Учебная работа. Принципы энергоснабжения предприятий

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Принципы энергоснабжения предприятий

Введение

предохранитель трансформатор замыкание

Проектирование распределительных сетей промышленных предприятий, вызвано появлением нового более мощного и быстродействующего оборудования. поэтому необходимо учесть применение методов компенсации реактивной мощности и обеспечение надежного электроснабжения потребителей промышленного предприятия.

Под системой электроснабжения промышленного предприятия понимается совокупность электрических сетей всех напряжений, расположенных на территории предприятия и предназначенных для электроснабжения его потребителей.

учитывая беспрерывное развитие существующих промышленных предприятий и появление новых, а также все увеличивающиеся масштабы электрической энергии, передаваемые через системы электроснабжения предприятий, вопросы рационального построения таких все более становятся актуальными.

Проектирование системы внутреннего электроснабжения основывается на общих принципах построения схем внутризаводского распределения электроэнергии. характерной особенностью схем внутризаводского распределения электроэнергии является большая разветвленность сети и наличие большого количества коммутационно-защитной аппаратуры, что оказывает значительное влияние на технико-экономические показатели и на надежность системы электроснабжения.

1. Характеристика электроприемников цеха

Потребители рассматриваемого цеха относятся ко II и III категории надежности. По режиму работы на предприятии существует три характерные группы приемников:

— Приемники, работающие в режиме с продолжительно неизменной или мало меняющейся нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без превышения температуры отдельных частей машины или аппарата выше допустимой.

ЭП 1 категории — вентиляторы.

— Приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки. В этом режиме рабочий период машины или аппарата не настолько длителен, чтобы температура отдельных частей машины или аппарата могла достигнуть установившегося значения. Период остановки машины или аппарата настолько длителен, что машина практически успевает охладиться до температуры окружающей среды. К этой группе приемников относятся электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков (механизмы подъема поперечины, зажимы колонн, двигатели быстрого перемещения суппортов и др.), гидравлических затворов;

ЭП 2 категории — станки.

— Приемники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные рабочие периоды машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения и длительностью цикла. В повторно-кратковременном режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неограниченное время, причем превышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. К этой группе относятся приемников относятся сварочные аппараты и др.

ЭП 3 категории — сварочные преобразователи.

По роду тока все потребители электроэнергии цеха относятся к потребителям переменного тока частотой 50 Гц на напряжении 0,4 кВ. Все потребители трёхфазные.

2. Расчет электрических нагрузок цеха (по первому этапу)

Для расчета трехфазных электрических нагрузок применим метод коэффициента расчетной нагрузки. Область применения метода — расчет электрических нагрузок общепромышленного назначения. Данный метод не применяется для расчета электрических нагрузок с резко переменным графиком нагрузки, промышленного электротранспорта, жилых и общественных зданий, а также для расчета нагрузки электроприемников с известным графиком нагрузки.

Исходные данные для расчета: типы и виды электроприемников, их номинальная мощность, которая определяется по заданию технологов, а также коэффициент использования и коэффициент эффективной мощности из справочных данных.

Порядок расчета электрических нагрузок:

— Определяется суммарная номинальная мощность по каждой характерной категории, активная и реактивная.

Так как ПВ для всех двигателей 100%, то паспортная мощность равна номинальной согласно выражению:

(1)

Для примера рассчитывается категория 2 — станки. Суммарная мощность группы горизонтально-шлифовальных станков 28-30, 63

; (2)

;

где n — число электроприёмников.

Определение средних мощностей по каждой характерной категории.

Для группы горизонтально-шлифовальных станков 28-30, 63

; (3)

.

где m — число характерных категорий ЭП.

По формулам (1) — (3) расчёт ведётся для каждой группы станков. далее нагрузки суммируются по категории и расчёт проводится для всех станков.

Определяется средневзвешенный коэффициент использования группы ЭП:

(4)

— Нахождение эффективного числа электроприемников.

Эффективное число ЭП — это такое число ЭП одинаковой мощности с однородным режимом работы, которое обуславливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа ЭП различной мощности.

полученное значение округляем до ближайшего большего. Если окажется, что эффективное число ЭП больше фактического числа ЭП, то принимаем .

. (5)

Фактическое число ЭП категории 75, поэтому .

Коэффициент расчетной нагрузки — это отношение расчетной активной мощности к средней. Определяется по эффективному числу электроприемников и средневзвешенному коэффициенту использования. Коэффициент расчетной нагрузки определяется в зависимости от постоянной времени нагрева сети (T0). Для сетей < 1 кВ, питающих распределительные шинопроводы, пункты сборки и щиты, постоянная времени нагрева сети T0 = 10 мин. и коэффициент Кр определяется по соответствующей таблице методики расчета /1/.

Для магистральных шинопроводов и цеховых трансформаторов Т0 = 2,5 часа и — Определение расчетной активной и реактивной мощности.

