Электроснабжение ремонтно-механического цеха и завода

Электроснабжение ремонтно-механического цеха и завода

Электроснабжение ремонтно-механического цеха и завода

1. Общая характеристика предприятия

1.1    Особенности технологического процесса

Технологический процесс получения готового проката является завершающей стадией металлургического производства. Через прокатные цехи проходит почти вся сталь, выплавляемая в сталеплавильных цехах. Исходным материалом для прокатного производства являются слитки и литые заготовки, имеющие поперечное сечение квадратной или прямоугольной формы, а также круглой формы (при производстве труб, колес и бандажей).

Все прокатные станы можно классифицировать по трем признакам: по количеству и расположению валков в рабочих клетях, по расположению рабочих клетей, по назначению станов. Конструктивные особенности прокатных станов определяют меры безопасности при их обслуживании.

В зависимости от назначения прокатные станы разделяют на две группы: станы для производства полупродукта и станы для производства готового проката. К первой группе относят блюминги и непрерывно-заготовочные станы, которые поставляют полупродукт для производства сортовой стали, а также блюминги и слябинги, которые поставляют полупродукт для производства листовой стали.

Блюминги и слябинги - крупные обжимные станы с валками диаметром 800-1400 мм, предназначенные для прокатки слитков массой 2-45 т в заготовки больших размеров и различной формы (блюмы, слябы, фасонные заготовки). Наибольшее распространение получили одноклетьевые дуореверсивные блюминги с валками диаметром 1100-1300 мм.

Современным заготовочным станом является непрерывный стан, установленный за блюмингом; оба эти стана образуют заготовочное отделение прокатных цехов завода.

К станам для производства готового проката относят сортовые, листовые, трубные и специальные станы. Сортовые станы делятся на крупно-, средне- и мелкосортные. К крупносортным станам относят и рельсобалочные станы с валками диаметром 750-900 мм; эти станы предназначены главным образом для прокатки железнодорожных рельсов, балок, швеллеров и других крупных профилей.

Для прокатки широкополочных балок высотой до 1000 мм с параллельными полками применяют универсальные балочные станы. Остальные сортовые станы с валками диаметром 250-750 мм предназначены для прокатки сортовой стали. Непрерывные и полунепрерывные станы широко применяют дли прокатки сортовой и листовой стали. Для прокатных цехов характерна большая протяженность и разбросанность обслуживаемых механизмов, имеющих дистанционное управление и расположенных на высоте и в подвальных помещениях.

Электрооборудование прокатных станов характеризуется большими мощностями и размерами главных приводов (мощность одного электродвигателя доходит до 6-7 Мвт и более, а общая мощность - до 200-300 Мвт), сложностью систем управления электроприводами, вызываемой главным образом необходимостью автоматического регулирования в широких пределах скорости большинства машин.

Основные операции технологического процесса прокатного производства следующие: подготовка металла к прокатке, нагрев металла перед прокаткой, прокатка, отделка, включая резку, охлаждение, правка, удаление поверхностных дефектов и др.

1.2 Характеристика потребителей

Основными потребителями электроэнергии стана являются:

электродвигатели постоянного тока. Для крупных регулируемых приводов применяются двигатели индивидуального исполнения. Для остальных регулируемых приводов мощностью менее 150 кВт используются стандартные двигатели краново-металлургической серии;

электродвигатели переменного тока. Двигатели мощностью до 315 кВт принимаются на напряжение до 380 В. Двигатель переменного тока проволочного блока питается напряжением 3,2 кВ;

статические преобразователи. Питание электроприводов постоянного тока должно осуществляться от тиристорных преобразователей, выполненных на базе микропроцессорной техники. Охлаждение преобразователей воздушно-принудительное при помощи встроенных в шкафы вентиляторов, а для преобразователей малой мощности охлаждение естественное;

низковольтная аппаратура и комплектные устройства. Катушки реле и контакторов, используемых для коммутации силовых цепей должны выполняться на напряжение 24 В постоянного тока и 127 В переменного для обеспечения прямого подключения к выходам программируемых контролёров;

электрооборудование для системы электроснабжения.

По роду тока электроприемники относятся к потребителям переменного тока промышленной частоты 50 Гц и постоянного тока.

