Схема временного электроснабжения

IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Схема временного электроснабжения

Рогальский Л.Ю. 1Корень Д.И. 1Шишков А.П. 1Мохов В.О. 1
1Челябинский областной многопрофильный лицей - интернат для одарённых детей
Овсяницкий Д.Н. 1Хуснутдинов Н.М. 2
1Челябинский областной многопрофильный лицей - интернат для одарённых детей
2ПАО «Челябинский цинковый завод»
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Публичное акционерное общество «Челябинский цинковый завод» (далее именуется – ПАО «ЧЦЗ») – вертикально-интегрированная компания, в которой представлен полный технологический цикл производства металлического цинка: от добычи и обогащения руды до выпуска готовой продукции в виде рафинированного цинка и сплавов на его основе. На долю компании приходится около 2 % мирового объема производства цинка1. ПАО «ЧЦЗ», крупнейший завод в России по производству цинка, входит в холдинг Уральской Горно-Металлургической Компании.

Описание проблемы. Трансформаторная подстанция ТП-18 расположена с южной стороны в здании транспортного цеха на территории предприятия ПАО «ЧЦЗ». Данная трансформаторная подстанция выпущена и эксплуатируется с 1988 года, более 30 лет. Реализована на разъединителях с предохранителями, что не обеспечивает быстродействие и селективность защиты отходящих присоединений. В результате длительной эксплуатации и отсутствия запасных частей, в настоящее время вышли из строя 6 ячеек разъединителей. Трансформаторная подстанция имеет большую степень износа и её характеристики не соответствуют современным требованиям по надежности. Для повышения надежности электроснабжения, необходимо провести реконструкцию трансформаторной подстанции. Но от данной ТП - 18, получают электрическую энергию потребители, которые не могут находится без напряжения, на длительный срок. Для этого необходимо организовать временную схему электроснабжения потребителей на период реконструкции подстанции.

Цель проекта: Разработать и предложить руководству временную схему электроснабжения потребителей на период реконструкции подстанции.

Рассмотренный нами мировой опыт по электроснабжению, в том числе альтернативные источники питания2, малоприменим для организации временного электроснабжения на ПАО «ЧЦЗ», в связи с тем, что, для ветрогенераторов - не достаточная скорость воздушных потоков3, для солнечных станций - не достаточно свободной площади, дизель-генератор - огромное потребление жидкого топлива, не экологичен.

В ходе анализа по выбору источника питания были выделены основные свойства, которыми он должен обладать:

Должны быть учтены достоинства и недостатки имеющихся аналогов.

Источник питания может быть подключен к существующей кабельной линии.

Все компоненты и материалы, используемые в источнике питания, должны быть общедоступны, легкозаменяемые, ремонтопригодные.

Выбранный источник питания должен быть внедрен на предприятии, а значит соответствовать всем необходимым нормам и правилам электробезопасности, охраны труда и другим.

Выбранный источник питания является временным, поэтому он должен быть мобильным, легко и быстро устанавливаться, занимать не большую площадь и быстро собираться.

Исследовательский этап.

Исследовательская деятельность в области данного проекта началась с того, что мы начали перебирать множество вариантов для временного электроснабжения в том числе альтернативные источники энергии для того, чтобы сделать нашу окружающую среду хоть немного, но чище. Для этого мы рассматривали такие варианты как.

 

Ветрогенераторы

 

Используются в основном в местах, где другие источники питания являются менее выгодными. Основным преимуществом данного источника энергии является то, что он не загрязняет атмосферу углекислым газом. Большинство развитых стран используют ветрогенераторы в качестве основного источника электроэнергии. Если мы рассмотрим случай нашего ПАО «ЧЦЗ», то можно говорить о непригодности таких источников энергии из-за множества проблем, которые возникают при их использовании в нашем проекте

Высокая стоимость электростанции (порядка 190 миллионов рублей за электростанцию требуемой мощности).4

Сложная эксплуатация и переоборудования данных установок.

Низкое количество энергии из-за малой скорости ветра в регионе Челябинска и ближайших поселений5.

