джерела через низьковольтну мережу.

Якщо серед навантаження є потужні споживачі, які мають поштовховий характер навантаження, що супроводжується коливаннями напруги, то для їх живлення необхідно встановити окремий знижуючий трансформатор щоб запобігти решту споживачів від коливань напруги.

Ці відомості дадуть змогу визначити необхідну кількість живлячих трансформаторів.

Найбільш розповсюдженою є радіальна схема живлення споживачів, в якій широко вживається групове живлення споживачів від силових зборок.

Наявність в навантаженні груп механізмів одного технологічного призначення вимагає живити кожний механізм такої групи від різних джерел живлення, тобто від різних силових зборок, що покращує життєздатність підприємства при аваріях в електромережах.

На розробку схеми живлення впливає також розташування електрообладнання по території об'єкта, що проектується. Суттєвий розкид електрообладнання по території вимагатиме вжити більшу кількість силових зборок у груповій схемі живлення.

Магістральні схеми живлення можна рекомендувати в тих випадках, коли в приміщенні цеху є велика кількість одного й того ж або однотипного обладнання, що встановлене рядами.

Треба також визначитись із живленням аварійного освітлення відповідно до існуючих вимог його виконання.

З урахуванням вище зазначених вимог і вимальовується принципова схема живлення об'єкта, що проектується. Щодо вибору живлячих напруг, треба віддавати перевагу більш високим напругам в живлячій електромережі з мінімальною кількістю трансформації, тобто застосовувати підстанції високого вводу. Серед напруг би 10 кВ треба обирати 10 кВ, за винятком тих випадків, коли потужність підстанції дуже мала і за техніко-економічним порівнянням напруга 6 кВ стає більш переважною. Вживання напруги 6 кВ буде також більш переважливим, якщо на об'єкті, що проектується, використовуються високовольтні електродвигуни великої потужності з напругою живлення 6 кВ, питома вага яких складає не менш як 30 відсотків від загальної потужності навантаження.

Для споживчих електромереж найбільш розповсюдженою напругою є 380/220 В, яка дає можливість живити силове і освітлювальне навантаження від однієї електромережі на двох різних напругах. Напруга 660 В може бути більш вигідною за 380 В тільки в тому випадку, якщо переважна більшість навантаження складається з електродвигунів потужністю більш за 100 кВт. Тоді для живлення освітлення треба мати окремі знижуючі трансформатори. У будь-якому випадку це питання повинно вирішуватись техніко-економічним порівнянням двох варіантів.

Живлення електроенергією підприємств і цехів із споживачами першої і другої категорії слід здійснювати не менш ніж двома лініями.

При пошкодженні однієї з них та, що залишилась в роботі, повинна забезпечити живлення споживачів першої і другої категорії.

Якщо нема точних відомостей про потужність споживачів першої і другої категорій, то пропускна здатність однієї лінії в аварійному режимі повинна забезпечити живлення (60 - 80)% всього розрахункового навантаження. Стовідсоткове забезпечення живленням по одній з двох ліній потрібне тільки тоді, коли всі споживачі належать до першої категорії.

Допускається живлення споживачів другої категорії однією повітряною лінією напругою 6 кВ і вище. При живленні кабелями допускається живлення однією кабельною лінією, але розщепленою не менш як на два кабелі, кожен з яких має бути приєднаний з обох сторін через окремі роз'єднувачі.

З метою економії коштів слід застосовувати в мережах 6 - 10 Кв вимикачі навантаження в блоці з плавкими запобіжниками, які дешевші олійних вимикачів. В такому разі захист трансформаторів від внутрішніх пошкоджень повинен діяти на короткозамикач, що встановлюється біля трансформатора, який створює штучне коротке замикання, при якому спрацьовують плавкі запобіжники на ГПП або ЦРП.

3.6 Розрахунок електричних навантажень.