В основном электроприемники цеха относятся ко второй категории по надёжности электроснабжения - это электродвигатели технологической линии, главные приводы стана, гидро- и маслонасосы и др. В цехе имеются потребители и первой категории: нагревательная печь, освещение.

1.3 Характеристика окружающей среды производственных помещений

Проектирование электроснабжения цеха возможно лишь при выявлении особенностей производственной среды, а также при четком формулировании всех требований, предъявляемых к системе электроснабжения с учетом действующих правил устройств электроустановок и утвержденных норм технологического проектирования.

Характеристика окружающей среды производственных помещений представлена в таблице 1.1, согласно /2/,/3/,/4/.

Таблица 1.1 - Характеристика окружающей среды производственных помещений

2. Определение силовых расчетных нагрузок ниже 1000 В

2.1 Расчет электрических нагрузок по цеху

Расчет нагрузки по цеху ведется аналогично расчету трехфазной нагрузки. При значительном значении ЭП (в целом по цеху) можно определить по упрощенной формуле:

, (2.1)

,591.

Значение  округляется до ближайшего меньшего числа: n_э=46.

Согласно /7/ находится коэффициент расчетной нагрузки - , в зависимости от  и .

2.2 Определение электрических нагрузок по заводу

2.2.1 Определение расчетных нагрузок по методу коэффициента спроса

Расчетная нагрузка (активная, реактивная, полная) силовых приемников цеха определяется из следующих соотношений:

, (2.2)

, (2.3)

, (2.4)

где Р_н - суммарная установленная мощность всех приемников цеха, которая принимается по исходным данным;

К_с - средний коэффициент спроса, принимаемый по /8,9/;

tg φ - соответствующий характерному для приемников данного цеха средневзвешенному значению коэффициента мощности, принимаются согласно /8/.

Приемники напряжением выше 1000 В (в нашем случае электроприемники 3 кВ, 6 кВ, 10 кВ) учитываются отдельно.

Расчет приводится для цеха №10 - Транспортного цеха (Цех «Т»):

Р_н = 1500 кВт, К_с = 0,25 cosφ = 0,7, tgφ = 0,67.

кВт;

квар;

ВА.

Расчеты для остальных цехов аналогичны, результаты расчетов приводятся в таблице 2.1.

2.2.2 Определение расчетных нагрузок статистическим методом

По этому методу расчетная нагрузка группы приемников определяется по двум интегральным показателям: средней нагрузки , и среднеквадратическим отклонением  из уравнения:

, (2.5)

где β - кратность меры рассеяния, принимается β=1,65, для вероятности 0,05.

Для группового графика средняя нагрузка при достаточно большом m определяется:

, (2.6)

где - ступени характерного зимнего суточного графика электрических нагрузок в относительных единицах;

- число отрезков длительностью Т=3Т₀ (Т₀ - постоянная времени нагрева).

Среднеквадратическое отклонение определяется:

, (2.7)

Расчетная реактивная мощность определяется по формуле 2.3.

Расчет приводится для цеха №12 - Толстолистового цеха:

Р_н = 800 кВт, К_с = 0,55 cosφ = 0,8, tgφ = 0,57.

График представляется на рисунке 1.

кВт.

Рисунок 1 - Суточный график электрических нагрузок для предприятий черной металлургии

 кВт;

квар;

ВА.

Расчеты для остальных цехов аналогичны, результаты расчетов приводятся в таблице 2.1.

2.2.3 Определение расчетной нагрузки методом удельной площади

Расчетная нагрузка определяется по формуле:

,                                         (2.8)

где  - удельная расчетная силовая нагрузка производственной площади, определяется согласно /6/, принимается 0,3 кВт/м²;

 - площадь помещения, м² (определяется по генплану завода).

Расчет приводится для цеха №1 - Парокислородный цех

Р_н = 1500 кВт, К_с = 0,7 cosφ = 0,75, tgφ = 0,63.

 кВт;

квар;

ВА.

Расчеты для остальных цехов аналогичны, результаты расчетов приводятся в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Расчетная низковольтная нагрузка по цехам

3. Определение расчетных осветительных нагрузок

3.1 Определение осветительных нагрузок РМЦ

Расчетная нагрузка от осветительной установки может быть определена методом удельной мощности осветительной установки на единицу производственной площади, /10/.