Масштабность данных сооружений может помешать пролёту воздушной техники над ПАО «ЧЦЗ»

Заключение:

Всё вышесказанное препятствует возведению и использованию ветрогенераторов на территории ПАО «ЧЦЗ» в качестве временного источника электроэнергии во время ремонта основной подстанции, которая обслуживает множество помещений и является очень важным сооружением на территории ПАО «ЧЦЗ». Следовательно, данный вид источника электроэнергии не подходит.

Солнечные панели

На ряду с ветрогенераторами активно используются как альтернативный источник энергии, солнечные электростанции6. В современном мире множество стран, которые расположены близко к экватору активно используют солнечную энергию в качестве основного вида энергии. Делается это из-за того, что солнечные панели имеют долги срок службы, достаточно легко обслуживаются и могут обеспечить частный дом или даже небольшой посёлок. Опираясь на опыт других заводов и предприятий России становится ясным, что использование солнечных панелей либо не выгодно, либо невозможно. Если рассмотреть в качестве примера ПАО «ЧЦЗ», то становится ясно, что эксплуатация данных сооружений не представляется возможной из-за ряда причин:

Необходимость занимать огромные площади

Необходимость иметь конвертор и распределяющую станцию

Малая эффективность из-за климатических условий в соответствующем регионе

Высокая стоимость панелей.

Заключение:

Также немаловажную роль занимает то, что установка и эксплуатация солнечных панелей является очень трудоёмким и ресурсоёмким процессом. Использование таких источников энергии уместно в местах, где необходимо на протяжении долго промежутка времени проводить освещение определённых территорий. Длительное использование данных объектов энергоснабжения может окупить себя и приносить уже чистую электроэнергию почти без обслуживания. По всему вышеперечисленному становится ясно, что установка и эксплуатация солнечный панелей на территории ПАО «ЧЦЗ» является неэффективным.

Дизель-генераторы.

Дизель-генератор7 является отличным решением для помещений, где необходимо провести ремонт и при этом иметь с собой другой источник энергии. Данный источник электроэнергии отлично подходит для временного снабжения дач, каких-либо небольших домов. В этих случаях он имеет множество положительных характеристик. Основными из них являются малые габариты и легкодоступность топлива. Если для солнечных панелей или ветрогенераторов необходимо ждать милости природы, то для дизель-генератора достаточно залить в бак топливо и уже будет производиться электроэнергия от маленьких, до больших мощностей. В современном мире существуют даже такие модель генераторов, которые могут работать и под проливных дождём, и под сильным шквалистым ветром8. Однако все эти плюсы и замечательные качества нивелируются, когда речь идёт об использовании в больших масштабах. Например,:

Большие габариты дизель-генератора

Огромное потребление топлива

Трудности в транспортировке

Высокий уровень шума

Обильное загрязнение окружающей среды

Заключение:

Смотря на данные примеры можно сделать вывод, что дизель-генератор хорош в использовании только на небольших предприятиях или производствах. Он является хорошим источником электроэнергии для каких-либо передвижных мероприятий. Дизель-генератор, безусловно, является хорошим источником энергии. Однако в современных условиях использования в качестве временной подстанции на ПАО «ЧЦЗ» он не годится.

Передвижная комплектная трансформаторная подстанция ПКТП.

Передвижные комплектные трансформаторные подстанции.

Передвижная комплектная трансформаторная подстанция (КТПП) – подстанция, состоящая из трансформаторов, блоков (КРУ и КРУН) и других элементов, поставляемых в собранном или полностью подготовленном на заводе-изготовителе к сборке виде, и предназначенная для приёма, преобразования и распределения электроэнергии.9

Одной из разновидностей комплектных трансформаторных подстанций являются передвижные комплектные трансформаторные подстанции (КТПП). Отличительной особенностью передвижной подстанции является её установка не на стационарный фундамент10 (свайный, ленточный и т. д.), а на салазки или шасси.

Такое исполнение позволяет оперативно транспортировать электрооборудование из одной точки в другую и в кратчайшие сроки организовать электроснабжение объекта.

Приведём несколько примеров, где использование КТПП является оптимальным решением:

Передвижные подстанции являются отличным решением для питания экскаваторной и другой техники при разработке месторождений (угольные разрезы, шахты, рудники и т. д.), а также для электроснабжения очистных и подготовительных участков на месторождениях.

