8.2 Определение ударного тока КЗ

Список использованных источников

Введение

Электрооборудование нельзя рассматривать отдельно от конструктивных особенностей того или иного цеха, поэтому специалисты в области электрооборудования промышленных предприятий должны быть хорошо знакомы как с электрической частью, так и с основами технологических процессов, а значит и применяемым в них оборудованием.

Поэтому в современной технологии и оборудовании промышленных предприятий велика роль электрооборудования, т.е. совокупности электрических машин, аппаратов, приборов и устройства, посредством которых производится преобразование электрической энергии в другие виды энергии и обеспечивается автоматизация технологических процессов.

Электрооборудование промышленных предприятий и установок проектируется, монтируется и эксплуатируется в соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и другими руководящими документами.

Электроснабжение - это непрерывная работа и совокупность взаимосвязанных электроустановок, предназначенных для производства, передачи и распределения электроэнергии потребителю.

Задачи электроснабжения: 1. Надежность, которая зависит от правильности выбора схем оборудования и защиты по категориям ЭП. 2. Качество обеспечивает нормирование колебаний напряжения и частоты. 3. Экономичность - это потребление электроэнергии с нормально работающим оборудованием, т.е. с наибольшей отдачей.

Задачи электроснабжения не должны осуществляться, если не приняты все необходимые меры по ОТ, т. к. не соблюдение правил проводит к несчастным случаям, травмам и увечьям, а ошибки электроснабжения могут привести к неблагоприятным воздействиям на экологию окружающей среды.

РМЦ имеет служебные помещения и станочное отделение, в котором установлено штатное оборудование:

Кран мостовой - для транспортировки грузов вдоль и поперек всего цеха используется, приводимый в движение асинхронными двигателями, для погрузки или разгрузки автотранспорта - кран-балка (тельфер).

Продольно-строгальные станки предназначены для обработки плоских поверхностей различных деталей. На них можно производить черновое, чистовое, а также отделочное строгание.

Станки плоскошлифовальные предназначены для шлифования абразивным или алмазным кругами плоских поверхностей деталей, закрепленных на зеркале стола, магнитной плите или в приспособлении.

Станки токарно-револьверные предназначены для токарной обработки деталей из прутка, а также штучных заготовок из стали, чугуна и цветных сплавов в условиях мелкосерийного и серийного производства.

Станки токарные позволяют полностью использовать возможности быстрорежущего и твердосплавного инструмента при обработке, как черных, так и цветных металлов.

Станки фрезерные предназначены для выполнения разнообразных копировальных работ по плоским копирам, а также для объемного копирования.

Станки вертикально-сверлильные предназначены для обработки деталей из различных конструкционных материалов в условиях единичного и мелкосерийного производства. Выполняют операции сверления, зенкерования, зенкования, растачивания, нарезания резьбы метчиками, фрезерования.

Электрическая печь сопротивления - точное распределение температуры в печи, футеровка - из высококачественных керамо-волокнистых модулей, Перемещение вагонетки с помощью электродвигателя, двух зонная регуляция, возможность контролировать печь через программу на ПК.

Электрические печи индукционные - индукционная плавильная печь, электротермическая установка для плавки материалов с использованием индукционного нагрева. В промышленности применяют в основном индукционные тигельные печи и индукционные канальные печи.

Печи электродуговые - электродуговая плавильная печь емкостью 12 т по жидкой стали предназначена для выплавки углеродистой и легированной стали, чугуна и ряда цветных металлов и сплавов.

Кроме этого в цехе установлены вентиляторы. Вентиляторы являются основным элементом различных вентиляционных установок. Они обеспечивают технологический процесс производства и условия трудовой деятельности.

1. Характеристика потребителей цеха

Электродвигатели применяются в приводах различных производственных механизмов на всех промышленных предприятиях. Нерегулируемые электродвигатели переменного тока - основной вид электроприемников в промышленности, на долю которого приходится около 2/3 суммарной мощности. Электротермия, электросварка, электролиз и прочие потребители составляют около 1/3 суммарной промышленной нагрузки.

