Системы электроснабжения промышленного предприятия

Проектирование системы электроснабжения для промышленного предприятия — одна из важнейших задач в области инженерной энергетики, поскольку от качества и надежности электроснабжения зависит эффективность работы оборудования, производственные процессы и безопасность предприятия. В условиях динамичного роста промышленности и внедрения современных технологий требования к электроснабжению становятся все более строгими, а системы, обслуживающие предприятия, должны обеспечивать надежное и бесперебойное питание с учетом постоянно увеличивающихся потребностей в энергии.
Настоящий проект посвящен разработке системы электроснабжения завода по производству автодеталей, расположенного в Поволжье (район Горьковэнерго). Завод представляет собой сложный промышленный комплекс, включающий в себя множество цехов с различной мощностью и требованиями к электроснабжению. Для обеспечения бесперебойной работы всех узлов необходимо выполнить расчет электрических нагрузок, выбрать оптимальные схемы электроснабжения, а также провести необходимые технико-экономические обоснования.
Целью данного проекта является разработка эффективной и надежной системы электроснабжения для данного предприятия, что включает в себя не только выбор трансформаторных подстанций и схем питания, но и обеспечение требуемого качества электроэнергии. В рамках проекта также будут рассмотрены важнейшие параметры, такие как компенсация реактивной мощности, защита от коротких замыканий и соблюдение всех норм и стандартов качества напряжения.
Проект разработан с учетом специфики работы завода, его энергетических потребностей, а также внешних факторов, таких как доступность энергоресурсов и условия эксплуатации. В процессе проектирования используются современные методы расчета и проектирования, а также актуальные нормативные требования, что позволяет создать сбалансированную и высокоэффективную систему электроснабжения.
В ходе работы над проектом будут рассмотрены следующие ключевые вопросы:
Оценка и расчет электрических нагрузок;
Выбор мощности и типа трансформаторов подстанций;
Разработка схемы внешнего и внутреннего электроснабжения;
Обоснование режима нейтрали и выбор защитных устройств;
Оценка качества напряжения и разработка мероприятий по его улучшению.
Основное внимание будет уделено обеспечению надежности и экономичности работы системы электроснабжения, а также соблюдению всех норм безопасности и экологических требований.













Краткие сведения о технологическом процессе производства

Завод по производству автодеталей имеет несколько цехов, каждый из которых отвечает за изготовление определённого типа автодеталей или обеспечивает вспомогательные процессы для работы основного производства. В технологическом процессе участвуют различные механизмы и оборудование, в том числе станки, компрессоры, котлы, гальванические установки и другие устройства.
Цехи можно разделить на:
Основные цехи: где происходит производственный процесс изготовления деталей, например, Цех автомобильных трансмиссий, Цех кузовных панелей, Цех листовой штамповки, Цех пружин и другие.
Вспомогательные цехи: которые обеспечивают основные процессы, например, Цех складского хозяйства, Компрессорная, Центральная котельная и Заводская лабораторная.
Бытовые и вспомогательные помещения: такие как Столовая, Административно-бытовой корпус, Заводоуправление и другие.
Технологический процесс в цехах варьируется в зависимости от их назначения:
В Цехах автомобильных трансмиссий и Цехах кузовных панелей используется большое количество станков для обработки металла, сборки деталей, что требует мощных двигателей и оборудования.
Цех термической обработки (например, Термический цех) использует оборудование для нагрева, закалки и других процессов, связанных с изменением свойств металлов.
В Цехах гальванического покрытия используется оборудование для нанесения защитных покрытий на детали (гальванизация), что связано с потребностью в постоянном и стабильном электроснабжении.
Центральная котельная и Компрессорная обеспечивают необходимые ресурсы (тепло и сжатый воздух) для производственных процессов.
Среда в цехах различается в зависимости от их назначения:
В производственных цехах (например, в Цехах автомобильных трансмиссий и Цехах кузовных панелей) могут быть повышенные уровни шума, вибрации, высокие температуры (в термических и котельных цехах), а также возможны воздействие металлической пыли и химических веществ (в гальванических и инструментальных цехах).
В вспомогательных цехах (например, Компрессорная, Заводская лабораторная) среда может быть менее агрессивной, но также требует хорошей вентиляции и защиты от высоких температур и химических веществ.
В административно-бытовых помещениях (например, Столовая, Заводоуправление) условия эксплуатации оборудования могут быть менее жесткими.
Электроприемники на заводе можно разделить на две основные группы:
Электроприемники низковольтные (до 1000 В).
Электроприемники высоковольтные (свыше 1000 В).
Для каждого цеха в таблицах указана установленная мощность (Pном), количество электроприемников (nэ) и коэффициент мощности (cosϕ). Эти параметры важны для расчета потребляемой мощности и выбора оборудования для электроснабжения.
Электроприемники низковольтные включают в себя различные устройства, такие как электрические двигатели (например, в Цехе автомобильных трансмиссий или Цехе термической обработки), котлы, насосы, освещение и прочее оборудование, которое работает от сети с напряжением до 1000 В.
Учитываются также параметры работы каждого электроприемника, такие как коэффициент мощности (cosϕ), который влияет на качество работы сети, и коэффициент использования установленной мощности (Ки.a), который помогает определить фактическую потребность в электроэнергии.
Электроприемники высоковольтные включают в себя синхронные двигатели, трансформаторы, преобразователи и другое оборудование, которое работает на высоком напряжении (10 кВ), обеспечивая работу крупных агрегатов, таких как котлы в Центральной котельной и оборудование в Гальваническом цехе.
Для высоковольтных электроприемников также указываются номинальная мощность, количество устройств, коэффициенты использования и мощности, что помогает проектировать трансформаторные подстанции и выбирать кабельные линии.
Электроприемники на заводе могут работать в различных режимах, что влияет на их эксплуатацию:
Непрерывный режим: Работают круглосуточно и требуют стабильного электроснабжения (например, для компрессоров и котельных установок).
Переменный режим: Работают с периодическими перерывами, например, в некоторых производственных цехах, где оборудование запускается и выключается в зависимости от производственного процесса.
Мелкочастотный режим: Когда оборудование включается в зависимости от потребности в энергии, например, в случае с насосами и вентиляционными установками.
Для каждого цеха и его электроприемников необходимо определить категорию надежности электроснабжения, которая зависит от критичности процессов в цехах. Например:
Для Цехов, связанных с основным производственным процессом (например, Цех автомобильных трансмиссий, Цех кузовных панелей, Термический цех) категория надежности будет высокой, так как сбои в электроснабжении могут привести к остановке производства и значительным потерям.
Для Вспомогательных цехов (например, Административно-бытовой корпус, Цех складского хозяйства) категория может быть ниже, поскольку кратковременные перерывы в электроснабжении могут не повлиять критично на общий процесс.
Расчет электрических нагрузок для узлов СЭС 0,4 кВ

