Электроснабжение цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Задание на контрольную работу

2. Расчет характеристик электроприемников

3. Расчет электрических нагрузок

4. Выбор мощности элементов электрической сети

4.1 Выбор мощности трансформатора

4.2 Расчет сечения линий электропередачи

4.3 Выбор электрических аппаратов

5. Проверка условия срабатывания защиты от однофазных токов коротких замыканий

Список использованных источников



ВВЕДЕНИЕ

Электроснабжение - это процесс производства, преобразования, передачи и распределения электрической энергии среди электроприемников в электрифицированной жизнедеятельности человека, т.е. по сути это процесс обеспечения электроприемников электрической энергией. Получая электрическую энергию электроприемники преобразуют её в другие виды энергии (механическую, тепловую, лучистую и т.д.), необходимые для жизнедеятельности человека в различных сферах. В настоящее время, когда электрическая энергия проникла во все сферы жизни человека и появилась потребность в огромных её количествах, в большинстве случаев её производство осуществляется централизованно электроэнергетической системой, которая, по сути, обеспечивает потенциальную возможность получения потребителем электрической энергии. В этих условиях задача электроснабжения - это передача, преобразование и распределение электрической энергии, которая реализуется так называемой системой электроснабжения.

Указанная сфера деятельности человека - производство электрической энергии на промышленной основе (в электроэнергетических системах) и доведение её до электроприёмник системами электроснабжения - относится к электроэнергетике, объединяющей различные формы собственности технических средств. Системы электроснабжения промышленных потребителей зачастую являются собственностью самих потребителей. В решении вопросов электроснабжения естественно необходимо учитывать особенности потребителя, как совокупности электроприемников: надежность его электроснабжения, территориальное расположение и плотность электрических нагрузок, технологические взаимосвязи между электроприемниками. При этом важное значение играет оценка расчетных электрических нагрузок, которые определяют мощности элементов системы электроснабжения.

Цель контрольной работы - закрепление, систематизация и расширение студентами теоретических знаний и практических навыков путем самостоятельного решения комплексных инженерных задач электроснабжения промышленного объекта.

Настоящие методические указания предлагают студентам информацию, позволяющую направить их самостоятельную работу при выполнении контрольной работы.



1. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

Характеристика электрифицированного объекта

Электрифицированным объектом жизнедеятельности человека для реализации задачи контрольной работы является производственный цех промышленного предприятия, состоящего из двух производственных участков. На территории участков, планы которых приведены ниже, расположены электроприемники, образующие рабочие места персонала цеха. Для каждого электроприемника в качестве исходной информации задаются: его номинальная активная мощность и коэффициент мощности; степень использования в технологическом процессе за наиболее загруженную смену; характеристика режима работы. Указанные производственные объекты являются потребителями III категории по надежности электроснабжения.

Характеристика расчетной схемы.

На рис.1 представлен фрагмент типовой схемы системы электроснабжения, включающий следующие элементы: ЦП - центр электрического питания, например РУ 10 кВ главной понизительной подстанции (ГПП); Л1 - кабельная линия 10 кВ, одна из высоковольтной распределительной сети (ВВРС), питающая подстанцию ТП 10/0,4 кВ. Способ прокладки кабеля - в траншее (в земле); ТП - трансформаторная понизительная подстанция; Л2 - одна из кабельных линий низковольтной распределительной сети (НВРС) номинальным напряжением 380 В, питающая РП. Способ прокладки - в кабельном канале; РП- распределительный пункт с автоматами, служащими для защиты ответвлений силовой распределительной сети; Л3 - ответвление от РП к электроприемнику (асинхронному двигателю АД). Способ прокладки - изолированными проводами в трубе; АД -асинхронный двигатель, необходимые паспортные данные которого приведены в таблице исходных данных.



Рис. 1. Расчетная схема

Варианты задания.

По номеру варианта из табл. 1 берутся сведения для компоновки производственного цеха, состоящего из двух участков. Схема компоновки цеха представлена на рис.2.

Участок МКП-4
Участок Т2-3

Рис. 2. Схема компоновки цеха

Наименование электроприемников и их номинальные мощности для производственных участков приведены в табл. 2 в соответствии с номерами, указанными на планах участков (рис.3 - 10). Для всех участков имеется четыре варианта номинальных мощностей электроприемников.

