Разработка системы электроснабжения предприятия железнодорожного транспорта Введение В настоящее время, в эпоху электрификации, когда электрооборудование применяется повсеместно, одной из главных задач при строительстве любого объекта, является правильное проектирование системы электроснабжения. Одной из самых электропотребляемых производств, является железнодорожный транспорт. Данную отрасль, можно разделить на две группы, по признаку электропотребителя. Первая группа – контактная сеть. Вторая группа – предприятия железнодорожного транспорта. Предприятия ж.д. транспорта включают в себя как объекты обслуживающие ж.д. (вокзалы, депо, станции и.т.д.) так и отдельный большие предприятия производящие продукцию для нужд ж.д. транспорта. Предприятия ж.д. используют обширный перечень производственных механизмов на электропитании. Вот наиболее часто используемые агрегаты: · Электродвигатели производственных механизмов встречаются в предприятиях всех служб. Наибольшие установленные мощности электропривода станков и других механизмов относятся к локомотивному и вагонному хозяйствам. · В цехах локомотивных и вагонных депо установлены токарные, сверлильные, фрезерные, строгальные, шлифовальные, токарно-карусельные, винторезные и другие станки. Кроме станков, к потребителям этой группы могут быть отнесены молоты, установленные в кузнечных цехах локомотивных и вагонных депо. · Станочное оборудование с электроприводом, как правило, небольшой мощности установлено в механических мастерских предприятий служб пути, грузового хозяйства, сигнализации и связи, электрификации и энергетического хозяйства, гражданских сооружений, отдела водоснабжения и др. · К силовым общепромышленным установкам относятся компрессоры, насосы, вентиляторы и подьемно-транспортные устройства. · Компрессорные установки широко применяются н железнодорожном транспорте – в локомотивных и вагонных депо для снабжения сжатым воздухом пневматического инструмента, проверки тормозной системы подвижного состава и других нужд. · Вентиляторы устанавливаются в производственных и служебно-бытовых зданиях для систем приточно-вытяжной вентиляции, калориферного отопления, в установках для сушки тяговых двигателей в локомотивных депо, местного отсоса в цехах и т.д. · Потребители рассматриваемой группы работают как правило в продолжительном режиме. · Подъемно-транспортные механизмы (мостовые краны, тали, кран-балки, электродомкраты и др.) применяются в локомотивных депо и других хозяйствах. Потребители этой группы работают в повторно-кратковременном режиме с частыми толчками нагрузки. Электроосветительные нагрузки применяются на всех железнодорожных станциях, в хозяйствах всех служб. Наряду с нагрузками внутреннего освещения производственных, служебно-бытовых, административных, жилых и других зданий значительную долю нагрузок составляет наружное освещение станций, территорий предприятий и поселков. В отношении обеспечения надежности электроснабжения потребители делятся на три категории. · К первой категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, срыв графика поездов, принести значительный ущерб железнодорожному транспорту и народному хозяйству в целом. Электроснабжение должно обеспечиваться от двух независимых источников питания, и перерыв электроснабжения допускается на время автоматического восстановления питания. · Ко второй категории относятся электроприемники, перерыв в электроснабжении которых приводит к нарушению производственного цикла и массовым простоям рабочих энергоемких предприятий. Рекомендуется обеспечивать питание от двух независимых источников питания. Перерыв в электроснабжении допустим лишь на время включения второго источника питания дежурным персоналом или выездной бригадой. · К третьей категории относятся все остальные электроприемники, не относящиеся к первой и второй категориям. Электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для восстановления электроснабжения, не превышают