Электроснабжение
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Электроснабжение
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 328
Дополнительно
Содержит рекомендации по выполнению курсового проекта по электроснабжению промышленных предприятий.
Предназначено для организации образовательного процесса по программам бакалавриата «Электроэнергетика и электротехника» (профили 13.03.02.31 «Электроэнергетика», 13.03.02.32 «Электротехника»).
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
УДК 621.311(075.8)
ББК 31.27я73
Э455
Рецензенты:
Бастрон А. В., к.т.н., доцент, зав. кафедрой Электроснабжение
сельского хозяйства КрасГАУ;
Плотников С. М., д.т.н., профессор каф. Автоматизации производ-
ственных процессов СибГУ Науки и технологий им. М. Ф. Решетнева.
Авторы: Петухов Роман Алексеевич
Сизганова Евгения Юрьевна
Синенко Людмила Соломоновна
Э455 Электроснабжение : учеб. пособие / Р. А. Петухов, Е. Ю. Сизганова,
Л. С. Синенко. (6,5 Мб). – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2022. – Систем.
требования: PC не ниже класса Pentium I ; 128 Mb RAM ; Windows 98/XP/7 ;
Adobe Reader V8.0 и выше. – Загл. с экрана.
Содержит рекомендации по выполнению курсового проекта по электроснабже-
нию промышленных предприятий.
Предназначено для организации образовательного процесса по программам
бакалавриата «Электроэнергетика и электротехника» (профили 13.03.02.31 «Электроэнергетика»,
13.03.02.32 «Электротехника»).
УДК 621.311(075.8)
ББК 31.27я73
© Сибирский федеральный
университет, 2022
Электронное учебное издание
Подготовлено к публикации издательством
Библиотечно-издательского комплекса
Подписано в свет 21.02.2022. Заказ № 14925
Тиражируется на машиночитаемых носителях
Библиотечно-издательский комплекс
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а
Тел. (391)206-26-16; http://rio.sfu-kras.ru
E-mail: publishing_house@sfu-kras.ru
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 7 СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА ................................................................................ 9 1 КАТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ........................... 11 2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ ............ 14 2.1 Классификация производственных помещений в зависимости от окружающей среды ........................................................................................... 14 2.2 Классы взрывоопасных зон помещений ................................................... 15 2.3 Классы пожароопасных зон ....................................................................... 16 2.4 Классификация помещений по степени опасности поражения людей электрическим током ........................................................................................ 17 2.5 Степень защиты электроустановок ........................................................... 18 3 РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК .................................................. 22 3.1 Основные методы ........................................................................................ 22 3.2 Определение расчетных нагрузок цехов по установленной мощности и коэффициенту спроса........................................................................................ 23 3.3 Определение расчетной нагрузки по средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузок ........................................................ 28 3.4 Определение расчетной нагрузки по средней мощности и коэффициенту максимума (метод упорядоченных диаграмм) ..................... 29 3.5 Расчет электрических нагрузок методом коэффициента расчетной мощности ............................................................................................................ 37 3.6 Определение расчетных электрических нагрузок на различных ступенях системы электроснабжения ............................................................. 38 3.7 Определение расчетной нагрузки завода в целом ................................... 42 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК И МЕСТОРАСПОЛОЖЕНИЯ ГПП (ГРП) И ТП. ПОСТРОЕНИЕ КАРТОГРАММЫ НАГРУЗОК ........................................................................ 45
5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ .................................................................................. 51 5.1 Выбор схемы электроснабжения предприятия ........................................ 51 5.2 Выбор и использование силовых трансформаторов ............................... 54 5.3. Выбор рационального напряжения внешнего электроснабжения предприятия ....................................................................................................... 66 5.4. Выбор сечения воздушных и кабельных линий...................................... 66 6 КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ И ВЫБОР СХЕМЫ ГЛАВНОЙ ПОНИЗИТЕЛЬНОЙ ПОДСТАНЦИИ ИЛИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ПУНКТА ............................................................................................................ 79 7. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХНИКО- ЭКОНОМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ В ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ ........................................................ 90 7.1 Расчет капитальных затрат ......................................................................... 