Проектирование электрических сетей промышленных предприятий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Работа различных типов электроустановок связана с потреблением электроэнергии, вырабатываемой электростанциями. Электростанция представляет собой промышленное предприятие, вырабатывающее электроэнергию и обеспечивающее её передачу потребителям по электрической сети. Между генераторами электроэнергии на электрических станциях и электроприёмниками у потребителей, преобразующими электроэнергию в другие виды энергии, находится сложный комплекс инженерных сооружений - электрические сети. Электрическая сеть представляет собой совокупность воздушных и кабельных линий электропередачи и подстанций, работающих на определённой территории. Она участвует в поддержании в пределах допустимых отклонений заданных уровней напряжения в различных точках сети и на зажимах электроприёмников у потребителей при разнообразных режимах потребления, позволяет резервировать источники питания и обеспечивает бесперебойное электроснабжение потребителей. Для выполнения этих функций сети содержат в своём составе воздушные и кабельные линии электропередачи, различные токопроводы, трансформаторные подстанции, распределительные устройства и коммутационные пункты, установки, генерирующую реактивную мощность и средства регулирования напряжения.

Электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электрической энергии, называется электрической подстанцией. Электроустановку, предназначенную для передачи электрической энергии, называют линией электропередачи (ЛЭП).

Энергетическая система представляет собой совокупность электростанций, электрических сетей и электроприёмников, связанных общностью процесса производства, передачи и потребления электроэнергии.

На некоторых электростанциях вырабатывается не только электрическая энергия, но и тепловая. Поэтому энергосистема охватывает и установки производства, распределения и использования теплоты. Электрическую часть энергосистемы называют электрической системой. Источниками питания электрических систем являются электрические станции. Основными типами электростанций являются гидроэлектрические, тепловые и атомные электростанции.

На гидроэлектростанциях в электрическую энергию преобразуют механическую энергию водного потока реки - гидравлическую энергию. На тепловых электростанциях в электрическую энергию преобразуют энергию, выделяемую при сгорании угля, торфа, нефти, газа, сланцев и других видов топлива. На атомных электростанциях в качестве топлива используют ядерное горючее. В настоящее время преимущественное развитие имеют тепловые электростанции. Для электроснабжения потребителей вводят тепловые электростанции мощностью 6000 МВт с блоками 500 - 800 МВт.

Для временного электроснабжения в качестве резерва применяют газотурбинные электростанции, дизельные, энергопоезда и т.д. Кроме этого, исследуются возможности более широкого использования энергии ветра, энергии приливов и отливов, вулканов и гейзеров, гелиоэнергии и др.

1. Проектирование электрических сетей промышленных предприятий

Шлифовальный цех предназначен для высококачественной обработки поверхностей изделий механическим и химическим способом. Он является составной частью крупного химического комбината.

В шлифовальном цехе размещены: станочное отделение, вспомогательные и бытовые помещения. Станочное отделение относится к пыльному помещению, так как при шлифовке постоянно и в большом количестве выделяется пыль, которая удаляется системой вентиляции.

Склад химикатов относится к взрывоопасным помещениям, так как там хранятся кислоты и щёлочи.

Транспортные операции осуществляются с помощью мостовых кранов и грузовых лифтов.

Электроснабжение цех получает от собственной комплектной трансформаторной подстанции (КТП), подключенной к подстанции глубокого ввода (ПГВ) комбината и расположенной за пределами здания на заданном расстоянии L1. По категории надёжности электроснабжения это потребитель второй категории, вентиляция тоже второй категории.

Прокладка линий электроснабжения должна быть защищена от агрессивной среды и механических повреждений. Количество рабочих смен - две.

Грунт в районе здания - песок с температурой +5 0С. Каркас здания сооружён из блоков-секций длиной 8 м каждый. Температура среды цеха в летнее время +20 0С.

Размеры цеха АВ С=72 36 10 м.

Основной нагрузкой цеха являются станки. Для них должно быть предусмотрено специальное станочное отделение. Кроме того, цех содержит дополнительное оборудование, которое должно находиться отдельно от станков в другом отделении, предусмотренном для данного оборудования. Размещение станков вдоль всего шинопровода, от которого запитываются станки, должно выполняться в шахматном порядке. Максимальное количество станков на один шинопровод - 15.

Режим работы электроприёмников- продолжительный. Продолжительный режим - режим работы при постоянной нагрузке, продолжающейся не менее, чем необходимо для достижения установившейся температуры всех частей машины при неизменной температуре охлаждающей среды. Работа цеха двухсменная, значит, цех работает 4500 часов в год.

По категорийности нагрузки цех относится к электроприёмникам второй категории. Электроприёмникивторой категории - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Электроприёмники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для электроприёмников второй категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Поскольку цех содержит дополнительное оборудование, где есть сварочные машины, обладающие резко переменной нагрузкой, то для сварочных машин следует предусмотреть отдельный трансформатор, так как неравномерность частоты сети и напряжения недопустима для работы двигателей станков и другого оборудования.

Электроприёмники цеха предназначены для работы от сети переменного тока частотой 50 Гц. Для питания данных электроприёмниковиспользуется напряжение 380 В. Они могут эксплуатироваться при отклонениях напряжения сети от номинального значения в пределах 5 - 10%.

При проектировании электрических сетей промышленных предприятий следует разработать схемы внутреннего и внешнего электроснабжения.

