Details

Данная работа посвящена разработке системы электроснабжения компрессорных установок с применением современного высоковольтного и низковольтного электротехнического оборудования. В ходе выполнения выпускной квалификационной работы были рассмотрены решения следующих задач: 1) Выбор схемы электроснабжения компрессорной станции напряжением 6 кВ; 2) Выбор главного привода компрессорных агрегатов; 3) Расчет электрических нагрузок и компенсации реактивной мощности; 4) Выбор высоковольтных выключателей и силовых кабелей; 5) Расчет токов короткого замыкания в сетях 6 кВ и 0,4 кВ; 6) Проектирование системы питания вспомогательного оборудования; 7) Выбор источников бесперебойного питания для шкафов управления; 8) Расчет защитного заземления взрывозащищенного оборудования. В работе произведен выбор высоковольтных асинхронных электродвигателей мощностью 522 кВт, выполнены проверки оборудования по условиям длительно допустимого тока, термической и электродинамической стойкости. Для электроснабжения и защиты компрессорной установки выбраны силовые кабели и вакуумные выключатели. Выполнены расчеты: потерь напряжения, пусковых токов и токов короткого замыкания. Для вспомогательного оборудования разработаны схемы управления электродвигателями маслонасоса, вентилятора охлаждения и нагревателя маслобака. В результате выполнения работы разработан проект системы электроснабжения компрессорных установок, обеспечивающий надежную, безопасную и энергоэффективную работу оборудования в нормальных и аварийных режимах.

The given work is devoted to the development of a power supply system for compressor units using modern high-voltage and low-voltage electrical equipment. During the completion of the graduation qualification work, solutions to the following tasks were considered: 1) Selection of a 6 kV compressor station power supply scheme; 2) Selection of the main drive for compressor units; 3) Calculation of electrical loads and reactive power compensation; 4) Selection of high-voltage circuit breakers and power cables; 5) Calculation of short-circuit currents in 6 kV and 0.4 kV networks; 6) Design of the auxiliary equipment power supply system; 7) Selection of uninterruptible power supplies for control cabinets; 8) Calculation of protective grounding for explosion-proof equipment. The work includes the selection of 522 kW high-voltage induction motors and verification of the equipment under conditions of continuous permissible current, thermal resistance, and electrodynamic stability. Power cables and vacuum circuit breakers were selected for the power supply and protection of the compressor installation. Calculations of voltage losses, starting currents, and short-circuit currents were carried out. Control circuits were developed for the auxiliary equipment, including the oil pump motor, cooling fan motor, and oil tank heater. As a result of the work, a project for the power supply system of compressor units was developed, ensuring reliable, safe, and energy-efficient operation of the equipment under normal and emergency conditions.

• СОДЕРЖАНИЕ
• ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..9
• 1. ВЫБОР СИЛОВОЙ ЧАСТИ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК………..12
• 1.1 Выбор источника питания для электроприводов компрессорных установок…………………………………………………………………………12
• 1.2 Выбор главного привода……………………………………………………..16
• 1.3.1 Расчет мощности компенсации для одного электродвигателя…………..20
• 1.3.2 Выбор индивидуальных устройств компенсации………………………..21
• 1.3.3 Технические характеристики принятого устройства компенсации реактивной мощности…………………………………………………………...22
• 1.3.4 Подключения устройства компенсации реактивной мощности в ячейке электродвигателя………………………………………………………………...23
• 1.4 Выбор высоковольтных выключателей для электродвигателей компрессоров…………………………………………………………………….25
• 1.4.1 Выбор типа выключателя………………………………………………….26
• 1.4.2 Проверка выбора высоковольтного выключателя………………………..28
• 1.5 Выбор силового кабеля главного привода…………………………………..32
• 1.5.1 Проверка выбора кабеля…………………………………………………..33
• 1.6 Расчёт токов короткого замыкания главного привода…………………….40