90 7.2 Определение эксплуатационных затрат на обслуживание электрической сети ............................................................................................ 97 7.2.1 Амортизационные отчисления................................................................ 97 7.2.2 Затраты на обслуживание электрических сетей ................................... 99 7.2.3 Издержки на передачу электрической энергии ................................... 103 7.3 Определение вероятного ущерба от перерывов электроснабжения .... 107 7.4. Общие сведения о коммерческих отношениях на розничном рынке электроэнергии (мощности) ........................................................................... 112 8 ЦЕХОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ .......................... 124 8.1 Общие положения ..................................................................................... 124 8 1.2 Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов ....................... 128 9 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ВНУТРЕННЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ ......... 139 9.1 Общие положения ..................................................................................... 139 9.2 Выбор распределительной промышленного предприятия ................... 140 9.3 Выбор напряжения распределительной сети ......................................... 147 10 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ................................. 148
10.1 Общие положения ................................................................................... 148 10.2. Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением выше 1000 В ............................................................................. 155 10.2.1 Расчет токов короткого замыкания для цепей, питающихся от источника бесконечной мощности ................................................................ 155 10.2.2 Расчет токов коротких замыканий по расчетным кривым .............. 169 10.2.3 Расчет токов короткого замыкания в электроустановках напряжением ниже 1000 В ............................................................................. 172 11 ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ ........................................................................................................... 176 11.1 Общие положения ................................................................................... 176 11.2 Выбор выключателей .............................................................................. 176 11.3 Выбор разъединителей ........................................................................... 178 11.4. Выбор выключателей нагрузки ............................................................ 178 11.4. Выбор короткозамыкателей и отделителей ......................................... 179 11.5 Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения ............ 180 11.6 Выбор плавких предохранителей на напряжения выше 1000 В ........ 184 11.7 Выбор токоограничивающих реакторов ............................................... 188 11.8 Выбор жестких шин ................................................................................ 189 11.10 Выбор изоляторов на подстанции ....................................................... 194 12 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ............................... 200 12.1 Общие положения ................................................................................... 200 12.2 Компенсация реактивной мощности в сетях общего назначения напряжением до 1000 В .................................................................................. 201 12.3 Компенсация реактивной мощности в сетях общего назначения напряжением 6−10 КВ .................................................................................... 203 13.3.1 Определение реактивной мощности, генерируемой СД .................. 204 12.3.2 Определение мощности высоковольтных батарей конденсаторов. 208 13 ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА .......................................................... 212 13.1 Общие положения ................................................................................... 212
13.2 Назначение и виды заземлений ............................................................. 212 13.3 Расчет заземляющих устройств ............................................................. 216 13.3.1 Расчет заземляющих устройств в установках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью ........................................................................ 227 14 ЗАЩИТА ПОДСТАНЦИЙ ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИИ .......... 231 14.1 Общие положения ................................................................................... 231 14.2 Зоны защиты молниеотводов ................................................................. 233 14.3 Определение надежности защиты подстанций от прямых ударов молнии .............................................................................................................. 239 14.4 Расчет молниезащиты ............................................................................. 240 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................... 245 Список использованных источников ............................................................ 246 Приложение А ................................................................................................. 251 Приложение Б .................................................................................................. 282 Приложение В .................................................................................................. 293 Приложение Г .................................................................................................. 302 Приложение Д .................................................................................................. 310 Приложение Е .................................................................................................. 315 Приложение Ж. ................................................................................................ 320