Дано помещение: инструментальный цех.

А×В = 12×28,9 м.

Н = 7 м, S = 346,8 м².

Определяется расчетная высота h, м (рисунок 2):

Рисунок 2 - Расположение светильников по высоте помещения

, (3.1)

где  - высота помещения согласно заданному варианту;

 - высота рабочей поверхности, зависит от характера выполняемой работы и принимается для большинства отделений 0,8 м;

- высота свеса светильника, принимается в пределах 0 - 1,5 м.

м.

Для помещения с расчетной высотой 6 м рекомендуется применять светильники с газоразрядными лампами высокого давления. Для освещения инструментального отделения выбирается светильник РСП05/Г03 /11/, с лампой типа ДРЛ в качестве источника света /12/.

Для инструментального отделения нормированная освещенность Лк, коэффициент запаса  при освещении газоразрядными лампами, /12/.

Определяется коэффициент мощности - для используемого типа лампы - ДРЛ , коэффициенты отражения: потолка - =50%; стен - =30%; рабочей поверхности -=10%, /13/.

Согласно /14/, определяется удельная мощность общего равномерного освещения для выбранных параметров. При освещенности 100 Лк,  = 3,8 Вт/м². Табличное значение удельной мощности, Вт/м² корректируется на значение освещенности i:

 Вт/м².

Мощность лампы ДРЛ 400 Вт, тогда число светильников:

, (3.2)

Для определения полной нагрузки по цехам завода нужно знать нагрузку от освещения. Расчетная активная мощность, кВт осветительной установки:

, (3.3)

кВт,

Определение расчетной реактивной нагрузки:        

, (3.4)

квар.

Для освещения бытовых помещений выбирается светильник ЛПО 02 2x40 /11/, с люминисцентной лампой типа ЛБ40/Г03 в качестве источника света с /12/. Дальнейший расчет аналогичен выше изложенному.

Определение мощности осветительной установки остальных отделений цеха выполняется аналогично, таблица В (приложение 1). В итоговой строке таблицы D приведено значение активной и реактивной мощности осветительной установки цеха кВт, квар.

3.2    Определение осветительной нагрузки предприятия

Расчет мощности осветительной нагрузки цехов предприятия ведем методом удельной мощности осветительной нагрузки на единицу площади.

, (3.5)

, (3.6)

Расчет приводится для цеха №1 - Парокислородный цех:

S = 2541 м², Р_уд=0,017 кВт/м², cosφ = 0,6, tgφ = 1,33.

 кВт;

Расчетные нагрузки освещения остальных цехов вычисляются аналогично, расчеты сведены в таблицу 3.1.

3.3 Определение нагрузок наружного освещения территории завода

Определение осветительной нагрузки территории завода также определяется по удельным показателям, исходя из нормированной освещенности Emin = 2 лк,

Рудо = 0,16 - 0,25 вт/м², /15/.

Приводится расчет территории без учета цехов:

S = 397196,05 м², Р_уд=0,0002 кВт/м², cosφ = 0,6, tgφ = 1,33.

 кВт;

Расчетные нагрузки освещения территории сведены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Расчетные осветительная нагрузка цехов предприятия

4. Определение расчетных нагрузок ниже 1000 В по цехам предприятия

Расчетная нагрузка цеха складывается из силовой низковольтной и осветительной нагрузки:

,                                      (4.1)

,                          (4.2)

Расчетные силовые и осветительные нагрузки цехов берутся соответственно из таблиц 2.1 и 3.1.

Расчет приводится для цеха №1 - Парокислородный цех.

 кВт;

квар;

ВА.

5. Определение расчетных нагрузок напряжением выше 1000 В

К высоковольтным электроприемникам 6 (10) кВ относятся синхронные двигатели для воздушных компрессоров (компрессорная), компрессоров для производства кислорода (парокислородный цех) и насосов (насосная); асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором дымососов паровых котлов (парокислородный цех); асинхронные двигатели с фазным ротором для рабочих рольгангов станов (цеха проката стали).

Расчет выполняется по методу коэффициента загрузки, с учетом следующих особенностей.

1)      Вместо коэффициента использования используем значение коэффициента загрузки.

2) Расчетная нагрузка находится по формуле:

, (5.1)

где К_з - коэффициент загрузки, выбирается по справочникам, характерный для данного вида оборудования.

