Принципы энергоснабжения предприятий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

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:

1 - 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.

2 - 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.

3 - 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 значение Кр определяется по таблице 2 той же методики /1/.

- 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 3Т_0. Вероятность превышения фактической нагрузки над расчетной в принятом интервале наблюдения не должна превышать 0,05.

, при n_эф 2;

, при n_эф = 1.

Для питающих сетей напряжением до 1 кВ:

, при n_эф 10, Кр 1;

, при n_эф > 10, Кр 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:

К_р=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 данные	Средняя мощность группы ЭП	Эф. число ЭП	Кр	Расчётные мощности
по заданию	справочные данные
наименование ЭП	N, шт.	Рмакс, кВт	РномУ, кВт	КИ	tg(ц)	РСР, кВт	QСР, кВар	nЭ		РР, кВт	QР, кВар	SР, кВА
Характерная категория №1
Вентустановка	20	40	0,18	0,75	7,20	5	2	3	21,6	5,9	22,4	20
Характерная категория №2
Горизонтально - шлифовальный	4	15	60	0,14	1,17	8,4	9,8
Токарный с ЧПУ	9	34	306	0,14	1,73	42,8	74,1
Токарный полуавтомат	10	20	200	0,14	1,17	28,0	32,8
Горизонтально - фрезерный	6	30	180	0,14	1,17	25,2	29,5
Вертикально - фрезерный	5	16	80	0,14	1,17	11,2	13,1
Резьбонакатный автомат	3	28	84	0,14	1,17	11,8	13,8
Токарно- винторезный	6	17	99	0,14	1,17	13,9	16,2
Кругло- шлифовальный	4	11	44	0,16	1,17	7,0	8,2
Вертикально-сверлильный	4	14	54	0,14	1,17	7,6	8,8
Токарно-револьверный	16	22	352	0,14	1,17	49,3	57,7
Токарно-винторезный	3	11	33	0,14	1,17	4,6	5,4
Плоско- шлифовальный	2	12	24	0,16	1,17	3,8	4,5
Радиально-сверлильный	3	25	75	0,14	1,17	10,5	12,3
итого по категории	75	34	1591	0,14	1,21	224,1	286,2	75	1,2	268,9	286,2	392,7
Характерная категория №3
Сварочный преобразователь	8	80	640	0,2	1,73	128,0	221,4	8	1,1	140,8	243,6	281,3
итого по цеху	85	80	2271	0,16	1,22	359,3	513,0	57	1,05	377,3	513,0	636,8
освещение			4,8	0,9	1,33	4,3	5,7			4,3	5,7	7,2
итого нагрузка в целом	85	80,0	2271,0	0,2	1,2	363,6	518,8	56,8	1,05	381,6	518,8	644,0

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

Выбираем мощность трансформатора КТП, кВА:

, (6)

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

Кз - коэффициент загрузки трансформатора, равный 0,9.

Принимаем ТМ 630/10.

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:

Q_нк2 = - Q_нк1 - г • N_т•S_т = 519 - 100 - 0.4 • 1 • 630 = 180 кВар. (9)

Определяется суммарная мощность низковольтных батарей конденсаторов:

Q_нк = Q_нк1+ Q_нк2= 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 т - электрический 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 плане	N, шт.	Р ГР, кВт	Dокр, мм	X	Y
72,73	2	12	12	3,8	0,2
28-30,63	4	88	33	3	3
56-61,74-76	6	288	61	1	0,5
	3	144	43	4,5	0,5
11-14,32-37	4	42	23	5,2	3,8
	6	63	28	1,5	2,1
24-27,31,51	4	100	36	1,3	2,9
48-50,54-55	3	30	20	3,2	2,8
	2	20	16	1,5	1
83-85	3	87	33	5,3	0,5
15-20	6	108	37	1,6	3
43-45,62	3	15	14	1	1,8
52-53,86-87	2	28	19	0,4	1,8
	2	28	19	5,5	0,2
1-10,77-82	10	180	48	2,3	3,5
	6	108	37	5,5	1
38-42	5	50	25	3,8	2,2
46,47	2	36	21	2,1	1,8
64-71	8	400	71	2,7	1
21-23	3	126	40	3,6	3