Передвижная подстанция позволяет заменить частично или полностью находящуюся в плановом ремонте, реконструкции или аварийном состоянии основную (стационарную) КТП.

Передвижные комплектные трансформаторные подстанции применяются для организации электроснабжения потребителей, расположенных в местах, где строительство стационарных подстанций нерентабельно.

Преимущества КТПП перед другими источниками электрической энергии:

Компактность оборудования. Компактные размеры распределительных устройств позволяют уменьшить общие габариты подстанции, обеспечивая беспрепятственную транспортировку КТПП до объекта любым удобным транспортом.

Возможность быстрого перевода из транспортного положения в рабочее. Передвижные КТП поставляются в полной заводской готовности. Таким образом, время на сбор и ввод подстанции в рабочее состояние сокращается до минимума, позволяя в кратчайшие сроки организовать электроснабжение своих объектов.

Повышенное качество монтажных и наладочных работ. Передвижные КТП имеют максимальную заводскую готовность, все электрооборудование устанавливается в заводских условиях, что гарантирует высокое качество конечного продукта и позволяет практически свести к нулю проблемы, возникающие в ходе конечной сборки и пуско-наладочных работах на объекте.

Гибкость схем и возможность расширения. Передвижная подстанция изготавливается из отдельных функциональных блоков (модуль РУВН, модуль РУНН, трансформатор), каждый из которых располагается на своей передвижной платформе. Каждый из этих блоков можно при необходимости заменить, модифицируя тем самым схему КТП.

Безопасность и удобство обслуживания электрооборудования. Передвижные КТП выполнены в соответствии с требованиями действующих нормативно технических документов и гарантируют безопасную эксплуатацию обслуживающим персоналом. Простота конструкции и широкий функционал обеспечивают удобство работы с ячейкой в ходе эксплуатации КТПП.

Конкурентная цена. Обладает невысокой ценой и компактными размерами, позволяет значительно снизить стоимость и размеры передвижной подстанции в целом.

Опытно-расчетный этап.

Для компоновки передвижной комплектной трансформаторной подстанции необходимо выполнить следующие расчеты:

Определение мощности нагрузок.

Выбор числа и мощностей силовых трансформаторов.

Выбор питающих линий.

Выбор принципиальной схемы подстанции.

Определение токов короткого замыкания.

Выбор коммутационных аппаратов.

Выбор кабельных линий.

Организация перевода питания по схеме временного электроснабжения.

Определение мощности нагрузок.

Суммарная мощность электроприемников ТП-18, составляет 250 кВт. Определено замерами.

Так как на время реконструкции подстанции ТП-18, электроприемники относятся к 3 категории электроснабжения. Выбираем одно-трансформаторную подстанцию. Передвижную комплектную трансформаторную подстанцию будем рассчитывать на перспективу дальнейшего использования с более высокой мощностью. Для этого увеличим мощность в 2 раза, до 500 кВт. Ближайшее стандартная мощность трансформатора 630 кВА.

Питание для временной КТПП, будет подведено от существующего кабеля 10 кВ, от центральной трансформаторной подстанции №2.

Расчет токов короткого замыкания. Токи короткого замыкания (КЗ) необходимы для выбора электро­оборудования, расчета и проверки действия релейной защиты.

Для линий 0,4 и 10 кВ выбираются типы опор, изоляторов, траверс, крючьев, длины пролетов; указываются габаритные размеры линий; рассчитывается потребное количество основных элементов. В настоящее время используются кабельные опоры стационарного исполнения. Предварительно забетонивают опоры, и после окончания демонтируют при помощи газовых горелок, либо другим способом. В нашем проекте предусмотрено применение временных опор ВО-6л, которые устанавливаются на ровную поверхность, без предварительных строительных работ, кроме разравнивания площадки размером 1м*1м. Что в свою очередь экономит время на монтаж и подключение кабельных линий, с последующим демонтажем, не требующих больших трудозатрат.

В наружных линиях 0,4 кВ провода выбираются по допустимой потере напряжения или по экономическим интервалам нагрузок. Выбранные провода проверяются по нагреву. Повода и кабели выбираем с изоляцией не поддерживающей горения.