Внешнее электроснабжение - это электроснабжение от энергосистемы до главной понизительной подстанции или распределительного пункта.

Рисунок 1 - Схема внешнего электроснабжения

Внутреннее электроснабжение - электроснабжение от главной понизительной подстанции, распределительного пункта, цеховой трансформаторной подстанции или комплектной распределительной подстанции до приёмников электроэнергии.

Внутрицеховые сети выполняются по радиальной, магистральной или смешанной схемам. Каждый вид схемы имеет свою наиболее целесообразную область применения.

Магистральные схемы широко применяются в помещениях с нормальной средой и равномерным распределением технологического оборудования. Магистральную сеть наиболее просто выполнить с использованием шинопроводов. Сети, выполненные из шинопроводов, по гибкости и универсальности являются наиболее совершенными.

В качестве магистральных шинопроводов используется комплектный шинопровод типа ШМА или ШММ, в качестве распределительного - ШРА или ШММ.

Радиальные схемы питания применяются в помещениях с любой средой. От трансформаторного пункта отходят линии, питающие непосредственно мощные электроприёмники или распределительные шкафы (пункты) - ШР и силовые шкафы, от которых отдельными линиями питают более мелкие электроприёмники.

Распределительные шкафы обычно запитываются от цеховой ТП (КТП) кабелями, марка и способ прокладки которых определяются характером среды в помещении.

Достоинством радиальной схемы питания по сравнению с магистральной заключается в более высокой надёжности электроснабжения и удобстве эксплуатации. При коротких замыканиях прекращают работу один или несколько электроприёмников, подключенных к повреждённой линии, остальные продолжают работать.

Все потребители могут потерять питание только при повреждении на сборных шинах КТП, что мало вероятно вследствие достаточно надёжной конструкции шкафов КТП.

Недостаток радиальной схемы - это большая её стоимость в сравнении с магистральной вследствие большого числа линий к электроприёмникам, увеличение протяжённости цеховой сети, а следовательно, увеличение расхода цветного металла и количества коммутационно-защитных аппаратов.

В чистом виде магистральные или радиальные схемы применяются редко. На практике наибольшее распространение получили смешанные схемы. В этих схемах ШР часто запитываются не от щита трансформаторной подстанции, а от магистрального шинопровода.

Мощные электроприёмники обычно присоединяются непосредственно к щиту трансформаторной подстанции или к магистральному шинопроводу.



Рисунок 2 - Электрическая схема внутрицеховой сети

Комплектная трансформаторная подстанция располагается внутри цеха и является закрытой электроустановкой, которая должна быть защищена от пыли, выделяемой цехом при обработке деталей.

Для питания каждого электроприёмника потребуется медный провод марки ПВ3, проложенный в трубах, при количестве проводов в одной трубе, равном четырём. Если расчётный ток электроприёмника большой мощности оказывается больше наибольшего длительного тока по таблице, то следует для такого электроприёмника выбрать шипопровод распределительный. Для всех четырёх групп электроприёмников, а это две группы станков, где каждая из которых содержит 15 станков, сварочные машины и печи, потребуется шинопроводраспределительный или магистральный. Магистральныйшинопровод в качестве распределительного может быть использован при высокой токовой нагрузке. Шинопровод, к которому присоединены два шинопровода на две группы станков, может выполняться из нескольких полос на фазу. Медные провода и шинопроводы используются редко ввиду того что стоимость меди велика. Они могут быть применены при двухсменной работе цеха, сравнительно высокой электрической нагрузке, при наличии достаточных материальных средств, при условии, что производительность цеха высокая. Достоинствами медных проводниковых материалов являются их высокая проводимость а также коррозионная стойкость.Все шинопроводы должны иметь защиту от пыли, так как цех шлифовальный, относится к пыльным помещениям. Для этой защиты шинопроводыделаются закрытыми в коробах.

Для работы станков цеха широко применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии 4А с синхронной частотой вращения 1000 об/мин.

В цехе находится склад химикатов, который является пожаро- и взрывоопасным помещением, поэтому следует предусмотреть защиту от пожаров и взрывов, предусмотрев пожарные краны и огнетушители.

Таблица 1 - Исходные данные

Наименование оборудования	№ по плану	Кол-во оборудования	Тип оборудования	Рн.тех, кВт	зном, %	cosцн
Полуавтомат сверлильный	1 -5	5	4А250М6У3	49,10	91,50	0,89
Полуавтомат фрезерный	6 -10	5	4А250S6У3		91,50	0,89
Станок агрегатный	11 -15	5	4А250М6У3	51,90	91,50	0,89
Станок специальный	16 -20	5	4А280S6У3	60,10		0,89
Станок фрезерный	21 -25	5	4А225М6У3	31,90	91,00	0,89
Станок агрегатно-сверлильный	26 -30	5	4А250S6У3		91,50	0,89
Сварочные машины точечные ПВ=25%	31 -35	5	-	4,95	-	0,55
Сварочные машины шовные ПВ=50%	36 -43	8	-		-	0,50
Электрические печи неавтоматизированные	44 -49	6	-		-	-

2. Расчёт электрических нагрузок

Основную часть курсового проекта необходимо начинать с определения расчётных электрических нагрузок.