ВВЕДЕНИЕ Цель курсового проектирования по электроснабжению промышлен- ных предприятий – систематизация, расширение и закрепление теоретических знаний студентов, приобретение практических навыков, ознакомление с основными приемами проектирования. Выполнение курсового является заключительным этапом изучения дисциплины «Электроснабжение». В ходе курсового проектирования осуществляется практическое применение студентами полученных знаний при решении задач, связанных с их будущей профессиональной деятельностью. Предлагаемое учебное пособие предназначено для студентов направ- ления подготовки 13.03.02 – Электроэнергетика и электротехника. В настоящем учебном пособии приведены краткие теоретические све- дения по основным разделам проекта, необходимые для выполнения индивидуальных заданий, контрольных и курсовых работ по дисциплине «Электроснабжение». Пособие включает в себя конкретные примеры решения задач с пояс- нениями, рекомендациями, ссылками, что облегчает усвоение теоретического материала. В учебном пособии приводятся справочные данные, необходимые для выполнения курсового проекта. Пособие состоит из введения, 14 глав, заключения, 7 приложений. В первой главе пособия описано краткое содержание разделов курсо- вого проекта. Во второй главе рассмотрены категории надежности потребителей. Третья глава посвящена обзору существующих методов расчета элек- трических нагрузок и рекомендациям по их использованию. В четвертой главе рассмотрен один из методов расчета центра элек- трических нагрузок, а также определение параметров картограммы электрических нагрузок. В пятой главе изложены вопросы проектирования схемы внешнего электроснабжения предприятия, выбора схемы электроснабжения, числа и мощности трансформаторов ГПП, сечения воздушных и кабельных линий. В шестой главе описано конструктивное исполнение главной понизи- тельной подстанции и распределительных устройств. Приведены таблицы
с характеристиками современного электрооборудования комплектных распределительных устройств. Седьмая глава посвящена основным положениям технико-экономиче- ских расчетов в электроснабжении. В восьмой главе приведена методика выбора числа и мощности цехо- вых трансформаторных подстанций. В девятой главе рассмотрены основные принципы проектирования внутреннего электроснабжения, выбора схемы и напряжения распределительной сети предприятия. В десятой и одиннадцатой главах изложена методика расчетов токов короткого замыкания и выбора электрооборудования. Двенадцатая глава посвящена вопросам компенсации реактивной мощности. В тринадцатой и четырнадцатой главах описаны методики расчета за- земляющих устройств и защиты подстанций от перенапряжений. Курсовой проект может являться основной составной частью выпуск- ной квалификационной работы, предусмотренной ФГОС ВО для направления 13.03.02 – Электроэнергетика и электротехника, профиль 13.03.02.31 – Электроэнергетика. Проект должен быть выполнен в соответствии с правилами оформле- ния студенческих текстовых и графических работ /29/.
СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА Курсовой проект по электроснабжению состоит из двух частей: 1) расчетно-пояснительная записка. 2) графический материал. Объем расчетно-пояснительной записки курсового проекта состав- ляет 30 – 50 страниц машинописного текста. Расчетно-пояснительная записка курсового проекта должна содер- жать следующие разделы: 1. Краткое содержание технологического процесса с отнесением от- дельных приемников и потребителей по надежности электроснабжения к соответствующей категории (I, II, III) с обоснованием причин, почему указанный приемник или потребитель должен быть причислены к данной категории. 2. Краткая характеристика среды производственных помещений. Характер производственной среды предопределяет ряд решений по системе электроснабжения цехов и всего предприятия с точки зрения выбора формы исполнения электрооборудования и конструктивного выполнения элементов системы электроснабжения. 3. Определение электрических нагрузок по цехам и предприятию в целом. 4. Выбор рационального напряжения питающей сети. 5. Выбор числа и мощности трансформаторов главной понизительной (ГПП) и цеховых подстанций. Выбор производится с учетом категории потребителей, графика их работы и перегрузочной способности трансформаторов. На плане завода должны быть показаны картограмма и центр электрических нагрузок для активной и реактивной мощностей. 6. Выбор схемы внешнего электроснабжения завода. В проекте должно быть рассмотрено несколько вариантов и обязательно с технико- экономическими расчетами. 7. Расчет компенсации реактивной мощности. 8. Выбор схемы электрических соединений главной понизительной подстанции (ГПП), если ГПП имеет место в проекте. 9. Выбор схемы электрических соединений главного или централь- ного распределительного пункта (ГРП, ЦРП), если он имеет место в проекте.
