Государственный комитет Российской Федерации по рыболовству
МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
КОЛЛЕДЖ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине:
«Электроснабжение предприятий и установок»
на тему:
«Расчет схемы электроснабжения плавильного цеха обогатительной фабрики
Выполнил: студент 2 курса группы Э-201 специальности 1004Б Боряев А.А
____________
/подпись/
Руководитель: преподаватель Басавин А.А.
_____________
/подпись/
Мурманск
2003
1. СОДЕРЖАНИЕ.
1. Содержание ............................................
2. Введение...............................................
3. Исходные данные на проектирование........................
4. Характеристика потребителей электроэнергии, определение категории электроснабжения и анализ электрических нагрузок................
4.1. Определение установленной мощности ................... 2. Определение категории надежности приемников 2. Краткие сведения о технологическом процессе обогатительной фабрики
5. Выбор рода тока и напряжения...............................
6. Расчет электрических нагрузок............................ 1. Расчет средних нагрузок 2. Вычисление расчетных нагрузок
7. Выбор числа и мощности трансформаторов, типа и числа подстанций 1. Выбор трансформаторов 2. Выбор числа и типа подстанций
8. Компенсация реактивной мощности
9. Расчет и выбор магистральных и распределительных сетей напряжением до 1000 В, защита их от токов короткого замыания................ 1. Схемы цеховых электрических сетей и классификация помещения цехов 2. Выбор сечения проводников 2. Выбор защиты проводников 3. Проверка выбранных проводников
10. Расчет и выбор питающих и распределительных сетей высокого напряжения............................................
11. Расчет токов короткого замыкания..........................
1. Виды КЗ, причины возникновения и последствия
2. Расчет токов КЗ
3. Расчет ударных токов КЗ
12. Выбор электрооборудования и проверка его на действие токов короткого замыкания.............................................
12. Выбор и расчет релейной защиты........................... 1. Выбор уставок защиты трансформатора 2. Выбор уставок защиты двигателя
1. Расчет заземляющих устройств.............................
2. Литература ...........................................
2. ВВЕДЕНИЕ.
По условиям задания требуется спроектировать электроснабжение
плавильного цеха обогатительной фабрики завода цветной металлургии примерно
на 5 МВт.
Прежде чем перейти непосредственно к проектированию укажем значение
данного предприятия для народного хозяйства нашей страны. Значение
металлургической промышленности в народном хозяйстве очень велико, и даже
само современное народное хозяйство любой страны трудно представить без
металлургической промышленности, поскольку именно ее наличие является базой
для создания тяжелой, легкой, машиностроительной, текстильной,
нефтехимической, и практически любой другой промышленности страны. Такое
значение данная отрасль народного хозяйства имеет потому, что пока, да и в
ближайшем будущем, в основе промышленного машиностроения находятся металлы.
В настоящее время в производство малонагруженных конструкций все больше
внедряются полимеросодержащие материалы (пластмассы), и хотя уже созданы
достаточно прочные материалы на их основе, применение их в
высокотемпературной технике, каковой является большая часть различного рода
двигателей, является пока задачей далекой от решения. Металлические
материалы, по-видимому, будут играть ведущую роль при производстве
различного рода машин, механизмов и устройств еще долгое время. Массовое
применение материалов ближайшего будущего на основе металлокерамики также
будет основано на использовании все тех же металлов в качестве связующей
основы. Таким образом, металлургическая промышленность будет иметь важное
значение не только в настоящий момент, но и в будущем.
В основе исходных данных лежат реальные цифры существующего комбината
«Североникель» по производству таких важных металлов как медь, никель,
кобальт, а также побочных - сера и серная кислота.
3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ.
Плавильный цех обогатительной фабрики предприятия цветной металлургии
содержит в себе для обеспечения технологического цикла следующее
электрооборудование:
Таблица 1 - Мощность и количество потребителей цеха.
|Наименование |Паспортная |Количество, | Примечание |
|электрооборудования |мощность, |штук | |
| |кВт | | |
|Конвейер |14 |10 | |
|Элеватор |11 |15 |асинхронный |
|Питатель |2,2 |10 |двигатель |
|Сушильный агрегат |3 |20 | |
|Элеватор |0,75 |10 | |
|Таль ПВ=85% |2,5 |4 | |
|Кран ПВ=25% |45 |2 | |
| |22 |2 | |
| |75 |2 | |
|Насос |45 |10 |асинхронный |
| |75 |2 |двигатель |
|Вибратор |2,2 |8 | |
|Лебедка |20 |2 | |
|Вентилятор |45 |8 |асинхронный |
| |90 |6 |двигатель |
|Бетоносмеситель |55 |5 | |
|Дымосос |1000 |2 |АД на 6 кВ |
|Шнек |7,5 |8 |асинхронный |
| | | |двигатель |
|Отопительный агрегат |6,6 |5 | |
|Освещение |100 |- |- |
4. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАТЕГОРИИ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК.