Определение электрических нагрузок служит первым этапом проектирования любой системы электроснабжения. Электрические нагрузки определяют выбор всех элементов и технико-экономические показатели системы. От правильности определения нагрузок зависят капитальные затраты, величина потерь электрической энергии и эксплуатационные расходы. Результаты расчётов нагрузок являются исходными материалами для всего последующего проектирования энергоснабжения участка, цеха, предприятия, для выбора числа и мощности трансформаторов, мощности и места подключения конденсаторной установки, выбора и проверки токоведущих элементов по условию допустимого нагрева, расчёта потерь напряжения и выбора защиты.

Исходными данными для расчёта электрических нагрузок являются: установленная мощность и характер изменения нагрузок, определённый технологическим режимом.

Расчётной нагрузкой называется такая неизменная во времени величина нагрузки, которая вызывает перегрев проводников над окружающей температурой или такой же тепловой износ изоляции, как и реальная во времени нагрузка.

Установленная мощность электроприёмника- определяемая по паспорту мощность, на которую он рассчитан и может длительно потреблять при номинальном напряжении и продолжительном режиме работы.

Все потребители разделены на группы с одинаковым режимом работы. Для каждой группы определяется установленная мощность.

Установленная мощность для электроприёмников длительного режима работы принимается равной паспортной мощности, кВт

Рн = Рпасп - для электродвигателей

Рн. Печь = Рпасп - для электропечей,

где Рпасп - номинальная мощность электропечи или на валу электродвигателя

Станки

Рн1-5=55,00 (кВт) Рн16-20=75,00 (кВт)

Рн6-10=45,00 (кВт) Рн21-25=37 (кВт)

Рн11-15=55,00 (кВт)Рн26-30=45 (кВт)

Электропечи

Рн44-49=55,00 (кВт)

Номинальная мощность для сварочных машин

Рн=Sпасппаспcosпасп,

где Sпасп- полная номинальная мощность, кВА;

cos??пасп- коэффициент мощности;

ПВпасп- продолжительность включения

Рн31-35=18,00 0,55=4,95 (кВт) Рн36-43=250,00 0,50=88,39 (кВт)

Из справочной литературы для каждой группы находятся коэффициенты: Ки - коэффициент использования; cos??- коэффициент мощности. Затем определяется tg.

Таблица 2 - Ки, cosи tg для групп электроприёмников

Наименование оборудования	Ки	cos	tg
Полуавтомат сверлильный (1 -5)	0,17	0,65	1,17
Полуавтомат фрезерный (6 -10)	0,18	0,65	1,17
Станок агрегатный (11 -15)	0,14	0,50	1,73
Станок специальный (16 -20)	0,13	0,50	1,73
Станок фрезерный (21 -25)	0,12	0,50	1,73
Станок агрегатно-сверлильный (26 -30)	0,16	0,60	1,33
Сварочные машины точечные (31 -35)	0,20	0,60	1,33
Сварочные машины шовные(36 -43)	0,30	0,70	1,02
Электрические печи неавтоматизированные (44 -49)	0,50	0,95	0,33

Таблица 3 - Распределение нагрузок по шинопроводам

Шинопровод	Наименование оборудования
ШР1	Полуавтомат сверлильный (1 - 5) Полуавтомат фрезерный (6 - 10) Станок агрегатный (11 - 15)
ШР2	Станок специальный (16 - 20) Станок фрезерный (21 - 25) Станок агрегатно-сверлильный (26 - 30)
ШР3	Сварочные машины точечные (31 - 35) Сварочные машины шовные (36 - 43)
ШР4	Электрические печи неавтоматизированные (44 - 49)

Вычисляется средняя активная Рсм, кВт, и реактивная Qсм, кВАр, мощности за максимально загруженную смену для каждой группы электроприёмников

Рсм=КиРнn,

где n- количество электтроприёмников в группе

Qсм=Рсмtg

Станки

Рсм1-5=0,17 55,00 5=46,75 (кВт)Qсм1-5=46,75 1,17=54,70 (кВАр)

Рсм6-10=0,18 45,00 5=40,50 (кВт)Qсм6-10=40,50 1,17=47,39 (кВАр)

Рсм11-15=0,14 55,00 5=38,50 (кВт)Qсм11-15=38,50 1,73=66,61 (кВАр)

Рсм16-20=0,13 75,00 5=48,75 (кВт)Qсм16-20= 48,75 1,73=84,34 (кВАр)

Рсм21-25=0,12 37,00 5=22,20 (кВт)Qсм21-25= 22,20 1,73=38,41 (кВАр)

Рсм26-30=0,16 45,00 5=36,00 (кВт)Qсм26-30= 36,00 1,33=47,88 (кВАр)

Сварочные машины

Рсм31-35=0,20 4,95 5=4,95 (кВт)Qсм31-35=4,95 1,33=6,58 (кВАр)

Рсм36-43=0,30 88,39 8=212,14 (кВт)Qсм36-43=212,141,02=216,38 (кВАр)

Электропечи

Рсм44-49=0,50 55,00 6=165,00 (кВт)Qсм44-49=165,00 0,33=54,45 (кВАр)

Определяются суммарные мощности Рсм, кВт, Qсм, кВАр, Рн, кВт, для каждого участка (ШР1, ШР2, ШР3, ШР4) и количество электроприёмников на каждом из них

