Проектирование системы электроснабжения цеха машиностроительного завода

Шинопроводы проверяются на электродинамическую стойкость по условию:

i_уд< i_уд.доп,

где i_уд.доп - допустимая электродинамическая стойкость, кА.

Таблица 22. Проверка шинопроводов на электродинамическую стойкость

Шинопровод	iуд, кА	i уддоп, кА	Условие проверки
ШРА1 73-400-У3	17,516	25	iуд< iуд.доп,
ШРА2 73-400-У3	17,516	25	iуд< iуд.доп,
ШРА3 73-400-У3	8,536	25	iуд< iуд.доп,
ШРА4 73-630-У3	7,33	35	iуд< iуд.доп,
ШРА5 73-250-У3	8,815	15	iуд< iуд.доп,
ШРА673-250-У3	8,834	15	iуд< iуд.доп,
ШРА7 73-250-У3	9,071	15	iуд< iуд.доп,
ШМА68-НУЗ-1600	50,51	70	iуд< iуд.доп,

Так как ударный ток шинопроводов меньше амплитудного значения электродинамической стойкости табл. 7.3. и 7.4. [2], то условие на электродинамическую стойкость соблюдается.

Выбранные аппараты защиты 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:

Iном.расц < 1,5 ? Iдл.доп,

где Iном.расц - номинальный ток расцепителя, А;

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

Проверка по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети для выбранного варианта представлены в таблице 23.

Таблица 23. Проверка автоматических выключателей по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети

Элемент сети	Тип выключателя	Iдл.доп, А	Iном. расц, А	Iном.расц < 1,5 ? Iдл.доп
ШМА	АВМ-20Н	1600	1200	1200 < 2400
ШРА1	АВМ-4С	400	400	400 < 600
ШРА2	АВМ-4С	400	400	400 < 600
ШРА3	АВМ-4С	400	400	400 < 600
ШРА4	АВМ-10Н	630	600	600 < 945
ШРА5	АВМ-4С	250	250	100 < 375
ШРА6	АВМ-4С	250	150	120 < 375
ШРА7	АВМ-4С	250	400	100 < 375
СП1	АВМ-4С	260	400	100 < 390
ШОС	АВМ-4Н	100	100	100 < 150

В соответствии с приведенными условиями все автоматические выключатели по согласованию тепловых расцепителей соответствуют выбранным сечениям элементов сети.

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

I⁽¹⁾кзmin > 1,25 ? Iср.эл,

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

Iср.эл - ток срабатывания электромагнитного расцепителя, определяется по паспортным данным в зависимости от пределов регулирования времени срабатывания, Iср.эл= 10 ? Iном. расц, А.

Таблица 24. Проверка автоматических выключателей по чувствительности к токам КЗ

Элемент сети	Тип выключателя	I(1)кзmin, А	Iср.эл, А	I(1)кзmin > 1,25 ? Iср.эл,
ШМА	АВМ-20Н	18390	12000	18390> 18000
ШРА1	АВМ-4С	5520	4000	5520> 5000
ШРА2	АВМ-4С	5520	4000	5520> 5000
ШРА3	АВМ-4С	8119	4000	8119> 5000
ШРА4	АВМ-10Н	9050	6000	9050 > 9000
ШРА5	АВМ-4С	5574	2500	5574 >3750
ШРА6	АВМ-4С	5907	1500	5907> 2250
ШРА7	АВМ-4С	6028	4000	6028 > 5000
СП1	АВМ-4С	6253	4000	6253 > 5000
ШОС	АВМ-4Н	1500	1000	1500 > 1500

Таким образом, выбранные автоматические выключатели чувствительны к расчетным токам короткого замыкания.

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

I в < 3 ? Iдл.доп,

где I в - номинальный ток плавкой вставкой, А;

Iдл.доп - длительно допустимый ток ка, А.

Соответствие плавких вставок предохранителей по согласованию с сечениями выбранных кабелей, питающих электроприемники, представлены в табл. 25.