одних суток. В курсовом проекте рассчитаны электрические нагрузки цехов, определен центр электрических нагрузок. Выбрано место положения главной распределительной подстанции. Рассчитаны мощности цехов с учетом потерь в трансформаторах и с учетом компенсации реактивной мощности на низкой стороне. Для сети 10кВ выбраны кабельные линии. Рассмотрены два варианта схем электроснабжения – магистральная и радиальная схемы. Рассчитаны ток короткого замыкания для РУ-10 кВ, выбрано и проверено оборудование для схемы электроснабжения. Нарисована однолинейная схема электроснабжения. Характеристики цехов предприятия Наименование цеха Руст, кВт размеры, м F, м2 Руд, Вт/м2 А В Пр-во модульного оборуд 1154 2800 412,143 Пр-во ПВХ изделий, кабель канал 1347 2820 477,66 Пр-во металл. корпусов 1280 2810 455,516 Заготовочный цех 1019 2850 357,544 итого 4800 Структура установленной мощности предприятия Ведомость нагрузок № Наименование эл. приёмников n, шт. Pн, кВт Pн общ n(Pн2) Ки cosφ tgφ Производство модульного оборудования 1 Вентиляция 6 20 120 2400 0,65 0,8 0,75 2 Сверлильный станок 20 30 600 18000 0,2 0,65 1,17 3 Пневмопресс 3 80 240 19200 0,25 0,65 1,17 4 Сварка 3 40 120 4800 0,35 0,55 1,52 5 Кранбалка 1 74 74 5476 0,6 0,7 1,02 Итого 33 1154 Производство металлических корпусов 1 Гильотина 5 50 250 12500 0,14 0,6 1,33 2 Сварка 4 40 160 6400 0,35 0,55 1,52 3 Сверлильный станок 15 40 600 24000 0,2 0,65 1,17 4 Кранбалка 2 74 148 10952 0,6 0,7 1,02 5 Станок для резки металла 3 63 189 11907 0,25 0,6 1,33 Итого 29 1347 Производство ПВХ изделий, кабель канал. 1 Конвейер 4 40 160 6400 0,35 0,55 1,52 2 Вентилятор 6 20 120 2400 0,22 0,65 1,17 3 Электропечи 20 50 1000 50000 0,35 0,55 1,52 Итого 30 1280 Заготовочный цех 1 Кранбалка 2 74 148 10952 0,55 0,95 0,33 2 Сварка 3 60 180 10800 0,5 0,95 0,33 3 Конвейер 3 60 180 10800 0,7 0,95 0,33 4 Сверлильный станок 7 40 280 11200 0,65 0,8 0,75 5 Станок для резки металла 3 73 219 15987 0,6 0,7 1,02 6 Вентилятор 12 1 12 12 0,22 0,65 1,17 Итого 30 1019 Всего 122 4800 1. Расчет электрических нагрузок 1.1 Силовые электрические нагрузки Расчет электрических нагрузок по цехам выполняется по методу упорядоченных диаграмм. Главным расчетным параметром этого метода является коэффициент расчетной мощности , определяемый в зависимости от эффективного числа приемников , и группового коэффициента использования для данного узла: (1) (2) где n – число электроприемников в группе. Расчетная активная нагрузка любой линии на 2УР находится по формуле (3) Расчетная реактивная мощность для электроприемников с индуктивным характером нагрузки определяется как , (4) где принимается в зависимости от : (5) Составим итоговую таблицу по расчёту электрических нагрузок цехов № Наименование цеха Ррi Qpi Spi 1 Пр-во модульного оборуд 275,520 378,017 467,769 2 Пр-во ПВХ изделий, кабель канал 260,288 425,591 498,876 3 Пр-во металл. корпусов 282,300 562,333 629,216 4 Заготовочный цех 552,096 371,394 665,390 Расчётные нагрузки цехов 1.2 Электрические нагрузки освещения Расчет нагрузок производим с помощью коэффициента спроса: Потребляемая мощность электроосвещением находиться по формуле: Росв.=Кс*Ру (6) где Кс – коэффициент спроса, Ру – установленная мощность. Ру = Руд*F (7) где F – площадь цеха (м2 ) Р уд – определяем из [1, табл. 6] № Наименование цеха КСО Р уд, кВт F, Росв., Qосв , м2 кВт кВАр 1 Пр-во модуль. Оборуд. 0,95 14 2800 37,24 0,5 18,62 2 Пр-во металл. Корпусов. 0,95 16 2820 42,86 0,5 21,43 3 Пр-во ПВХ изделий 0,85 16 2810 38,22 0,5 19,11 ИТОГО 156,23 124,74 1.3 Суммарные электрические нагрузки цехов № Наименование цеха Рр , Qр , Рросв , Qросв , РрS , QрS , кВт кВАр кВт кВАр кВт кВАр 1 Пр-во модуль. Оборуд. 275,520 378,017 37,24 18,62 312,76 396,64 2 Пр-во металл. Корпусов. 