При визначенні електричних навантажень слід скористатися наступними спрощеннями:

1) для варіантних розрахунків визначення середнього навантаження призводити на основі питомих норм витрат електроенергії на
одиницю продукції або на одиницю площі цеху, а визначення
максимального навантаження - шляхом помноження величини
середнього навантаження на коефіцієнт максимуму Км, який дорівнює 1,1-1,15. При відсутності відомостей про питомі норми розрахунок навантаження необхідно робити методом коефіцієнту попиту Кс, який береться з довідника енергетика для всіх споживачів;

2) розрахункове навантаження при кількості споживачів у групі до трьох включно приймати як суму номінальних (приведених до тривалості включення ТВ=1) потужностей цих споживачів;

3) при кількості однорідних за типом і потужністю електроспоживачів до п'яти включно розрахунок навантаження ведеться по середньому коефіцієнту завантаження, при цьому в такому випадку допускається арифметичне складання повних потужностей споживачів;

4) при кількості різнорідних по типу і потужності споживачів до п'яти включно розрахунок також ведеться по середньому коефіциенту завантаження, але в цьому випадку суми активних та реактивних складових окремих навантажень підраховуються окремо з наступним їх геометричним складанням;

5) однофазні споживачі, потужність яких не перевищує 15% потужності споживачів трифазного струму, треба рівномірно розподілити по фазах і враховувати як трифазні споживачі тієї ж потужності.

При розрахунку електричних мереж слід виходити з нижче зазначених навантажень:

1) середнього навантаження за найбільш завантажену зміну - для визначення витрат і втрат електричної енергії і вибору компенсуючих пристроїв для підвищення коефіцієнту потужності;

2) напівгодинного максимуму навантаження - для вибору елементів мереж і трансформаторів з умов нагрівання;

3) пікового струму - для розрахунку електромереж з втрат напруги в момент виникнення піка струму і вибору уставок електромагнітних розчеплювачів автоматичних вимикачів.

Розрахунок електричних навантажень може бути виконаний декількома способами в залежності від того, якими даними володіє проектант.

Основним методом є метод упорядкованих діаграм, розрахункова потужність навантаження Рр, кВт, за яким підраховується за формулою:

Рр = Рм = Кс * Ру = Км*Ки*Ру (3.1)

де Кс = Км*Ки - коефіцієнт попиту;

Км - коефіцієнт максимуму;

Ки - коефіцієнт використання;

Ру - встановлена потужність навантаження, кВт.

В свою чергу коефіцієнти Ки та Км мають наступний фізичний сенз:

Рср Рм

Ки = -------- (3.2) і Км = ------------- --------- (3.3)

Рн Рср

де Рср - середня активна потужність за найбільш завантажену зміну, кВт;

Рн - номінальна потужність електроспоживача, кВт;

Рм - максимальна потужність споживача тривалістю не менше 30 хв, кВт.

При визначенні навантажень за методом упорядкованих діаграм стає питання визначення ефективної (приведеної) кількості електроспоживачів n_е - такого числа однорідних за режимом роботи електроспоживачів однакової потужності, яке забезпечує той же розрахунковий максимум, що й група різнорідних за потужністю та режимом роботи електроспоживачів:

n_е= ( )²/ ²=Ру²/ ² (3.4)

При великій кількості електроспоживачів (п’ять або більше споживачів у групі) ефективне число електроспоживачів пропонується визначати одним із спрощених способів:

а) якщо m=Рнmax/Рнmin 3 ( де Рнmax та Рнmin – номінальні потужності найбільшого та найменшого споживача у групі, кВт), тоді допускається приймати

n_е=n (3.5)

де n – дійсна кількість споживачів.

При визначенні m можна виключити ті споживачі, сумарна потужність яких не перевищує 5% від номінальної потужності всієї групи; при обчисленні n_е ці споживачі також не враховуються.

б) при m>3 та Ки 0,2:

n_е=2 /Рнmax (3.6)

де - сума номінальних потужностей всіх споживачів групи, кВт.

Коли n_е>n, слід приймати n_е= n.

Якщо кількість електроспоживачів n 3, то можна не визначати ефективного числа електроспоживачів n_е, обмежившись знаходженням розрахункової потужності:

Рм=Рн*Кз (3.7)

де Кз – коефіцієнт завантаження (при відсутності даних для споживачів тривалого режиму роботи Кз=0,9, повторно-короткочасного режиму Кз=0,75).