• 1.7 Заключение по выбору главного привода и его комплектующих………….45
• 2.1 Комплектная независимая трансформаторная подстанция………………..47
• 2.2.1 Расчет мощности для возможного подключения электрооборудования.............................................................................................54
• 2.2.3 Расчёт токов короткого замыкания………………………………………...59
• 2.2.4 Расчёт однофазного короткого замыкания………………………………..60
• 2.2.5 Расчёт трёхфазного короткого замыкания………………………………...61
• 2.2.7 Проверка автоматического выключателя по условию отключения…….62
• 2.2.8 Проверка отключающей способности автомата…………………………62
• 2.2.9 Проверка кабельной линии по термической стойкости………………….63
• 3.1 Расчёт выбора кабеля и аппаратов защиты электродвигателя маслонасоса………………………………………………………………………67
• 3.1.1 Принципиальная схема управления маслонасоса………………………..72
• 3.2 Расчёт выбора кабеля и аппарата защиты электродвигателя вентилятора……………………………………………………………………....75
• 3.2.1 Принципиальная схема управления электродвигателя вентилятора…....80
• 3.3 Расчёт выбора кабеля и аппарата защиты нагревателя маслобака………...83
• 3.3.1 Схема управления нагревателя маслобака………………………………..88
• 3.4 Панель управления компрессора……………………………………………91
• 4. НАЗНАЧЕНИЕ И ФУНКЦИИ ИСТОЧНИКА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ……………………………………...96
• 5.ТРЕБОВАНИЯ К УСТРОЙСТВУ ЗАЗЕМЛЕНИЯ………………………….103
• 5.1 Расчёт защитного заземления взрывозащищённого электродвигателя….105
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ВЫБОР СИЛОВОЙ ЧАСТИ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК
• 1.1 Выбор источника питания для электроприводов компрессорных установок
• 1.2 Выбор главного привода
• 1.3.1 Расчет мощности компенсации для одного электродвигателя
• 1.3.2 Выбор индивидуальных устройств компенсации
• 1.3.3 Технические характеристики принятого устройства компенсации реактивной мощности
• 1.3.4 Подключения устройства компенсации реактивной мощности в ячейке электродвигателя
• 1.4 Выбор высоковольтных выключателей для электродвигателей компрессоров
• 1.4.1 Выбор типа выключателя
• 1.4.2 Проверка выбора высоковольтного выключателя
  • Произведем проверку выключателя по длительному рабочему току.
  • Произведем проверку по пусковому току.
  • Произведем проверку по току отключения короткого замыкания.
  • Произведем проверку термической стойкости.
  • Выполним проверку электродинамической стойкости.
  • При проектировании, необходимо учитывать подбор с релейной защитой отходящей линии двигателя.
  • Произведем окончательный выбор выключателей.
• 1.5 Выбор силового кабеля главного привода
• 1.5.1 Проверка выбора кабеля
  • Выполним проверку выбранного кабеля.
  • Выполним проверку номинального тока двигателя.
  • ,𝐼-н.=57,5 А
  • ,𝐼-н.=,,𝑃-н.-,3.∗,𝑈-н.∗𝑐𝑜𝑠𝜑∗𝜂.
  • ,𝐼-н.=,522000-1,73∗6000∗0,91∗0,975.
  • ,𝐼-н.=56,6 А
  • 56,6≈57,5 А
  • Для дальнейших расчётов принимаем паспортное значение:
  • ,𝐼-н.=57,5 А (1)
  • Произведем выбор кабеля по напряжению.
  • ,𝑈-н.=6 кВ
  • ,𝑈-н.=6 кВ (1)
  • Произведем выбор кабеля по длительно допустимому току.
  • ,𝐼-доп.≥,𝐼-ном.
  • ,𝐼-доп.=211 А
  • ,𝐼-н.=57,5 А (2)
  • 211≥57,5
  • ,𝐾-зап.=,,𝐼-доп.-,𝐼-ном..
  • ,𝐾-зап.=,211-57,5.=3,67
  • Определение активного сопротивления кабельной линии
  • Определение индуктивного сопротивления кабеля.
  • Произведем расчёт потери напряжения в нормальном режиме.
  • Произведем расчёт потери мощности в кабеле.
  • Выполним проверку кабеля при пуске электродвигателя.
  • Произведем проверку кабеля по термической стойкости к току короткого замыкания.
  • Определим максимально допустимого времени отключения.
  • Произведем проверку по экономической плотности тока.
  • Произведем проверку по минимальному сечению для механической прочности.
• 1.6 Расчёт токов короткого замыкания главного привода
  • Определим сопротивления системы до шин 6 кВ.
  • Произведем расчёт сопротивления кабельной линии.
  • Произведем расчёт ударного тока короткого замыкания.
  • Произведем проверку выключателя по отключающей способности.
  • Произведем проверку электродинамической стойкости выключателя.
  • Произведем проверку кабеля по термической стойкости.