Универсальные станки, иначе называемые станками общего назначения, предназначены для изготовления широкой номенклатуры деталей, обрабатываемых небольшими партиями в условиях мелкосерийного и серийного производства.

Специализированные станки предназначены для обработки заготовок сравнительно узкой номенклатуры. Примером могут служить токарные станки для обработки коленчатых валов или шлифовальные станки для обработки колец шарикоподшипников.

Электротермические приемники в соответствии с методами нагрева делятся на следующие группы: дуговые электропечи для плавки черных и цветных металлов, установки индукционного нагрева для плавки и термообработки металлов и сплавов, электрические печи сопротивления, электросварочные установки. Наибольшее распространение в цеховых электрических сетях напряжением 0,38 кВ имеют печи сопротивления и установки индукционного нагрева.

Индукционные плавильные печи промышленной и повышенной частоты представляют собой трехфазную электрическую нагрузку «спокойного» режима работы. Печи повышенной частоты питаются от вентильных преобразователей частоты, к которым подводится переменный ток напряжением 0,4 кВ. Индукционные печи имеют низкий коэффициент мощности: от 0,1 до 0,5.

Электросварочные установки переменного тока дуговой и контактной сварки представляют собой однофазную неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффициентом мощности: 0,3 для дуговой сварки и 0,7 - для контактной.

Двигатели вентиляторов работают в продолжительном режиме. Питание двигателей производится трехфазным током промышленной частоты (50 Гц), напряжением 0,38 кВ. Нагрузка, создаваемая вентиляторами, равномерная и симметричная.

Установки электрического освещения с люминесцентными лампами, дуговыми, ртутными, натриевыми, ксеноновыми лампами применяются на всех предприятиях для внутреннего и наружного освещения. Коэффициент мощности светильников с индивидуальными конденсаторами 0,9...0,95, а без них - 0,6.

2. Расчет электрических нагрузок цеха

2.1 Расчет трехфазных электрических нагрузок

Расчет ведется по по форме Ф636-92.

Определяем нагрузку силового щита ШРА 3 заготовительного отделения, от которого питаются следующие электроприемники, характеристики которых сведены в таблицу 1:

Таблица 1 - Характеристики электроприемников

Определим суммарную мощность электроприемников:

где ni - количество соответствующих электроприемников;

Pнi - номинальная мощность соответствующих электроприемников.

Определяем нагрузки за наиболее загруженную смену:

Рсм=Киn·Рн

Qсм=Рсмtg.

Для координатно-расточного станка:

Рсм1=0,14·1·1,7=0,238 кВт;

Qсм1=0,238 ·0,7=0,166 кВАр;

Для остальных потребителей активная и реактивная мощность находятся аналогично

Определим групповой коэффициент использования:

где- суммарная сменная нагрузка.

Определяем:

Находим эффективное число электроприемников:

Принимаем целое меньшее число nэ=30.

Коэффициент расчетной нагрузки (Кр) в зависимости от Ки=0,2 и nэ=25 составляет Кр=1,1, данные взяты в РТМ 36.18.32.4-92:

Находим расчетную активную нагрузку:

Рр=КрРсм=1,5116,08=24,284кВт

Находим расчетную реактивную нагрузку:

Qр=Рр·tg=24,284·0,43=10,5кВАр

Определяем полную расчетную мощность:

Расчетный ток:

.

2.2 Расчет однофазных электрических нагрузок

Рассчитаем однофазные нагрузки для термического отделения. Определим нагрузки СЩ-2, на фазное напряжение включены электроприемники показанные в таблице 2:

Таблица 2 - Однофазные электроприемники СЩ-2

Произведем распределение по фазам потребителей:

Фаза ab: Машина электросварочная шовная (37) ;

Фаза ac: Машина электросварочная точечная (36)

Трансформатор сварочный (38)распределяем на линейное напряжение :, т.е. они будут соединены следующим образом, показанным на рисунке 1:

Рисунок 1 - Подключение однофазных электроприемников СЩ-2

По данным cos, находим коэффициенты приведения к фазам, на пример для 50эл.печи шахтной, при cos=0,85, коэффициенты приведения активной и реактивной мощности к фазам b и c, при подключении его к фазам bc, будут равны соответственно a: p=0,8, q=-0,22, b: p=0,2, q=0,8. Так же приведем к ПВ=0,4. Т.е. распределение мощностей будет выглядеть следующим образом:

кВт

кВт

кВАр

кВАр

Неравномерность загрузки фаз определяется:

Т.к. присутствует несинхронность в фазах, для расчета трехфазных нагрузок принимаем утроенную величину максимально загруженной фазы.