Таблица 25. Проверка плавких вставок предохранителей

Типы ЭП	Тип предохранителя	Iпл.вст	Iдлдоп, А	I в < 3 ? Iдл.доп
1. Круглошлифовальный	ПН-2-400	250	90	250 < 270
2. Токарно - револьверный	ПН-2-250	150	55	150 < 165
3. Вертикально-сверлильный	ПН-2-400	300	125	300< 375
4. Токарный полуавтомат	ПН-2-250	120	55	120< 165
5. Горизонтально-проточный	ПН-2-250	200	75	200< 225
6. Токарный с ЧПУ	ПН-2-250	120	55	120 < 165
7. Горизонтально-расточный	ПН-2-250	120	42	120 < 126
8. Горизонтально-фрезерный	ПН-2-250	200	75	200< 225
9. Токарно-винторезный	ПН-2-250	150	55	150< 165
10. Радиально-сверлильный	ПН-2-250	120	42	120 <126
11. Вертикально-фрезерный	ПН-2-250	150	55	150 < 165
12. Бесцентро-шлифовальный	ПН-2-400	400	145	400 < 435
13. Шлифовальный	ПН-2-250	200	75	200 < 225
14. Горизонтально-шлифовальный	ПН-2-400	300	125	300 < 375
15. Вертикально-фрезерный	ПН-2-400	250	125	250 < 375
16. Радиально-сверлильный	ПН-2-250	150	55	150 < 165
17. Вентустановка	ПН-2-100	100	42	100< 126
18. Токарный с ЧПУ	ПН-2-250	200	75	200 <225
19. Токарно - револьверный	ПН-2-250	200	75	200 <225
20. Токарный полуавтомат	ПН-2-250	120	42	200< 126
21. Плоскошлифовальный	ПН-2-100	100	42	100< 126
22. Вертикально-фрезерный	ПН-2-100	100	42	100< 126
23. Точильно-фрезерный	ПН-2-400	300	125	300 <375
24. Электромаслянная ванна	ПН-2-100	100	42	100 <126
25. Нагревательная электропечь	ПН-2-100	100	42	100 < 126
26. Термическая печь	ПН-2-250	200	75	200 < 225
27. Электротермическая печь	ПН-2-250	150	55	150< 165
28. Электропечь	ПН-2-250	120	42	120 <126
29. Вентустановка	ПН-2-100	100	55	100 < 165
30. Точечные стационарные	ПН-2-800	800	380	800 < 1140
31. Сварочные стыковые	ПН-2-600	500	220	500 <660
32. Сварочные шовные роликовые	ПН-2-400	400	180	400 <540
33. Сварочные точечные	ПН-2-600	600	300	600 <900
34. Сварочные стационарные	ПН-2-400	300	220	300 < 660
35. Вентустановка	ПН-2-100	100	42	100 < 126

Следовательно, выбранные предохранители соответствуют условию проверки и выбраны верно.

9. Построение карты 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. Схема питания ЭД представлена на рис. 4. Проверим выбранную коммутационную аппаратуру по условию селективности.

Исходная схема для расчета токов КЗ

Рисунок 6

Схема замещения для определения ТКЗ в точках к, к0 и к1.



Рисунок 7

Определяем сопротивление системы:

х_С= U_ср²/S_кз= 0,38²/200=0,72 мОм

Полное сопротивление силового трансформатора:

z_TP= u_K U_нн²/S_ном.тр = 5,5•0,38²•10⁴/1000=7,94 мОм

Активное сопротивление СТ

Индуктивное сопротивление СТ

Определяем активные и индуктивные сопротивления элементов сети:

r = L ? r_уд, мОм и x = L ? x_уд, мОм

Сопротивление автоматического выключателя QF₁

Х_расц=0,094 мОм; r_расц=0,12 мОм; r_конт=0,25 мОм.

Сопротивление QF₂= QF₃

Х_расц=0,55 мОм; r_расц=0,74мОм; r_конт=0,65 мОм.