Расчетные нагрузки определяются для всей характерной категории в целом. Под расчетной нагрузкой понимают такую мощность соответствующей неизменной токовой нагрузки, которая эквивалентна фактически изменяющейся во времени нагрузке по наибольшему возможному тепловому воздействию на элемент системы электроснабжения. В качестве времени наблюдения принят интервал, равный 3Т0. Вероятность превышения фактической нагрузки над расчетной в принятом интервале наблюдения не должна превышать 0,05.

, при nэф ³ 2;

, при nэф = 1.

Для питающих сетей напряжением до 1 кВ:

, при nэф £ 10, Кр ³ 1;

, при nэф > 10, Кр ³ 1.

Для магистральных шинопроводов, для шин цеховых трансформаторных подстанций, при определении реактивной мощности по цеху корпуса или предприятия в целом:

, Кр £ 1.

Для категории 2:

Кр=1,2,

Для внутрицехового освещения принимаем к установке люминесцентные светильники марки ЛС-004. Данные светильники подвесного типа с рассеивателем и решеткой. В них устанавливаем лампы ЛБ 2х40 Вт. Степень защиты IP20 (защита от прикосновения к токоведущим частям и каплезащищённые). необходимая плотность осветительной нагрузки 200 Вт/м2 с учётом подвеса светильников на высоте 2-3 м. при высоте рабочей поверхности 0.8 м:

.

Нагрузки остальных категорий и цеха в целом с учётом освещения показаны в таблице 1.

Таблица 1 — Расчётные нагрузки цеха

Исходные данныеСредняя мощность группы ЭПЭф. число ЭПКрРасчётные мощностипо заданиюсправочные данныенаименование ЭПN, шт.Рмакс, кВтРномУ, кВтКИtg(ц)РСР, кВтQСР, кВарnЭРР, кВтQР, кВарSР, кВАХарактерная категория №1Вентустановка20400,180,757,2052321,65,922,420характерная категория №2Горизонтально — шлифовальный415600,141,178,49,8Токарный с ЧПУ9343060,141,7342,874,1Токарный полуавтомат10202000,141,1728,032,8Горизонтально — фрезерный6301800,141,1725,229,5Вертикально — фрезерный516800,141,1711,213,1Резьбонакатный автомат328840,141,1711,813,8Токарно- винторезный617990,141,1713,916,2Кругло- шлифовальный411440,161,177,08,2Вертикально-сверлильный414540,141,177,68,8Токарно-револьверный16223520,141,1749,357,7Токарно-винторезный311330,141,174,65,4Плоско- шлифовальный212240,161,173,84,5Радиально-сверлильный325750,141,1710,512,3итого по категории753415910,141,21224,1286,2751,2268,9286,2392,7Характерная категория №3Сварочный преобразователь8806400,21,73128,0221,481,1140,8243,6281,3итого по цеху858022710,161,22359,3513,0571,05377,3513,0636,8освещение4,80,91,334,35,74,35,77,2итого нагрузка в целом8580,02271,00,21,2363,6518,856,81,05381,6518,8644,0

3. Выбор числа и мощности трансформаторов ктп с учетом компенсации реактивной мощности

выбираем мощность трансформатора КТП, кВА:

, (6)

где Nколичество устанавливаемых в ТП трансформаторов, принимаемое 1, так как в цехе присутствует 2 и 3 категория,

Кз — коэффициент загрузки трансформатора, равный 0,9.

Определяем наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передать в сеть 0,4 кВ через трансформатор, кВАр:

. (7)

Определяем мощность низковольтных батарей конденсаторов:

кВАр. (8)

дополнительная мощность НБК:

Qнк2 = Qнк1г ∙ NтSт = 519 — 100 — 0.4 ∙ 1 ∙ 630 = 180 кВар. (9)

Определяется суммарная мощность низковольтных батарей конденсаторов:

Qнк = Qнк1+ Qнк2= 99 + 180 = 279 кВАр. (10)

устанавливаются НБК — 0,4-300У1 мощностью 300 кВар.

4. Выбор и проверка питающего кабеля напряжением 10 КВ

Выбор питающего кабеля напряжением 10 кВ проводится по нагреву длительно расчётным током.

Расчетный ток определяется по формуле:

. (11)

выбираем кабель марки АПвП (3х25) (алюминиевые жилы с изоляцией из сшитого полиэтилена) с А при прокладке в траншеях, /2/.

Необходимое условие

, (12)

.

Проверка КЛ-10 кВ по потери напряжения:

, (13)

Выбранный кабель проходит по всем условиям проверки.

сеть 10 кВ выполняется с изолированной нейтралью трёхжильным кабелем марки АПвП (3х25).

5. Выбор места расположения КТП

При проектировании, с целью определения места расположения цеховой КТП строится картограмма нагрузок. Картограмма представляет собой размещение на генеральном плане цеха окружности, площадь которых соответствует выбранном масштабе расчетным нагрузкам.

Радиусы окружностей определяются для примера для вентустановок 72-73 по формуле:

, (14)

где тэлектрический масштаб, принимаем 10 кВт/см.