Рсм=Рсм1+Рсм2+…+Рсмn

Qсм=Qсм1+Qсм2+…+Qсмn

n=n1+n2+…+nn

Рн=Рн1n1+Рн2 n2+…+Рнnnn

ШР1

Рсм=46,75+40,50+38,50=125,75 (кВт)

Qсм=54,70+47,39+66,61=168,70 (кВАр)

n=5+5+5=15

Рн=55,005+45,00 5+55,00 5=775,00 (кВт)

ШР2

Рсм=48,75+22,20+36,00=106,95 (кВт)

Qсм=84,34+38,41+47,88=170,63 (кВАр)

n=5+5+5=15

Рн=75,00 5+37,00 5+45,00 5=785,00 (кВт)

ШР3

Рсм=4,95+212,14=217,09(кВт)

Qсм=6,58+216,38+54,45=222,96(кВАр)

n=5+8=13

Рн=4,95 5+88,39 8=731,87(кВт)

ШР4

Рсм=165,00(кВт)

Qсм=54,45(кВАр)

n=6

Рн=55,00 6=330,00(кВт)

Определяется групповой коэффициент использования для каждого участка

Ки ср=

ШР1 ШР2 ШР3

Ки ср= Ки ср= Ки ср=

ШР4

Ки ср=

Определяется величина mРнmaxРнmin

m =

где m- это значение, равное отношению номинальной мощности Рнmax наибольшего электроприёмника группы к номинальной мощности Рнminнаимешьшегоэлектроприёмника этой же группы

ШР1

Так как

n5, m3, Ки ср0,2

n=15, m=1,22, Ки ср=0,16, то эффективное число электроприёмниковnэ не определяется, берётся коэффициент загрузки Кз=0,90 из справочной литературы (6) для длительного режима работы.

ШР2

Так как

n5, m3, Ки ср0,2

n=15, m=2,03, Ки ср=0,14, то эффективное число электроприёмниковnэ не определяется, берётся коэффициент загрузки Кз=0,90 для длительного режима работы.

ШР3

Так как

n5, m3, Ки ср0,2

n=13, m=17,86, Ки ср=0,30, то эффективное число электроприёмников определяется по формуле

Если nэ=16,56, а Ки ср=0,30, то коэффициент максимума определяется по справочной литературе Км=1,41.

ШР4

Так как

n5, m3, Ки ср0,2

n=6, m=1,00, Ки ср=0,20, то эффективное число электроприёмников определяется nэ=n=6. Коэффициент максимума определяется по справочной литературе Км=1,51.

С учётом Кз и Км определяются расчётные мощности Рр, кВт и Qр, кВАр, а также

tgср (средневзвешенный)

Рр=КзРн

tgср=

Qр=Ррtgср

Рр=КмРсм

Qр=КмQсм

ШР1

Рр=0,90775,00=697,50 (кВт)

tgср =

Qр=697,501,34=934,65 (кВАр)

ШР2

Рр=0,90785,00=706,50 (кВт)

tgср =

Qр=706,501,59=1123,33 (кВАр)

ШР3

Рр=1,41217,09=306,10(кВт)

Qр=1,41222,96=314,37(кВАр)

ШР4

Рр=1,51165,00=249,15(кВт)

Qр=1,5154,45=82,22(кВАр)

Определяются полные мощности на каждом шинопроводеSР,кВА, станочного отделения Scт.отд, кВА, сварочного участкаSсв. уч, кВА, термического отделения Sт. отд, кВА, а также станочного с термическим отделением Sст. и т. отд, кВА

ШР2

ШР3

ШР4

Sст. отд=1166,22+1327,03=2493,25 (кВА)

Sст. и т. отд=2493,25+262,37=2755,62 (кВА)

3. Выбор проводников и аппаратов защиты

Все коммутационные аппараты защиты, измерительные трансформаторы тока и напряжения, изоляторы и проводники должны удовлетворять условиям работы при нормальном режиме работы и быть устойчивыми при воздействии токов короткого замыкания и при перенапряжениях.

Они должны выбираться в зависимости от условий окружающей среды и условий размещения. Должны учитываться: температура и влажность, запылённость, наличие химических и биологических воздействий на изоляцию и проводники, высота над уровнем моря. Класс изоляции всех аппаратов и проводников должен соответствовать номинальному напряжению сети. По заданию курсового проекта среда помещения цеха запылённая, потому что цех является шлифовальным, значит, там есть наличие химических веществ для обработки деталей, поэтому, как сказано выше, шинопроводы должны выполняться закрытыми, также должны быть защищены провода, подводимые к электроприёмникам, которые следует проложить в трубах, так как химические вещества оказывают вредное влияние на изоляцию и прооводниковый материал шинопроводов.

Перегрузка током проводников приводит прежде всего к обгоранию изоляции у мест присоединения проводов к аппаратам или к электроприёмникам, а также деталей корпусов, к которым прикрепляются токоведущие части.

Провода, кабели и шины выбирают расчётным путём в соответствии с длительно-допустимыми токовыми нагрузками.

Выбор марок и сечения проводников

По условию нагрева расчётным током осуществляется выбор сечения проводников в сетях до 1000 В с учётом не только нормальных, но и послеаварийных режимов. При расчёте сети по нагреву выбирается марка проводника в зависимости от характеристики среды помещения.