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 данные	Средняя мощность группы ЭП	Эф. число ЭП	Кр	Расчётные мощности
по заданию	справочные данные
наименование ЭП	N, шт.	Рмакс, кВт	РномУ, кВт	КИ	tg(ц)	РСР, кВт	QСР, кВар	nЭ		РР, кВт	QР, кВар	SР, кВА
ВАРИАНТ №1
ШРА 1
Токарный с ЧПУ	8	34	272,0	0,14	1,73	38,1	65,9
Вертикально - фрезерный	2	16	32	0,14	1,17	4,5	5,2
Кругло- шлифовальный	1	11	11	0,16	1,17	1,8	2,1
Горизонтально - шлифовальный	1	15	15	0,14	1,17	2,1	2,5
Сварочный преобразователь	8	80	640	0,2	1,73	128,0	221,4
Вентустановка	2	20	40	0,18	0,75	7,2	5,4
Резьбонакатный автомат	3	28	84	0,14	1,17	11,8	13,8
Токарно-револьверный	3	22	66	0,14	1,17	9,2	10,8
итого по категории	28	80	1160,0	0,17	1,26	202,6	327,0	28	1,05	213	327	390
ШРА 2
Вертикально-сверлильный	2	13,5	27,0	0,14	1,17	3,8	4,4
Кругло- шлифовальный	3	11	33,0	0,16	1,17	5,3	6,2
Плоско- шлифовальный	2	12	24,0	0,16	1,17	3,8	4,5
Вертикально - фрезерный	3	16	48,0	0,14	1,17	6,7	7,9
Токарно- револьверный	3	22	66,0	0,14	1,17	9,2	10,8
Горизонтально - фрезерный	6	30	180,0	0,14	1,17	25,2	29,5
Токарный с ЧПУ	1	34	34,0	0,14	1,73	4,8	8,2
Горизонтально - шлифовальный	3	15	45,0	0,14	1,17	6,3	7,4
Токарно-винторезный	5	11	55,0	0,14	1,17	7,7	9,0
Токарный полуавтомат	6	20	120,0	0,14	1,17	16,8	19,7
итого по категории	34	34	632,0	0,14	1,23	89,6	107,5	37	1,1	99	108	146
ШРА 3
Токарно-револьверный	10	22	220,0	0,14	1,17	30,8	36,0
Токарный полуавтомат	4	20	80	0,14	1,17	11,2	13,1
Радиально-сверлильный	3	25	75	0,14	1,17	10,5	12,3
Токарно-винторезный	6	11	66	0,14	1,17	9,2	10,8
итого по категории	23	25	441,0	0,14	1,17	61,7	72,2	35	1,1	68	72	99
ВАРИАНТ №2
СП 1
Токарный с ЧПУ	6	34	204,0	0,14	1,73	28,6	49,4
Вертикально - фрезерный	2	16	32	0,14	1,17	4,5	5,2
Кругло- шлифовальный	1	11	11	0,16	1,17	1,8	2,1
Горизонтально - шлифовальный	1	30	30	0,14	1,17	4,2	4,9
Вертикально-сверлильный	2	13,5	27	0,14	1,17	3,8	4,4
итого по категории	12	34	304,0	0,14	1,28	42,8	66,0	12	1,2	51	66	84
СП 2
Токарный полуавтомат	6	20	120,0	0,14	1,17	16,8	19,7
Кругло- шлифовальный	3	11	33,0	0,16	1,17	5,3	6,2
Горизонтально - фрезерный	4	30	120,0	0,14	1,17	16,8	19,7
Горизонтально - шлифовальный	1	15	15	0,14	1,17	2,1	2,5
Плоско- шлифовальный	2	12	24,0	0,16	1,17	3,8	4,5
итого по категории	16	30	312,0	0,14	1,17	44,8	52,4	16	1,1	49	52	72
СП 3
Токарно-револьверный	5	22	110	0,14	1,17	15,4	18,0
Токарно-винторезный	6	11	66	0,14	1,17	9,2	10,8
итого по категории	11	22	176,0	0,14	1,17	24,6	28,8	11	1,2	30	29	41
кабель питания СП 1-2-3