Расчет приводится для цеха №1 - Парокислородный цех 6 кВ:

Р_н = 5370 кВт, К_сз = 0,89 cosφ = 0,89, tgφ = 0,44.

квар;

ВА.

Расчетные суммарные нагрузки остальных цехов вычисляются аналогично, расчеты сведены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Расчетные нагрузки ЭП выше 1000В

6. Определение суммарной расчетной нагрузки по предприятию в целом

Суммарная расчетная активная нагрузка:

, (6.1)

где  - суммарная расчетная активная нагрузка цехов завода напряжением ниже 1000 В. Определяется из таблицы 4.1:

ΣР_рнн = 20283,8381 кВт;

 - потери активной мощности в трансформаторе:

DР_Т = 0,02× ΣS_рнн=0,02·24922,7276=498,4546 кВт;

 - потери активной мощности в линии:

;

 - суммарная активная нагрузка высоковольтных ЭП:

ΣР_рвн = 153924,8 кВт;

К_рм - коэффициент разновременности максимумов нагрузки, К_рм= 0,9.

Суммарная расчетная реактивная нагрузка:

, (6.2)

где  - суммарная расчетная реактивная нагрузка цехов завода напряжением ниже 1000 В. Определяется из таблицы 4.1:

ΣQ_рнн = 14347,2 квар;

 - потери реактивной мощности в трансформаторе:

DQ_Т = 0,1× ΣS_рнн=0,1·24922,7276=2492,2728 квар;

 - потери реактивной мощности в линии:

;

 - суммарная реактивная нагрузка высоковольтных ЭП:

ΣQ_рвн =  кВт;

К_рм - коэффициент разновременности максимумов нагрузки, К_рм= 0,9.

Суммарная нагрузка по заводу определяется по выражению:

, (6.3)

7. Выбор напряжения питающих и распределительных сетей предприятия

Основным напряжением питающих сетей является 110 кВ. Сети 220 (330) кВ предназначаются для питания крупных узлов 110 кВ, для обеспечения межсистемных связей, для электроснабжения энергоемких предприятий производства алюминия, проката электростали и др. (мощностью 100-150 МВт) путем сооружения подстанций глубокого ввода 220 (110/10) кВ.

Выбор рационального напряжения питающей сети предприятия определяется расчетной нагрузкой, удаленностью от источника питания, перспективой развития, наличием сторонних потребителей и т.д.

Определение рационального напряжения.

, (7.1)

где L - длина линии, км;

P - передаваемая активная мощность, МВт.

Принимается напряжение питающей линии 110 кВ.

Распределительная сеть промышленного предприятия выполняется на напряжении 6 кВ и 10 кВ (наличие ЭП 6 кВ и 10 кВ по заданию).

8. Выбор источников питания и их территориального расположения

8.1 Выбор источников питания

Системы электроснабжения с двумя приемными пунктами электроэнергии следует применять:

при повышенных требованиях к надежности питания электроприемников I категории;

при двух обособленных группах потребителей на площадке предприятия;

В качестве источника питания на предприятие применяется главная понизительная подстанции (ГПП), и подстанция глубокого ввода (ПГВ) т.к. расчетная мощность потребителя более 100 МВт и составляет 203,530 МВА. ГПП размещается на границе предприятия со стороны подвода воздушных питающих линий, ПГВ на территории предприятия в непосредственной близости к энергоемкому цеху. Питание ГПП и ПГВ от сетей энергосистемы выполняется по двум линиям, подключенным к независимым источникам питания. ГПП выполняется по схеме на стороне 110 кВ «Мостик с выключателями в цепях линий и неавтоматической ремонтной перемычкой со стороны линий», ПГВ - блок «линия-трансформатор».

РУ 6-10 кВ двух трансформаторных ГПП, ПГВ выполнено с одинарной секционированной выключателем системой сборных шин; секции, работают раздельно.

Мощность каждой ГПП и ПГВ определяем аналогично расчетной нагрузке по предприятию: ГПП 92768,21779 кВт; ПГВ - 109093,4818 кВт.