4.1. Определение установленных мощностей.
Все приемники электроэнергии по времени работы подразделяются на
приемники с кратковременным режимом, повторно-кратковременным режимом и
длительным режимом работы.
Установленную мощность для приемников с повторно-кратковременным
режимом работы приводят к длительному режиму по
Pу=Рном*[pic],
(1)
где Ру - установленная или номинальная мощность; Рном - паспотная мощность;
ПВ - паспортная продолжительность включения, о.е.
Для электроприемников с повторно-кратковременным режимом работы
номинальную мощность, приведем к длительному режиму по (1).
Для таля с ПВ=85% Рном=Ру*[pic]=2,5*[pic]=2,3 кВт.
Для крана с ПВ=25% Рном1=45*[pic]=22,5 кВт
Рном2=22*[pic]=11 кВт
Рном3=75*[pic]=37,5 кВт
Остальные приемники электроэнергии являются приемниками длительного
режима работы.
4.2. Определение категории надежности приемников.
В соответствии с п.1.2.17 [1] в отношении обеспечения надежности
электроснабжения электроприемники разделяются на следующие три категории:
Электроприемники I категории - электроприемники, перерыв
электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей,
значительный ущерб народному хозяйству; повреждение дорогостоящего
основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного
технологического процесса, нарушение функционирования особо важных
элементов коммунального хозяйства.
Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа
электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для
безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни
людей, взрывов, пожаров и повреждений дорогостоящего основного
оборудования.
Электроприемники II категории - электроприемники, перерыв
электроснабжении которых приводит к массовому недооотпуску продукции,
массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного трансполрта,
нарушенияю нормальной деятельности значительного количества городских и
сельских жителей.
Электроприемники III категории - все остальные электроприемники, не
подходящие под определения I и II категорий.
Электроприемники I и II категории должны обеспечиваться питанием от
двух независимых источников питания.
Категории надежности приемников плавильного цеха определим в
соответсвии с [2] и [3].
Таблица 2 - Состав потребителей по категориям.
|Наименование |Р, |Количество|Итоговая |Категория |В % от |
|электрооборудования |кВт |штук |Р, кВт |надежности|итоговой Р|
| | | | | |по цеху |
|Конвейер |14 |10 |140 |I |3,08 |
|Элеватор |11 |15 |165 |II |3,63 |
|Питатель |2,2 |10 |22 |II |0,48 |
|Сушильный агрегат |3 |20 |60 |II |1,32 |
|Элеватор |0,75|10 |7,5 |II |0,17 |
|Таль |2,3 |4 |9,2 |II |0,2 |
|Кран |22,5|2 |25 |I |0,55 |
| |11 |2 |22 |I |0,48 |
| |37,5|2 |75 |I |1,65 |
|Насос |45 |10 |450 |I |9,91 |
| |75 |2 |140 |I |3,08 |
|Вибратор |2,2 |8 |17,6 |I |0,39 |
|Лебедка |20 |2 |40 |II |0,88 |
|Вентилятор |45 |8 |360 |II |7,94 |
| |90 |6 |540 |II |11,89 |
|Бетоносмеситель |55 |5 |275 |II |6,06 |
|Дымосос |1000|2 |2000 |I |44,04 |
|Шнек |7,5 |8 |60 |II |1,32 |
|Отопительный агрегат |6,6 |5 |33 |II |0,73 |
|Освещение |100 |- |100 |I |2,2 |
|Итого: |4541,3 |- |100 |
Следовательно практически все основное электрооборудование является
потребителями I и II категории, в вышеуказанном плавильном цехе - 100%.
4.3. Краткие сведения о технологическом процессе обогатительной фабрики.
Сырьем для получения цветных металлов являются руды, то есть
совокупность минералов, содержащих металл. Большинство руд цветных металлов
являются полиметаллическими, то есть содержат разные металлы, что требует
комплексного извлечения всех ценных компонентов.