Цехи завода могут быть подключены к системе электроснабжения 0,4 кВ через несколько узлов. Электрические нагрузки зависят от количества и типа электроприемников, а также их характеристик (мощность, коэффициенты мощности и использования). Расчет нагрузки на каждом узле можно провести по следующей схеме:
Расчет нагрузки для каждого узла:
Для каждого узла необходимо определить потребляемую мощность, учитывая данные из таблицы 1 (Пном, кВт) и коэффициенты:
Pреальная=Pном×Kи.a
Таблица 1 - Генплан группы цехов завода
Номер цеха на плане
Наименование цеха, отделения, участка
Pном , кВт
nэ
Kи.a
cosϕ
1
Станция предварительной очистки воды
360
20
0,80
0,85
2
Компрессорная
80
20
0,85
0,90
3
Центральная котельная
1500
70
0,80
0,85
4
Административно-бытовой корпус
410
52
0,30
0,65
5
Цех складского хозяйства
205
16
0,30
0,70
6
Цех автомобильных трансмиссий
7030
155
0,55
0,75
7
Автоматный цех
1795
132
0,55
0,75
8
Столовая
260
16
0,70
0,80
9
Цех кузовных панелей
4455
198
0,50
0,75
10
Заводская лабораторная
430
10
0,40
0,70
11
Участок наладки узлов
285
17
0,50
0,75
12
Инструментальный цех
4630
123
0,45
0,70
13
Термический цех
10500
240
0,70
0,80
14
Гальванический цех
4705
94
0,75
0,85
15
Заводоуправление
200
12
0,40
0,70
16
Цех малого крепежа
2360
166
0,55
0,75
17
Цех пружин
1920
166
0,55
0,75
18
Ремонтно-механический цех
–
–
–
–
19
Цех гаек
2630
133
0,55
0,75
20
Цех листовой штамповки
1030
62
0,50
0,75


Для каждого электроприемника или группы электроприемников в конкретном узле (например, двигатель, насос, осветительное оборудование и др.) умножаем номинальную мощность на коэффициент использования установленной мощности.
Для цеха, например, Цех складского хозяйства:
Установленная мощность (Pном) = 205 кВт.
Коэффициент использования мощности (Ки.a) = 0,30.
Тогда потребляемая мощность будет:
Pреальная=205 кВт×0,30=61,5 кВт
Это значение потребляемой мощности для этого узла, который будет подключен к распределительному щиту на 0,4 кВ.
Для остальных цехов аналогичным образом рассчитывается реальная нагрузка по каждому из узлов, принимая во внимание данные по каждому цеху из таблицы 1 и таблицы 2. В расчетах для каждого узла можно использовать данные о суммарной мощности электроприемников, размещённых в цехах, которые будут подключены к СЭС 0,4 кВ.