в) якщо m>3 та груповий Ки<0,2 та існує велика кількість різнорідних за потужністю споживачів, то ефективне їх число визначають за допомогою відносного ефективного числа електроспоживачів n_е*, яке дорівнює:

n_е*= n_е/ n (3.8)

і в свою чергу залежить від

n_*=n₁/n та Р_*=Рн₁/Рн (3.9)

де n₁ – кількість найбільших електроприймачів у групі, кожний з яких має потужність не менш половини найбільшого за потужністю електроприймача даної групи Рнmax;

Рн₁ – сумарна номінальна потужність цих n₁ електроприймачів, кВт;

Рн – сумарна номінальна потужність всієї групи n приймачів, кВт.

По знайденим значенням n_* та Р_* за таблицею 3.1 або з кривих рис.4.2 [2,37] чи рис.2.2 [14,124] знаходять n_е* та з формули (3.8) визначають:

n_е= n_е** n (3.10)

Таблиця 3.1 – Значення n_е*=f(n_*, Р_*)

Порядок розрахунків за методом впорядкованих діаграм:

1) Всі електроспоживачі розбивають на однорідні за режимом роботи групи з однаковими значеннями коефіцієнта використання та cos .

2) Всі електроспоживачі повинні бути приведені до ПВ=100%, тобто встановлена потужність споживачів повторно-короткочасного режиму роботи Ру, кВт, визначається за формулою:

Ру=Рн (3.11)

де Рн – номінальна потужність споживача, кВт;

ТВн – номінальна (паспортна) тривалість включення.

Для споживачів тривалого режиму роботи:

Ру=Рн (3.12)

3) По таблицях 4.1[2,33] або 2.1[14,104] приймають для характерних груп електроспоживачів Ки та cos . По значенням cos визначають tg .

4) Для кожної групи однорідних електроприймачів визначають середнє активне навантаження за найбільш завантажену зміну Рсм, кВт за формулою:

Рсм=Ки*Ру (3.13)

та реактивне навантаження Qсм, кВар за формулою:

Qсм=Рсм*tg (3.14)

5) Для вузла примикання підсумовують активні та реактивні складові потужностей по групам різнорідних електроспоживачів:

Рсм.вуз.= та Qсм.вуз= м (3.15)

6) Підраховують сумарну встановлену потужність всіх електроприймачів вузла .

7) Визначають середньозважене значення коефіцієнта використання вузла:

Ки.вуз.=Рсм.вуз/ (3.16)

8) Середньозважене значення tg вуз=Qсм.вуз/Рсм.вуз, по tg вуз визначають cos вуз.

9) по одному з приведених вище способів визначають n_е. В залежності від Ки та n_е по таблиці 3.2 або по рис.4.1[2,34] визначають коефіцієнт максимуму Км.

10) З врахуванням Км визначають максимальне розрахункове навантаження вузла Рм, кВт:

Рм=Км*Рсм.вуз (3.17)

Таблиця 3.2 – Залежність Км=f(n_е, Ки)

11) Розрахункове реактивне навантаження Qм, кВар визначають

за формулою:

Qм=Км’*Qсм.вуз (3.18)

При Ки<0,2 та n_е 100, а також при Ки 0,2 та n_е 10

коефіцієнт Км’=1,1. У всіх інших випадках можна прийняти

Км’=1.

11) Визначають повну потужність Sм, кВА, за формулою:

Sм= (3.19)

Слід зауважити, що у зв’язку з тим, що при Ки 0,2 і Ки<0,2 методики розрахунків різні, то групи споживачів з такими коефіцієнтами використання розраховуються окремо одна від одної.

В такому випадку повну потужність Sм, кВА, треба визначати за формулою:

Sм= (3.20)

де Рм1, Qм1 - розрахункові потужності споживачів з Ки 0,2, кВт ;

Рм2, Qм2 – розрахункові потужності споживачів з Ки<0,2, кВт;

Росв – потужність освітлення цеху, кВт.