При выборе провода и кабеля стандартного сечения жил:

- по нагреву: выбирают ближайшее большее значение;

- по термической стойкости: выбирают ближайшее меньшее значение;

- по потерям напряжения: выбирают ближайшее значение.

Надёжная, длительная работа проводников определяется длительно-допустимой температурой их нагрева. Этой температуре соответствует длительно допустимый ток нагрузки.

Выбор сечения проводника по нагреву длительным током нагрузки сводится к уравнению расчётного тока с допустимым табличным значением для принятых марок проводников и условий их прокладки.

При выборе должно соблюдаться условие: IдIР

где Iд- длительно допустимый ток по нагреву;

IР- расчетный ток электроприёмника.

Станки

Сварочные машины

Электропечи

Так как температура среды цеха +20 0С и не является нормальной, то из справочника (4) выбирается поправочный коэффициент: Кт=1,05.

Таблица 4 - Выбор марки и сечения проводов

Номер оборудования	Iд, А	Iд', А	Марка и сечение
1 -5	115,00	150,00	ПВ3 4(150)
6 -10	90,00	115,00	ПВ3 4(135)
11 -15	115,00	150,00	ПВ3 4(150)
16 -20	150,00	185,00	ПВ3 4(170)
21 -25	75,00	90,00	ПВ3 4(125)
26 -30	90,00	115,00	ПВ3 4(135)
31 -35	30,00	34,00	ПВ3 4(15)
36 -43	380,29	399,30	(Выбирается шинопровод)
44 -49	90,00	115,00	ПВ3 4(135)

Выбор марок и сечения шинопроводов

Сечение шин определяется по условию длительно-допустимого тока нагрузки с учётом температурного поправочного коэффициента

где Uн - номинальное напряжение шинопровода, В;

Uс- номинальное напряжение сети, В;

Iд- длительно-допустимый ток шинопровода, А;

Iр- расчётный ток шинопровода, А;

Iн- номинальный ток шинопровода, А.

Электропечи

Так как температура среды цеха +20 0С и не является нормальной, то из справочника (4) выбирается поправочный коэффициент: Кт=1,05.

Таблица 5 - Выбор марки и сечения проводов

Номер оборудования	Iд, А	Iд', А	Марка и сечение
1 -5	115,00	150,00	ПВ3 4(150)
6 -10	90,00	115,00	ПВ3 4(135)
11 -15	115,00	150,00	ПВ3 4(150)
16 -20	150,00	185,00	ПВ3 4(170)
21 -25	75,00	90,00	ПВ3 4(125)
26 -30	90,00	115,00	ПВ3 4(135)
31 -35	30,00	34,00	ПВ3 4(15)
36 -43	380,29	399,30	(Выбирается шинопровод)
44 -49	90,00	115,00	ПВ3 4(135)

Выбор марок и сечения шинопроводов

Сечение шин определяется по условию длительно-допустимого тока нагрузки с учётом температурного поправочного коэффициента

где Uн - номинальное напряжение шинопровода, В;

Uс - номинальное напряжение сети, В;

Iд - длительно-допустимый ток шинопровода, А;

Iр - расчётный ток шинопровода, А;

Iн- номинальный ток шинопровода, А.

ШРст. отд

380,00 (В)=380,00 (В)

4100,00 (А)3982,22 (А)

4000,00 (А)3982,22 (А)

По справочнику (5) выбран шинопровод медный 2(ШММ4-4000-44-1У3) сечением 2(12010) мм, r0=20,0218 Ом/км, x0=20,0300 Ом/км.

ШР3 (для сварочных машин))

380,00 (В)=380,00 (В)

860,00 (А)700,82 (А)

1000,00 (А)700,82 (А)

По справочнику (5) выбран шинопровод медный ШММ4-1000-44-1У3 сечением 505 мм,

r0=0,0913 Ом/км, x0=0,1370 Ом/км.

ШР4 (для печей)

380,00 (В)=380,00 (В)

475,00 (А)419,06 (А)

630,00 (А)419,06 (А)

По справочнику (5) выбран шинопровод медный ШММ4-630-44-1У3 сечением 304мм,

r0=0,1750 Ом/км, x0=0,1630 Ом/км.

Выбор защитной аппаратуры к электроприёмникам

Защиту и коммутацию цеховых сетей осуществляют автоматическими выключателями, предохранителями и рубильниками.

Более совершенная коммутация получается, если применяются автоматические выключатели, снабжённые максимальной защитой. Эти аппараты многократного действия, снабжены устройствами выдержки времени и обеспечивают избирательное действие защиты.

Условие выбора автоматических выключателей для индивидуального электроприёмника по справочнику (6)



где Uн - номинальное напряжение автоматического выключателя, В;

Uс - номинальное напряжение сети, В;

Iн. А - номинальный ток автоматического выключателя, А;

Iр - номинальный расчётный ток, А;

Iн. Р - номинальный ток расцепителя, А.