Таблица 1. Варианты задания.

Номер варианта	Номер участка
	1	2
19	МПК-4	Т2-3



Участок металлопокрытий.(МПК).

Токарный участок №2.(ТУ№2).

Таблица 2.



2. Расчет характеристик электроприемников

Расчётная схема цеха состоящего из двух участков (рис 5.).Представляет собой модульную схематику из квадратов (6х6 м.в масштабе) исходя из технологии строительства производственных сооружнений,на которой обозначены кабельные линии Л1, Л2 и ответвление от РП к приёмнику АД (станку с приводом состоящего из асинхронного двигателя.)

Рис.5 Производственный цех.

Расчет характеристик электроприемников целесообразно провести в табличной форме (табл.3), где номера электроприемников (согласно рис.2) н представляются в двухпозиционном виде: первая позиция - номер участка; вторая позиция - номер электроприемника на участке.

Количество одинаковых электроприемников определяется по планам участков. Значения коэффициентов мощности (,) и коэффициентов использования (КИ) принимаются согласно справочным данным [1].

Активная установленная мощность электроприемника рассчитывается по выражению

РУ = РН,

где ПВ - продолжительность включения (по умолчанию в табл.2 значение ПВ=100%).

Реактивная установленная мощность электроприемника определяется по выражению QУ = РУ.



3. Расчет электрических нагрузок

Расчет электрических нагрузок в проведём в два этапа и занесём расчёты в табличной форме (табл.3). Вначале рассчитываем нагрузку всего цеха, на основании которой будут определяться мощность трансформатора и сечение линии Л1, а затем оцениваем расчетную нагрузку для 8 электроприемников токарного участка (наиболее удаленных от ТП и присоединенных к одному из РП)под позиционным номером 2.12, на основании которой определим сечение линии Л2.

Расчет электрической нагрузки производится по методу упорядоченных диаграмм, при этом все электроприемники делятся на две группы по коэффициенту использования (ки>0,6 и ки<0,6).

Электрическая нагрузка для электроприемников с коэффициентом использования ки>0,6 рассчитывается в следующей последовательности:

· для подгрупп с одинаковым киi рассчитываются среднесменные мощности - Рсмi= киiРуi, Qсмi=киiQуi;

· по группе рассчитываются суммарные среднесменные мощности

Рсм=Рсмi, Qсм=Qсмi;

· определяются расчетные нагрузки - Рр=Рсм, Qр=Qсм.

Электрическая нагрузка для электроприемников с ки<0,6 рассчитывается в следующей последовательности:

· для подгрупп с одинаковым киi рассчитываются среднесменные мощности - Рсмi= киiРуi, Qсмi=киiQуi;

· по группе рассчитываются суммарные среднесменные мощности

Рсм=Рсмi, Qсм=Qсмi;



· по группе определяется суммарная установленная мощность

Ру=Руi;

· рассчитывается средневзвешенный коэффициент использования по группе - ки=Рсм/Ру;

· определяется эффективное число электроприемников

nэ=Р2у/Р2уi;

· по табл. 6 [ 1]оценивается значение коэффициента максимума км;

· определяются расчетные нагрузки по выражениям

Рр=кмРсм, Qр=1,1Qсм;

В электрической нагрузке цеха необходимо учесть нагрузку электрического освещения: РО = 50 кВт; QO = 40 квар. Расчетные нагрузки активной и реактивной мощности по цеху определяются суммированием соответствующих значений из указанных групп, а затем рассчитывается полная расчетная мощность

Согласно выше описанному методу проведём расчёт всего цеха и занесём все расчётные значения в табл.4.Полная расчётная мощность

Sр=261,8 кВА.

Аналогично проводим расчёт для восьми станков на токарном участке под позиционным номером 2.12. Заносим расчётные значения в (табл.5). Полная расчётная мощность для восьми станков

Sр=15,75 кВА

Рассчитываем нагрузку для линии Л3,которой является потребляемая из сети полная мощность станка (асинхронного двигателя АД), определяемая по выражению

SАД = РН/, (3)

где - коэффициент полезного действия асинхронного двигателя, принимаемый равным 0,9.

SАД = РН/==13,3 кВА.

Построим график суточной нагрузки цеха согласно таблицы 6.

Наибольшее значение нагрузки согласно графику соответствует периоду времени 11-12 часов. Sр=261,8 кВА. Рис 4.