Токарный с ЧПУ	6	34	204,0	0,14	1,73	28,6	49,4
Вертикально - фрезерный	2	16	32	0,14	1,17	4,5	5,2
Кругло- шлифовальный	1	11	11	0,16	1,17	1,8	2,1
Горизонтально - шлифовальн.	1	30	30	0,14	1,17	4,2	4,9
Вертикально-сверлильный	2	13,5	27	0,14	1,17	3,8	4,4
Токарный полуавтомат	6	20	120,0	0,14	1,17	16,8	19,7
Кругло- шлифовальный	3	11	33,0	0,16	1,17	5,3	6,2
Горизонтально - фрезерный	4	30	120,0	0,14	1,17	16,8	19,7
Горизонтально - шлифовальный	1	15	15	0,14	1,17	2,1	2,5
Плоско- шлифовальный	2	12	24,0	0,16	1,17	3,8	4,5
Токарно-револьверный	5	22	110	0,14	1,17	15,4	18,0
Токарно-винторезный	6	11	66	0,14	1,17	9,2	10,8
итого по категории	39	34	792	0,14	1,22	112,2	147,3	47	1,05	117,9	147,3	188,7
СП 4
Вентустановка	2	20	40	0,18	0,75	7,2	5,4
Сварочный преобразователь	8	80	640	0,2	1,73	128,0	221,4
итого по категории	10	80	680,0	0,20	1,24	135,2	226,8	10	1,05	142	227	268
СП 5
Токарный с ЧПУ	3	34	102,0	0,14	1,73	14,3	24,7
Токарно-револьверный	6	22	132	0,14	1,17	18,5	21,6
Резьбонакатный автомат	3	28	84	0,14	1,17	11,8	13,8
Вертикально-сверлильный	2	13,5	27	0,14	1,17	3,8	4,4
итого по категории	14	34	345,0	0,14	1,31	48,3	64,5	14	1,15	56	65	85
СП 6
Токарно-винторезный	5	17	82,5	0,14	1,17	11,6	13,5
Вертикально - фрезерный	3	16	48	0,14	1,17	6,7	7,9
Горизонтально - фрезерный	1	30	30,0	0,14	1,17	4,2	4,9
итого по категории	9	30	160,5	0,14	1,17	22,5	26,3	11	1,3	29	26	39
СП 7
Токарно-револьверный	5	22	110	0,14	1,17	15,4	18,0
Радиально-сверлильный	3	25	75	0,14	1,17	10,5	12,3
Горизонтально - шлифовальный	2	15	30,0	0,14	1,17	4,2	4,9
Горизонтально - фрезерный	1	30	30,0	0,14	1,17	4,2	4,9
Токарный полуавтомат	4	20	80	0,14	1,17	11,2	13,1
итого по категории	15	30	325,0	0,14	1,17	45,5	53,2	15	1,2	55	53	76
кабель питания СП 4-5-6-7
Вентустановка	2	20	40	0,18	0,75	7,2	5,4
Сварочный преобразователь	8	80	640	0,2	1,73	128,0	221,4
Токарный с ЧПУ	3	34	102,0	0,14	1,73	14,3	24,7
Токарно-револьверный	6	22	132	0,14	1,17	18,5	21,6
Резьбонакатный автомат	3	28	84	0,14	1,17	11,8	13,8
Вертикально-сверлильный	2	13,5	27	0,14	1,17	3,8	4,4
Токарно-винторезный	5	17	82,5	0,14	1,17	11,6	13,5
Вертикально - фрезерный	3	16	48	0,14	1,17	6,7	7,9
Горизонтально - фрезерный	1	30	30,0	0,14	1,17	4,2	4,9
Токарно-револьверный	5	22	110	0,14	1,17	15,4	18,0
Радиально-сверлильный	3	25	75	0,14	1,17	10,5	0,2
Горизонтально - шлифовальный	2	15	30,0	0,14	1,17	4,2	4,9
Горизонтально - фрезерный	1	30	30,0	0,14	1,17	4,2	4,9
Токарный полуавтомат	4	20	80	0,14	1,17	11,2	0,2
итого по категории	48	30	1511	0,17	1,22	251,5	345,8	101	1	251,5	345,8	427,6

