Также следует привести схему расположения шин на изоляторах

МАКЕЕВКА

 

 

Методическая разработка материалов для  выполнения дипломного проекта

для студентов специальности 13.02.11 техническая эксплуатация и обслуживание

электрического и электромеханического оборудования (по отраслям) базового уровня подготовки,  укрупненной группы 13.00.00 Электро- и теплоэнергетика  

 

 

Подготовила Поскрипко Е.Г. - преподаватель высшей квалификационной категории ГПОУ «Макеевского промышленно-экономического колледжа» – 2017 г.

 

 

Для преподавателей специальных дисциплин электротехнического цикла Государственных профессиональных общеобразовательных учереждений

 

 

Рассмотрено и одобрено на заседании цикловой комиссии электротехнических дисциплин

(протокол № __ от _________ г.)

ПЦК __________ Поскрипко Е.Г.

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА

 

 

ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА

 

Дипломный проект состоит из пояснительной записки и графической части.

Примерный объем пояснительной записки составляет 60 - 70 страниц печатного текста формата А4. Чертежи графической части выполняются на листах формата А1, а также могут быть выполнены с применением графического редактора КОМПАС.

Дипломный проект должен быть выполнен и оформлен в соответствии с действующими стандартами колледжа и требованиями ЕСКД.

 

СОДЕРЖАНИЕ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА

 

Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень вопросов, которые необходимо разработать)

Введение

Раздел 1 Общая часть

1.1 Характеристика технологического процесса __________ цеха и электропотребителей, которые получают питание от подстанции

1.2 Выбор величины рациональной напряжения и схемы питания потребителей

Раздел 2 Специальная часть

2.1 Расчет электрических нагрузок подстанции

2.2 Выбор компенсирующих устройств

2.3 Выбор количества и мощности трансформаторов

2.4 Расчет и выбор линий, осуществляющих питание

2.5 Расчет токов короткого замыкания

2.6 Выбор оборудования

2.7 Релейная защита и автоматика

Технологическая часть     

3.1 Организация технического обслуживания и ремонта электрооборудования, продолжительность межосмотровых и межремонтных периодов, периодичности технического обслуживания оборудования       

3.2 Объём работ по техническому обслуживанию и видам ремонта электрооборудования        

3.3 Планирование технического обслуживания и ремонтов электрооборудования

3.4 Оценка технического состояния электрооборудования           

Организация производства       

4.1 Организация электрослужбы цеха и система управления электрохозяйством

4.2 Расчет нормативной численности рабочих цеха по ремонту и межремонтному

обслуживанию электрооборудования цеха        

4.3 Организация рабочего места слесаря по ремонту электрооборудования

Мероприятия по технике безопасности, противопожарной технике     

5.1 Основные опасные и вредные производственные факторы при эксплуатации и ремонте электрооборудования        

5.2 Мероприятия по уменьшению влияния вредных и опасных производственных факторов

5.3 Противопожарные мероприятия         

Мероприятия по охране окружающей среды      

6.1 Анализ влияния производственного процесса на состояние окружающей среды

6.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды  

Выводы и предложения

7. Перечень графического материала

Лист 1 План и разрез подстанции

Лист 2 Однолинейная схема подстанции

Лист 3 Релейная защита силового трансформатора

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ВЫПОЛНЕНИЮ 

ОТДЕЛЬНЫХ  ВОПРОСОВ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Дипломный проект - это работа, выполняемая студентом на завершающем этапе обучения с использованием знаний, полученных по ряду дисциплин. Цель работы - систематизировать, расширить знания и практические навыки при решении сложных комплексных задач с элементами исследования, сформировать дополнительные навыки к самостоятельному анализу процессов, а также определить уровень и подготовленность к практической работе в соответствии с получаемой специальности.

Во введении необходимо указать тему проекта согласно заданию, основные цели и этапы выполнения проекта.  