4. Выбор мощности элементов электрической сети

4.1 Выбор мощности трансформатора

В основе выбора мощности трансформаторов лежит их перегрузочная способность, которая заключается в том, что трансформатор, работая в часы минимальных нагрузок и имея температуру перегрева ниже длительно допустимой, может быть перегружен в часы максимальных нагрузок, т.к. обладает большой тепловой инерционностью. Но при этом величина перегрузки и длительность её действия не должны привести трансформатор к перегреву свыше длительно допустимой температуры.

Существует методика выбора мощности трансформаторов по перегрузочной способности, отраженная в ГОСТ 14209-97 (Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов). В этом стандарте для трансформаторов с соответствующими системами охлаждения взаимоувязаны между собой: коэффициент загрузки трансформатора в часы минимальных нагрузок; коэффициент перегрузки в часы максимальных нагрузок; допустимая длительность перегрузки. При этом суточный график нагрузки перестраивается в эквивалентный двухступенчатый.

Для наиболее распространенных потребителей, работающих по односменному режиму работы, в практике проектирования систем электроснабжения часто пользуются упрощенной методикой выбора мощности трансформаторов, которая выработана на основе оценки мощности по перегрузочной способности. Так для однотрансформаторных подстанций номинальная мощность трансформатора оценивается по условию , где Sсм - средняя за наиболее загруженную смену мощность нагрузки, (для указанного выше графика нагрузки это период с 8 до 16 часов).



Согласно этому значению выберем трансформатор типа ТМ и ТМГ 25-630/10(6) У1, УХЛ1, Т1. Со следующими техническими характеристиками.

Основные технические характеристики трансформатора.

Таблица 5.1

Трансформаторы трехфазные силовые типа ТМ (с расширителем) и типа ТМГ (герметичные без расширителя) общего назначения мощностью от 25 до 630 кВА с естественным масляным охлаждением, с переключателем без возбуждения, включаемые в сеть переменного тока частотой 50Гц, предназначены для передачи и распределения электроэнергии в условиях умеренного, холодного и тропического климата.

Трансформаторы соответствуют требованиям ГОСТ 11677 и ТУ 659 РК 00010033-17-95. Регулировка напряжения - переключение без возбуждения обмоток (ПБВ) за счёт переключателя ответвлений обмоток ВН, позволяющего регулировать напряжение ступенями по 2,5% в диапазоне -5% 0 +5%.

4.2 Расчет сечения линий электропередачи

Выбор сечения проводов и кабелей исходя из условия нормального режима работы производится:

- по наибольшему длительно допустимому току нагрузки по условиям нагрева;

- по допустимой потере напряжения;

- по экономической плотности тока.

Длительно протекающий по проводнику ток, при котором устанавливается длительно-допустимая температура нагрева, называется допустимым током по нагреву IД . Величина его зависит как от марки проводникового материала, так и от условий прокладки и температуры окружающей среды.

Длительно допустимые токи нагрузки проводов и кабелей указаны в таблицах правил устройства электроустановок (ПУЭ) [4].

Выбор сечения проводника по нагреву длительным током нагрузки сводится к сравнению расчетного тока IР с допустимым табличным значением для принятых марок проводов и кабелей и условий их прокладки. При выборе должно соблюдаться условие Iр < Iд.

Выбор сечения проводника только по нагреву допустимым током приводить к большим потерям активной мощности в ЛЭП и значительной потере напряжения. Поэтому для окончательного выбора сечения следует провести все расчеты, требуемые ПУЭ, и принять наибольшее, определенное этими расчетами сечение проводника.Для удобства занесём все расчёты в табл.7. Расчёт линии Л1 будем производить по наибольшему длительно- допустимому току нагрузки по условиям нагрева и по экономической плотности тока т.к напряжение Л1 больше 1000 В.

Определим значение тока согласно выражению:

Экономическое сечение линии электропередачи определяется по выражению Sэ= где - экономическая плотность тока, нормируемые значения которой для кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией с алюминиевыми жилами (для центральной Сибири) приведены в табл. 8. [1].



.

Выберем кабель АПвАШв-3-16 с сечением 16мм2 который соответствует и механической прочности и наибольшему длительно допустимому току нагрузки по условиям нагрева согласно табл.22 [2].

