Электроустановки и системы электроснабжения

2

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Электротехника и электроника»

на тему:

«Электроустановки и системы электроснабжения в теплоэнергетике»

СОДЕРЖАНИЕ

Исходные данные

Введение

1. Электропривод и система управления приточной вентиляцией с кондиционированием воздуха

1.1 Нагрузочная диаграмма электропривода

1.2 Разработка принципиальной схемы силовой части электропривода

2. Система электроснабжения промышленного предприятия

2.1 Схема цеховых сетей завода

2.1.1 Вспомогательный цех

2.1.2 Основной цех

2.2 Выбор сечений и марки кабелей и проводов распределительных электросетей

2.2.1 Выбор сечения проводов и кабелей при защите электроприводов грузоподъемника, электропечи, сварочных трансформаторов и двигателей вентиляторов предохранителями

2.2.2 Защита линий электроприводов поршневого компрессора, насоса, нагнетателя и дымососа автоматическими выключателями.

2.3 Выбор кабелей питающих линий силовых распределительных пунктов и распределительных шинопроводов

2.3.1 Выбор кабелей питающих линий

2.3.2 Выбор распределительных шинопроводов основного цеха

2.4 Выбор трансформаторов для цеховой трансформаторной подстанции

2.5 Расчет суточного потребления электроэнергии

2.6 Коэффициент мощности

Заключение

Список литературы

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 1

Технические данные для разработки электроприводов установок и технологических процессов

Таблица 2

Временные параметры

Таблица 3.

Суммарная установленная мощность электро-приводов станков и номинальные мощности электроприемников вспомогательных участков

ВВЕДЕНИЕ

Основными потребителями электрической энергии в стране являются промышленность, транспорт, сельское хозяйство, коммунальные службы городов и посёлков, учреждения социального назначения и др.

Для высоко эффективной и надёжной работы промышленных установок и технологических процессов распределение и потребление электрической энергии, получаемой от энергосистемы, необходимо организовать таким образом, чтобы удовлетворить основным требованиям электроприёмникам предприятий. Такими требованиями являются:

- бесперебойность и экономичность электроснабжения,

- качество электроэнергии,

- автоматизация установок и технологических процессов,

- повышение производительности труда.

Это задачи энергетических служб предприятий и специалистов данного профиля.

Выработка, преобразование, распределение и потребление электроэнергии и теплоты производится на установках, связанных между собой электрическими и тепловыми связями с общим режимом управления, включенных в общую энергетическую систему. Организацией эксплуатации установок и сетей занимаются также энергетические службы предприятий и специалисты энергетического профиля.

При эксплуатации сетей промышленных предприятий необходимо обеспечить надёжность и бесперебойность электроснабжения потребителей, а также минимальные потери энергии при её передаче и распределении. Это возможно при правильной организации работы электрического хозяйства и рациональном использовании компенсирующих устройств для регулирования потоков реактивной мощности в электрических сетях предприятий.

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЫМОСОСА С ДВУСТОРОННИМ ПОДВОДОМ НА ТЭЦ, РАБОТАЮЩЕЙ НА ГАЗООБРАЗНОМ ТОПЛИВЕ

Электропривод и система управления дымососа с двусторонним подводом разрабатывалась для дымоудаления тюменской ТЭЦ-1, работающей на газообразном топливе.

1.1 НАГРУЗОЧНАЯ ДИАГРАММА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

В соответствии с временными параметрами нагрузочной диаграммы (табл. 2) строим нагрузочную диаграмму (рис. 1).

Рис.1 Нагрузочная диаграмма

Режим работы двигателя - длительный с изменяющейся нагрузкой.

В соответствии с рис.1 определим эквивалентную мощность по формуле:

_; (1)

Подставляя значения, получаем:

Для этого режима по справочнику (3) выбираем двигатель по найденной эквивалентной мощности, напряжению питания 6000 В и синхронной частоте вращения.

Используем асинхронный двигатель с фазным ротором ВАН 14-31-10 с Р_э?Р_н=400 кВт, ,

Выбранный двигатель по нагреву необходимо проверить на перегрузочную способность по специальной методике, так как продолжительность работы двигателя более 20 мин..

Проверим выбранный двигатель по частоте:

; (2)

- условие выполняется.

Определим угловую скорость по формуле:

; (3)

.