Оборудование 1 - 5

Выбран автомат ВА 51-33

Оборудование 6 - 10

Выбран автомат ВА 51-33

Оборудование 11 - 15

Выбран автомат ВА 51-33

Оборудование 16 - 20

Выбран автомат ВА 51-35

Оборудование 21 - 25



Выбран автомат ВА 51-31

Оборудование 26 - 30

Выбран автомат ВА 51-33

Оборудование 31 - 35

Выбран автомат ВА 51-31

Оборудование 36 - 43

Выбран автомат ВА 51-39

Оборудование 44 - 49

Выбран автомат ВА 51-33

Условие выбора автоматических выключателей для группы электроприёмников

ШР1

Оборудование 1 - 15



Выбран автомат ВА 53-45

ШР2

Оборудование 16 - 30

Выбран автомат ВА 53-45

ШР3

Оборудование 31 - 43

Выбран автомат ВА 53-41

ШР4

Оборудование 44 - 49

Выбран автомат ВА 53-39

ШРст. отд

Оборудование 1 - 30

Выбран автомат ВА 77-47

4. Определение величины допустимых потерь напряжения

В настоящее время широко применяется система расчёта электрических линий различного назначения по величине потери напряжения.

Сфера расчёта обычно ограничивается рассматриваемой линией, т. е одной ступенью напряжения.

Метод расчёта линий на потерю напряжений не зависит от типа линии (воздушная линия, кабельная линия, токопровод). В основном он определяется величиной напряжения линии.

Расчёт выполняется для одного звена схемы, т.е. только для участка собственно линии, без учёта трансформатора в схеме замещения:

В нормальных режимах работы, учитывая возможность регулирования напряжения на подстанциях, потеря напряжения в силовых сетях до 1000 В не должна превышать 6 -7%, а в сетях 6 -35 кВ- 6 - 8% от номинального.

Если потери напряжения для различных сетей и нагрузок приводят к отклонениям напряжения на выводах электроприёмников больше допустимых значений, то выбирают проводники большего на одну ступень сечения и повторяют проверочный расчёт.

Выбранные по длительно допустимому току и согласованные с током аппаратов защиты, сечения проводников проверяют на потерю напряжения.

Расчёт проводится для двух участков сети (ШР1 и ШР2) станочного отделения без учёта шинопровода от трансформаторного пункта до ответвления по формуле

,

где - потеря напряжения, %;

- номинальное напряжение сети, В;

- активное удельное сопротивление шинопровода, Ом/км;

- реактивное удельное сопротивление шинопровода, Ом/км;

=0,48 при cos=0,90;

- мощность первого электроприёмника, Рн1 =Рн1, кВт;

, - суммарная мощность от первого электроприёмника до заданной точки,

, кВт;

, кВт;

- длина шинопровода от ответвления до первого электроприёмника, км;

- суммарная длина шинопровода от первого электроприёмника до электроприёмника мощностью Рн7, км;

- суммарная длина шинопровода от первого электроприёмника до электроприёмника мощностью Рн15, км.

ШР1

ШР2

В нормальных режимах работы с учётом возможности регулирования напряжения на цеховой подстанции, потеря в силовой сети до 1000В не должна превышать 10 % от номинального напряжения согласно ПУЭ.

Для ШР1 потеря напряжения составляет 1,94%, для ШР2 - 1,91%, что соответствует допустимым значениям.

Значит, сечение шинопроводов выбрано верно.

5. Выбор компенсирующих устройств

Большая часть промышленных электроприёмников в процессе работы потребляет из сети помимо активной мощности Р реактивную мощность Q. В зависимости от характера электрооборудования предприятия, его реактивная нагрузка может составлять до 130 % активной. Передача значительного количества реактивной мощности по линиям и через трансформаторные системы электроснабжения невыгодна по следующим основным причинам:

- возникают дополнительные потери напряжения, которые особенно существенны в сетях, питающих системы электроснабжения промышленных предприятий;

- возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью;

- дополнительные потери напряжения увеличивают отклонения напряжения на зажимах электроприёмника от номинального значения при изменениях нагрузок и режимов электрической сети, а это требует увеличения мощности, а, следовательно, и стоимости средств регулирования напряжения.

Для применения компенсирующего устройства необходимо учесть, что оптимальная величина коэффициента мощности на предприятии получается путём компенсации реактивной мощности как естественными мерами (улучшения режима работа электроприёмников, применение двигателей более совершенной конструкции, устранение недогрузки двигателей, трансформаторов), так и за счёт установки специальных компенсирующих устройств.

Если при определении расчётной мощности реактивная мощность получилась больше активной, то необходимо снизить потребление реактивной мощности. Для компенсации реактивной мощности применяются специальные компенсирующие устройства, являющиеся источниками энергии ёмкостного характера.

Согласно «Правилам пользования электрической и тепловой энергии» установлено нормированное значение tgопт=0,33.

Определяется tg фактический для ШР1 и ШР2

(6)

ШР1

ШР2

ШР1

Qку=697,50 (1,34-0,33)=704,48 (кВАр)

ШР2

Qку=706,50 (1,59-0,33)=890,19 (кВАр)

Выбор по справочной литературе (4) компенсирующего устройства

Qку дQку

ШР1. Выбраны компенсирующие устройства на 600 и 160 кВАр УКН 0,38-600 и УКН 0,38-160

ШР2

Выбрано компенсирующее устройство на 900 кВАр УКН 0,38-900

Действительная реактивная мощность после компенсации

Qд=Qр-Qку д (6)

ШР1

Qд=934,65-760,00=174,65 (кВАр)

ШР2

Qд=1123,33-900,00=223,33 (кВАр)

Действительное значение tg после компенсации

(6)

ШР1

ШР2

Если tgдtgопт, то компенсирующее устройство выбрано верно (0,250,33, 0,320,33).