Л2 это сеть 0,38 кВ где отсутствуют регулирующие устройства, выбор сечения произведём по допустимой потере напряжения.

Согласно условию допустимого тока по нагреву IД>Iр по табл.22 [2]. Iр=379,84 А .

Выбираем кабель сечением 150 мм2 .

Потеря напряжения для линий с подключенной в конце нагрузкой рассчитывается по выражению

?U = ,%

где - активная и реактивная составляющие электрической нагрузки (кВт, квар); - активное и реактивное сопротивление линии (Ом), - номинальное напряжение сети (кВ).

Активное и реактивное сопротивления линии определяются исходя из удельных сопротивлений ro , xo и длины линии по выражениям

R = ro. L , X = xo . L

где ro , xo определяются по табл. 50 [2] .

а длина линии оценивается по планировке трассы ЛЭП на объекте рис.5.



,

что соответствует требованиям по допустимой потери напряжения.

Для линии Л2 выбираем кабель ААШВ 4х150,который монтируется в траншее в земле и по соответствует механической прочности, наибольшему длительно допустимому току нагрузки по условиям нагрева, по допустимой потери напряжения. Л3 это сеть 0,38 кВ ,где отсутствуют регулирующие устройства, выбор сечения произведём по допустимой потере напряжения.

Согласно условию допустимого тока по нагреву IД>Iр по табл.22 [2]. Iр=23,94. Выбираем кабель сечением 2,5 мм 2 ro , xo определяются по табл. 50 [2]. длина линии Л3 по планировке цеха

,

что не является оптимальным учитывая что Л4 тоже будет иметь падение напряжения на своём участке. Поэтому возьмём сечение больше 4 мм2. Пересчитаем сопротивления с другими удельными значениями по табл. 50 [2]

,



что соответствует требованиям по допустимой потери напряжения.

Для линии Л3 выбираем кабель АВВГ 5х4, который монтируется в кабель-канале в земле и соответствует механической прочности, наибольшему длительно допустимому току нагрузки по условиям нагрева, по допустимой потери напряжения.

На участке Л4 Iр=20,21А. Согласно условию допустимого тока по нагреву IД>Iр по табл.22 . [2] выбираем сечение кабеля 2,5 мм2.

Рассчитаем потери для данного участка.

длина линии Л3 по планировке участка цеха

электроснабжение трансформатор ток замыкание

что соответствует требованиям по допустимой потери напряжения.

Для линии Л3 выбираем кабель КГ-ХЛ- 5х2,5, который монтируется в трубе в земле и соответствует механической прочности, наибольшему длительно допустимому току нагрузки по условиям нагрева, по допустимой потери напряжения.

Таким образом суммарная потеря от источника до приёмника

Что не превышает регламенту ПУЭ равный 5%.

4.3 Выбор электрических аппаратов

Электрическим аппаратом принято называть электротехническое устройство, предназначенное для управления электрическими и неэлектрическими объектами, а также для защиты этих объектов при ненормальных режимах работы.

Понятие "электрический аппарат" охватывает очень обширный круг всевозможных устройств, применяемых в быту, промышленности и энергетике. QF1, QF2, QF3, QF4- аппараты относящиеся к классу электрических аппаратов распределительных устройств и выбираются по следующим признакам: напряжению, функциональному назначению, номинальному току, по исполнению защиты от окружающей среды, по климатическому исполнению. После выбора по указанным признакам электрические аппараты проверяются на термическое и динамическое действия токов коротких замыканий, т.е. на термическую и динамическую устойчивость.

Выбор по номинальному напряжению. Номинальное напряжение аппарата, указанное в его паспорте, соответствует уровню его изоляции, причем нормально всегда имеется некоторый запас электрической прочности, позволяющий аппарату неограниченно длительное время работать при напряжении на 10-15% выше номинального. Это напряжение называют максимальным рабочим напряжением аппарата. Так как отклонения напряжения в условиях эксплуатации обычно не превышают 10-15% номинального, то при выборе аппаратов по напряжению достаточно выполнить условие

,

где Uном.у - номинальное напряжение установки, Uном.а - номинальное напряжение аппарата.

Обычно, исходя из условия электробезопасности организации работ, электрические аппараты по номинальному напряжению разделяют на две группы: аппараты низкого напряжения (с номинальным напряжением до 1000 В) и высокого напряжения (с номинальным напряжением более 1000 В).