 

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

 

1.1 Характеристика технологического процесса цеха и электропотребителей, питающихся от подстанции

 

В данном разделе дается краткая характеристика технологического процесса цеха согласно заданию, его роли в работе комбината. Дается классификация и общие характеристики потребителей электроэнергии, питающихся от подстанции (по роду тока, напряжения, категориям надежности электроснабжения и др.). Технические данные электропотребителей и оборудования для удобства расчетов рекомендуется свести в таблицу (таблица 1.1).

 

Таблица 1.1 Технические данные электропотребителей п/ст ____

 

Наименование электропотребителей	Количество, n	Паспортная мощность РПАСП, кВт	Общая паспортная мощность РПАСП S, кВт	cos j	Коэффициент использования  КИ	Номинальное напряжение UНОМ, кВ
1. 2. 3. 4. …

 

Необходимо определить для каждого потребителя коэффициент использования К_И и коэффициент мощности cos j, а также вычислить tg j.

Расчетные коэффициенты электрических нагрузок электроприемников приведены в табл. 2.2 [7] и табл. 2.11 [1].

 

 

1.2 Выбор величины рационального напряжения и схемы питания потребителей

 

В этом разделе дается обоснование выбора величины рационального номинального напряжения питания подстанции (110, 10 или 6 кВ) и потребителей, получающих от нее электроснабжение (10, 6, 0.6, 0.4 кВ или др.). Теоретический материал рассмотрен в п.2.14 [7] и п.1.3 [2], п.5.3 [3].

Необходимо обосновать выбор схемы питания подстанции и способ прокладки питающих линий, а также выбор схемы электрических соединений (одинарной, двойной, несекционированной или секционированной, с обходной системой шин и др.). Теоретический материал рассмотрен в п. 4.3 [2], п. 5.2 [3], п. 5.2 [6].

 

СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет электрических нагрузок подстанции ___

 

Расчет электрических нагрузок подстанции выполняется методом упорядоченных диаграмм (коэффициента максимума). В отдельных случаях допускается вести расчет методом коэффициента спроса. Теоретический материал рассмотрен в п. 2.6 [1], п. 2.3 [2].

Расчет рекомендуется вести в табличной форме (пример - таблица 2.1).

Определяется номинальная мощность всех электроприемников с учетом продолжительности включения - ПВ.

Затем все потребители разбиваются на группы:

1-я группа - это электроприемники, работающие в кратковременном режиме для которых К_И < 0,6;

2-я группа - это электроприемники, работающие в продолжительном режиме для которых К_И ³ 0,6;

3-я группа - электроприемники постоянного тока,

дальнейший расчет ведется отдельно для каждой группы.

Также в отдельную группу выделяются высоковольтные потребители.

При расчетах необходимо учитывать, что для синхронных двигателей реактивная мощность берется со знаком «-», если двигатель работает в режиме перевозбуждения, т. е. с опережающим cos j.

Необходимо учитывать потери мощности в цеховых трансформаторах:

 

           P_T = 0,02 · S_{P max 0,4};        Q_T = 0,11 · S_{P max 0,4}.        

 

где S_{Р max 0,4} - расчетная полная мощность нагрузки на стороне 0,4 кВ.            

Определяются нагрузки подстанции на стороне 0,4 кВ, 10 (6) кВ, потребителей постоянного тока и др., а затем всей подстанции.

Пример расчета загрузок подстанции представлен в приложении 1.

 

 

2.2 Выбор компенсирующих устройств

 

В данном разделе следует рассмотреть причины, по которым выполняется компенсация реактивной мощности, а также способы компенсации.

Для подстанции надо определить необходимость установки компенсирующих устройств (КУ). Необходимая суммарная мощность КУ определяется по выражению:

 

                                       Q_КУ = Q_{Н 1} - Q _{Э max},

 

где Q_{Н 1} - суммарная реактивная нагрузка подстанции в период максимума активной нагрузки энергосистемы;

  Q _{Э max} - экономически обоснованное значение реактивной мощности, передаваемое предприятию из энергосистемы в часы ее активного максимума.