Полная мощность после компенсации

ШР1

ШР2

Когда определена мощность КУ при равномерно распределённой нагрузке по шинопроводу, то точка присоединения КУ определяется оптимальным расстоянием от ТП до места установки КУ из условия минимума потерь в шинопроводе.

После выбора компенсирующего устройства необходимо провести технико-экономический расчёт:

а) стоимость потерь КУ, руб

- стоимость 1 кВт ч электроэнергии для промышленных предприятий на заданный момент времени, руб (7,50 руб).

б) стоимость амортизационных отчислений САМОР, руб

- капитальные годовые затраты.

в) годовые затраты на содержание и эксплуатацию КУ, руб

З=Спот+КпКзат+Самор, (6)

где Кп - коэффициент приведённых затрат КУ (2,05 руб/кВАр).

З=252112,50+2,050,125+0,028=252112,78 (руб)

г) годовая экономия, руб

Сг. э=ТС0QКУ дКэ, (6)

где Кэ - экономический коэффициент (0,12).

Сг. э=4500,007,50(600,00+160,00+900,00)0,12=6723000,00 (руб)

Расчётный ток для КУ, А

Для УКН 0,38-600

Для УКН 0,38-160

Для УКН 0,38-900

Выбор автоматических выключателей для КУ

Для УКН 0,38-600

Выбран автомат ВА 53-43

Для УКН 0,38-160

Выбран автомат ВА 51-37 Для УКН 0,38-900

Выбран автомат ВА 53-45

6. Выбор и расчёт трансформаторов

Выбор и расчёт силового трансформатора

При выборе числа и мощности трансформаторов весьма важными, а иногда решающими показателями, являются надёжность питания, расход цветного металла и потребная трансформаторная мощность. При выборе мощности основных трансформаторов в системе электроснабжения следует стремиться к применению не более двух -трёхстандартныхмощностей.

По условию задания на участке механического цеха установлены потре-бители 2 категории, поэтому выбирается однотрансформаторная подстанция с условием обеспечения резервом, вводимым автоматически или действием дежурного персонала.

Мощность силового трансформатора для станочного и термического отделений определяется с учётом компенсации, тогда полная мощность станочного и термического отделений после компенсации будет равна

SР. Д. СТ. И Т. ОТД=719,03+740,96+262,37=1722,36(кВА)

Расчётная мощность трансформатора, кВА

Расчётная мощность трансформатора по условиям аварийного режима, т.е. с учётом перегрузочной способности

Выбор номинальной мощности трансформатора определяется по условию

UнUс

SномSР. Н. ТР

Выбран по справочнику (7) трансформатор ТМ-4000/10

Характеристики выбранного трансформатора:

Sн=4000 кВА - номинальная мощность;

U1=10 кВ - первичное напряжение;

U2=0,40кВ - вторичное напряжение;

ДРк=33,5 кВт - мощность потерь при коротком замыкании (потери в меди);

ДРх=6,4 кВт - мощность потерь при холостом ходе (потери в стали);

uк=6,5% - напряжение короткого замыкания;

i0=0,9% - ток холостого хода;

стоимость трансформатора 840000,00 руб.

Для данного трансформатора выполняются условия

10,00 (кВ)0,4 (кВ) 4000,00 (кВА)3280,69(кВА)

Значит, трансформатор выбран верно.

Проводится технико-экономический расчёт трансформатора:

а) приведённые потери мощности трансформатора

б) потери энергии за год

в) стоимость потерь

г) по справочнику (7) найдены капитальные затраты, равные стоимости трансформатора К=840000,00 руб

д) амортизационные отчисления

Выбор измерительных трансформаторов

Измерительный трансформатор тока для электроустановок применяется для включения измерительных приборов. Условие выбора трансформатора тока

UнUс,

IнIР,

где Uн - номинальное напряжение измерительного трансформатора, В;

Uс - номинальное напряжение сети, В;

Iн - номинальныйпервичный ток, А;

IР - расчётный ток участка, А.

Для УКН 0,38-600

660,00 (В)380,00 (В)

1000,00 (А)912,69 (А)

Выбран трансформатор тока ТНШ-0,66 по справочной литературе (7)

Для УКН 0,38-160

660,00 (В) 380,00 (В)

300,00 (А) 243,38 (А)

Выбран трансформатор тока ТНШ-0,66 по справочной литературе (7)

Для УКН 0,38-900 660,00 (В) 380,00 (В)

1500,00 (А) 1369,03 (А)

Выбран трансформатор тока ТНШ-0,66 по справочной литературе (7)

Для станочного отделения (без учёта компенсации)

660,00 (В) 380,00 (В)

4000,00 (А) 3792,59 (А)

Выбран трансформатор тока ТНШЛ-0,66 по справочной литературе (7)

7. Расчёт токов короткого замыкания

внутрицеховой сеть шинопровод напряжение

Трёхфазные и двухфазные короткие замыкания возможны в любых трёхфазных сетях, однофазные - только в сетях с глухозаземлёнными нейтралями.

Расчёт токов короткого замыкания необходим для:

- выбора электрического оборудования, электрических аппаратов, шин, изоляторов, силовых кабелей и т.д.;

- выбора средств ограничения токов короткого замыкания;

- проектирования релейной защиты;

- анализа аварий в системе электроснабжения.