8. Расчет токов короткого замыкания

При электроснабжении электроустановки от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ (I_П0) 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)

Значение периодической составляющей тока однофазного КЗ через сопротивление петли «фаза - ноль», кА, следует рассчитывать по формуле:

. (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

Элемент	R	X
ТМ 400	5,9 мОм	17 мОм
Кабель АПРТО 4х16 мм2	1,95 мОм/м	0,07 мОм/м
ВА 51-39 1000 А	0,66 мОм	0,13 мОм
ВА 51-37 630 А	1,5 мОм	0,5 мОм
Кабель АПвП 4х150 мм2	0,2мОм/м	0,06 мОм/м
система		11 мОм
Переходное сопротивление	15 мОм + 5 мОм на каждой ступени

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

Ток трехфазного короткого замыкания:

.

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 КЗ	ХУ, мОм	RУ, мОм	ZУ, мОм	I(3), кА	I(1), кА	Та, с	Куд	Iуд, кА
К1	28,2	21,5	35,5	6,5	4,9	0,004	1,092	10,0
К2	30,5	34,2	45,9	5,0	3,8	0,003	1,030	7,3
К3	32,6	97,7	103,0	2,2	1,7	0,001	1,000	3,2

9. 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 сети	Ip, А	Марка
Вариант 1
ШРА1	454	ШРА73-630-У3
ШРА2	182	ШРА73-250-У3
ШРА3	148	ШРА73-250-У3
ШОС	10	ШОС-63
Вариант 2
СП1	148	СШ-10-630
СП2	79	СШ-10-630
СП3	67	СШ-10-630
кабель питания СП 1-2-3	281	2хАПвП-4х95 (Iдоп=170)
СП4	238	СШ-10-630
СП5	134	СШ-10-630
СП6	37	СШ-10-630
СП7	111	СШ-10-630
кабель питания СП 4-5-6-7	463	2хАПвП-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

Группа	Номер на плане	Р ном, кВт	Ки	tg(ц)	cos(ц)	Iр, А
Вентустановка	72,73	20,0	0,18	0,75	0,80	40
Горизонтально - шлифовальный	28-30,63	15,0	0,14	1,17	0,65	37
Токарный с ЧПУ	56-61,74-76	34,0	0,14	1,73	0,50	109
Токарный полуавтомат	11-14,32-37	20,0	0,14	1,17	0,65	49
Горизонтально - фрезерный	24-27,31,51	30,0	0,14	1,17	0,65	74
Вертикально - фрезерный	48-50,54-55	16,0	0,14	1,17	0,65	40
Резьбонакатный автомат	83-85	28,0	0,14	1,17	0,65	69
Токарно-винторезный	15-20	16,5	0,14	1,17	0,65	41
Круглошлифовальный	43-45,62	11,0	0,16	1,17	0,65	27
Вертикально-сверлильный	52-53,86-87	13,5	0,14	1,17	0,65	33
Токарно-револьверный	1-10,77-82	22,0	0,14	1,17	0,65	54
Токарно-винторезный	38-42	11,0	0,14	1,17	0,65	27
Плоскоошлифовальный	46,47	12,0	0,16	1,17	0,65	30
Сварочный преобразователь	64-71	80,0	0,20	1,73	0,50	257
Радиально-сверлильный	21-23	25,0	0,14	1,17	0,65	62

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 < ДU_доп., (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 сети	РР, кВт	QР, кВар	L, км	rуд, Ом/км	xуд, Ом/км	ДU, %
ШРА 1	170	264	0,03	0,095	0,11	0,8
ШРА 2	84	93	0,035	0,21	0,21	0,8
ШРА 3	70	75	0,054	0,21	0,21	1,0
кабель питания СП 1-2-3	118	154	0,042	0,33	0,05	1,2
кабель питания СП 4-5-6-7	194	255	0,036	0,21	0,05	1,2

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

Группа	Номер на плане	Р ном, кВт	L, м	F, мм2	ДU, %
Вентустановка	72,73	20,0	10	16	0,2
Горизонтально - шлифовальный	28-30,63	15,0	10	16	0,2
Токарный с ЧПУ	56-61,74-76	34,0	30	95	0,2
Токарный полуавтомат	11-14,32-37	20,0	30	25	0,5
Горизонтально - фрезерный	24-27,31,51	30,0	30	35	0,5
Вертикально - фрезерный	48-50,54-55	16,0	20	25	0,3
Резьбонакатный автомат	83-85	28,0	10	35	0,2
Токарно-винторезный	15-20	16,5	10	35	0,1
Круглошлифовальный	43-45,62	11,0	10	25	0,1
Вертикально-сверлильный	52-53,86-87	13,5	10	10	0,3
Токарно-револьверный	1-10,77-82	22,0	30	16	0,8
Токарно-винторезный	38-42	11,0	20	25	0,2
Плоскоошлифовальный	46,47	12,0	20	16	0,3
Сварочный преобразователь	64-71	80,0	20	150	0,2
Радиально-сверлильный	21-23	25,0	10	70	0,1

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

Шинопроводы и силовые пункты проверяются на электродинамическую стойкость по условию:

i_уд< i_уд.доп, (26)

где i_уд.доп - допустимая электродинамическая стойкость, кА.

