Расчет и выбор аппаратов системы электроснабжения участка промышленного предприятия

(14)

Определяем полную максимальную мощность для ШР1 по формуле 14

Рассчитываем максимальный ток нагрузки для ШР2, А

,(15)

где Uном - номинальное напряжение питания электроприемников, В

Рассчитываем максимальный ток нагрузки для ШР1 по формуле 15

Imax=38,25/(1,73Ч0,38)=57,95

Расчет максимальных мощностей и максимального тока электроприемников подключенных к шкафу ШР1 на этом закончен. Аналогичным образом определяем максимальные мощности по ШР2, ШР3, ШР4, а также находим общие значения для всего участка.

Полученные данные по расчету установленной и сменной мощности систематизируем и заносим в таблицу 3, которая наглядно показывает нагрузку в наиболее загруженную смену.

Определяем коэффициент реактивной мощности

Определяем коэффициент реактивной мощности по формуле 16

Cosц_ср.вз.=49,86/58,03=0,9

Так как полученный cos_ср.вз.=0,9 входит в условия энергоснабжающей организации т.е. cosц_ср.вз.=0,9-0,95, то предприятию не требуется компенсация реактивной мощности.

2.2 Расчет и выбор элементов электроснабжения

Приёмники II и III категории потребляют 83% мощности, суммарное время максимальной загрузки( перегрузки ) t₂=4 часа, температура окружающей среды ?_окр.ср.=10С.

Так как на предприятии есть потребители II и III категории электроснабжения то поэтому выбираем на подстанции 2 трансформатора

По принимаем рекомендуемый коэффициент загрузки в_T=0,9.

Производим расчёт мощности трансформатора, кВт

где Р_см - общая активная сменная мощность, кВт;

в_T - коэффициент загрузки.

Производим расчёт мощности трансформатора по формуле 17

S_тр-ра= 49,86/(2·0,9·0,9)=30,77

Следовательно выбираем 2 трансформатора мощностью 160 кВт с масленым охлаждением.

Производим расчёт максимальной мощности трансформатора в период загрузки, кВт

где Р_max - активная максимальная мощность, кВт;

Производим расчёт максимальной мощности трансформатора в период загрузки по формуле 18

S'_тр-ра=88,06/(2·0,9·0,9)=54,35

Определяем мощность электроприёмников II и III категории

Р_смII,III = 0,83·49,86 = 41,38

Р_maxII,III =0,85·88,06= 74,85

В нормальном режиме работы при t₂=4 часа по ([1]таблица 4.8) определяем максимальную систематическую нагрузку в_T2= 1,32

Производим расчёт максимальной мощности трансформатора в период нормального режима работы

S'_тр-ра=54,35/160=0,33<1,32

Производим расчёт мощности при аварийном выходе из строя одного трансформатора

В'_т= 74,85/160=0,46

По ([1] таблица 4.8) аварийная перегрузка при t₂=4 часа составляет

в_T2авар.= 1,5>0,46

Следовательно трансформатор выбран верно.

С учетом мощности выбираем марку трансформатора ТМФ - 160/10 ([6], с.120, таблица 3.3).

Потребители относятся ко второй и третьей категории надёжности, следовательно, необходимо два трансформатора.

С учетом марки трансформаторов выбираем 2 КТП-160/10 ([6], с.120 таблица 3.4) с защитной аппаратурой на высокой и низкой стороне А3710Ф, А3720Ф, ПК - 10.

ток замыкание выключатель электрический

Таблица 3

Определяем номинальные токи электроприемников I_ном, А

(19)

гдеР_ном - номинальная мощность электроприемника, кВт;

номинальное напряжение электроприемника, кВ;

з - коэффициент полезного действия электроприемника;

сosц - коэффициент мощности электроприемника.

Определим номинальный ток электроприёмника №1 по формуле 19

I_ном=2,2/(1,73Ч0,38Ч0,8Ч0,83)=5,04

Аналогично определяем номинальные токи других электроприёмников. После того как токи электроприемников определены, выбираем из ([5], с. 21, таблица 1.3.7) сечения проводов для прокладки в трубах.

По найденному току выбираем провод типа АПРТО.

Для электроприёмника №1 выбираем провод АПРТО5 (1Ч2)

Аналогичным образом производим расчет номинальных токов и сечения проводов для остальных электроприемников.

Расчет питающих сетей высокого напряжения сводится к определению токов.

Напряжение на стороне высокого напряжения трансформатора составляет 10 кВ, подвод от ГПП до трансформатора осуществляется кабелем в земле.

Номинальный ток трансформатора на стороне высокого напряжения определяем по формуле, А.