Сопротивление шин КТП: Rшктп=0,1, Xшктп=0,06

Сопротивление ШМА: Х_шма=Х_о·l_шма= 0,017·60 = 1,02 мОм

r_шма=r₀·l_шма= 0,031·60 = 1,86 мОм

r_ф-о=0,072 мОм/м, r_ф-о=0,072·60=4,32 мОм

Х_ф-о=0,098 мОм/м, Х_ф-о = 0,098·60=5,88 мОм

Сопротивление ШРА1: Х_шра=Х_о · l_шра= 0,13 · 66 =8,58 мОм

r_шра= r₀ · l_шра= 0,1· 66= 6,6 мОм

Сопротивление кабеля к ШРА1: Х_кл=0,06·6 = 0,36 мОм

r_кл=0,258·6 = 1,548 мОм

r_ф-о=1,25 мОм/м, r_ф-о=1,25·6=7,5 мОм

Х_ф-о=0,0622 мОм/м, Х_ф-о = 0,0622·6=0,373 мОм

Сопротивление кабеля 1 к ЭП: r₀=0,206 мОм/м Х₀=0,0596 мОм/м

Х_кл=0,0596·5 = 0,3 мОм

r_кл=0,206·5 = 1,03 мОм

Определим токи 3х-фазного К3 в указанных точках.

Точка К

Суммарное сопротивление цепи до точки К

r_1У = r_ТР + r_Q1 + r_шктп+ r_конт = 1,734 +0,12 +0,1+0,25=2,204 мОм

х_1У = х_с +х_ТР + х_Q1 +х_шктп = 0,72+7,74+0,094+0,06=8,614 мОм

= 8,891 мОм

Ток трехфазного КЗ при металлическом КЗ

кА

Ток трехфазного КЗ при учете переходного сопротивления в месте КЗ

rґ_1У = r_1У + r_перех= 2,204 + 15 =17,204 мОм

мОм

I⁽³⁾_к1 =380/1,73·19,37=11,33 кА

Точка К0

Суммарное сопротивление цепи до точки К0

r_2У = r_1У + r_Q2 + r_конт+ r_шма +r_перех= 2,204+0,74 +0,65 +1,86 +20=25,454 мОм

х_2У = х_1У + х_Q2 + х_шма = 8,614+0,55+1,02 +1,06=11,244 мОм

= 27,83 мОм

Ток трехфазного КЗ

кА

Точка К1

Суммарное сопротивление цепи до точки КЗ

r_3У = r_2У + r_Q3 + r_конт+ r_шра +r_кл = 25,454+0,74 +0,65 +6,6 +1,548=34,992 мОм

х_3У = х_2У + х_Q3 + х_шра+х_кл= 11,244+0,55+8,58 +0,36=20,734 мОм

= 40,67 мОм

Ток трехфазного КЗ при металлическом КЗ

кА

Точка К1

Суммарное сопротивление цепи до точки КЗ

r_4У = rґ_3У + r_клэп + r_конт+ r_перех = 14,992+1,03 +1,1 +25=42,122 мОм

где rґ_3У= r_3У - r_{перехК3}=34,992-20=14,992 мОм

х_4У = х_3У + х_клэп+ х_конт= 20,734+0,3+0,5=21,534 мОм

= 47,31 мОм

Ток трехфазного КЗ при металлическом КЗ

кА

Расчет токов 1 - но фазного КЗ

Для расчета однофазного кз при наличии ШМА учитывается сопротивление петли фаза-нуль, тогда

I_к= U_н / (Z_п+ Z_тр/3),

где Z_п -полное сопротивление петли фаза-нуль,

Z_тр= Z_тр1 +Z_тр2 + Z_тр0 - сопротивление трансформатора, учитывающее прямую, обратную и нулевую последовательность.