Таблица 10 - Проверка шинопровода на электродинамическую стойкость

Шинопровод/силовой пункт	iуд, кА	i уддоп, кА	Условие проверки
ШРА1	10	14	iуд< iуд.доп,
ШРА2	10	14	iуд< iуд.доп,
ШРА3	10	14	iуд< iуд.доп,
СП1	7,3	12	iуд< iуд.доп,
СП2	7,3	12	iуд< iуд.доп,
СП3	7,3	12	iуд< iуд.доп,
СП4	7,3	12	iуд< iуд.доп,
СП5	7,3	12	iуд< iуд.доп,
СП6	7,3	12	iуд< iуд.доп,
СП7	7,3	12	iуд< 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 I_{ном.вст} - номинальный ток плавкой вставки, А;

I_ном.эп - номинальный ток отдельного ЭП, А;

I_пуск - пусковой ток ЭП, который находится по формуле (29).

, (29)

где К_п - кратность пуска, равная 3.

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

Пусковые токи двигателей вентиляторов определяются как:

I_пуск =3I_ном = 36 А;

I_{ном.вст} > I_ном; 20 > 12;

; 20 >; 20>14.

Выбираем номинальный ток плавкой вставки - I_{ном.вст} = 20 А, а предохранитель типа НПН-60/20.

Таблица 11 - Выбор плавких вставок и типа предохранителей

Группа	Номер на плане	Iр, А	Iпуск, А	Iпуск/2,5 А	Тип предохранителя	Iпл.вст
Вентустановка	72,73	40	120	48	ПН-2-100	80
Горизонтально - шлифовальный	28-30,63	37	111	44	ПН-2-100	80
Токарный с ЧПУ	56-61,74-76	109	327	131	ПН-2-250	150
Токарный полуавтомат	11-14,32-37	49	148	59	НПН-60	60
Горизонтально - фрезерный	24-27,31,51	74	222	89	ПН-2-100	100
Вертикально - фрезерный	48-50,54-55	40	119	47	НПН-60	50
Резьбонакатный автомат	83-85	69	208	83	ПН-2-100	100
Токарно-винторезный	15-20	41	122	49	ПН-2-100	100
Круглошлифовальный	43-45,62	27	82	33	НПН-60	40
Вертикально-сверлильный	52-53,86-87	33	100	40	НПН-60	50
Токарно-револьверный	1-10,77-82	54	163	65	ПН-2-100	80
Токарно-винторезный	38-42	27	82	33	НПН-60	60
Плоскоошлифовальный	46,47	30	89	36	НПН-60	60
Сварочный преобразователь	64-71	257	770	308	ПН-2-400	400
Радиально-сверлильный	21-23	62	185	74	ПН-2-100	100

Проводится проверка предохранителей.

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

I_в < 3 ? I_дл._доп, (30)

где I_в - номинальный ток плавкой вставки, А;

I_дл.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

Группа	Iр, А	Iпл.вст, А	Iдлдоп, А	3*Iдлдоп, А
Ближний ЭП сварочные аппараты	160	200	184	552
Дальний ЭП токарно-револьверные станки	44	60	55	165

2. Проверка по чувствительности к токам КЗ осуществляется по условию:

I⁽¹⁾_кзmin > 3 ? I_{НОМ.ВСТ}. (31)

Таблица 15 - Проверка предохранителей по чувствительности к токам КЗ

Элемент сети	Марка пред-я	I(1)кзmin, А	IНОМ.ВСТ, А	I(1)кзmin > 3 ? IНОМ.ВСТ
токарно-револьверные станки (удаленный ЭП)	НПН-60	1700	60	1700 > 120

Выбранные предохранители удовлетворяют требованиям чувствительности.

Выбор и проверка автоматических выключателей

Автоматические выключатели выбирают по условиям:

I_{ном. расц} > I_р.max; (31)

I_ср.эл. > (1.25-1.35) I_п; (32)

где I_{ном.расц} - номинальный ток расцепителя, А;

I_р.max - наибольший расчетный ток нагрузки, А;

I_п - пиковый ток, А;

I_ср.эл - ток срабатывания электромагнитного расцепителя.