10. Расчет токов короткого замыкания и выбор коммутационно-за- щитной аппаратуры в сети высокого и низкого напряжения. 11. Выбор конструкции распределительного устройства (РУ) высо- кого напряжения ГПП, ГРП или распределительного пункта (РП), трансформаторной подстанции (ТП). 12. Расчет грозозащиты ГПП (ЦРП), защиты от перенапряжений. 13. Расчет заземляющего устройства одного из элементов системы электроснабжения. Графическая часть курсового проекта включает в себя три чертежа формата А1 или А2: 1. Генеральный план предприятия с нанесением картограммы элек- трических нагрузок, расположения ГПП или ЦРП, цеховых ТП, РУ и внутризаводской сети высокого напряжения. 2. Однолинейная схема электроснабжения предприятия. 3. План и разрез ГПП или ЦРП.
1 КАТЕГОРИИ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В отношении обеспечения надежности электроснабжения, характера и тяжести последствий от перерыва питания приемники электрической энергии согласно ПУЭ разделяются на следующие три категории: Электроприемники (ЭП) I категории – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждене дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Удельный вес нагрузок потребителей I категории в большинстве отраслей промышленности невелик, за исключением химических и металлургических производств /12/ На нефтехимических заводах и заводах синтетического каучука нагрузка потребителей I категории составляет 75 – 80% суммарной расчетной нагрузки предприятия; на металлургических заводах, имеющих в своем составе только коксохимические, доменные и конвертерные цехи, она равна 70 – 80%, на металлургических заводах с полным металлургическим циклом нагрузка I категории достигает 25 – 40%. Из состава I категории выведена так называемая особая группа ЭП, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего оборудования. К ним относятся электродвигатели задвижек и запорной аппаратуры, приводы компрессоров, вентиляторов, насосов, подъемных машин на подземных рудниках, обеспечивающих своевременную эвакуацию людей, а также аварийное освещение в некоторых производствах. На некоторых предприятиях прекращение вентиляции помещений может вызвать опасную концентрацию горючих или токсичных газов, остановка насосов может привести к пожару и взрыву. ЭП I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух не- зависимых взаимно резервирующих источников питания (ИП), и перерыв их электроснабжения при аварии на одном из ИП может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. Для электроснабжения особой группы электроприемников I катего- рии должно предусматриваться дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего ИП.
Источником питания (ИП) или центром питания (ЦП) называется распределительное устройство генераторного напряжения (ГРУ) электростанции или распределительное устройство вторичного напряжения (РУНН) понижающей подстанции энергосистемы или подстанции 35 – 220 кВ промышленного предприятия, к которому присоединены распределительные сети предприятия. Независимым источником питания электроприемника или группы электроприемников называется ИП, на котором сохраняется напряжение в пределах, регламентированных для послеаварийного режима, при исчезновении его на других источников питания этих электроприемников. На промышленных предприятиях к числу независимых ИП можно отнести энергосистему и собственную теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), генераторы электростанции, работающие на разные секции (системы) шин и имеющие независимые первичные двигатели (турбины); линии, секции, трансформаторы разных подстанций энергосистемы; аккумуляторные батареи и т.п. Практически независимым ИП группы ЭП можно считать такой ИП, у которого, например при коротком замыкании на шинах другого источника питания напряжения сети должно сохраняться на уровне не менее 60% номинального напряжения сети Uном. Указанный предел установлен для устойчивой работы ЭП в условиях аварийного режима в течение времени действия релейной защиты и автоматики. Нагрузка между этими ИП распределяется в зависимости от мощности и удаленности источников питания, от сезонности работы предприятия. В общем случае к числу независимых ИП относятся две секции или системы шин одной или двух электростанций и подстанций при одновременном соблюдении следующих условий: а) каждая секция или система шин в свою очередь имеет питание от независимого источника питания; б) секции (системы) шин не связаны между собой или имеют связь, автоматически отключающуюся при нарушении нормальной работы одной секции (системы) шин. Электроприемники II категории – это такие ЭП, перерыв электро- снабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, к массовому простою рабочих, механизмов, промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного числа городских и сельских жителей. Группа потребителей II категории является наиболее многочисленной в большинстве отраслей промышленности. ЭП II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых ИП.