На початкових етапах розрахунків потужність освітлення Росв, кВт, можна визначити за формулою:

Росв=Рпит*F*10^-3 (3.21)

де Рпит – питома потужність освітлення, кВт/м²;

F – площа цеху, м².

Розрахунковий струм цеху Ім., А, визначають за формулою:

Ім.=Sм/ Uн (3.22)

де Uн – номінальні напруга вузла, кВ.

При n_е 200 та будь-яких значеннях Ки, а також при Ки 0,8 і будь-яких значеннях n_е допускається розрахункове навантаження приймати рівній середньої за найбільш завантажену зміну (Км=1), тобто

Рм=Рсм та Qм=Qсм (3.23)

При визначенні навантажень однофазних електроспоживачів слід попередньо розподілити їх рівномірно по фазам, після чого їх номінальне навантаження Ро, кВт приймається рівним потрійному навантаженню найбільш завантаженої фази:

Ро=3*Рнф (3.24)

де Рнф – навантаження найбільш завантаженої фази, кВт.

Розрахунок навантаження може бути також виконаний методом питомих витрат електроенергії на одиницю виготовленої продукції. Розрахунок навантаження цим методом має доцільність для таких виробництв, як виготовлення цегли, борошна, взуття, здобич вугілля, щебеню і т.і., де існують тверді норми питомих витрат електроенергії на тону ваги, 1000 одиниць і т.і., які беруть з довідника енергетика.

3.7 Розрахунок і вибір компенсуючих пристроїв.

Для вирішення питання про доцільність або недоцільність застосування компенсуючого пристрою треба визначити середньозважений коефіцієнт потужності:

сos cp.в.= Рр/Sр (3.25)

Якщо сos cp.в значно менше за 0,9, то треба розрахувати компенсуючий пристрій.

З метою підвищення сos cp.в в живлячих електромережах до величин 0,9 - 0,93 треба використати в першу чергу синхронні електродвигуни, які в режимі перезбудження віддають в електромережу реактивну потужність ємнісного характеру, що зменшує повний струм в електромережах і, як наслідок, знижують втрати електроенергії в лініях і
трансформаторах. Якщо синхронних електродвигунів не передбачено,
то треба встановлювати батареї статичних конденсаторів, реактивна
потужність яких Qкп, кВар. може бути підрахована за формулою:

Qкп = Pсp (tg ₁ - tg ₂) (3.26)

де Pсp - середня за рік активна потужність, кВт, яка може бути підрахована за формулою:

Рср= Wріч/Тр (3.27)

де Wpiч - витрачена за рік електроенергія по лічильнику, кВт*год;

tg ₁ - тангенс кута, що відповідає середньозваженому коефіцієнту потужності за розрахунковий період;

tg ₂ - тангенс, що відповідає бажаному значенню коефіціє­нта потужності;

Тр – річна кількість годин роботи підприємства, год.

Замість середньої за рік активної потужності можна взяти середнє значення потужності і за інший період (за місяць або за тиждень і, навіть, за зміну). Але треба пам'ятати, що чим більш період, за який підраховується Рср, тим менш буде похибка у визначенні Рср.

Знайшовши реактивну розрахункову потужність компенсуючого пристрою за формулою (3.26), треба обрати з довідника тип і кількість конденсаторів. Обрана сумарна потужність може бути округлена як в більшу, так і в меншу сторону від розрахункової. Якщо графік навантаження підприємства або цеху дуже нерівний, доцільно побудувати компенсуючий пристрій з 2-х - 3-х секцій, які можна вимикати під час знижки навантаження, щоб запобігти перекомпенсації.

При живленні підприємства від двох трансформаторів обрану реактивну потужність конденсаторів треба поділити порівно між двома секціями.

Конденсаторні батареї завжди з'єднують у трикутник. З метою безпеки, щоб усунути електричний заряд на відключених від мережі конденсаторах паралельно їм повинні автоматично включатись розрядні опори R розр., Ом, величина яких підраховується за формулою:

R розр 15 Uф²*10⁶/Q (3.28)

де Uф - напруга на одній фазі батареї конденсаторів, кВ;

Q - реактивна потужність батареї конденсаторів, кВар.