Система: Х_1с = 0,72 мОм; Х_2с = Х_1с

СТ: Х_1тр = Х_2тр = 7,74 мОм; Х_0тр = Х_1тр - для данной схемы соединения обмоток СТ

Для остальных элементов Х₁ = Х₂ = Х₀; r₁ = r₂ = r₀

Точка К

Суммарное сопротивление цепи до точки К1

r_1У = 3r_ТР +3 r_Q1 +3 r_шктп= 3·2,204 =6,612 мОм

х_1У =2 х_с +3х_ТР + 3х_Q1+3 х_шктп = 2 ·0,72+3·8,614 =27,282 мОм

= 28,072 мОм

Ток однофазного КЗ при металлическом КЗ

кА

Ток при учете переходного сопротивления дуги в месте КЗ

rґ_1У = 3r_1У= 3 (2,204 +15)=51,612

кА

Точка К0

Суммарное полное сопротивление петли фаза-нуль т. к. есть ШМА

r_2п = r _Q1 + r_шктп+ r_Q2 + r_шмаф-0+ r_перех = 0,12+0,1+0,74+4,32+20 =25,28 мОм

х_2п = х _Q1 + х_шктп+ х_Q2 + х_шмаф-0= 0,094+0,06+0,55+5,88=6,584 мОм

= 26,123мОм

кА

Точка К1

r_3п = r_2п + r_шраф-0+r_клф-0 = 25,28+66·0,1+ 7,5 =39,38 мОм

х_3п = х_2п + х_шраф-0+х_клф-0 = 6,584+66·0,129+0,373 =15,471 мОм

= 42,31 мОм

кА

Точка К2

r_4п = r_3п + r_конт+r_клэпф-0+ r_перех = 39,28+1,1+ 1,3+1,25+ 10=52,93 мОм

х_4п = х_3п + х_конт+х_клэпф-0 = 15,471+0,5+0,3 =16,271 мОм

Так как в качестве нулевой жилы кабеля используется труба, то сопротивление трубы определим по формуле

мОм

= 55,374 мОм

кА

Потери напряжения определяют по выражению:

Таблица 26. Проверка выбранных шинопроводов по потере напряжения

Элемент сети	Ip, А	L, м	cosцср.взв/sinц	Сечение, мм	rуд, мОм/м	xуд, мОм/м	ДU, %
ШМА	1101	60 6	0,5 / 0,866	300х160 3х240	0,031 0,129	0,017 0,0587	0,86 0,87
ШРА 1 КЛШРА1	284,15	66 6	0,5 / 0,866	284х95 3х120	0,1 0,258	0,13 0,06	1,32 0,392

Комплектные шинопроводы проверяют на электродинамическую стойкость по условию:

i_уд < i_{уд доп}

где - i_{уд доп} = 70 кА

Ударный ток КЗ для ШМА:

где

кА < 70 кА

Таблица 27. Проверка шинопроводов на электродинамическую стойкость

Шинопровод	iуд, кА	i уддоп, кА	Условие проверки
ШРА1 73-400-У3	17,516	25	iуд< iуд.доп,
ШМА73УЗ-1600	50,51	70	iуд< iуд.доп,

Следовательно, выбранные шинопроводы соответствуют условиям проверки.

Для осуществления проверки по согласованию ШМА с защитой, т.е. с QF2 и ШРА с защитой, т.е. с QF3 необходимо выбрать этот автомат. Выбираем автомат типа АВМ-20Н с номинальным током расцепителя 1200 А. Номинальный ток теплового расцепителя, защищающего от перегрузки выбирается по расчетному току защищаемой линии В соответствии с требованиями автоматические выключатели проверяется по условиям:

Iном. расц > Iр.max и Iср.эл. > (1,25-1,35) Iп

где Iном. расц - номинальный ток расцепителя, А;

Iр.max - наибольший расчетный ток нагрузки, А; Iп - пиковый ток, А

Iср.эл - ток срабатывания электромагнитного расцепителя, равный

Iср.эл = 10 ? Iном. расц,

Iп = Iр + (Кп-1) Iном.max,

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

Iр - расчетный ток группы ЭП, А.