Обогащение руд представляет собой процесс механического выделения
содержащегося в руде металла. В результате обогащения получаются три вида
продукта: концентрат, в котором содержится металла значительно выше, чем в
исходной руде; хвосты или отходы обогащения; промежуточный продукт,
требующий дополнительного обогащения. Полученный концентрат обжигают
различными методами. Обожженный концентрат подлежит плавке в отражательных
или электрических печах, чем и занимается плавильный цех.
Предприятия цветной металлургии отличаются большой энергоемкостью,
работают круглосуточно и непрерывно в течении целого года, в связи с тем,
что руднотермические печи работают как печи непрерывного действия.
Поэтому суточный и годовой графики нагрузки обогатительных фабрик и заводов
цветной металллургии отличаются равномерностью.
5. ВЫБОР РОДА ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ.
В связи с тем, что внутри цеха применяются агрегаты, с различными
режимами, обусловленными технологическими особенностями работы, которые
применяют различный ток и напряжение возникает необходимость их выбора.
В цеховых сетях применяют напряжения 660, 380, 220 и 127 В. Напряжение
500 В в условиях эксплуатации еще встречается, но для новых установок не
рекомендуется.
Напряжение 127 и 220 В рекомендуется в основном для осветительных
приборов. Эти напряжения используются и для силовой сети - для приемников
незначительной мощности, лаболаторных установок и т.д.
Основными напряжениями для силовой сети являются 660 и 380 В.
Напряжение 660 В по технико-экономическим показателям превосходят
напряжения 220, 380 и 127 В. Однако для питания осветительных установок в
этом случае приходится устанавливать специальные трансформаторы.
Сети постоянного тока в цехах имеют напряжение 440, 220 и 110 В.
Напряжение 220 В широко применяется во всех отраслях производства; 110 В
применяется редко и обычно для приемников малой мощности; напряжение 440 В
применяется для приемников повышенной мощности и в практике эксплуатации
встречается редко.
Для плавильного цеха обогатительной фабрики цветной промышленности с
мощностями и приемниками, указанными выше применяется переменный ток
промышленной частоты с напряжением 380 В. Но для дымососа применяется
асинхронные двигатели с мощностью 1000 кВт, расчитанные на 6 кВ, поэтому
два этих элемента будут непосредственно работать от шин высокого напряжения
цеховой подстанции.
6. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
6.1. Расчет средних нагрузок.
Для определения расчетных нагрузок вычисляют мощность наиболее
загруженной смены Рср.мах. Для этого электроприемники делят на m групп по
характерным значениям коэффециентов использования Киm и COS (m. Тогда для
каждой группы электроприемников
Pcp.max=Kиm*Pном.m;
(2)
Qср.махm=Pcp.maxm*tg (m,
(3)
где Рном.m - номинальная мощность рабочих электроприемников группы m,
Тогда среднесменная мощность по узлу равна
Рср.мах=[pic];
(4)
Qср.мах=[pic],
(5)
Кроме этого средняя активная нагрузка освещения определяется по
формуле:
Рср.мах.о=Ксо*Руо,
(6)
где Ксо - коэффициент спроса; Руо - суммарная установленная мощность
осветительной нагрузки.
Для предложенного электрооборудования плавильного цеха по [2] и [3]
определены следующие показатели, характеризующие приемники электоэнергии и
графики нагрузок, которые сведены в таблицу 3.
Таблица 3 - Показатели, характеризующие приемники электроэнергии и графики
нагрузок оборудования плавильного цеха.