Условный центр электрических нагрузок определяется по формулам:

; (15)

. (16)

Радиусы окружностей приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Данные для построения картограммы нагрузок цеха

№ на планеN, шт.Р ГР, кВтDокр, ммXY72,73212123,80,228-30,63488333356-61,74-7662886110,53144434,50,511-14,32-37442235,23,8663281,52,124-27,31,514100361,32,948-50,54-55330203,22,8220161,5183-85387335,30,515-206108371,6343-45,623151411,852-53,86-87228190,41,8228195,50,21-10,77-8210180482,33,56108375,5138-42550253,82,246,47236212,11,864-718400712,7121-233126403,63

Центр нагрузок показан на рисунке 1. Помещение под ТП перемещается ближе к ЦЭН. ТП устанавливается снаружи здания цеха ближе к группе сварочных преобразователей.

рисунок 1 — ЦЭН

6. Разработка двух вариантов схемы низковольтного электроснабжения

Сети напряжением до 1 кВ служат для распределения электроэнергии внутри цехов промышленных предприятий и осуществляют непосредственное питание электроприемников (ЭП). Схема внутрицеховой сети определяется технологическим процессом производства, планировкой помещений цеха, взаимным расположением ЭП и вводом питания, ТП, требованиям бесперебойности электроснабжения, технико-экономическими соображениями, условиями окружающей среды.

По своей структуре схемы электрических сетей цеха могут быть радиальными, магистральными и смешанными.

радиальные схемы применяются при наличии сосредоточенных нагрузок с неравномерным распределением их по площади цеха, во взрыво- и пожароопасных и др. цехах и выполняются кабелями или изолированными проводами. Они могут быть применены для нагрузок любой категории надежности.

Магистральные схемы обладают гибкостью, что позволяем заменять технологическое оборудование без особых изменений электрической сети. Магистральные схемы целесообразно применять для питания силовых и осветительных нагрузок, распределенных относительно равномерно по площади цеха, а также для питания групп ЭП, принадлежащих одной технологической линии.

В смешанных схемах от главных питающих магистралей и их ответвлений ЭП питаются через РШ или ШРА в зависимости от расположения оборудования в цехе присоединяемые к ближайшим шинопроводам.

Для электроснабжения потребителей цеха используется ШРА и СП запитанные кабелями АПвП.

7. Расчет электрических нагрузок для разработки низковольтной сети (по второму этапу)

Расчет ведется методом коэффициента расчетной нагрузки по формулам (1) — (5) показанным в п. 2. План цеха с линиями 0,4 кВ показан на рисунке 2.

рисунок 2 — Варианты выполнения сети 0,4 кВ цеха

Результаты расчёта показаны в таблице 3.