3.8 Розрахунок потужності і вибір кількості живлячих трансформаторів.

Після включення обраної батареї конденсаторів необхідну потужність трансформаторів Sp , кВа можна визначити з формули:

Sp= Кнм (3.29)

де Qкп - реактивна потужність обраного компенсуючого пристою, кВАр .

Кількість трансформаторів для живлячої підстанції визначається прийнятою напередодні схемою живлення об'єкта, що пропонується, і залежить в основному від категорійності навантаження. При наявності споживачів, що відносяться до різних категорій з надійності електропостачання треба визначити відсоткове співвідношення споживачів різних категорій, яке й поляже в основу вибору кількості живлячих трансформаторів. При цьому треба додержуватись наступного: у більшості випадків, коли переважна більшість навантаження складається з споживачів першої і другої категорії, треба встановлювати два живлячих трансформатори.

Один живлячий трансформатор треба встановлювати тільки в тому випадку, коли переважна більшість навантаження належить до третьої категорії, а незначний відсоток споживачів першої категорії живиться від окремої силової зборки, яка має резервне живлення кабелем від іншої трансформаторної підстанції, включення якого забезпечене дією АВР при зникненні напруги на основному живлячому трансформаторі.

Потужність живлячих трансформаторів розраховується виходячи з повної потужності, розрахованої з формули (3.29).

При цьому треба мати на увазі, що коефіцієнт завантаження кожного трансформатора для двотрансформаторних підстанцій має бути:

Кз = 0,65 - 0,7 при перевазі електроспоживачів першої категорії

Кз = 0.7 - 0.8 - при перевазі споживачів другої категорії, а також при живленні від одного трансформатора і наявності взаємного резервного живлення від інших підстанцій по зв'язкам на вторинній напрузі.

При перевазі електроспоживачів другої категорії при наявності централізованого (складського) резерву трансформаторів, а також для електросдоживачів третьої категорії:

Кз = 0,9 - 0,95

Значення вищезазначених коефіцієнтів завантаження визначені виходячи з можливості взаємного резервування при аварійному виході з роботи одного з трансформаторів з урахуванням допустимого перенавантаження трансформатора, що залишився в роботі. Слід пам'ятати, що оптимальна потужність живлячих підстанцій для виробничих цехів лежить в межах (400 - 1000) кВА, а для допоміжних цехів в межах до 400 кВА.

Не слід вживати трансформатори потужністю більше 630 кВА, бо це принадить значне підвищення коштів на струмопровідну і комутаційну апаратуру внаслідок значного підвищення струмів короткого замикання.

Якщо потужність Sp досить значна і потребує більш потужних трансформаторів, на живлячій підстанції доцільно запроектувати дві, або більше живлячих підстанцій і розташувати їх по можливості ближче до центру навантажень окремих груп споживачів.

Таким чином розрахункова потужність трансформаторів, встановлених на живлячій підстанції Sн.тр, кВА може бути розрахована за формулою:

Sн.тр= (3.30)

де Sp - сумарна повна потужність підстанції, кВА;

Кз - коефіцієнт завантаження трансформаторів;

n - кількість трансформаторів на підстанції,

З каталогу треба обрати трансформатор з умови Sн.кат Sн.тр. У випадку коли середньорічна температура охолоджуючого повітря відрізняється від +35°С номінальна каталожна потужність трансформатора має бути перерахована па номінальну фактичну потужність Sн.ф., кВА, за формулою:

Sн.ф=Sн.кат.(1+ ) (3.31)

де - фактична середньорічна температура охолоджуючого повітря,⁰С.

Також слід зауважити, що потужність кожного трансформатора двохтрансформаторної підстанції при виході з ладу одного з них повинна забезпечити живлення всіх навантажень першої категорії і основних навантажень другої категорії, під якими треба розуміти ті споживачі другої категорії, безперервна робота яких необхідна для функціонування основних виробництв підприємства.

В практичних розрахунках з деяким наближенням можна перевірити потужність обраних трансформаторів Sтр., кВА, за формулою:

Sтр. Sав=