Значение Q_{Н 1} определяется по формуле:

 

                                          Q_{Н 1} = К _{Н 1} · Q _{Р Σ},

 

где К _{Н 1} - коэффициент несовпадения максимума нагрузки предприятия с максимумом в энергосистеме (стр. 395 [7], стр. 217 [3]);

Q _{Р Σ} - суммарная расчетная реактивная нагрузка подстанции.

Величину Q _{Э max} определяют как наименьшее из значений:

 

                        Q _{Э max} = Q_{Н 1} и Q _{Э max} = а · Р _{Р Σ},

 

где а - коэффициент, зависящий от района энергосистемы и напряжения на шинах высшего напряжения ГПП (для Донбассэнерго при U_ВН = 35 кВ а = 0,3; при U_ВН = 110 кВ а = 0,28; U_ВН = 10 кВ  а = 0,32);

Р _{Р Σ} - суммарная расчетная активная нагрузка подстанции.

Если окажется, что Q_КУ < 0, ее принимают равной нулю.

После определения значения Q_КУ выбирается ближайшая большая стандартная мощность комплектных конденсаторных установок Q_{КУ ном} по табл. 2.192 [7] или по табл. 3.6 [1]).

После выбора Q_{КУ НОМ} определяется расчетная нагрузка подстанции:                       

 

                 .

 

Пример расчета и выбора компенсирующих устройств представлен в приложении 2.

 

 

2.3 Выбор числа и мощности трансформаторов

 

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов на подстанции должен быть технически обоснованным.

Принцип выбора числа и мощности цеховых трансформаторов приведен в п.4.5 [3]. Технические данные силовых трансформаторов приведены в табл. 3.3 и 3.4 [3] или табл. 2.106 [7].

Намечается несколько вариантов (с различным количеством и мощностью трансформаторов) и выполняется технико-экономическое сравнение этих вариантов (рассмотрено в п.3.5 [3] и п.1.6 [2]).

Выбранные трансформаторы необходимо проверить на допустимую перегрузку в послеаварийном режиме (пример в п.4.2 [3]). Также следует привести технические данные выбранных трансформаторов в виде таблицы.

Общие принципы технико-экономического сравнения вариантов.

Оптимальный вариант определяется по минимальным затратам.

Суммарные приведенные затраты:

 

З = И_Σ + Е_н · К_Σ,

 

где И_Σ - годовые суммарные эксплуатационные расходы;

Е_н = 0.12 - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений [2];

К _Σ - суммарные капитальные затраты.

Капитальные затраты определяются по выражению:

 

К_Σ = К_т + К_об,

 

где К_т = n · К_{0 т} - стоимость трансформаторов;

n - количество трансформаторов;

К_{0 т} - стоимость одного трансформатора;

К_об - стоимость оборудования (выключателей, разъединителей и др.).

При технико-экономических расчетах учитывается стоимость отличающегося оборудования для вариантов.

Годовые суммарные эксплуатационные расходы:

 

И_Σ = И _DW + И_а,

 

где И _DW = C₀ · W - стоимость потерь электроэнергии;

C₀ - стоимость одного кВт· ч электроэнергии;

W - потери электроэнергии;

И_а - амортизационные отчисления (отчисления на реновацию и капитальный ремонт):

 

α - норма амортизационных отчислений, %; принимается по табл.10.2 [4].

Амортизационные отчисления определяются отдельно для различного оборудования.

Для определения потерь электроэнергии следует найти расчетный коэффициент загрузки трансформаторов, зависящий от номинальной мощности трансформаторов S_{ном т} и расчетной мощности низковольтной нагрузки S_{Р max 0,4} (п. 2.1):

 

 

Потери в трансформаторах определяются по выражению:

 

W_T =

 

где Р_х.х., I_х.х., U_к.з., Р_к.з., S_{ном т} - технические данные трансформаторов;

Т_ВК - время включения трансформатора в году;

τ - время максимальных потерь.