I_ср._эл = (7-14) ? I_{ном.расц}; (33)

I_п = I_р + (k_п -1)?I_ном.max; (34)

где I_ном.max - наибольший из токов группы ЭП, А;

I_р - расчетный ток группы ЭП, А.

Результат расчёта сведём в таблицу 6.

Таблица 6 - Выбор автоматических выключателей

Элемент сети	Iр, А	Iном. расц/ Iср.эл, А	Iп, А	Тип выключателя
кабель питания СП 1-2-3	281	400/2000	593	ВА 51-35
кабель питания СП 4-5-6-7	463	630/2000	944	ВА 51-37
ШОС	10	16/160	48	ВА 51-31
ввод	788	1000/3000	1270	ВА 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.

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

I_{ном.расц} < 1,5 ? I_дл._доп, (37)

где I_{ном.расц} - номинальный ток расцепителя, А;

I_дл._доп - длительно допустимый ток элемента сети, А.

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

Таблица 12 - Проверка автоматических выключателей

Элемент сети	Тип выключателя	Iдл.доп, А	Iном. расц, А	Iном.расц < 1,5 ? Iдл.доп
кабель питания СП 1-2-3	ВА 51-35	340	400	400 < 510
кабель питания СП 4-5-6-7	ВА 51-37	470	630	630 < 705
ШОС	ВА 51-31	100	100	100 < 150

2. Проверка по чувствительности к токам КЗ осуществляется по условию:

I⁽¹⁾_кзmin > 1,25 ? I_ср._эл, (38)

где I⁽¹⁾_кзmin - минимальный ток однофазного КЗ, А;

I_ср.эл - ток 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 сети	Тип выключателя	I(1)кзmin, кА	Iср.эл, кА	I(1)кзmin > 1,25 ? Iср.эл,
кабель питания СП 1-2-3	ВА 51-35	3,8	2	3,8 > 2,5
кабель питания СП 4-5-6-7	ВА 51-37	3,8	2	3,8 > 2,5
Ввод	ВА 51-39	4,9	3	4,9 > 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 1
I шра1, А	454
Zшра1, Ом/км	0,2
L шра1, км	0,03
Время работы цеха, ч	8760
Wшра1, кВт*ч	32506
I шра2, А	182
Zшра2, Ом/км	0,24
L шра2, км	0,035
Wшра2, кВт*ч	7297
I шра3, А	148
Zшра3, Ом/км	0,25
L шра3, км	0,054
Wшра3, кВт*ч	7787
Wшп, кВт*ч	47590
Стоимость ШРА, тыс. руб./секция
630	30
250	18
Кшра1, тыс. руб.	300
Кшра2, тыс. руб.	210
Кшра3, тыс. руб.	324
Кшп, тыс. руб.	834
Стоимость ВА, тыс. руб.
ВА 51-37	9
ВА 51-35	7
Ква, тыс. руб.	23
К, тыс. руб.	857
З, тыс. руб.	184
Вариант 2
I кл1, А	281
Zкл1, Ом/км	0,165
L кл1, км	0,042
Время работы цеха, ч	8760
Wкл1, кВт*ч	14397
I кл2, А	463
Zкл2, Ом/км	0,105
L кл2, км	0,036
Wкл2, кВт*ч	21298
Wшп, кВт*ч	35694
Стоимость КЛ и СП, тыс. руб./км
СП	45
АПВП-95	990
АПВП-150	1 210
Ккл95, тыс. руб.	83
Ккл150, тыс. руб.	87
Ксп, тыс. руб.	315
Ксп+кл, тыс. руб.	485
Стоимость ВА, тыс. руб.
ВА 51-35	7
ВА 51-37	9
Ква, тыс. руб.	16
К, тыс. руб.	501
З, 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 проёмах.

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.

Используются батареи конденсаторов НБК - 0,4-300У1 мощностью 300 кВар.

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 селективности	Расчётный ток	Пусковой ток
Токарно револьверный станок	44	133
кабель питания СП 4-5-6-7	463	944
ввод	788	1270

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 I_{ном. расц}/ I_ср.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 I_{ном. расц}/ I_ср.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.

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

3 Неклепаев Б.Н. «Электрическая часть электростанций», М.: «Энергоатомиздат», 2007. - 345 с.

4 ПУЭ, М.: «Энергоатомиздат», 2012. - 832 с.

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

6 Трунковский А.Е. «Обслуживание электрооборудования промышленных предприятий», М: Высшая школа, 2007. - 412 с.

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

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

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

Размещено на Allbest.ru