Таблица 3 — Расчётные нагрузки ШРА и СП

Исходные данныеСредняя мощность группы ЭПЭф. число ЭПКрРасчётные мощностипо заданиюсправочные данныенаименование ЭПN, шт.Рмакс, кВтРномУ, кВтКИtg(ц)РСР, кВтQСР, кВарnЭРР, кВтQР, кВарSР, кВАВАРИАНТ №1ШРА 1Токарный с ЧПУ834272,00,141,7338,165,9Вертикально — фрезерный216320,141,174,55,2Кругло- шлифовальный111110,161,171,82,1Горизонтально — шлифовальный115150,141,172,12,5Сварочный преобразователь8806400,21,73128,0221,4Вентустановка220400,180,757,25,4Резьбонакатный автомат328840,141,1711,813,8Токарно-револьверный322660,141,179,210,8итого по категории28801160,00,171,26202,6327,0281,05213327390ШРА 2Вертикально-сверлильный213,527,00,141,173,84,4Кругло- шлифовальный31133,00,161,175,36,2Плоско- шлифовальный21224,00,161,173,84,5Вертикально — фрезерный31648,00,141,176,77,9Токарно- револьверный32266,00,141,179,210,8Горизонтально — фрезерный630180,00,141,1725,229,5Токарный с ЧПУ13434,00,141,734,88,2Горизонтально — шлифовальный31545,00,141,176,37,4Токарно-винторезный51155,00,141,177,79,0Токарный полуавтомат620120,00,141,1716,819,7итого по категории3434632,00,141,2389,6107,5371,199108146ШРА 3Токарно-револьверный1022220,00,141,1730,836,0Токарный полуавтомат420800,141,1711,213,1Радиально-сверлильный325750,141,1710,512,3Токарно-винторезный611660,141,179,210,8итого по категории2325441,00,141,1761,772,2351,1687299ВАРИАНТ №2СП 1Токарный с ЧПУ634204,00,141,7328,649,4Вертикально — фрезерный216320,141,174,55,2Кругло- шлифовальный111110,161,171,82,1Горизонтально — шлифовальный130300,141,174,24,9Вертикально-сверлильный213,5270,141,173,84,4итого по категории1234304,00,141,2842,866,0121,2516684СП 2Токарный полуавтомат620120,00,141,1716,819,7Кругло- шлифовальный31133,00,161,175,36,2Горизонтально — фрезерный430120,00,141,1716,819,7Горизонтально — шлифовальный115150,141,172,12,5Плоско- шлифовальный21224,00,161,173,84,5итого по категории1630312,00,141,1744,852,4161,1495272СП 3Токарно-револьверный5221100,141,1715,418,0Токарно-винторезный611660,141,179,210,8итого по категории1122176,00,141,1724,628,8111,2302941кабель питания СП 1-2-3Токарный с ЧПУ634204,00,141,7328,649,4Вертикально — фрезерный216320,141,174,55,2Кругло- шлифовальный111110,161,171,82,1Горизонтально — шлифовальн.130300,141,174,24,9Вертикально-сверлильный213,5270,141,173,84,4Токарный полуавтомат620120,00,141,1716,819,7Кругло- шлифовальный31133,00,161,175,36,2Горизонтально — фрезерный430120,00,141,1716,819,7Горизонтально — шлифовальный115150,141,172,12,5Плоско- шлифовальный21224,00,161,173,84,5Токарно-револьверный5221100,141,1715,418,0Токарно-винторезный611660,141,179,210,8итого по категории39347920,141,22112,2147,3471,05117,9147,3188,7СП 4Вентустановка220400,180,757,25,4Сварочный преобразователь8806400,21,73128,0221,4итого по категории1080680,00,201,24135,2226,8101,05142227268СП 5Токарный с ЧПУ334102,00,141,7314,324,7Токарно-револьверный6221320,141,1718,521,6Резьбонакатный автомат328840,141,1711,813,8Вертикально-сверлильный213,5270,141,173,84,4итого по категории1434345,00,141,3148,364,5141,15566585СП 6Токарно-винторезный51782,50,141,1711,613,5Вертикально — фрезерный316480,141,176,77,9Горизонтально — фрезерный13030,00,141,174,24,9итого по категории930160,50,141,1722,526,3111,3292639СП 7Токарно-револьверный5221100,141,1715,418,0Радиально-сверлильный325750,141,1710,512,3Горизонтально — шлифовальный21530,00,141,174,24,9Горизонтально — фрезерный13030,00,141,174,24,9Токарный полуавтомат420800,141,1711,213,1итого по категории1530325,00,141,1745,553,2151,2555376кабель питания СП 4-5-6-7Вентустановка220400,180,757,25,4Сварочный преобразователь8806400,21,73128,0221,4Токарный с ЧПУ334102,00,141,7314,324,7Токарно-револьверный6221320,141,1718,521,6Резьбонакатный автомат328840,141,1711,813,8Вертикально-сверлильный213,5270,141,173,84,4Токарно-винторезный51782,50,141,1711,613,5Вертикально — фрезерный316480,141,176,77,9Горизонтально — фрезерный13030,00,141,174,24,9Токарно-револьверный5221100,141,1715,418,0Радиально-сверлильный325750,141,1710,50,2Горизонтально — шлифовальный21530,00,141,174,24,9Горизонтально — фрезерный13030,00,141,174,24,9Токарный полуавтомат420800,141,1711,20,2итого по категории483015110,171,22251,5345,81011251,5345,8427,6

8. Расчет токов короткого замыкания

При электроснабжении электроустановки от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ (IП0) в килоамперах без учета подпитки от электродвигателей следует определять по формуле:

. (17)

Если электроснабжение электроустановки напряжением до 1кВ осуществляется от энергосистемы через понижающий трансформатор, то начальное значение периодической составляющей тока однофазного КЗ от системы, кА, следует рассчитывать по формуле:

. (18)

. (19)

Ударный ток трехфазного КЗ в электроустановках с одним источником энергии рассчитывается по формуле:

. (20)

Приведем пример расчета для одной точки короткого замыкания. Составим схему замещения:

рисунок 4 — Схема замещения

Сопротивление системы определяется по следующей формуле, мОм:

, (21)

где — среднее напряжение низкой стороны трансформатора, в данном случае равно 380 В;

— трехфазный ток короткого замыкания системы, равный 20 кА.

Сопротивления шинопроводов определяются по формуле:

(22)

где и — удельные сопротивления линий, мОм/м;

— длина линии, м.

В таблице 4 указаны данные по сопротивлениям элементов схемы замещения.

Таблица 4 — Значения сопротивлений схемы замещения

ЭлементRXТМ 4005,9 мОм17 мОмКабель АПРТО 4х16 мм21,95 мОм/м0,07 мОм/мВА 51-39 1000 А0,66 мОм0,13 мОмВА 51-37 630 А1,5 мОм0,5 мОмКабель АПвП 4х150 мм20,2мОм/м0,06 мОм/мсистема11 мОмПереходное сопротивление15 мОм + 5 мОм на каждой ступени

необходимо учитывать переходное сопротивление 5 мОм на каждой ступени по мере удаления от шин КТП.

.

постоянная затухания апериодической составляющей:

.

Ударный коэффициент:

.

Ударный ток трехфазного КЗ:

.