I_нрасц ? I_р 1200 ? 1101 А

Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного расцепителя проверяется по максимальному кратковременному току ШМА.

I_ср.эл ? I_пик·k где k = 1,25

I_пик рассчитывается при пуске двигателя и нормальной работе остальных потребителей

= 1101+(7-1) 85=1611 А

Для ШРА: = 284,15+(7-1) 85=794,15 А

Проверяем электромагнитный расцепитель по паспортным данным его тока срабатывания

I_ср.эл = 10I_н.расц = 12000 А

I_ср.эл = 10I_н.расц =4000 А

Проверяем по условию 12000>1821·1,25=2276,3 А - выполняется.

Для ШРА: 4000>794,15·1,25=992,69 А - выполняется.

Таблица 28. Проверка автоматических выключателей по чувствительности к токам КЗ

Элемент сети	Тип выключателя	I(1)кзmin, А	Iср.эл, А	I(1)кзmin > 1,25 ? Iср.эл,
ШМА	АВМ-20Н	18390	12000	18390> 18000
ШРА1	АВМ-4С	5520	4000	5520> 5000

Проверяем по согласованию теплового расцепителя с сечением ШМА I_{н расц} ? 1,5I_дл.доп

Таблица 29. Проверка автоматических выключателей по согласованию теплового расцепителя с сечением выбранных элементов сети

Элемент сети	Тип выключателя	Iдл.доп, А	Iном. расц, А	Iном.расц < 1,5 ? Iдл.доп
ШМА	АВМ-20Н	1600	1200	1200 < 2400
ШРА1	АВМ-4С	400	400	400 < 600

Для защиты ответвлений к одиночным двигателям при редких и легких пусках выбираем предохранитель серии ПН-2

А,

Выбираем вставку с I_В=250 А, I_НОМ = 400 А.

Проверяем согласование выбранной вставки с сечением кабеля 3х16 I_В?3·I_ДЛ.ДОП 250?3·90=270 А - условие соблюдается

Проверяем предохранитель по чувствительности к КЗ

3465>3·250=600 А - условие соблюдается, следовательно предохранитель выбран верно.

Построим карту селективности по следующим данным:

I_{ном ЭП}=85 А, I_{расч ШМА}=1101 А, I_{пик ШМА}=1611 А, I⁽¹⁾_к = 18,39 кА, I⁽¹⁾_к0 = 6,44 кА

I⁽¹⁾_к1 = 4,366 кА, I⁽¹⁾_к2 =3,465 кА, I_{пуск ЭП}=595 А

Карта селективности

Рисунок 8: 1 - номинальный ток двигателя; 2 - пусковой ток двигателя; 3 и 4 - расчетный и пиковый токи ШМА; 5, 6, 7,8 - токи КЗ в точках К1, К2 и К4; 9 - характеристика автомата с расцепителем 400 А, 10 - характеристика автомата с расцепителем 1200 А, 11 - характеристика плавкой вставки 250 А предохранителя

При токах КЗ в точках к1 и к0 защита должна работать селективно с необходимым интервалом времени при отказе защиты нижней ступени. При защите предохранителями автомат у трансформатора может иметь независимую выдержку времени не более 0,25 с.

10. Описание работы АВР на напряжение 0,4 кВ

Если предприятие питается от энергосистемы двумя независимыми линиями, то на всех ступенях системы электроснабжения предприятия (на ГПП, в распределительной сети ВН, на цеховых подстанциях, в цеховых сетях) при отключении основного питания предусматривают автоматическое переключение на соседние работающие независимые источники (на другой трансформатор двухтрансформаторной подстанции, на соседние подстанции и т.п.).

Необходимый для такого переключения запас мощности или пропускной способности отдельных элементов системы электроснабжения называют скрытым (неявным) резервом.