Время максимальных потерь можно определить по графику на рис. 2.17 [2].

После определения суммарных приведенных затрат для всех вариантов, окончательно выбирается наиболее оптимальный вариант.

Пример расчета мощности трансформаторов и выбора их числа  представлен в приложении 3.

 

 

2.4 Расчет и выбор питающих линий

 

Необходимо выбрать питающие линии к подстанции и высоковольтным потребителям (трансформаторам, двигателям, преобразовательным установкам и др.).

Для расчета сечения следует определить расчетный ток в линиях. Расчетные условия приведены в табл. 7.3 [2] и п. 4.1 [6]. Ток вводной линии подстанции следует определять по расчетной нагрузке после компенсации реактивной мощности (п. 2.2).

Сечение линий определяется по экономической плотности тока j _эк (теоретический материал в п. 1.6 [2] и стр. 232 [6]). Значения j _эк приведены в табл. П1.2 [2] и табл. 4.5 [6]. 

Выбирается марка кабеля или провода. Стандартные сечения и длительно допустимые нагрузки I_доп различных кабелей и проводов приведены в табл. П4.7 [3] и табл. 7.13 [4].

Затем определяется максимальные продолжительные токи в линиях (послеаварийный режим) I_max.

Выбранный кабель проверяется по нагреву расчетным током:

 

                                             I_max £ I¢_доп,

 

где I¢_доп = К_п · I_доп - допустимая токовая нагрузка в период аварии (перегрузка);

К_п - коэффициент допустимой перегрузки, принимаемый по табл. 3.3 [3].

Выбранный кабель проверяется по потере напряжения:

 

                                       U_расч £ U_доп.,

 

где U_доп. = 5 % - допустимая потеря напряжения в нормальном режиме согласно ПУЭ;

 

                                      U_расч = ,

 

где L_расч - расчетная длина линии;

L_1% - длина линии на 1% потери напряжения.

Далее определяются потери мощности в линиях:

 

                                  Р_л = Р_ном · L_расч · ,

 

где Р_ном - удельные потери мощности при номинальной нагрузке линии.

Значения L_1%   и Р_ном приведены в табл. П4.7 [3].

Определение Р_л производится с учетом количества линий, ведущих к одинаковым потребителям.

Расчет, выбор и проверку линий рекомендуется производить в табличной форме (пример - табл. 2.2).

 

Таблица 2.2 Расчет и выбор кабельных линий

 

Наименование электропотребителей

Мощность

n, шт.

Iр, А

Imax, А

FЭК, мм2

F, мм2

Iдоп, А

I¢доп, А

Lрасч, км

L1%, км

Uрасч,  %

Рном,  кВт/км

Рл, кВт

 

Необходимо также определить суммарные потери мощности в линиях Р_{л S}.

Пример расчета и выбора кабельных линий представлен в приложении 4.

 

 

2.5 Расчет токов короткого замыкания

 

Перед расчетом токов короткого замыкания составляется однолинейная схема проектируемой подстанции.

Теоретический материал по расчету токов короткого замыкания рассмотрен в п.7 [2] и п.6 [3].

Расчетным для проверки электрооборудования является трехфазное короткое замыкание (КЗ). Расчетная схема и схема замещения составляются для нормального режима, когда отключен секционный выключатель на ЦРП и в расчете токов КЗ учитывается сопротивление одного трансформатора на ЦРП и одной питающей линии.

По расчетной схеме составляется схема замещения, в которой указываются сопротивления всех элементов и намечаются точки для расчета токов КЗ. Число и место расположения точек КЗ должны быть достаточными для выбора коммутационной защиты и релейной защиты.

Примеры схем приведены на стр. 372 [2] и на стр. 147 [3].