|Наименование |Р, |Кол-во|Итоговая|Ки |cos (|Кс |Кв |
|электрооборудования |кВт |штук |Р, кВт | | | | |
|1. Конвейер |14 |10 |140 |0,6 |0,7 |0,6 |- |
|2. Элеватор |11 |15 |165 |0,6 |0,7 |0,65 |- |
|3. Питатель |2,2 |10 |22 |0,7 |0,72 |0,7 |- |
|4. Сушильный агрегат |3 |20 |60 |0,6 |0,7 |0,65 |1 |
|5. Элеватор |0,75|10 |7,5 |0,6 |0,7 |0,65 |- |
|6. Таль |2,3 |4 |9,2 |0,16 |0,2 |0,32 |- |
|7. Кран |22,5|2 |25 |0,05 |0,1 |0,1 |- |
| |11 |2 |22 |0,05 |0,1 |0,1 |- |
| |37,5|2 |75 |0,05 |0,1 |0,1 |- |
|8. Насос |45 |10 |450 |0,8 |0,85 |0,9 |1 |
| |75 |2 |140 |0,8 |0,85 |0,9 |1 |
|9. Вибратор |2,2 |8 |17,6 |0,6 |0,65 |0,6 |- |
|10. Лебедка |20 |2 |40 |0,6 |0,65 |0,7 |- |
|11. Вентилятор |45 |8 |360 |0,6 |0,75 |0,65 |1 |
| |90 |6 |540 |0,6 |0,75 |0,65 |1 |
|12. Бетоносмеситель |55 |5 |275 |0,7 |0,8 |0,75 |1 |
|13. Дымосос |1000|2 |2000 |0,7 |0,85 |0,75 |- |
|14. Шнек |7,5 |8 |60 |0,6 |0,7 |0,65 |- |
|15. Отопительный |6,6 |5 |33 |0,6 |0,75 |0,6 |- |
|агрегат | | | | | | | |
|16. Освещение |100 |- |100 |0,8 |0,98 |0,95 |- |
|Итого: |4541,3 | | | | |
В соответствии с указанными в таблице значениями Ки и соs ( разделим
электроприемники цеха на 5 групп со следующими характерными значениями Ки:
0,05; 0,16; 0,6; 0,7; 0,8.
Для группы с Ки=0,05:
1. Найдем суммарную номинальную мощность электроприемников в группе, то есть для двигателей в пункте 7 таблицы 3.
Рном0,05=25+22+75=122 кВт
2. Найдем среднюю максимальную мощность за наиболее загруженную смену по (2) и (3): активную Рср.мах.0,05=0,05*122=6,1 кВт реактивную Qср.мах0,05=6,1*9,95=60,7 кВар
Аналогичные приведенному примеру последующие расчеты сведены в
таблицу 4.
Средняя максимальная мощность освещения определяется по (6):
Рср.мах.о=0,95*100=95 кВт
Таблица 4 - Средние максимальные нагрузки за наиболее загруженную смену.
|Группа приемников |0,05 |0,16 |0,6 |0,7 |0,8 |Освещение |
|Рном.m, кВт |122 |9,2 |1423,1|2297 |590 |100 |
|Рср.мах, кВт |6,1 |1,47 |853,86|1607,9|472 |95 |
|Qср.мах, кВар |60,7 |7,2 |845,32|1205,9|292,64|- |
Выясним среднесменную мощность по узлу по (4) и (5):
Рср.мах=6,1+1,47+853,86+1607,9+472+95=3036,33 кВт
Qср.мах=60,7+7,2+845,32+1205,9+292,64=2411,76 кВар
Sср.мах=[pic] кВА
6.2. Вычисление расчетных нагрузок
Расчет электрических нагрузок предприятий цветной металлургии
производят методом упорядоченных диаграмм в соотвествии с [8] и [9].
Вычисление расчетных нагрузок предприятий цветной металлургии
производят методом упорядоченных диаграмм [8] и [9].
Здесь Рр=Км*Рср.макс=Км*Ки*Рном,
(8)
где Км - коэффициент максимума нагрузки; Ки - коэффициент использования
данной группы n электроприемников; Рном - номинальная мощность
рассматриваемых электроприемников n.
Значение Км в зависимости от коэффициента использования эффективного
числа электроприемников (nэф) можно найти по кривым Км=f(Ки, nэф) или по
таблице, приведенной в [2].
Эффективное число электроприемников в группе определяется по формуле nэф[pic]
(9)
Кроме вышеперечисленного определяем расчетную реактивную нагрузку по:
Qp=Pp*tg (
(10)
Полную расчетную нагрузку группы определяют по формуле:
[pic]
(11)
Для группы электроприемников с Ки=0,6:
1. Найдем эффективное число электроприемников в группе по (9) nэф=([pic]4,23 округляем полученное значение до nэф=4.
2. По таблицам определим значение Км, которое равно 1,14
2. По (8) определим расчетную активную нагрузку группы
Рр=1,14*853,86=973,4 кВт
4. По (8) определим расчетную активную нагрузку группы
Qр=973,4*0,9=876,06кВт
5. По (10) определим расчетную активную нагрузку группы
Sр=[pic] кВт
Аналогичные приведенному примеру последующие расчеты сведены в таблицу 5.
Для определения расчетной мощности электрического освещения
воспользуемся формулой
Рр.о=0,8*Ру.о,
где 0,8 - коэффициент спроса для осветительных установок, принимаемый
одинаковым во всех случаях; Ру.о - установленная мощность освещения.