Автоматическое включение резерва происходит срабатывания защиты минимального напряжения и отключение этой защитой основного питания. Во избежание одновременного срабатывания устройств АВР различных ступеней системы электроснабжения выдержка времени защиты минимального напряжения низших ступеней отстраивается от времени срабатывания аналогичной защиты высших ступеней, т.е.

t_{С (i+1)} t_{С i}+ t_отс,

где. t_{С i} - время срабатывания защиты минимального напряжения, используемой в качестве пускового органа АВР на i - й ступени системы электроснабжения, t_{С (i+1)} - время срабатывания аналогичной защиты на следующей (по удалению источника питания) ступени системы электроснабжения, t_отс - время отстройки принимаемое в пределах от 0,5 др 0,7 с.

Устройства АВР реализуют на электромеханических и электронных реле, а также в сети 0,4 кв на механических устройствах ручных пружинных приводов автоматических выключателей НН.

Основными требованием, предъявляемым у устройствам АВР, является однократность действия, т.е. исключение повторного срабатывания при неуспешном АВР.

Устройства АВР выпускают виде стандартных комплектов, и поэтому разработка схем АВР во время проектирования системы электроснабжения предприятий не требуется

Выбор устройств АВР производится с учетом требований к степени бесперебойности электроснабжения приемников и к допустимой длительности перерыва в электроснабжении, типа выключателя и привода, для включения которых предусмотрено устройство АВР, и ожидаемого экономического эффекта от повышения надежности электроснабжения. АВР применяют только в тех случаях, когда параллельная работа независимых источников питания невозможна или экономически нецелесообразна.

Заключение

В представленном курсовом проекте спроектирована и рассчитана система электроснабжения механического 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 в соответствии с расчетами с учетом компенсации реактивной мощности при сравнении затрат на установку одного и двух трансформаторов и расчета мощности компенсирующих устройств. На основании сравнения затрат на ЦТП выбран вариант КТП с двумя трансформаторами ТМ-1000/10.

Оценка выбора оптимального варианта цехового электроснабжения осуществлялась по приведенным затратам на проектируемую сеть после выбора сечений проводников сети, коммутационной аппаратура.

В курсовом проекте производится расчет токов короткого замыкания. По току КЗ проверяются сечения элементов сети и защитная коммутационная аппаратура.

Основными критериями при проектировании являются техническая применимость и экономичность проекта. На основании экономической оценки принимается схема электроснабжения варианта 1. Эта система электроснабжения включает:

В качестве главной магистрали, длиной 60 м, устанавливаемого на высоте 4 м принят шинопровод марки ШМА-1600.

Разводка сетей цеха производится с помощью ШРА длиной по 66 и 30 м, устанавливаемых на высоте 3 м и РШ питаемых от ШМА. ЭП подключаются через кабельные спуски, прокладываются в траншеях на глубине - 0,2 м.

Защита производится автоматическими выключателями (для ШМА, ШРА и РШ) и предохранителями (непосредственно для электроприемников).

Список использованных источников

1. Указания по расчету электрических нагрузок. ВНИПИ «Тяжпромэлектропроект» №358-90 от 1 августа 1990 г.

2. Фёдоров А.А., Старкова Л.Е. «Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования». - М.: «Энергоатомиздат», 1987.

3. Неклепаев Б.Н. «Электрическая часть электростанций». - М.: «Энергоатомиздат», 1989.

4. Блок В.М.: «Пособие к курсовому и дипломному проектированию». - М.: «ВШ», 1990.

5. ПУЭ, М.: «Энергоатомиздат», 2000.

6. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования под ред. Барыбина Ю.Г., Федорова Л.Е. и др. - М.: «Энергоатомиздат», 1991.

7. А.Е. Трунковский «Обслуживание электрооборудования промышленных предприятий» - М: Высшая школа, 1977.

8. Барыбин Ю.Г. «Справочник по проектированию электроснабжения», М.: «Энергоатомиздат», 1990.

9. Справочник электромонтера. Под ред. А.Д. Смирнова. Смирнов Л.П. Монтаж кабельных линий. - М.: Энергия, 1968.