Вторичные распределительные подстанции РП 6-10 кВ, питающиеся от ГПП и ПГВ, сооружаются в непосредственной близости к потребителям. Предельная, подключаемая к РП, нагрузка определяется исходя из пропускной способности выключателя линии, питающей РП. РП 6-10 кВ выполняется с одной одиночной секционированной выключателем системой шин.

8.2 Построение картограммы электрических нагрузок

Центр нагрузок является символическим центром потребления электроэнергии. Поэтому ГПП располагаем как можно ближе к центру нагрузок. Это позволяет приблизить высокое напряжение к центру нагрузок, сократить протяженность сетей, уменьшить расход проводникового материала, снизить потери.

За центр электрических нагрузок (ЦЭН) цеха принимают центр тяжести фигуры (цеха).

Для определение места установки ГПП рассчитывается центр электрической нагрузки по горизонтальной и вертикальной оси:

,                    (8.1)

,                              (8.2)

где  - расчетная активная мощность, (из таблицы 4.1);

Х_i и Y_i - координаты ЦЭН i - того цеха, которые определяются автоматизировано средствами пакета Компас 3D V12 как центр масс плоской фигуры, рисунок 1.

Для выбора места расположения ГПП, ТП предприятия при проектировании строят картограмму электрических нагрузок на генплане завода. При построении картограммы необходимо знать расчётные силовые и осветительные нагрузки цехов.

Силовые нагрузки до и выше 1000 В изображаются отдельными кругами. Картограмма представляет собой размещенные на генеральном плане предприятия или плане цеха окружности, площадь которых соответствует в выбранном масштабе расчетным нагрузкам

. Наносятся на генплан центры электрических нагрузок (ЦЭН) каждого цеха;

. Определяется масштаб активных и реактивных (m) нагрузок, исходя из масштаба генплана.

Определяются радиусы окружности нагрузки для активной и реактивной мощности по следующим формулам:

, (8.3)

где m - масштаб для определения площади круга (выбирается исходя из наглядности изображения).

Силовые нагрузки изображаются отдельными кругами. Считается, что нагрузка по цеху распределена равномерна, поэтому центр нагрузок совпадает с центром тяжести фигуры, изображающей цех на плане.

Осветительная нагрузка наносится в виде сектора круга. Угол сектора  определяется из соотношения активных расчётных () и осветительных нагрузок () цехов.

, (8.4)

Расчет приводится для цеха №1 - Парокислородный цех (0,4 кВ).

Расчет радиуса окружности для низковольтной нагрузки, задается масштабом m=0,5 кВт/мм:

Окружности с полученными радиусами и осветительная нагрузка, в виде сектора круга, наносятся на план предприятия, рисунок 1.

Расчет радиуса окружности для высоковольтной нагрузки цеха 1 (6 кВ), задаемся масштабом m=0,9 кВт/мм:

Результаты расчетов остальных цехов выполняются аналогично и сведены в таблицы 8.1 и 8.2.

Таблица 8.1 - Данные для построения картограммы и определения ЦЭН (0,4 кВ)

Таблица 8.2 - Данные для построения картограммы и определения ЦЭН

9. Предварительный выбор числа, мощности трансформаторов цеховых подстанций, их места расположения и конструктивного исполнения

9.1 Выбор числа и мощности ЦТП

Предварительный выбор числа и мощности трансформаторов цеховых подстанций производится на основании требуемой степени надежности электроснабжения (таблица 1.1) и распределения между ТП потребителей электроэнергии до 1000 В. Количество трансформаторов на ЦТП принимается в зависимости от категорийности:

два трансформатора для потребителей I и II категорий;

один трансформатор - для потребителей III категории, также один трансформатор принимается для II категории при наличии резервирования по низкой стороне трансформатора.

Мощность цеховых трансформаторов следует определять по среднесменной потребляемой мощности за наиболее загруженную смену:

,                                                   (9.1)

где - номинальная мощность трансформатора;

 - средняя мощность за наиболее загруженную смену;

 - коэффициент загрузки трансформаторов;- число трансформаторов цеховой подстанции

Согласно /16/ величина К_з может быть принята:

а) К_з = 0,65 - 0,7 при преобладании нагрузок I и II категорий;

б) К_з= 0,7 - 0,8 при преобладании нагрузок II категории;

в) К_з = 0,9 - 0,95 при преобладании нагрузок II категории при наличии централизованного (складского) резерва трансформаторов, а также при нагрузках III категории при однотрансформаторных подстанциях.