Выбор аппаратов по функциональному назначению реализуется на этапе обоснования электрических схем, когда на основании соответствующих условий и требований применяются коммутационные аппараты, защитные либо защитно-коммутационные.

Выбор по номинальному току. Номинальный ток Iном.а аппарата это ток, который при номинальной температуре окружающей среды может проходить по аппарату неограниченно длительное время и при этом температура наиболее нагретых частей его не превышает длительно допустимых значений.

Правильный выбор аппарата по номинальному току обеспечивает отсутствие опасных перегревов частей аппарата при его длительной работе в нормальном режиме. Для этого необходимо, чтобы максимальный действующий рабочий ток цепи (расчетный ток) Iр за время t>3T0 не превышал номинального тока аппарата

.

QF1 - линейный выключатель в распределительном устройстве 10 кВ ГПП .Для его реализации применим масляный выключатель ВМП-10 с

Номинальным током 600А.

Характеристики ВМП-10



QF2, - вводной и линейный автоматы в распределительном устройстве 0,4 кВ ТП. Фазный расчётный ток линии Л2 Iр=379,84 А.Согласно этим условиям выбираем ВА88-37

QF3 - вводной и линейный автоматы в распределительном устройстве 0,4 кВ ТП. Фазный расчётный ток линии Л3 Iр=23,94 А.Согласно этим условиям выбираем ВА47 29/3/В25 с характеристиками:



QF4 - линейный автомат для присоединения линии Л3, идущей к электроприемнику (АД).

Автомат QF4 выбрать по следующим условиям:

Условие 1. По нагреву максимальным рабочим током

где коэффициент 1,25 необходим для учета разброса защитной характеристики, - номинальный ток теплового расцепителя;

Условие 2. По несрабатыванию при пусковых токах асинхронного двигателя (принять 7-и кратным от номинального тока)

Расчитаем пусковой исходя из номинальной мощности АД.



где - ток срабатывания электромагнитного расцепителя автомата.

Выбираем автоматический выключатель ВА47_29/3/В63.Нужно отметить тот факт,что QF3 срабатывает на меньший ток,поэтому выбор QF3 необходимо пересмотреть с учётом других нагрузок.



5. Проверка условия срабатывания защиты при однофазном коротком замыкании в сети до 1000 В

В соответствии с требованиями ПУЭ в электрических сетях напряжением до 1000 В с глухим заземлением нейтрали при коротком однофазном замыкании защитные аппараты должны надежно обеспечивать отключение. В этой связи рекомендуется групповую защиту электроприемников выполнять таким образом, чтобы обеспечивалось отключение группы при однофазных замыканиях в любом из присоединенных электроприемников. При этом время автоматического отключения не должно превышать 5с. Это время определяется по защитной характеристике автомата при однофазном коротком замыкании в наиболее удаленной точке электрической сети. Индивидуальная защита реализуется с помощью аппарата QF4, при этом время срабатывания защиты при однофазном коротком замыкании у электроприемника не должно превышать 0,4 с.

Для проверки условия срабатывания защиты ток однофазного короткого замыкания определим приближенно по формуле:

и занесём результаты в табл.№ 7.

где - фазное напряжение сети, В; - полное сопротивление понижающего трансформатора в режиме однофазного короткого замыкания на корпус (Ом), значения которого для распространенных трансформаторов КТП 10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток ?/Y0 приведены в табл. 9 [1]. - полное сопротивление петли фаза-нуль линии до наиболее удаленной точки сети (Ом), определяемое по табл. 10 и табл. 11. Iнр [1].



После определения тока однофазного короткого замыкания у удаленного электроприемника, оценим кратность этого тока к номинальному току теплового расцепителя автомата QF4 по выражению

Согласно время-токовой характеристики В автоматического выключателя ВА47_29/3/В63 условие срабатывания защиты выполнится.



Список использованных источников

1. Системы электроснабжения: учеб. пособие / Н.П. Гужов, В.Я. Ольховский, Д.А. Павлюченко. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2006.

2. Шаповалов Н.Ф. Справочник по расчету электрических сетей. - Киев:

3. Правила устройства электроустановок. 7-е издание. - Министерство Энергетики РФ, М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003.

Размещено на Allbest.ru