Наибольший момент М_нб соответствует наибольшей мощности Р₄ и определяется по формуле:

; (4)

Номинальный момент равен:

Условие обеспечения перегрузочной способности двигателей с учетом допустимого снижения напряжения сети на 5 % (при величине напряжения сети U=0.95U_н) можно представить в виде:

(5)

где м=2,1 - кратность максимального момента для выбранного двигателя.

Проверяем условие:

- условие выполняется.

Так как условия (2), (5) выполняются, то выбранный по нагреву двигатель ВАН 14-31-10 обеспечивает перегрузочную способность при работе двигателя в длительном режиме в соответствии с нагрузочной диаграммой (рис.1).

Данный электропривод предназначен для эксплуатации в районах с умеренным климатом, для размещения в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями.

Двигатель обеспечивает защиту от проникновения внутрь оболочки инструментов, проволоки, твердых тел диаметром более 1 мм. Защищен от проникновения брызг воды.

1.2 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Целью данного раздела является разработка принципиальной схемы силовой части электропривода дымососа с двусторонним удалением дыма на ТЭЦ-1 на основе нерегулируемого асинхронного электропривода с фазным ротором ВАН 14-31-10, а также построение структурной схемы автоматического управления с целью автоматизации в функциях разрежения и функции производительности котла.

Рис. 2. Структурная схема установки дымоудаления:

1 - скруббер; 2,3 - заслонки; 4 - фильтр; 5,9 - вентиль; 6 - дымосос; 7 - насос; 8 - гидравлический затвор.

Для охлаждения и очистки дымовых газов служит установка, принципиальная схема которой представлена на рис.2. Дымовые газы из топки поступают в скруббер, где орошаются холодной водой, которую центробежный насос через форсунки распыляет по всему объему полости скруббера. Отработанная вода удаляется через гидравлический затвор. Охлажденные дымовые газы забираются дымососом и подаются в отделение капельной влаги и механических примесей. Пройдя затем масляно-войлочные фильтры, газы поступают на прием компрессорной станции. Режим работы скруббера и дымососа с помощью регулирования вентиля подачи воды и заслонки газовой линии устанавливают таким, что температура дымовых газов понижается до 20 ⁰С. Таким образом использование данной системы дымоудаления снижает возможность возникновения пожара и загрязнение окружающей среды.

Кинематическая схема дымососа двустороннего всасывания показана на рис.3.

Рис. 3. Кинематическая схема дымососа двустороннего всасывания:

1 - кожух, 2 - броня цилиндрической части улитки, 4 - болт крепления брони к торцовой части улитки, 5 - броня цилиндрической части всасывающего кармана, 6 - броня торцевой части всасывающего кармана, 7 - болт, 8 - диффузор, 9 - охлаждающая рубашка.

2

Рис. 4. Схема регулируемого электропривода по системе асинхронно-вентильного каскада:

АД - асинхронный двигатель с фазным ротором; В - выпрямитель; И - инвертор; ТГ - тахогенератор; ТТ - трансформатор тока; Т - согласующий трансформатор; КМ1, КМ2 - магнитный пускатель; QF1, QF2 - автоматические выключатели; УФСУ - система формирования сигналов управления; САУ - система автоматического управления; УКР - устройство контроля разреженности и управления работой шиберов; УЗС - устройство задания скорости.

Принципиальная схема электропривода по системе асинхронно-вентильного каскада приведена на рис.4. В электроприводе используется асинхронный двигатель с фазным ротором, а вентильный каскад включает промежуточное звено постоянного тока.

Установка обеспечивает дымоудаление продуктов сгорания газообразного топлива, имеет автоматическое регулирование функции разрежения и функции производительности котла.

Выпрямитель В предназначен для выпрямления тока ротора, частота которого определяется скольжением ротора. Выпрямленный ток с помощью инвертора И преобразуется в переменный ток с частотой, равной частоте сети. Дроссель используется для сглаживания выпрямленного тока. Трансформатор ТТ предназначен для согласования выпрямленного напряжения ротора двигателя с напряжением сети. Выпрямитель и инвертор выполнены по трехфазной мостовой схеме.