Вычисляем групповой коэффициент использования для наиболее загруженной фазы .

где Рсм.макс.ф - средняя мощность максимально загруженной фазы для рассматриваемой группы однофазных электроприемников;

Рн.л1, Pн.л2 - суммарные номинальные мощности однофазных электроприемников, включенных на линейное напряжение между наиболее нагруженной фазой и смежными с ней в трехфазной системе;

Рн.1ф.макс.ф - суммарная номинальная мощность однофазных электроприемников, включенных на фазное напряжение наиболее загруженной фазы.

Определим эффективное число электроприемников

где Pн макс - номинальная мощность мощного электроприемника группы;

Pн мин - номинальная мощность мало мощного электроприемника группы;

то принимается nэ = n.

Принимаем nэ = 5.

После определения Рсм.у = 22,97 кВт, Qсм.у = 21,45 кВар, nэ =5, Кимакс.ф =0,33, группа однофазных электроприемников учитывается как эквивалентная группа трехфазных электроприемников с указанными параметрами в таблице по форме Ф636-92.

Согласно РТМ, определим коэффициент расчетной нагрузки - Kр. Для Kи = 0,279 и nэ = 5, Kр = 1,35

Определим расчетную активную нагрузку группы электроприемников:

Определим расчетную реактивную нагрузку группы электроприемников при nэ ? 10:

Определим полную расчетную мощность:

Определим расчетный ток:

Результаты расчетов всех однофазных нагрузок приведены в таблице.

2.3 Расчет электрических нагрузок цеха

Расчет ведется по форме Ф636-92 с учетом ряда особенностей.

Все электроприемники группируем по характерным категориям независимо от их мощности.

Определим количество электроприемников каждой характерной группы.

Определим мощность наименьшего и наибольшего по мощности электроприемника в группе.

Значения Kи и cos??определим по справочным данным в общем для группы виде.

Определим для каждой группы значение Pсм и Qсм ,значение n?P2н не вычисляем.

Эффективное число электроприемников определим по упрощенному выражению

где Pн.макс - мощность наиболее мощного электроприемника в группе кВт.

Определим групповой коэффициент использования:

По РТМ находим коэффициент расчетной нагрузки -Kр, в зависимости от Kи и nэ.

Определяем Pр, Qр, Sр, и Iр аналогично расчету нагрузки трехфазных электроприемников.

2.4 Расчет электрической нагрузки освещения

Рассчитаем по удельной мощности осветительную установку для завода на примере механического отделения. Размеры помещения следующие: AxB = 17.6x59.6 м.

определяется расчетная высота h, м:

где H - высота помещения согласно варианта задания

hр - высота рабочей поверхности принимается 0,8 м

hс - высота свеса светильника, принимается 0,5 м. 

Освещение выполняется газоразрядными лампами типа ЛБ.

Определили минимальную освещенность для механического отделения

Eмин = 300 Лк коэффициент запаса kз = 1,5и используя справочные данные . определили коэффициенты отражения: потолка - ?п, стен - ?с, рабочей поверхности - ?р. Для механического отделения ?п = 50%, ?с = 30%, ?р = 10%.

Определили удельную мощность общего равномерного освещения для выбранных параметров. При освещенности 100 Лк, Pуд = 2,8 Вт/м2.

Табличное значение удельной мощности, Вт/м2 корректируется на значение освещенности 300Лк.

Принимаем значение удельной мощности Pуд = 8,4 Вт/м2. Т.е расчетная активная мощность будет равна:

Принимаем лампы типа ДРЛ, tgц=1,33.