Ток однофазного короткого замыкания:

Для остальных точек расчёт ведётся аналогично, результат показан в таблице 5.

Таблица 5 — Токи КЗ

Точка КЗХУ, мОмRУ, мОмZУ, мОмI(3), кАI(1), кАТа, сКудIуд, кАК128,221,535,56,54,90,0041,09210,0К230,534,245,95,03,80,0031,0307,3К332,697,7103,02,21,70,0011,0003,29. Выбор и проверка проводников сети (шинопроводов, кабелей, проводов, силовых пунктов)

Проводники электрических сетей от проходящего по ним тока согласно закону Джоуля — Ленца нагреваются, поэтому устанавливаются предельно допустимые значения температуры нагрева проводников в зависимости от марки и материала изоляции проводника в различных режимах.

Длительно протекающий по проводнику ток, при котором устанавливается наибольшая длительно допустимая температура нагрева проводника, называется предельно допустимым током по нагреву:

, (23)

где — поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей.

Выбор проводников

Расчётный ток шинопроводов и силовых шкафов определяется по формуле (11) и для ШРА1 варианта 1 составляет:

Выбирается шинопровод распределительный ШРА73-630-УЗ (рисунок 5) и осветительный ШОС-63 (рисунок 6).

рисунок 5 — Шинопровод ШРА73-630-УЗ

рисунок 6 — Шинопровод ШОС-63 со светилниками

Выбор шинопроводов и силовых пунктов проводится по таблице 6.

Таблица 6 — Выбор марки и сечения шинопроводов и силовых пунктов

Элемент сетиIp, АМаркаВариант 1ШРА1454ШРА73-630-У3ШРА2182ШРА73-250-У3ШРА3148ШРА73-250-У3ШОС10ШОС-63Вариант 2СП1148СШ-10-630СП279СШ-10-630СП367СШ-10-630кабель питания СП 1-2-32812хАПвП-4х95 (Iдоп=170)СП4238СШ-10-630СП5134СШ-10-630СП637СШ-10-630СП7111СШ-10-630кабель питания СП 4-5-6-74632хАПвП-4х150 (Iдоп=235)

Для варианта 2 применяются силовые пункты СШ-10-630 на ток 630 А и количеством присоединений до 15 (рисунок 7).

Рисунок 7 — Силовой пункт СШ-10-630

Номинальные токи вентустановок определяются, А:

, (24)

По полученным данным выбираем для сети с глухозаземлённой нейтралью:

четырёхжильный кабель марки АПвП с алюминиевыми жилами, изоляцией из сшитого полиэтилена;

четырёхжильный провод марки АПРТО с алюминиевыми жилами, с резиновой изоляцией, в оплётке для прокладки в трубах.

Данные покажем в таблице 7.

Таблица 7 — Выбор марки и сечения кабелей и проводов питающих ЭП

ГруппаНомер на планеР ном, кВтКиtg(ц)cos(ц)Iр, АВентустановка72,7320,00,180,750,8040Горизонтально — шлифовальный28-30,6315,00,141,170,6537Токарный с ЧПУ56-61,74-7634,00,141,730,50109Токарный полуавтомат11-14,32-3720,00,141,170,6549Горизонтально — фрезерный24-27,31,5130,00,141,170,6574Вертикально — фрезерный48-50,54-5516,00,141,170,6540Резьбонакатный автомат83-8528,00,141,170,6569Токарно-винторезный15-2016,50,141,170,6541Круглошлифовальный43-45,6211,00,161,170,6527Вертикально-сверлильный52-53,86-8713,50,141,170,6533Токарно-револьверный1-10,77-8222,00,141,170,6554Токарно-винторезный38-4211,00,141,170,6527Плоскоошлифовальный46,4712,00,161,170,6530Сварочный преобразователь64-7180,00,201,730,50257Радиально-сверлильный21-2325,00,141,170,6562

Проверка проводников

Для оценки правильности выбора сечений проводников необходимо провести проверку. выбранные по длительному току и согласованные с током защиты аппаратов сечения внутрицеховых электрических сетей должны быть проверены на потерю напряжения. Нормированных значений для потери напряжения не установлено. однако, зная напряжение на шинах источника питания и подсчитав потери напряжения в сети, определяют напряжение у потребителя.

Условие проверки на потерю напряжения:

ДU < ДUдоп., (25)

Для примера рассчитаем потерю напряжения в ШРА-1, %:

Результаты расчета потери напряжения и сведем в таблицу 8 и 9.