Принцип действия каскада:

В цепь выпрямительного тока ротора вводится с помощью инвертора регулируемая добавочная ЭДС, которая зависит от выпрямленного тока I_d.. При изменении угла регулирования инвертора в при помощи устройства УФСУ, изменяется I_d, а следовательно и момент вращения АД и противо-ЭДС. При уменьшении противо-ЭДС инвертора ток в цепи ротора возрастает, момент двигателя увеличивается, и скорость его начинает повышаться. Так как с увеличением скорости, скольжение, а следовательно, и выпрямленное напряжение ротора уменьшаются, то ускорение двигателя будет происходить до тех пор, пока момент двигателя не станет равным моменту сопротивления. Привод будет работать при новом значении заданной скорости. Задание скорости двигателя и механизма производится УЗС. Фактическое значение скорости контролируется датчиком ТГ. При уменьшении скорости уменьшается производительность приводного механизма дымососа. По сигналу рассогласования скоростей системой САУ выдается сигнал УФСУ, которое формирует сигнал управления тиристорами инвертора на увеличение в. При этом противо-ЭДС уменьшается и скорость восстанавливается до заданной.

При увеличении разряжения продуктов сгорания система САУ подает сигнал устройству УКР, которое обеспечивает работу шиберов по созданию и регулированию разрежения в каналах дымоудаления.

Сигнал ТТ позволяет управлять инвертором при защите от коротких замыканий и перегрузке двигателя.

2. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

2.1 Схема цеховых сетей тюменской ТЭЦ-1, работающей на газообразном топливе

2.1.1 Вспомогательный цех

Состав вспомогательного цеха указан в таблице 4. Радиальная схема распределения электроэнергии между цеховыми приемниками приведена на рис. 5.

Таблица 4.

Электроприемники вспомогательного цеха

2

Рис.5 Схема распределения электроэнергии между цеховыми приемниками вспомогательного цеха:

СТ1,СТ2,СТ3 - сварочные трансформаторы однофазные; В1,В2 - вентилятор; ГПУ - грузоподъемное устройство; НП1,НП2 - центробежный нагнетатель; НС - центробежный насос; ЩУО - щит управления освещением; ДС - центробежный дымосос, ПЭЭ - преобразователь электрической энергии.

2.1.2 Основной цех

Состав основного цеха указан в таблице 5. Схема распределения электроэнергии между приемниками основного цеха при магистральной схеме электроснабжения приведена на рис. 6.

Мощность основного механического цеха равна:

;

Таблица 5. Электроприемники основного цеха

2

Рис.5 Схема распределения электроэнергии между приемниками основного цеха при магистральной схеме электроснабжения:

1 - шинопровод магистральный ШМА; 2 - шинопровод распределительный ШРА; 3 - ответвительная коробка ШМА; 4 - вводная коробка ШРА; 5 - кабельная перемычка; 6 - ответвительная коробка ШРА; 7 - распределительня коробка приемника; 8 - вводный кабель; 9 - мостовой кран. Станки: ТС - токарный, ФС - фрезерный, СС - сверлильный, ШС - шлифовальный, СТС - строгальный станок; КС - карусельный станок.

2.2 ВЫБОР СЕЧЕНИЙ И МАРКИ КАБЕЛЕЙ И ПРОВОДОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСЕТЕЙ

Сечение жил проводов и кабелей распределительных сетей для питания индивидуальных приемников определяются по допустимому току линии I_доп и номинальному току плавной вставки предохранителя I_вст.

Длительно допустимый ток линии равен номинальному току приемника:

; (6)

Номинальный ток приемника:

; (7)

где cosц_н и з_н для всех приемников сведены в табл.6.

Таблица 6

Электроприемники вспомо-гательного цеха

2.2.1 Выбор сечения проводов и кабелей при защите электроприводов грузоподъемника, сварочных трансформаторов и двигателей вентиляторов предохранителями

В таблицу 8 внесены характеристики предохранителей для защиты вышеуказанных приемников, а в таблицу 7 - расчет и результаты по подбору марки и сечения кабеля.

Предохранитель выбираем на основе номинального напряжения U_н и номинального расчетного тока плавкой вставки, рассчитанного по формуле

; (8)

где пусковой ток

, (9)

где л=5..7 - коэффициент кратности пускового тока.