Расчет ведется в относительных единицах.

Выражения для определения сопротивлений элементов системы электроснабжения приведены в табл.7.2 [2] и табл.6.1 [3].

Расчет рекомендуется вести с учетом активных сопротивлений элементов (стр.137 [3]).

В результате расчета определяется начальное значение периодической составляющей тока КЗ I_по  и ударный ток КЗ i_уд для всех точек КЗ. Значения ударного коэффициента тока КЗ k_у приведены в табл.7.1 [2].

Если есть высоковольтные двигатели, непосредственно подключенные к шинам подстанции (или удаленные на небольшое расстояние), необходимо учитывать их подпитку места КЗ.

Начальная периодическая составляющая тока КЗ от асинхронных двигателей (АД) определяется по формуле:

I_{по АД} = 4.5 · I _{S ном АД},

 

где I _{S ном АД} - суммарный номинальный ток АД.

Ударный ток КЗ от АД:

i_{уд АД} = 6.5 · I _{S ном АД}.

 

Начальная периодическая составляющая тока КЗ от синхронных двигателей (СД) определяется по формуле:

I_{по СД} = 5.5 · I _{S ном СД},

 

где I _{S ном СД} - суммарный номинальный ток СД.

Ударный ток КЗ от СД:

i_{уд СД} = 10.6 · I _{S ном СД}.

 

Результирующий ток КЗ равен сумме токов основных источников питания и токов подпитки от двигателей.

 

ПРИМЕЧАНИЕ. Если отключающая способность выключателей, предполагаемых к установке в сетях 6¸10 кВ, окажется меньше, чем ток КЗ

 

I_{откл. ном} < I_по,

 

То необходимо устанавливать токоограничивающие реакторы (теоретический материал рассмотрен в п.7.4 [2] и п.3.8 [6].

Пример расчета токов КЗ представлен в приложении 5.

 

 

2.6 Выбор оборудования подстанции

 

Для проектируемой подстанции необходимо выбрать следующее оборудование:

- высоковольтные выключатели;

- трансформаторы тока;

- трансформаторы напряжения;

- сборные шины;

- изоляторы;

- источники оперативного тока;

а также проверить:

- кабели на термическую стойкость.

Условия выбора и проверки оборудования и токоведущих частей приведены:

- на страницах 385, 387, 388, 389 [2];

- на страницах 218, 226, 290, 337, 375, 376 [6].

Технические данные оборудования и токоведущих частей приведены:

- выключателей - в табл.5.1 [4];

- трансформаторов тока - в табл.5.9 [4];

- трансформаторов напряжения - в табл.5.13 [4];

- изоляторов - в табл.5.7 и 5.8 [4];

- реакторов - в табл.5.14 [4];

- шин - в табл.7.3 и 7.4 [4] и табл.П3.4 [6].

Примеры выбора оборудования рассмотрены на стр. 391 [2] и в соответствующих разделах по выбору в [6].

Для выбора трансформаторов тока и напряжения необходимо установить измерительные приборы. Условия установки контрольно-измерительных приборов приведены в табл.4.11 [6], данные приборов - в табл.6.26 [4] и табл.П4.7 [6]. Необходимо привести схемы подключения приборов к измерительным трансформаторов тока и напряжения.

Проверку оборудования рекомендуется производить в табличной форме (пример - табл. 2.3).

 

Таблица 2.3 Выбор оборудования

 

Условие выбора	Расчетные данные	Каталожные данные
1.   2.  3. …

 

Также следует привести схему расположения шин на изоляторах.

Ранее выбранные кабели проверяются на термическую стойкость. Примеры рассмотрены на стр.379 [2] и на стр.191 [6]. Если сечение ранее выбранного кабеля оказалось меньше минимально допустимого, то его необходимо заменить кабелем большего сечения, удовлетворяющим условию термической стойкости к действию токов КЗ.