Определим расчетную реактивную нагрузку:

Для данного типа ламп выбираем светильники прямого света с защитным углом 15є типа ЛСП02. Выбор обусловлен высоким КПД=80%, и эффективной защищенностью от пыли и влаги.

Площадь помещения душа мужского, освещаемых люминесцентными лампами составляет:

Принимаем Руд=7,87 Вт/м2 для бытовых помещений. Определим расчетную активную мощность:

Принимаем лампы типа ЛБ:,tgц=0,33.

Определим расчетную реактивную нагрузку:

.

Выбираем светильники типа ЛСП02 , предназначенные для работы в нормальной среде. Расчеты для всех остальных помещений представлены в таблице 3. Где также представлены суммарные мощности осветительной установки(Росв=16,4, Qосв=5,39).

Полная расчетная мощность осветительной установки:

.

3. Выбор числа и предварительной мощности трансформаторов на цеховой подстанции

Ориентировочно, мощность трансформаторов ЦТП, в кВ?А, если подстанция в цехе всего одна, определяется согласно выражению,

где Sсм- мощность цеха за наиболее загруженную смену, кВА;

Kз - коэффициент загрузки трансформатора, Кз=0,7;

n - число трансформаторов на подстанции, n=2.

Мощность осветительной установки принимаем из раздела 2.

Росв=16,4 кВт

Qосв=5,39кВАр

Определим активные и реактивные мощности нагрузки за наиболее загруженную смену:

Определим полную мощность, потребляемую за наиболее загруженную смену:

Для Sop= 354,26 кВ?А, выбираем два варианта

номинальной мощности трансформаторов: 250 кВ?А и 160 кВ?А

Определяется фактический коэффициент загрузки:

Проверяем трансформатор ТМГ 160/10.

Так же проверим трансформатор ТМГ 250/10

Принимаем:

Выбираем трансформатор ТМГ-250/10.

Проверяем трансформаторы на перегрузочную способность.

Принимаем суточный график заданного вида промышленности:

Рисунок 2 - Суточный график нагрузок для горнодобывающей промышленности

Определяем мощности ступеней графика нагрузок:

где - относительная мощность активной и реактивной нагрузки.

кВА.

Расчет сведен в таблицу 3.

Таблица 3- Данные расчетов.

Рисунок 3 - Суточный график полной нагрузки за наиболее загруженную смену

Учитывая продолжительность перегрузки при и = +100С определяем допустимую перегрузку: .

Проверяем условие:

Аварийные перегрузки трансформатора не превышают допустимые пределы, следовательно, трансформатор выбран верно.

Окончательно принимаем трансформатор типа ТМГ-250/10:

Таблица 4 - Технические параметры трансформатора ТМГ-250/10.

6. Выбор конструктивного исполнения цеховой трансформаторной подстанции и схема ее присоединения

Исходя из мощности и типа трансформаторов, а также из условий установки (внутри цеха), принимается комплектная трансформаторная подстанция 2КТП-400 внутренней установки. Параметры 2КТП-250 приведены в таблице 5:

Таблица 5 - Основные технические данные КТП

На стороне 10кВ принимаются выключатели нагрузки, т.к. питающая линия имеет значительную длину. Все шкафы принимаются во втором исполнении.

7. Расчет цеховой сети

Шинопроводыи кабели выбираем по длительно допустимому току согласно току группы электроприемников с учетом поправочных коэфициентаK1=0,94 (коэффициент учитывающий условия прокладки). Выбирается ШРА-4, 3-х фазного тока 380/220 В.

Распределительныйшинопровод выбирается по нагреву расчетным током, группы электроприемников, питаемых этим шинопроводом:

Выбирается шинопровод распределительный ШРА-4-250-32-1У3.

Результаты выбора кабелей и силовых шкафов сведены в таблицу 6.

Таблица 6 - Выбор питающих кабелей и типов силовых шкафов

Пункты распределительные ПР 8501-005-21УЗ применяются для распределения электроэнергии в промышленных установках на Iном=250 А. На входе устанавливается автоматический выключатель ВА52-39. Пункты имеют 5…8 отходящих групп, укомплектованных различными автоматическими выключателями.