Номинальный ток плавкой вставки принятый I_вст.пр (см. табл. 7) должен соответствовать:

; (10)

Допустимый защитный ток линии определяется из уравнения:

; (11)

где К_з - коэффициент защиты, I_з - ток срабатывания защитного устройства, для предохранителя:

; (12)

Длительно допустимый ток определяем из (8), а максимальный кратковременный ток линии при пуске двигателя:

. (13)

Таблица 7

Определение номинального тока плавкой вставки предохранителей и сечений проводов для питания электроприводов вентилятора, грузоподъемника и сварочных трансформаторов.

Таблица 8.

Технические характеристики предохранителей

2.2.2 Защита линий электроприводов центробежного насоса, нагнетателя и дымососа автоматическими выключателями

Таблица 9 содержит технические данные для выбора сечений проводов и кабелей и подбора автоматических выключателей.

Номинальный ток комбинированного электромагнитного расцепителя автоматического выключателя, встроенного в СП определяем по формуле

; (14)

где длительный расчетный ток линии находим по (6) и (7), а k_т.п.=0,85 - тепловой поправочный коэффициент.

Таблица 9

Технические данные электроприемников, защищаемых автоматическими выключателями

После выбора автоматического расцепителя (данные по расцепителям сводятся в таблицу 11) производим его проверку на невозможность срабатывания при пуске двигателя:

; (15)

ток максимальный кратковременный (9)

; (16)

Сечение кабеля до двигателя в помещении с нормальной средой выбираем по длительному току согласно условию

; (17)

Проверяем выбранный кабель по коэффициенту защиты автоматического выключателя (11), где К_з=1 и ток I_з равен номинальному току расцепителя. Результаты выбора кабелей и проводов сводим в таблицу 10.

Таблица 10

Результаты выбора кабелей и проводов

Таблица 11

Технические данные автоматических выключателей

2.3 ВЫБОР КАБЕЛЕЙ ПИТАЮЩИХ ЛИНИЙ СИЛОВЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПУНКТОВ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ШИНОПРОВОДОВ

2.3.1 Выбор кабелей питающих линий

В таблицу 12 сведены все электроприемники вспомогательного цеха

Таблица 12

Электроприемники вспомогательного цеха

Эффективное число приемников находим по формуле:

; (18)

Групповой коэффициент использования для каждой группы приемников:

; (19)

Средняя активная и реактивная мощности для каждой группы приемников за наиболее загруженную смену определяются по формулам:

; (20)

; (21)

Определяем коэффициент максимума активной мощности (таблица 13).

Таблица 13

Определение коэффициента максимума активной мощности

Расчетные активная и реактивная мощности групп приемников:

; (22)

; (23)

Полная расчетная мощность групп приемников:

(24)

Расчетный ток для соответствующих групп находим по формуле

; (25)

В таблице 14 представлены результаты расчета тока и выбранные кабели.

Таблица 14

Выбор кабелей питающих линий

2.3.2 Выбор распределительных шинопроводов основного цеха

Проведем расчет магистрального шинопровода ШМА:

Приведенное число приемников основного цеха определим по (18) с учетом табл. 5:

;

Коэффициент использования для станков универсального назначения составит K_H=0,14, с учетом n_n=17,93 определяем коэффициент максимума К_max=1,75.

Тогда, в соответствии с (22) получим P_p=1,75*1370=2397,5 кВт.

tgц=1,33 для станков, тогда в соответствии с (23) и (21) получим Q_p=1,75•1370•1,33=3188,68 кВт.

Полная мощность (24) составит:

Находим расчетный ток (25):

Для полученного значения тока выберем магистральный шинопровод ШМА-73 3(200x12).

Проведем расчет распределительного шинопровода ШРА1:

;

Коэффициент использования для станков универсального назначения составит K_H=0,14, с учетом n_n=8,93 определяем коэффициент максимума К_max=2,18.

Тогда, в соответствии с (22) получим P_p=2,18*680=1482,4 кВт.

tgц=1,33 для станков, тогда в соответствии с (23) и (21) получим Q_p=2,18•680•1,33=1971,59 кВт.

Полная мощность (26) составит

Находим расчетный ток (27):

Для полученного значения тока выберем распределительный шинопровод ШМА-73 1(160x12).

Проведем расчет распределительного шинопровода ШРА2:

;

Коэффициент использования для станков универсального назначения составит K_H=0,14, с учетом n_n=9 определяем коэффициент максимума К_max=2,19.

Тогда, в соответствии с (22) получим P_p=2,19*690=1511,1 кВт.

tgц=1,33 для станков, тогда в соответствии с (23) и (21) получим Q_p=2,19•690•1,33=2009,76 кВт.