  • Произведем проверку кабеля по термической стойкости. (1)
• 1.7 Заключение по выбору главного привода и его комплектующих
• 2. ВЫБОР ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ И ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДЛЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
• 2.1 Комплектная независимая трансформаторная подстанция
• 2.2 Проектирование распределительного устройства внутри подстанции
• 2.2.1 Расчет мощности для возможного подключения электрооборудования
  • Проверка по условию длительной работы
• 2.2.2 Выбор кабеля для подключения к шкафу распределительному
  • Проверка по длительно допустимому току
  • Проведем проверку согласования с автоматом.
  • Проведем проверку падения напряжения.
  • Проведем проверку по термической стойкости при КЗ.
• 2.2.3 Расчёт токов короткого замыкания
• 2.2.4 Расчёт однофазного короткого замыкания
• 2.2.5 Расчёт трёхфазного короткого замыкания
• 2.2.6 Расчёт двухфазного короткого замыкания
• 2.2.7 Проверка автоматического выключателя по условию отключения
• 2.2.8 Проверка отключающей способности автомата
• 2.2.9 Проверка кабельной линии по термической стойкости
  • Таблица 2.3 - Проведенные расчёты
• 3. ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКИ
• 3.1 Расчёт выбора кабеля и аппаратов защиты электродвигателя маслонасоса
  • Для вспомогательного маслонасоса установлен трёхфазный асинхронный электродвигатель АС30 112М2 со следующими паспортными данными приведенными в таблице 3.1
    • Произведем выбор аппарата защиты.
    • Произведем проверку выбранного кабеля по допустимому току.
    • Произведем расчёт потери напряжения в кабельной линии.
    • Произведем расчёт тока однофазного короткого замыкания.
    • Произведем проверку защиты от перегрузки.
• 3.1.1 Принципиальная схема управления электродвигателя маслонасоса
• 3.2 Расчёт выбора кабеля и аппарата защиты электродвигателя вентилятора
  • Произведем проверку рабочего тока электродвигателя.
  • Произведем выбор автоматического выключателя.
  • Произведем проверку кабеля по длительно допустимому току.
  • Выполним расчёт потери напряжения.
  • Произведем расчёт тока однофазного короткого замыкания.
  • Выполним проверку срабатывания автоматического выключателя.
  • Произведем проверку защиты от перегрузки.
• 3.2.1 Принципиальная схема управления электродвигателя вентилятора
• 3.3 Расчёт выбора кабеля и аппарата защиты нагревателя маслобака
  • Для обогрева маслобака принимаем нагреватель масла FAP-Cus090, ~380 В; 3,8 кВт; 5,7 А
  • Произведем проверку рабочего тока нагревателя.
    • Произведем выбор аппарата защиты.
  • Проверка автомата 10 А по рабочему току
  • Проверка кабеля по длительно допустимому току
  • Произведем проверку согласования автомата и кабеля.
  • Произведем расчёт потери напряжения.
  • Выполним расчёт сопротивления петли короткого замыкания.
  • Произведем проверку срабатывания автомата при КЗ.
  • Таблица 3.7 – Компоненты питания и защиты нагревателя
• 3.3.1 Схема управления нагревателя маслобака
• 3.4 Панель управления компрессора
  • Произведем выбор автоматического выключателя.
  • Произведем расчет потери напряжения.
  • Произведем расчёт тока однофазного короткого замыкания.
  • Произведем проверка срабатывания автоматического выключателя.
  • Произведем проверку защиты от перегрузки.
• 4. НАЗНАЧЕНИЕ И ФУНКЦИИ ИСТОЧНИКА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ
• Характеристика выбранного источника бесперебойного питания.
  • Centiel Cumulus UPS BC 10 kVA 3:1
• Анализ схемы электроснабжения шкафов управления.
• Обоснование выбора мощности ИБП.
• Режимы работы системы бесперебойного питания.
  • Нормальный режим - при наличии напряжения сети ИБП работает в режиме двойного преобразования.
  • Аварийный режим - при исчезновении напряжения сети питание нагрузки осуществляется от аккумуляторных батарей.
  • Режим восстановления - после восстановления напряжения сети ИБП автоматически переключается в нормальный режим работы. Одновременно начинается заряд аккумуляторных батарей. Автоматический возврат в штатный режим обеспечивает непрерывность технологичес...
• Преимущества применения ИБП в системе компрессорного оборудования.
• 5. ТРЕБОВАНИЯ К УСТРОЙСТВУ ЗАЗЕМЛЕНИЯ
• 5.1 Расчёт защитного заземления взрывозащищённого электродвигателя