260,288 425,591 42,86 21,43 303,15 447,02 3 Пр-во ПВХ изделий 282,300 562,333 38,22 19,11 320,52 581,44 4 Заготовочный 552,096 371,394 37,91 65,58 590,00 436,97 ИТОГО 1526,4 1862,1 Расчетные силовые и осветительные нагрузки 1.4 Картограмма нагрузок Картограмма электрических нагрузок представляет собой нанесение на генеральный план окружности в выбранном масштабе. Ррасi=МpRi2 M =10 – выбранный масштаб; Ri=Ö Ppасi / pМ Нагрузка активной мощности представляется на картограмме в виде сектора, с углом a=Росв*360 / РрΣ Ррi=360 Pосв=a № Наименование цеха Рр , Рросв , Рр , , R, кВт кВт кВт град см 1 Пр-во модуль. Оборуд. 275,520 37,24 312,76 42,865 2,23 2 Пр-во металл. Корпусов. 260,288 42,86 303,15 50,902 2,20 3 Пр-во ПВХ изделий 282,3 38,22 320,52 42,924 2,26 4 Заготовочный 552,096 37,91 590,00 23,128 3,07 Картограмма нагрузок активной мощности Таблица нагрузки реактивной мощности № Наименование цеха Qр , Qросв , Qр , , R, кВт кВт кВт град см 1 производство модульного оборудования 378,017 18,62 396,64 16,9 2,51 2 производство металло корпусов 425,591 21,43 447,02 17,2583 2,67 3 производство ПВХ изделий, кабель канал 562,333 19,11 581,44 11,832 3,04 4 заготовочный цех 371,394 65,58 436,96 54,0297 2,64 Картограмма нагрузок реактивной мощности 1.5 Выбор компенсирующих устройств Потребная мощность компенсирующих устройств (КУ) , (3.23) – экономическое значение коэффициента реактивной мощности, =0,33 (3.24) К установке принимается ближайшая по мощности стандартная комплектная конденсаторная установка (ККУ). При этом не должна превышать, т.е. . Тогда итоговая реактивная нагрузка на шинах ТП № Наименование цеха РрS , QS , SpS , tgφ Qку cosφ кВт кВАр кВА кВАр кВАр кВАр кВА ку 1 Пр-во модульного оборуд 312,76 396,64 505,1 1,27 293,43 2*75 246,64 398,31 0,785 2 Пр-во ПВХ изделий, кабель канал 303,15 447,02 540,1 1,47 346,98 2*150 147,02 336,92 0,9 3 Пр-во металл. корпусов 320,52 581,44 663,9 1,81 475,67 2*150 281,44 426,54 0,751 4 Заготовочный цех 590,00 436,97 734,2 0,74 242,27 2*75 286,97 656,09 0,899 Параметры комплектных конденсаторных установок (ККУ) 0.4 кВ № Наименование цеха Тип Кол-во Мощность Q, кВАр кВАр 1 Пр-во модульного оборуд УКН-0.38–75У3 2 75 150 2 Пр-во ПВХ изделий, кабель канал УКМ-58–04–150–30 У3 2 150 300 3 Пр-во металл. корпусов УКМ-58–04–150–30 У3 2 150 300 4 Заготовочный цех УКН-0.38–75У3 2 75 150 1.6 Определение координат центра электрических нагрузок Для определения центра электрических нагрузок используется механическая аналогия (находим центр тяжести плоской фигуры). На генеральном плане наносим прямоугольную декартовую систему координат, находим координаты цехов. Определение центра электрических нагрузок № Наименование цеха х у РрS , РрS*x РрS*y X0 Y0 1 Пр-во модульного оборуд 3,5 12,2 313 1095 3816 10,05 7,479 2 Пр-во ПВХ изделий, кабель канал 3,21 4,5 303 973 1364 3 Пр-во металл. корпусов 14 12 321 4487 3846 4 Заготовочный цех 14,9 4,05 590 8791 2390 итого 1526 15346 11416 Определение ЦЭН 2. Выбор числа и мощности цеховых трансформаторных подстанций Выбор числа и мощности цеховых трансформаторных подстанций. № Наименование цеха Рр , Число и мощность трансформаторов Суммарная мощность трансформаторов, кВА Коэффициент загрузки кВт кВАр кВАр Нормальный Аварийный откл 30% нагр 1 Пр-во модульного оборуд 312,76 246,64 398,3 2x250 500 0,7966 1,5932 1,1153 2 Пр-во ПВХ изделий, кабель канал 303,15 147,02 336,9 2x250 500 0,6738 1,3477 0,97 3 Пр-во металл. корпусов 320,52 281,44 426,5 2x250 500 0,8531 1,7062 1,1943 4 Заготовочный цех 590,00 286,97 656,1 2x400 800 0,8201 1,6402 1,1482 Параметры трансформаторов 10/0.4 кВ № Тип потери Uкз% I хх хх кз 1 ТМ-400 1,05 5,5 4,5 2,1 2 ТМ-250 0,82 3,7 4,5 2,3 3. Разработка системы внутризаводского электроснабжения 3.1 Расчет потерь в трансформаторах Расчетные формулы: ; 3.2 Потери в трансформаторах № Наименование цехов/тип тр-ра Рр 1 пр-во модуль. Оборудован. 2*ТМ-250 156,38 123,32 199,15 4,54 12,389 160,92 135,71 210,50 12,15 2 Пр-во металл. конструк. 2*ТМ-250 151,58 73,51 168,46 2,50 10,358 154,08 83,87 175,42 10,13 3 Пр-во изделий из ПВХ 2*ТМ-250 160,26 140,72 213,27 5,05 13,937 165,31 154,66 226,38