Полная мощность (24) составит

Находим расчетный ток (25):

Для полученного значения тока выберем распределительный шинопровод ШМА-73 1(160x12).

Таблица 15

Расчет сечения шинопроводов основного цеха

2.4 ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ДЛЯ ЦЕХОВОЙ ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ПОДСТАНЦИИ

Строим суточный график нагрузки - рис. 6 на основе данных об активной и пассивной мощности вспомогательного и основного цехов (табл. 16). Полные максимальные мощности составляют:

Таблица 16

Данные суточной загрузки

Рис. 6 Гистог рамма суточной загрузки

Средняя загрузка по суточному графику:

; (26)

где T=24ч - длительность суток, отсюда,

Коэффициент заполнения графика нагрузки:

(27)

Продолжительность максимальной загрузки t_smax=6ч.

Коэффициент кратности допустимой загрузки по t_smax и К_зг составляет - К_н=1,18.

Требуемую номинальную мощность трансформатора находим по формуле:

(28)

Так как число приемников 1-2 категории составляет 60%, используем два трансформатора. Номинальная мощность трансформаторов

(29)

Выбираем трансформаторы ТМН-2200/10У3 и ТМН-2300/10У3.

Проверяем трансформаторы на нормальный режим работы:

(30)

ТМН-2200/10У3:

ТМН-2300/10У3:

Для обоих трансформаторов условие выполняется, поэтому берем два трансформатора ТМН-2200/10УЗ.

Проверяем трансформаторы на аварийный режим работы (при отказе одного из трансформаторов):

, (31)

где К_П=1,3 - коэффициент допустимой перегрузки трансформаторов в послеаварийном режиме, S_H1,2 - номинальная мощность приемников 1 и 2 категории (согласно их количеству - 60%).

Выбранные трансформаторы ТМН-2200/10У3 удовлетворяют условиям (32) и (33).

2.5 РАСЧЕТ СУТОЧНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Расчет суточного потребления активной и реактивной электроэнергии производится по табл. 13 и рис.6 в соответствии с:

(32)

(33)

2.6 КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ

Расчетный коэффициент мощности в режиме наибольшей потребляемой активной мощности

(34)

Подставляем значения, получаем .

Средневзвешенный коэффициент суточной мощности

(35)

Коэффициент мощности cosц_р=0,67 указывает на большое потребление реактивной мощности предприятием, что вызывает рост тока, излишнее энергопотребление. Необходимо применить устройства, компенсирующие реактивную мощность. Определим суммарную реактивную мощность компенсирующих устройств Q_КУ для повышения коэффициента мощности до значения cosц=0,95.

; (36)

из (38) получаем

; (37)

Необходимо произвести компенсацию реактивной мощности по вспомогательному и основному цехам:

, (38)

, (39)

где q_o и q_в - относительные значения расчетной реактивной мощности вспомогательного и основного цехов

(40)

(41)

Расчетные реактивные мощности основного и вспомогательного цехов из формулы (23)

В нашем случае КУ подключаются к шинам низшего напряжения распределительного устройства цеховой трансформаторной подстанции или магистральным шинопроводам. В этом случае разгружаются от реактивных токов сети внешнего и внутризаводского электроснабжения, а также трансформаторы данной подстанции. Однако цеховые распределительные сети от передачи реактивной мощности не разгружаются.

Для коммутации и защиты КУ могут применятся автоматические выключатели или предохранители с рубильником.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненная курсовая работа связана практически со всеми основными задачами, с которыми сталкиваются энергетики предприятий.

В данной курсовой работе были получены навыки расчёта электроснабжения промышленных предприятий, были получены навыки по использованию электроприводов для решения конкретной задачи - система дымоудаления ТЭЦ. Были изучены различные схемы и все уровни электроснабжения промышленного предприятия.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Семений В.А. Электроустановки и системы электроснабжения в теплоэнергетике. ч.1. - Воронеж. ВГТУ. 2003;

2. Семений В.А. Электроустановки и системы электроснабжения в теплоэнергетике. ч.2. - Воронеж. ВГТУ. 2003;

3. Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. - М.: Высшая школа. 1986;

4. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. В 2т. / Под ред. А.А.Федорова. - М.: Энергоатомиздат. 1987.