В проекте необходимо выбрать, рассчитать, проверить на чувствительность и согласовать между собой защиты следующих элементов электрической сети: линий 0,4 кВ, трансформатора 10/0,4 кВ и линии 10 кВ. Линии 0,4 кВ защищаются, как правило, автоматическими выключателями (АВ), у которых тепловой расцепитель выполняет роль максимальной токовой защиты с выдержкой времени отключения (МТЗ), электромагнитный расцепитель – защиты без выдержки времени отключения, т.е. токовой отсечки (ТО).

Силовой трансформатор защищается предохранителем типа ПКТ-10, устанавливаемом со стороны 10 кВ, кабельная линия 10 кВ защищается МТЗ и ТО, действующими на отключение выключателя в начале линии.

На линиях 0,4 кВ, питающих трехфазные потребители, устанавливаются автоматические выключатели непосредственно у потребителя, и на подстанции. Наиболее распространенным потребительским выключателем является автоматический выключатель серии ВА.

Для перевода питания по временной схеме электроснабжения потребителей ТП-18, необходимо доставить КТПП на место и привести в рабочее состояние. Подготовить необходимый материал, инструмент и приспособления для монтажа кабельных линий, так как расположение КТПП дальше по расстоянию, чем существующая подстанция, необходимо нарастить кабели с применением кабельных муфт. Подключить КТПП на холостой ход. Поочередно отключая электроприемники от старой подстанции, переводить их питание на временную КТПП. Когда все электроприемники будут переведены на КТПП, нужно снять питание с ТП-18.

Вывод.

Передвижная комплектная трансформаторная подстанция, является оптимальным, в качестве временного источника питания, по условиям работы.

Внедрение передвижной комплектной трансформаторной подстанции, это самый экономичный вид источника питания, в плане затрат на материалы и обслуживание.

ПКТП не требует при установке больших площадей.

ПКТП требуется немного времени для приведения в рабочее состояние.

В дальнейшем при окончании реконструкции ТП-18, ПКТП подлежит консервации, что не требует больших усилий, времени и площадей для хранения.

Срок службы ПКТП до 30 лет, что в свою очередь является долгосрочным вложением.

Список используемых источников и литературы

Альтернативная энергетика // Википедия. [2020—2020]. Дата обновления: 18.04.2020. URL: https://ru.wikipedia.org/?oldid=106439559 (дата обращения: 18.04.2020).

Антарис-10 [Электронный ресурс] // Сайт ООО «Умная Энергия». 2014 – 2019. URL: https://clever-energy.ru/shop/antaris-10/ (дата обращения: 21.04.2020).

Ветра в Челябинской области [Электронный ресурс] // Сайт ООО «Компания Энердживинд». 2011 – 2020. URL: http://energywind.ru/recomendacii/karta-rossii/ural/chelyabinskaya-oblast (дата обращения: 19.04.2020).

Дизельный генератор АД-400 (ЯМЗ) [Электронный ресурс] // Сайт ООО «Компания Дизель». 2006 – 2020. URL: https://www.comd.ru/catalog/dizelnye-elektrostancii-tsena-des/professional/dgu-dizel-generatory-yamz/dizelnaya-elektrostanciya-400-kvt-ad-400-t400-yamz (дата обращения: 23.04.2020).

ПАО «Челябинский цинковый завод» (ПАО «ЧЦЗ») [Электронный ресурс] // Сайт ООО «УГМК-Холдинг». 2020. URL:http://zinc.test.ugmk.com/ru/about/o-nas(дата обращения: 23.02.2020).

Передвижные ПКТП [Электронный ресурс] // Сайт Уральского Завода Трансформаторных Технологий. 2020. URL: http://uztt.ru/ktp/peredv (дата обращения: 22.04.2020).

Приказ Минэнерго России от 13.01.2003 N 6 (ред. от 13.09.2018) «Об утверждении Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей» (Зарегистрировано в Минюсте России 22.01.2003 № 4145) // СПС КонсультантПлюс.

Софар 500000 TL [Электронный ресурс] // Сайт ООО «Умная Энергия». 2014 – 2019. URL: https://clever-energy.ru/shop/sofar_500000tl (дата обращения: 21.04.2020).