Для ЭП II категории при нарушении электроснабжения одного ИП допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригадой. Допускается питание электроприемников II категории по одной воздушной линии, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 суток. Допускается питание ЭП II категории по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату. При наличии централизованного (передвижного) складского резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора за время не более 1 суток допускается питание электроприемников II категории от одного трансформатора. Электроприемниками III категории называются все остальные элек- троприемники, не подходящие под определения I и II категорий. К ним можно отнести ЭП во вспомогательных цехах, на неответственных складах, в цехах несерийного производства и т.п. Для электроснабжения электропри- емников III категории достаточно одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента СЭС, не превышают 1 суток. При проектировании СЭС предприятия следует учитывать удельный вес электроприемников той или иной категории. Если пробладают нагрузки I категории, то необходимо предусмотреть автоматическое включение резерва. Если же удельный вес I категории невелик, то целесообразны более дешевые схемные решения при помощи резервных перемычек между соседними ТП. Иногда такое резервирование осуществляется на цеховых силовых распределительных пунктах, к которым подключены электро- приемники I и II категорий. Питание этих пунктов следует производить от разных ТП или разных секций подстанции, а для переключения применить простейшую автоматику. Для обеспечения требуемой надежности питания всех ЭП предпри- ятия при послеаварийных режимах ПУЭ допускают возможность отключения неответственных потребителей в этих режимах. Поэтому часто требуется специальное рассмотрение схемы питания потребителей при послеаварийных режимах. Схемы электроснабжения промышленных предприятий с учетом категории ЭП рассмотрены в гл. 9.
2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ 2.1 Классификация производственных помещений в зависимости от окружающей среды В зависимости от окружающей среды помещения делятся на /19/: 1. Сухие помещения – помещения, в которых относительная влаж- ность воздуха не превышает 60 %. При отсутствии в таких помещениях условий, указанных в пп. 5, 6, 7, они называются нормальными. 2. Влажные помещения – помещения, в которых относительная влаж- ность воздуха более 60 %, но не превышает 75 %. 3. Сырые помещения – помещения, в которых относительная влаж- ность воздуха превышает 75 %. 4. Особо сырые помещения – помещения, в которых относительная влажность воздуха близка к 100 % (потолок, стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой). 5. Жаркие помещения – помещения, в которых под воздействием раз- личных тепловых излучений температура постоянно или периодически (более 1 суток) превышает +35 °С (например, помещения с сушилками, обжигательными печами, котельные). 6. Пыльные помещения – помещения, в которых по условиям произ- водства выделяется технологическая пыль, которая может оседать на токо- ведущих частях, проникать внутрь машин, аппаратов и т.п. Пыльные помещения разделяются на помещения с токопроводящей пылью и помещения с нетокопроводящей пылью. 7. Помещения с химически активной или органической средой – по- мещения, в которых постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования.
2.2 Классы взрывоопасных зон помещений Категорирование помещений по Правилам устройства электроустано- вок (сокращенно ПУЭ) требуется только для производственных и складских помещений /19/. Классификацию взрывопожароопасных зон и категорирование поме- щений осуществляют на стадии разработки проектной документации, еще до начала строительных работ на объекте. Определение категории производственных или складских помещений по /19/ необходимо для того, чтобы впоследствии правильно подобрать электрооборудование в те или иные зоны здания. При определении класса взрывоопасности зон в помещениях учиты- ваются такие критерии: наименование и характеристики хранящихся в помещении взрыво- пожароопасных веществ и материалов; количественный объем взрывоопасной смеси относительно свобод- ного объема помещения; наличие технологического оборудования, в процессе эксплуатации которого возможно выделение горючих газов (ГГ) или легко воспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ); метраж помещения; другие взрывоопасные факторы. Также учитывают вероятную длительность и частоту присутствия смеси в помещении, устанавливая в зависимости от этого 3 вида утечки: постоянную, 1 и 2 степени. Классификация взрывоопасных зон по /19/ предусматривает следую- щее разделение помещений: Класс В-1. Описывает зоны помещений, где происходит выброс го- рючих составляющих в таком количестве, что в воздухе происходит образование взрывчатых смесей при нормальном производственном процессе. Например, при чистке оборудования или смене сырья. Класса В-1а. В помещениях при нормальном цикле производства не выделяются опасные горючие компоненты. Их появление связывается только с возникновением аварийной обстановки.