Таблица 8 — потери напряжения в элементах распределительной сети

Элемент сетиРР, кВтQР, кВарL, кмrуд, Ом/кмxуд, Ом/кмДU, %ШРА 11702640,030,0950,110,8ШРА 284930,0350,210,210,8ШРА 370750,0540,210,211,0кабель питания СП 1-2-31181540,0420,330,051,2кабель питания СП 4-5-6-71942550,0360,210,051,2

Таблица 9 — Данные для расчета потерь напряжения в КЛ питающих ЭП

ГруппаНомер на планеР ном, кВтL, мF, мм2ДU, %Вентустановка72,7320,010160,2Горизонтально — шлифовальный28-30,6315,010160,2Токарный с ЧПУ56-61,74-7634,030950,2Токарный полуавтомат11-14,32-3720,030250,5Горизонтально — фрезерный24-27,31,5130,030350,5Вертикально — фрезерный48-50,54-5516,020250,3Резьбонакатный автомат83-8528,010350,2Токарно-винторезный15-2016,510350,1Круглошлифовальный43-45,6211,010250,1Вертикально-сверлильный52-53,86-8713,510100,3Токарно-револьверный1-10,77-8222,030160,8Токарно-винторезный38-4211,020250,2Плоскоошлифовальный46,4712,020160,3Сварочный преобразователь64-7180,0201500,2Радиально-сверлильный21-2325,010700,1

наибольшая потеря напряжения по пути кабель питания СП 4-5-6-7 — ЭП 6 составляет . Так как ДU равно ДUдоп = 5%, то для всех КЛ условие по потере напряжения соблюдается.

Шинопроводы и силовые пункты проверяются на электродинамическую стойкость по условию:

iуд< iуд.доп, (26)

где iуд.допдопустимая электродинамическая стойкость, кА.

Таблица 10 — Проверка шинопровода на электродинамическую стойкость

Шинопровод/силовой пунктiуд, кАi уддоп, кАУсловие проверкиШРА11014iуд< iуд.доп,ШРА21014iуд< iуд.доп,ШРА31014iуд< iуд.доп,СП17,312iуд< iуд.доп,СП27,312iуд< iуд.доп,СП37,312iуд< iуд.доп,СП47,312iуд< iуд.доп,СП57,312iуд< iуд.доп,СП67,312iуд< iуд.доп,СП77,312iуд< iуд.доп,

Так как ударный ток шинопровода и силовых пунктов меньше допустимого значения электродинамической стойкости, то условие на электродинамическую стойкость соблюдается.

10. Выбор и проверка автоматических выключателей, предохранителей

Согласно ПУЭ от перегрузок необходимо защищать силовые и осветительные сети, выполненные внутри помещений в том числе и силовые сети, когда по условиям технологического процесса или режима их работы могут возникнуть длительные перегрузки.

Для защиты электрических сетей напряжением до 1 кВ применяют плавкие предохранители и автоматические выключатели.

В курсовом проекте защита шинопроводов выполняется автоматическими выключателями, защита электроприемников осуществляется плавкими вставками предохранителей.

Выбор и проверка плавких предохранителей

Плавкие предохранители выбирают по условиям:

; (27)

; (28)

где Iном.вст — номинальный ток плавкой вставки, А;

Iном.эп — номинальный ток отдельного ЭП, А;

Iпуск — пусковой ток ЭП, который находится по формуле (29).

, (29)

где Кп — кратность пуска, равная 3.

Выберем плавкие вставки предохранителей на примере для вентиляторов с Iном = 12 А.

Пусковые токи двигателей вентиляторов определяются как:

Iпуск =3Iном = 36 А;

Iном.вст > Iном; 20 > 12;

выбираем номинальный ток плавкой вставки — Iном.вст = 20 А, а предохранитель типа НПН-60/20.

Таблица 11 — Выбор плавких вставок и типа предохранителей

ГруппаНомер на планеIр, АIпуск, АIпуск/2,5 АТип предохранителяIпл.встВентустановка72,734012048ПН-2-10080Горизонтально — шлифовальный28-30,633711144ПН-2-10080Токарный с ЧПУ56-61,74-76109327131ПН-2-250150Токарный полуавтомат11-14,32-374914859НПН-6060Горизонтально — фрезерный24-27,31,517422289ПН-2-100100Вертикально — фрезерный48-50,54-554011947НПН-6050Резьбонакатный автомат83-856920883ПН-2-100100Токарно-винторезный15-204112249ПН-2-100100Круглошлифовальный43-45,62278233НПН-6040Вертикально-сверлильный52-53,86-873310040НПН-6050Токарно-револьверный1-10,77-825416365ПН-2-10080Токарно-винторезный38-42278233НПН-6060Плоскоошлифовальный46,47308936НПН-6060Сварочный преобразователь64-71257770308ПН-2-400400Радиально-сверлильный21-236218574ПН-2-100100

Проводится проверка предохранителей.

. Проверка по согласованию выбранной вставки с сечением выбранного кабеля осуществляется по условию:

Iв < 3 · Iдл.доп, (30)

где Iв — номинальный ток плавкой вставки, А;

Iдл.доп — длительно допустимый ток, А.

Результаты проверки по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети для вариантов представлены в таблице 12.