Справочная информация: «Правила устройства электроустановок (ПУЭ)» (Материал подготовлен специалистами КонсультантПлюс) // СПС КонсультантПлюс.

Фундамент // Википедия. [2020—2020]. Дата обновления: 23.04.2020. URL: https://ru.wikipedia.org/?oldid=106526395 (дата обращения: 23.04.2020).

Шквал // Википедия. [2019—2019]. Дата обновления: 02.09.2019. URL: https://ru.wikipedia.org/?oldid=101944099 (дата обращения: 02.09.2019).

Приложение 1

Рисунок 1 – Вид Челябинского цинкового завода, расположение ТП-18.

Рисунок 2 – Вид ТП-18.

Рисунок 3 – Трансформатор и распределительное устройство ТП-18.

Рисунок 4 – Контакты предохранителя после короткого замыкания.

Рисунок 5 – Ветрогенератор горизонтальный ANTARIS 10.0 кВт

Рисунок 6 – Сетевая солнечная электростанция

SOFAR_500кВт

Рисунок 7 – Сетевой солнечный инвертор SOFAR 50000TL 3-фазы

Рисунок 8 – Солнечная батарея поликристаллическая TopRay Solar

Рисунок 9 – Дизельный генератор АД-400 (ЯМЗ)

Рисунок 10 – Варианты исполнения Дизельного генератора АД-400.

Рисунок 11 – Передвижная комплектная трансформаторная подстанция КТПП-630

Рисунок 12 – Временная опора для кабельных линий ВО-6л.

Рисунок 13 – 3D-модель расположения КТПП.

Рисунок 14 – 3D-модель расположения КТПП.

Рисунок 15 – 3D-модель КТПП.

1 ПАО «Челябинский цинковый завод» (ПАО «ЧЦЗ») [Электронный ресурс] // Сайт ООО «УГМК-Холдинг». 2020. URL:http://zinc.test.ugmk.com/ru/about/o-nas (дата обращения: 23.02.2020).

2 Альтернативная энергетика // Википедия. [2020—2020]. Дата обновления: 18.04.2020. URL: https://ru.wikipedia.org/?oldid=106439559 (дата обращения: 18.04.2020).

3 Ветра в Челябинской области [Электронный ресурс] // Сайт ООО «Компания Энердживинд». 2011 – 2020. URL: http://energywind.ru/recomendacii/karta-rossii/ural/chelyabinskaya-oblast (дата обращения: 19.04.2020).

4Антарис-10 [Электронный ресурс] // Сайт ООО «Умная Энергия». 2014 – 2019. URL: https://clever-energy.ru/shop/antaris-10/ (дата обращения: 21.04.2020).

5Ветра в Челябинской области [Электронный ресурс] // Сайт ООО «Компания Энердживинд». 2011 – 2020. URL: http://energywind.ru/recomendacii/karta-rossii/ural/chelyabinskaya-oblast (дата обращения: 19.04.2020).

6 Софар 500000 TL [Электронный ресурс] // Сайт ООО «Умная Энергия». 2014 – 2019. URL: https://clever-energy.ru/shop/sofar_500000tl (дата обращения: 21.04.2020).

7Дизельный генератор АД-400 (ЯМЗ) [Электронный ресурс] // Сайт ООО «Компания Дизель». 2006 – 2020. URL: https://www.comd.ru/catalog/dizelnye-elektrostancii-tsena-des/professional/dgu-dizel-generatory-yamz/dizelnaya-elektrostanciya-400-kvt-ad-400-t400-yamz (дата обращения: 23.04.2020).

8 Шквал // Википедия. [2019—2019]. Дата обновления: 02.09.2019. URL: https://ru.wikipedia.org/?oldid=101944099 (дата обращения: 02.09.2019).

9 Передвижные ПКТП [Электронный ресурс] // Сайт Уральского Завода Трансформаторных Технологий. 2020. URL: http://uztt.ru/ktp/peredv (дата обращения: 22.04.2020).

10 Фундамент // Википедия. [2020—2020]. Дата обновления: 23.04.2020. URL: https://ru.wikipedia.org/?oldid=106526395 (дата обращения: 23.04.2020).

Просмотров работы: 11