8. Расчет токов короткого замыкания питающей и цеховой сети

В системах электроснабжения аппараты и оборудование должны быть устойчивы к термическому и динамическому действию токов КЗ. Особенность расчета токов КЗ на напряжение до 1000 В - учет активных сопротивлений.

Рисунок 4 - Схема расчетная

На рисунке 4 показана расчетная схема, с параметрами Lкл1 = 3,3 м (длина кабельной линии от ШНН до ШРА1); Lш = 0 м (участок ШРА1 до ответвления); Lкл2 = 4,5 м (длина линии ЭСН от ШРА1 до потребителя).

Определяем сопротивления элементов и наносим их на схему замещения.

Для системы, из дополнительных данных нам известно что :

Для трансформатора ТМГ-400/10, определим активное сопротивление:

Определим индуктивное сопротивление трансформатора:

Для автоматов:

мОм; мОм; ;

мОм; мОм;

мОм; мОм;

Для кабельных линий:

КЛ1: мОм/м; мОм/м, мОм/м; мОм/м

мОм

мОм.

мОм

мОм

КЛ2: мОм/м; мОм/м, мОм/м; 

мОм

мОм

Для шинопровода ШРА 2

Т.к место присоединения приемника питания совпадет с местом соединения то : мОм/м; мОм/м; мОм/м; мОм/м.

Далее найдем сопротивления для прямой, обратной и нулевой последовательностей, причем.

Рисунок 5 - Схема замещения прямой последовательности

Упрощаем схему замещения, вычисляем эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ и наносим их на схему:

мОм;

мОм;

Данные остальных расчетов сведены в таблицу 7.

Таблица 7 - Данные расчетов

Далее определяем ток трехфазного К.З.При электроснабжении электроустановки от энергосистемы через понижающий трансформатор начальное действующее значение периодической составляющей трехфазного тока КЗ в кА без учета подпитки от электродвигателей рассчитывают по формуле:

где Uср.НН - среднее номинальное напряжение сети, в точке КЗ, В;

r1 и x1 - соответственно суммарное активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности цепи до точки КЗ, мОм определяемые согласно выражениям.

Следовательно величина трехфазного замыкания будет равна:

Значения периодической составляющей тока трехфазного КЗ в точках К2 и К3 определяется аналогично. Результаты расчета сводятся в таблицу 8.

8.1 Определение апериодической составляющей тока КЗ

Наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока КЗ ia0, кА, в общем случае считают равным амплитуде периодической составляющей тока в начальный момент КЗ:

Например, апериодическая составляющая тока КЗ в точке К1 определится:

Значения апериодической составляющей тока трехфазного КЗ в точках К2 и К3 определяется аналогично. Результаты расчета сводятся в таблицу 8.

Таблица 8 - результыты расчетов.

8.2 Определение ударного тока КЗ

Ударный ток трехфазного КЗiуд, кА, в электроустановках с одним источником энергии (энергосистема или автономный источник) рассчитывают по формуле:

где - ударный коэффициент, который может быть определен по формуле:

где Ta - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, которую можно найти по формуле:

- угол сдвига по фазе напряжения или ЭДС источника и периодической составляющей тока КЗ, рассчитываемый по формуле:

tуд - время от начала КЗ до появления ударного тока, с, определяемое

Например, для точки К1 определится:

Время tуд определится согласно формуле:

ПостояннаяTa определится согласно формуле:

Ударный коэффициент определится согласно формуле:

Ударный ток для остальных точек КЗрассчитывается аналогично. Результаты расчета сводятся в таблицу 8.

8.3 Определение тока однофазного КЗ

Значение периодической составляющей тока однофазного КЗ от системы в килоамперах рассчитывают по формуле:

где r1 и x1 - суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивление прямой последовательности относительно точки КЗ, мОм.

r0 и x0 - суммарное активное и суммарное индуктивное сопротивление нулевой последовательности относительно точки КЗ, мОм.

Схема нулевой последовательности показана на рисунке 6:

Рисунок 6 - схема нулевой последовательности