(20)

гдеS_Т мощность трансформатора, кВА;

U_ном номинальное напряжение, В.

Номинальный ток трансформатора на стороне высокого напряжения определяем по формуле 20

I_ном=160/(1,73Ч10)=9,24

Сечение кабеля с аллюминивыми жилами по экономической плотности тока,мм².

Сечение кабеля с аллюминиевыми жилами по экономической плотности тока определяем по формуле 21

F_ээ=9,24/1,4=6,6

В соответствии с ПУЭ сечение кабеля должно быть не менее 25 мм²_, поэтому выбираем кабель от ГПП до трансформатора ААшв 3Ч10+1Ч6 ([4], с 472, таблица П 2.1).

Проверяем выбранное сечение кабеля по потере напряжения с учётом номинальной нагрузки трансформатора по формуле,В

(22)

гдеI_ном номинальный первичный ток трансформатора ;

l длина кабельной линии, км;

z₀ - удельное активное сопротивление, Ом/км;

x₀ - удельное индуктивное сопротивление, Ом/км.

Принимаем cosц = 0.9 и sinц = 0.44.

По ([1], таблица П 2.1и П.2.3) определяем r₀ =1,84 Ом/км и x₀ = 0,11 Ом/км. Проверяем выбранное сечение кабеля по потере напряжения с учётом номинальной нагрузки трансформатора по формуле 22

U= 1,73Ч9,24Ч1,2(1,84Ч0,9+0,11Ч0,44) = 32,69 В, что меньше 5%U_ном.

2.3 Расчет токов короткого замыкания и проверка элементов сети

В электроустановках могут возникать различные виды коротких замыканий, сопровождающихся резкими бросками тока. Электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения должно выбираться с учетом этих токов. Поэтому рассчитаем их по схеме электроснабжения

На КТП на стороне низкого напряжения 0,4 кВ имеется выключатель автоматический с током отключения Iоткл=30 кА

Определяем сопротивление системы электроснабжения, Ом

(23)

где U_Б - базисное напряжение на линии

U_Б=U_ср=10Ч1,05=10,5 кВ

Определяем сопротивление системы электроснабжения по формуле 23

X_c=10,5²/1,73·30·10,5=0,2

Для расчета токов короткого замыкания в точке К1 составим схему замещения участка цепи до этой точки

где Х_С - реактивное сопротивление системы;

R_ЛВ - активное сопротивление линии высокого напряжения;

Х_КВ - индуктивное сопротивление линии высокого напряжения.

Определяем активное сопротивление кабеля на высокой стороне, Ом

(24)

где r₀ - активное сопротивление кабеля на 1 км

По ([1], табл. П2.1, ст.510) для кабеля ААШв 3Ч10+1Ч6/10 r₀=1,84 Ом/км

Определяем активное сопротивление кабеля на высокой стороне по формуле 24

R_лв=1,84·8=14,72

Определяем индуктивное сопротивление кабеля на высокой стороне, Ом

(25)

где х₀ - реактивное сопротивление кабеля на 1 км

По ([1], табл. П2.3,с.512)для кабеля ААШв 3Ч10+1Ч6/10 х₀=0,11 Ом/км

Определяем индуктивное сопротивление кабеля на высокой стороне по формуле 25

Х_лв=0,11·8=0,88

Определяем результирующее сопротивление линии в точке К1, Ом

(26)

Определяем результирующее сопротивление линии в точке К1 по формуле 26

Z_ЛВ==14,81

Определяем трёхфазный ток короткого замыкания в точке К1, кА

(27)

где U_ср.ном - номинальное напряжение линии + 5%, кВ

U_ср.ном=10Ч1,05=10,5

Определяем трёхфазный ток короткого замыкания в точке К1 по формуле 27

I⁽³⁾_К1 =10,5/(1,73·14,81) =0,4

Определяем мгновенное значение ударного тока короткого замыкания с учётом ударного коэффициента К_у, кА

(28)

Находим ударный коэффициент по кривым К_у=1,01 ([4], c.72, рис.7.4).

Определяем мгновенное значение ударного тока короткого замыкания с учётом ударного коэффициента К_у по формуле 28

i_у.к1=0,4·1,41·1,01=0,56

Для расчётов токов короткого замыкания в точке К2 составляем схему замещения рисунок 3

Рисунок 3

где r_т - активное сопротивление трансформатора;

x_т - индуктивное сопротивление трансформатора;

r_a - активное сопротивление аппаратуры защиты;

x_a - индуктивное сопротивление аппаратуры защиты;

r_тт - активное сопротивление трансформатора тока;

x_тт - индуктивное сопротивление трансформатора тока;

r_к - активное сопротивление кабеля на высокой стороне.