Таблица 12 — Проверка плавких вставок предохранителей

ГруппаIр, АIпл.вст, АIдлдоп, А3*Iдлдоп, АБлижний ЭП сварочные аппараты160200184552дальний ЭП токарно-револьверные станки446055165

. Проверка по чувствительности к токам КЗ осуществляется по условию:

I(1)кзmin > 3 · IНОМ.ВСТ. (31)

Таблица 15 — Проверка предохранителей по чувствительности к токам КЗ

Элемент сетиМарка пред-яI(1)кзmin, АIНОМ.ВСТ, АI(1)кзmin > 3 · IНОМ.ВСТтокарно-револьверные станки (удаленный ЭП)НПН-601700601700 > 120

выбранные предохранители удовлетворяют требованиям чувствительности.

Выбор и проверка автоматических выключателей

Автоматические выключатели выбирают по условиям:

Iном. расц > Iр.max; (31)

Iср.эл. > (1.25-1.35) Iп; (32)

где Iном.расц — номинальный ток расцепителя, А;

Iр.max — наибольший расчетный ток нагрузки, А;

Iп — пиковый ток, А;

Iср.эл — ток срабатывания электромагнитного расцепителя.

Iср.эл = (7-14) · Iном.расц; (33)

Iп = Iр + (kп -1)·Iном.max; (34)

где Iном.max — наибольший из токов группы ЭП, А;

Iр — расчетный ток группы ЭП, А.

Результат расчёта сведём в таблицу 6.

Таблица 6 — Выбор автоматических выключателей

Элемент сетиIр, АIном. расц/ Iср.эл, АIп, АТип выключателякабель питания СП 1-2-3281400/2000593ВА 51-35кабель питания СП 4-5-6-7463630/2000944ВА 51-37ШОС1016/16048ВА 51-31ввод7881000/30001270ВА 51-39

выбранные аппараты защиты необходимо проверить по чувствительности к токам короткого замыкания.

Автоматические выключатели необходимо проверять во-первых по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети, во-вторых по чувствительности к токам КЗ.

. Проверка по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети осуществляется по условию:

Iном.расц < 1,5 · Iдл.доп, (37)

где Iном.расц — номинальный ток расцепителя, А;

Iдл.доп — длительно допустимый ток элемента сети, А.

Проверка по согласованию теплового расцепителя с сечением представлена в таблице 12.

Таблица 12 — Проверка автоматических выключателей

Элемент сетиТип выключателяIдл.доп, АIном. расц, АIном.расц < 1,5 · Iдл.допкабель питания СП 1-2-3ВА 51-35340400400 < 510кабель питания СП 4-5-6-7ВА 51-37470630630 < 705ШОСВА 51-31100100100 < 150

. Проверка по чувствительности к токам КЗ осуществляется по условию:

I(1)кзmin > 1,25 · Iср.эл, (38)

где I(1)кзminминимальный ток однофазного КЗ, А;

Iср.элток срабатывания электромагнитного расцепителя, А.

Выполним проверку по чувствительности в характерных местах схемы электроснабжения цеха.

Таблица 13 — Проверка автоматических выключателей по чувствительности к токам КЗ

Элемент сетиТип выключателяI(1)кзmin, кАIср.эл, кАI(1)кзmin > 1,25 · Iср.эл,кабель питания СП 1-2-3ВА 51-353,823,8 > 2,5кабель питания СП 4-5-6-7ВА 51-373,823,8 > 2,5ВводВА 51-394,934,9 > 3,75

11. Выбор оптимального варианта схемы низковольтного электроснабжения

Экономическое обоснование вариантов электроснабжения производится по приведенным годовым затратам.

Приведенные затраты определяются по формуле:

, (40)

где — норматив дисконтирования;

— стоимость шинопроводов, автоматов, кабелей и силовых пунктов соответственно;

руб./кВт*ч — удельная стоимость потерь электроэнергии, согласно [8];

— суммарные ежегодные отчисления на амортизацию, ремонт и обслуживание;

— потери электроэнергии в кабелях и шинопроводах.

Потери электроэнергии в кабелях и шинопроводах определяются по формуле:

,

где — рабочий ток элемента, А;

— время работы цеха, ч/год; ч/год;

— сопротивление элемента, Ом.

сравнение вариантов проводится по таблице 14.

Таблица 14 — Результаты расчёта двух вариантов электроснабжения

Вариант 1I шра1, А454Zшра1, Ом/км0,2L шра1, км0,03время работы цеха, ч8760Wшра1, кВт*ч32506I шра2, А182Zшра2, Ом/км0,24L шра2, км0,035Wшра2, кВт*ч7297I шра3, А148Zшра3, Ом/км0,25L шра3, км0,054Wшра3, кВт*ч7787Wшп, кВт*ч47590Стоимость ШРА, тыс. руб./секция6303025018Кшра1, тыс. руб.300Кшра2, тыс. руб.210Кшра3, тыс. руб.324Кшп, тыс. руб.834Стоимость ВА, тыс. руб.ВА 51-379ВА 51-357Ква, тыс. руб.23К, тыс. руб.857З, тыс. руб.184Вариант 2I кл1, А281Zкл1, Ом/км0,165L кл1, км0,042время работы цеха, ч8760Wкл1, кВт*ч14397I кл2, А463Zкл2, Ом/км0,105L кл2, км0,036Wкл2, кВт*ч21298Wшп, кВт*ч35694Стоимость КЛ и СП, тыс. руб./кмСП45АПВП-95990АПВП-1501 210Ккл95, тыс. руб.83Ккл150, тыс. руб.87Ксп, тыс. руб.315Ксп+кл, тыс. руб.485Стоимость ВА, тыс. руб.ВА 51-357ВА 51-379Ква, тыс. руб.16К, тыс. руб.501З, тыс. руб.123

Как видно из результатов расчёта, вариант 2 дешевле. таким образом, к дальнейшему рассмотрению принимаем вариант 2.