В нашем случае:
Рр.о=0,8*100=80 кВт
Таблица 5 - Расчетные нагрузки характерных групп электроприемников.
|Группа приемников |0,05|0,16 |0,6 |0,7 |0,8 |Освещ |Итого |
|nэф |2 |1 |4 |1 |2 |- |- |
|Км |4 |3,7 |1,14 |1,45 |1,2 |- |- |
|Рср.мах, кВт |6,1 |1,47 |853,86|1607,9 |472 |95 |3036,3|
| | | | | | | |3 |
|Qср.мах, кВар |60,7|7,2 |845,32|1205,9 |292,64|- |2411,7|
| | | | | | | |6 |
|Рр, кВт |24,4|5,44 |973,4 |2331,46|566,4 |80 |3981,1|
|Qp, кВар |232 |25,59|876,06|1693,91|353,93|- |3181,4|
| | | | | | | |9 |
|Sp, кВА |233 |26,16|1309,4|2881,85|667,89|- |5118,3|
7. Выбор числа и мощности трансформаторов, типа и числа подстанций.
7.1. Выбор трансформаторов.
В зависимости от исходных данных различают два метода выбора
номинальной мощности трансформаторов:
1) по заданному суточному графику нагрузки цеха за характерные сутки года для нормальных и аварийных режимов;
2) по расчетной мощности для тех же режимов.
Выбор трансформаторов в первом случае выполняется аналогично выбору
трансформаторов ГПП или ПГВ.
Во втором случае выбор мощности трансформаторов производится исходя из
рациональной их загрузки в нормальном режиме и с учетом минимально
необходимого резервирования в послеаварийном режиме.
При этом номинальная мощность трансформаторов определяется по средней
нагрузке за максимально загруженную смену
Sном.т(Sср.мах/(N*Kз),
(12)
где Sном.т - номинальная мощность трансформатора; Sср.мах - средняя
нагрузка за наиболее загруженную смену; N - число трансформаторов; Кз -
коэффециент загрузки трансформатора.
Наивыгоднейшая загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории
надежности потребителей электроэнергии, от числа трансформаторов и способа
резервирования. Рекомендуется [5] принимать коэффециенты загрузки
трансформаторов при преоблодании нагрузок II категории и в случае
взаимного резервирования трансформаторов на низшем напряжении Кз=0,65(0,7.
В аварийных условиях оставшийся в работе трансформатор должен быть
проверен на допустимую перегрузкупо условию:
1,4Sном.т(Sср.мах.
(13)
Если условие не выполняется, то вычисляется начальная загрузка
трансформатора
Кз1=Sср.мах/2*Sном.т,
(14)
где Кз1 - начальная загрузка трансформатора, для трансформаторов с
системами охлаждения Д, ДЦ, Ц, М разрешается перегрузка 1,4 номинальной
мощности трансформатора не более 5 суток подряд на время максимума нагрузки
с общей продолжительностью не более 6 часов в сутки, при этом коэффициент
начальной загрузки должен быть меньше 0,93 согласно [1].
Принятые к установке силовые трансформаторы должны быть проверены
также на допустимые систематические перегрузки по условию
Sном.т(Sср.мах*1,4.
(15)
Несмотря на то, что отключения трансформаторов довольно редки, однако с такой возможностью следует считаться и при наличии
потребителей I и II категорий устанавливают два трансформатора.
Проектировать подстанции с тремя трансформаторами не рекомендуется,
так как такая схема неудобна в эксплуатации и вызывает большие
трудности при устройстве АВР.
Для условий нормальной работы на подстанциях устанавливают два
трехфазных трансформатора с номинальной мощностью каждого,
рассчитанной в пределах от 60 до 70 % максимальной нагрузки. Ряд
номинальных мощностей трансформаторов и автотрансформаторов,
рекомендуемых для современных проектов, регламентировано ГОСТом 9680-
61 [4, 9].
Произведем выбор трансформаторов для плавильного цеха:
1. Номинальная мощность трансформаторов будет по (12):
Sном.т=3873,13/(2*0,7)=2766,52 кВА
2. Из [6] выбираем трансформатор марки ТМ-2500/10 с Sном=2500 кВА, ВН 6-
10 кВ, НН 0,4-10,5 кВ.
3. Проверим трансформатор для случая выхода из строя второго по (13):
1,4*2500(3873,13 условие не выполняется, поэтому вычисляем начальную загрузку трансформатора по (14)
Кз1=3873,13/2*2500=0,77