Расчет приводится для ТП1:

К данной ТП присоединены нагрузки цехов №1, 2,3 и наружное освещение предприятия что в сумме составляет S_рц=1252,1687 кВА. Данные потребители относятся ко I категории по надёжности электроснабжения, на основе этого принимается:

количество трансформаторов n=2,

коэффициент загрузки трансформаторов К_з=0,7.

Расчетная мощность трансформатора:

 кВА

Принимается ближайшая стандартная мощность трансформатора:

S_НТ=1000 кВА.

Результаты расчетов остальных ТП выполняются аналогично и сводятся в таблицу 9.1

Таблица 9.1 - Предварительный выбор числа и мощности цеховых трансформаторов

9.2 Выбор типа цеховых ТП, их компоновки и конструктивного исполнения

При проектировании применяются комплектные трансформаторные подстанции промышленного типа (КТПП), обеспечивающие большую надежность и сокращение сроков строительства, выбор оборудования производится в соответствии с каталогом ПО Элтехника, город Санкт-Петербург, /17/.

КТП промышленного типа выпускаются как для внутренней установки, так и для наружной установки.

В данном курсовом проекте применяются пристроенные трансформаторные подстанции. К установке предлагаются трансформаторы типа ТМГ.

Таблица 9.2 - Основные параметры КТПН

9.3 Выбор схемы соединения обмоток цеховых трансформаторов

По условиям надежности действия защиты от однофазных к.з. в сетях напряжением до 1000 В и возможности подключения несимметричных нагрузок применяется трансформаторы со схемой соединения обмоток «треугольник-звезда» с нулевым выводом, рассчитанным на ток 0,75 I_номт.

.4 Выбор схемы подключения трансформаторов на цеховых трансформаторных подстанциях

Схема подключения ЦТП выбирается исходя из зависимости длины питающего кабеля и мощности трансформаторов. Для ТП с трансформаторами мощностью до 630 кВА и питающей линии длиной менее 150 м применяется глухой ввод, разъединители или штепсельный кабельный разъем; для питающих линий более 150 м при мощности трансформатора до 1600 кВА применяется выключатель нагрузки, если же мощность трансформатора более 1600 кВА применяется автоматический выключатель.

10. Выбор числа, типа, предварительной мощности трансформаторов на ГПП и главной схемы ее соединений

Для преобразования и распределения электроэнергии, получаемой от энергосистемы, на предприятии установлены две главные понизительные подстанции ГПП 110/10/6 и ПГВ 110/10/6. На подстанциях, питающих электроприемники I или II категории установлено по два масляных трансформатора с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН). В ОРУ 110 кВ предусматриваются элегазовые выключатели, в РУ 6-10 кВ - шкафы КРУ с вакуумными выключателями.

Производится расчет мощности трансформаторов для ГПП и ПГВ:

,                                                   (11.1)

где - номинальная мощность трансформатора;

 - расчетная нагрузка ГПП/ПГВ;

 - коэффициент загрузки трансформаторов;- число трансформаторов цеховой подстанции.

Предварительно выбираем на ГПП ТРДН 63000/110/10/6 - трехфазный трансформатор с расщеплением обмотки по низкой стороне с естественным масляным охлаждением с принудительным дутьем, с регулированием напряжения под нагрузкой; на ПГВ ТРДЦН 100000/110/10/6.

11. Выбор оборудования на цеховой трансформаторной подстанции

11.1 Выбор оборудования на стороне выше 1000 В

Для трансформаторных подстанций РУ ВН организовано на базе камеры КСО-3М укомплектованных выключателями нагрузки ВНАП10/630-2 ЗП с высоковольтными предохранителями на напряжение 6 кВ - ПКТ 102-6-31,5-31,5 У3, на напряжение 10 кВ - ПКТ-103-10-20-20 У3.

Сборные шины выполнены алюминием сечением 40х5 мм.

.2 Выбор автоматических выключателей на стороне ниже 1000 В

Распределительные устройства низкого напряжения укомплектованы автоматическими выключателями типа ВА 51, для защиты трансформаторов выбираются автоматические выключатели типа ВА 74.

12. Компенсация реактивной мощности

12.1