12. Прокладка проводников и конструктивное исполнение сети

СЭС цеха 0,4 кВ выполняется с помощью СП током 630 А и кабелей АПвП длиной 42 и 36 м, прокладываемых в половых проемах.

Осветительный шинопровод марки ШОС-100 прокладывается вдоль стен на высоте 3,5 м.

ЭП подключаются через кабельные спуски, прокладываются в траншеях на глубине — 0,2 м. и защищаются стальными листами.

КТП-400 устанавливается в закрытом помещении. Питание КТП осуществляется от ГПП через кабельный ввод.

защита производится автоматическими выключателями «Электрон» производства ЗАО «Контактор» г. Ульяновск (для ввода и ШРА) и предохранителями серии НПН/ПН-2 (непосредственно для электроприемников).

13. Карта селективности

Карта селективности строится в логарифмическом масштабе: по оси абсцисс откладываются токи — расчетные, пиковые и КЗ; по оси ординат — времена продолжительности пиковых токов и времена срабатывания защит по защитным характеристикам.

Карта селективности для точек К1 — К2 — К3 представлена на рисунке 8. Проверим выбранную коммутационную аппаратуру по условию селективности.

Таблица 15 — Расчётные и пусковые токи

Ступени селективностиРасчётный токПусковой токТокарно револьверный станок44133кабель питания СП 4-5-6-7463944ввод7881270

На рисунке 8 характеристика плавкой вставки на 60 А предохранителя НПН-60 для защиты электроприёмника 6 обозначена цифрой 1.

При однофазном замыкании в точке К3 вставка перегорит за 0,02 с, как видно из рисунка 8.

характеристика автоматического выключателя ВА 51-37 с параметрами Iном. расц/ Iср.эл = 630/2000 А, защищающего кабель питания СП 4-5-6-7 обозначена цифрой 2.

При коротком замыкании в точке К2 защита сработает через 0,3 с. При замыкании в точке К3 защита сработает через 1,0 с.

Характеристика автоматического выключателя ВА 51-39 с параметрами Iном. расц/ Iср.эл = 1000/3000 А, защищающего шины КТП обозначена цифрой 3.

При однофазном замыкании в точке К1 защита сработает через 0,5 с по условию селективности. При трёхфазном замыкании в точке К2 защита сработает через 0,5 с.

Т. к. время срабатывания защит увеличивается по мере удаления от ЭП, то уставки выбраны правильно.

Рисунок 8 — Карта селективности для точек К1 — К2 — К3

Заключение

В представленном курсовом проекте спроектирована и рассчитана система электроснабжения цеха. В проекте произведены расчеты электрических нагрузок для выбора трансформаторов КТП (на первом этапе), расчеты электрических нагрузок для выбора цеховой сети (на втором этапе). Выбор числа и мощности трансформаторов КТП осуществлялся с учетом компенсации реактивной мощности. основными критериями при проектировании являются техническая применимость и экономичность проекта.

Оценка выбора оптимального варианта цехового электроснабжения осуществлялась по приведенным годовым затратам на проектируемую сеть после выбора сечений проводников сети, коммутационной аппаратуры. По току КЗ проверяется сечение элементов сети и защитной коммутационной аппаратуры для принятого варианта электроснабжения.

список использованных источников

1 Барыбин Ю.Г. «Справочник по проектированию электроснабжения», М.: «Энергоатомиздат», 2006. — 456 с.

Блок В.М.: «Пособие к курсовому и дипломному проектированию», М.: «ВШ», 2004. — 568 с.

Неклепаев Б.Н. «электрическая часть электростанций», М.: «Энергоатомиздат», 2007. — 345 с.

ПУЭ, М.: «Энергоатомиздат», 2012. — 832 с.

Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования под ред. Барыбина Ю.Г., Федорова Л.Е. и др., М.: «Энергоатомиздат», 2006. — 430 с.

Трунковский А.Е. «обслуживание электрооборудования промышленных предприятий», М: Высшая школа, 2007. — 412 с.

Фёдоров А.А., Старкова Л.Е. «Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования», М.: «Энергоатомиздат», 2004. — 538 с.

Шеховцов В.П. «Расчет и проектирование схем электроснабжения.», «М. форум-Инфа-М», 2005. — 358 с.

Конюхова Е.А. «Электроснабжение объектов» М.: «АКАДЕМИЯ», 2004. — 678 с.

Учебная работа. Принципы энергоснабжения предприятий