В курсовом проекте расчёт токов короткого замыкания производится для выбора электрической аппаратуры, поэтому надо определять только значения ударного и установившегося токов трёхфазного короткого замыкания.

Для данного цеха короткое замыкание может произойти на первом и на последнем станках каждого шинопровода. Значит, расчёт токов короткого замыкания ведётся для четырёх точек. Для расчёта составляется расчётная схема и по ней составляется схема замещения с активными и индуктивными сопротивлениями. Сопротивления трансформатора тока не учитываются. Расчёт ведётся в именованных единицах, так как сеть не выше 1000 В.



Рисунок 3 - Расчётная схема

Должны быть указаны QF на ШР после QF1

Рисунок 4 - Схема замещения

Расчёт сопротивлений элементов цепи

а) активное сопротивление силового трансформатора

б) реактивное сопротивление силового трансформатора

в) сопротивления шины низкого напряжения до щита реактивное сопротивление шины

г) сопротивления автоматического выключателя на магистральном шинопроводе

xавшм=0,05 мОм - реактивное сопротивление токовой катушки

rавшм=0,05 мОм - активное сопротивление токовой катушки

rк авшм=0,04 мОм - активное переходное сопротивление контактов

д) сопротивления магистрального шинопровода реактивное сопротивление магистрального шинопровода активное сопротивление магистрального шинопровода.

е) сопротивления радиальных шинопроводов для четырёх точек короткого замыкания активные сопротивления радиальных шинопроводов.

реактивные сопротивления магистрального шинопровода

ж) сопротивления автоматических выключателей для четырёх точек короткого замыкания

К1

xавст=0,70 мОм rавст=0,70 мОм

rк авст=0,70 мОм

К2

xавст=0,70 мОм

rавст=0,70 мОм

rк авст=0,70 мОм

К3

xавст=0,50 мОм

rавст=0,40 мОм

rк авст=0,60 мОм

К4

xавст=0,70 мОм

rавст=0,70 мОм

rк авст=0,70 мОм

з) результирующие активные и реактивные сопротивления для четырёх точек короткого замыкания результирующее активное сопротивление

К1

К2

К3

К4

результирующее реактивное сопротивление

Ударный ток короткого замыкания от источника

Если то kу=1,17;

если то kу=1,25;

если то kу=1,13;

если то kу=1,27.

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания от двигателя

Токи короткого замыкания в точке короткого замыкания

К1

К2

К3

К4

Заключение

В данном курсовом проекте «Электрическое снабжение отрасли» рассмотрен шлифовальный цех 3. Температура окружающей среды цеха равна 20 0С. Грунт, на котором цех расположен - песок с температурой 5 0С. Время работы цеха за год - 4500 часов при двухсменном графике работы.

Исходными данными для расчёта электрических нагрузок являются установленная мощность и характер изменения этих нагрузок, определённый технологическим режимом. Для каждой группы электроприёмников были найдены по справочной литературе коэффициент использования Ки и коэффициент мощности cos. Также были выбраны по справочной литературе для станков асинхронные электродвигатели серии 4А.

Вычислены сменная активная Рсм, кВт, и сменная реактивная Qсм, кВАр, мощности за максимально загруженную смену. Определены коэффициенты использования средневзвешенные КИСР для каждой группы электроприёмников.

Произведён выбор сечения проводников по нагреву длительным током нагрузки с учётом их проложения в трубах и с учётом температуры среды цеха, для которой поправочный коэффициент КТ =1,05, так как температура среды цеха 20 0С и не является нормальной. Также был произведён выбор шинопроводов и учтена их защита от пыльной среды цеха.

В качестве аппаратов защиты были выбраны автоматические выключатели.

Выбранные распределительные шинопроводы по условиям длительного тока проверены на допустимые потери напряжения с учётом компенсации, где cos=0,9. Шинопровод магистральный при расчёте потерь не учитывался. В нормальных режимах работы с учётом возможности регулирования напряжения на цеховой подстанции потеря в силовой сети не должна превышать 10% от номинального значения согласно ПУЭ. Для шинопровода распределительного ШР1 потеря напряжения составляет 1,94%, для ШР2- 1,91%, что соответствует допустимым значениям.

Произведён выбор компенсирующих устройств, расчёт мощности силового трансформатора и выбор измерительных трансформаторов тока для компенсирующих устройств и для станочного отделения. После выбора компенсирующих устройств и силового трансформатора были произведены технико-экономические расчёты.

Произведён расчёт токов короткого замыкания.

Выполнена графическая часть работы курсового проекта.

Список используемой литературы

1. Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Москва, «Энергоатомиздат», 1989 г.

2. Мельников М.А. Электроснабжение промышленных предприятий. Томск, «Томский политехнический университет», 2000 г.

3. Нефедов Н.А. Дипломное проектирование в машиностроительных техникумах. Москва, «Высшая школа», 1986 г.

4. Правила устройства электроустановок. М., «Энергоатомиздат», 2003 г.

5. Справочник по проектированию электроснабжения. Москва, «Энергоатомиздат», 1990 г.

6. Шеховцов В.П. Расчёт и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования. Москва, «ФОРУМ-ИНФРА-М» 2005 г.

7.Электротехнический справочник. Том 2. Под редакцией И.Н. Орлова. Москва, «Энергоатомиздат», 1986 г.

Размещено на Allbest.ru