Выбираются источники оперативного тока (теоретический материал рассмотрен в п.2.94 - 2.100 [7]).

После окончательного выбора оборудования уточняется однолинейная схема подстанции, которая выносится на лист 1 графической части. Затем необходимо составить план расположения оборудования на подстанции с учетом требований ПУЭ. План выносится на лист 2 графической части.

Пример выбора основного электрооборудования подстанции представлен в приложении 6.

 

2.7 Релейная защита и автоматика

 

Для указанного преподавателем элемента оборудования (трансформатора, линии, двигателя и др.) требуется выбрать соответствующие виды защит и выполнить их расчет.

Теоретический материал рассмотрен в п.8 [1], в п.9 [2], в п.Н [7] и в методических указаниях по расчету релейной защиты.

На листе 3 графической части должна быть представлена схема релейной защиты для выбранного элемента. В пояснительной записке приводится схема одного из устройств автоматизации, применяемых в системах электроснабжения (АПВ, АВР, АЧР, АРТ).

Пример расчета и выбора релейной защиты представлен в приложении 7.

 

 

5 МЕРОПРИЯТИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ, ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ТЕХНИКЕ        

5.1 Основные опасные и вредные производственные факторы при эксплуатации и ремонте электрооборудования         

В этом разделе дипломного проекта рассматриваются опасные и вредные производственные факторы данного предприятия и цеха при эксплуатации и ремонте электрооборудования. С данными по опасным и вредным производственным факторам следует ознакомиться в ходе производственной преддипломной практики.

 

5.2 Мероприятия по уменьшению влияния вредных и опасных производственных факторов

 

В этом разделе дипломного проекта рассматривается комплекс мероприятий по уменьшению влияния вредных и опасных производственных факторов. А также следует привести организационные и технические мероприятия, обеспечивающих безопасные условия работы на конкретной подстанции, ответственные за безопасное проведение работ, а также средства защиты человека, применяемые в электроустановках.

Теоретический материал рассмотрен в [8] и [9].

Необходимо дать определение заземления, его назначения и видов заземляющих устройств.

Определяется ток замыкания на землю, сопротивление заземляющего устройства, сопротивление грунта, количество заземляющих электродов.

Теоретический материал рассмотрен в [8] и [9], а также в п.7 [1], п.8 [2].

 

 

5.3 Противопожарные мероприятия

 

Следует рассмотреть требования ПУЭ к электрооборудованию, помещениям для обеспечения пожарной безопасности. Основные средства и установки пожаротушения, пожарная сигнализация, противопожарная служба на предприятиях.

Теоретический материал рассмотрен в [8].

 

 

6 МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ   

6.1 Анализ влияния производственного процесса на состояние окружающей среды  

 

Следует привести анализ влияния производственного процесса данного предприятия и цеха на состояние окружающей среды.     

 

6.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды

    

В этом разделе дипломного проекта рассматривается комплекс мероприятий обеспечению охраны окружающей среды для данного предприятия, цеха.

 

Выводы и предложения.

 

Необходимо сделать краткие выводы о проделанной работе, указать результаты использования предложенных методик расчета и применения современных технологий при проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий, при технической эксплуатации и обслуживании электрического и электромеханического оборудования.                                                                                                                             

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

 

 

1. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. - М.: Высш. шк., 1990

2. Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. - М.: Энергоатомиздат, 1989

3. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий. - М.: Энергоатомиздат, 1987

4. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. - М.: Энергоатомиздат, 1989

5. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. - М.: Энергоатомиздат, 1987

6. Справочник по проектированию электроснабжения. Под. ред. Ю.Г. Барыбина и др. - М.: Энергоатомиздат, 1990

7. Охрана труда в электроустановках. Под. ред. Б.А. Князевского. - М.: Энергоатомиздат, 1986

8. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. - М.: Энергоатомиздат, 1986

9. Методические указания по расчету релейной защиты.