Активное сопротивление трансформатора определяем по формуле, мОм

(29)

где ДР_к - потери трансформатора в меди, кВт;

Потери трансформатора в меди определяем по ([8], c. 215, таб. 2.1), кВ

ДР=2,65

U_ср.ном - среднее номинальное напряжение на низкой стороне, т.е. +5% от U_ном, кВ; U_ср.ном=0,4

S_ном - номинальная мощность трансформатора, кВА.

Определяем активное сопротивление трансформатора по формуле 29

R_т=2,65Ч400²/160²=16,56

Индуктивное сопротивление трансформатора, мОм

(30)

где U_к - потери напряжения в трансформаторе, %; U_к=4,5

Потери напряжения в трансформаторе определяем по ([8], c. 215, таб. 2.1)

Определяем индуктивное сопротивление трансформатора по формуле 30

Определяем полное сопротивление трансформатора, мОм

(31)

Определяем полное сопротивление трансформатора по формуле 31

Номинальный ток силового трансформатора на низкой стороне, А

(32)

Определяем номинальный ток силового трансформатора на низкой стороне по формуле 32

Выбираем активные и реактивные сопротивления для автоматических выключателей и трансформатора тока

R_тт = 0,42 мОм; X_тт = 0,67 мОм; R_а = 0,36 мОм; X_а = 0,28 мОм.

Рассчитываем суммарные активные сопротивления от точек К1 и К2, мОм

(33)

где R_К - активное сопротивление контактов трансформатора

Активное сопротивление контактов трансформатора определяем по ([6] с.120 таблица 3.3).

Определяем суммарное активное сопротивление от точек К1 и К2 по формуле 33

УR_К2=16,56+0,36+0,42+15=32,34

Определяем суммарное индуктивное сопротивление от точек К1 и К2, мОм

(34)

Определяем суммарное индуктивное сопротивление от точек К1и К2 по формуле 34

УX_К2=48,8+0,28+0,67=49,75

Определяем полное результирующее сопротивление в точке К2, мОм

(35)

Определяем полное результирующее сопротивление в точке К2 по формуле 35

Z_рез==59,33

Определяем трёхфазный ток короткого замыкания в точке К2, кА

(36)

Определяем трёхфазный ток короткого замыкания в точке К2 по формуле 36

Определяем значение ударного тока по формуле 32, кА, учитывая ударный коэффициент К_у=1,01.

i_{у К2} =3,897Ч1,41Ч1,01=5,54

Для расчётов тока короткого замыкания в точке К3 составляем схему замещения

где r_лн - активное сопротивление линии низкого напряжения, мОм;

х_лн- индуктивное сопротивление линии низкого напряжения, мОм

Определяем активное и индуктивное сопротивление кабеля на низкой стороне по формуле 28 и 29, мОм

R_лн= 17,93·0,01= 0,17;

Х_л.н= 0,6·0,01=0,006;

Определяем результирующие значения сопротивлений в точке К3, мОм

(37)

(38)

Определяем результирующие значения сопротивлений в точке К3 по формулам 37 и 38

УR_К3= 0,17+32,34=32,51

УХ_К3= 0,006+49,75=49,756

Определяем полное результирующее сопротивление в точке К3 по формуле 39, мОм

Z_резК3=

Определяем ток трёхфазного короткого замыкания в точке К3 по формуле 40, кА

I⁽³⁾_к3 =400/1,73·59,43=3,8

Определяем значение ударного тока по формуле 33, кА, учитывая ударный коэффициент Ку=1,01.

i_уК3=3,8·1,41·1,01=5,41

Определяем значение однофазного тока короткого замыкания, кА

(39)

где U_ф - фазное напряжение сети, В;

Zпетли - полное сопротивление петли фаза-нуль кабеля.

Определяем полное сопротивление трансформатора току однофазного короткого замыкания на корпус с учётом сопротивлений прямой и нулевой последовательности по ([1], с. 407) Z_тр= 160 мОм.

Определяем удельное сопротивление петли по ([10], c. 127, таблица 7)

Z_о= 5,92 мОм/м;

Определяем значение однофазного тока короткого замыкания по формуле 43, кА

I_К3⁽¹⁾=220/(43/3+0,045)=15,3

Все данные сводим в таблицу 4

Таблица 4

Расчёт выключателей автоматических для каждого станка произведём на примере электроприёмника №1.

Определяем номинальный ток электроприёмника по формуле 32

I_ном=2,2/(1,73Ч0,38Ч0,8Ч0,83)=5,05

По ([5], с. 16, таб. 1.3.7) выбираем провод с алюминиевыми жилами сечением 4 мм², у которого длительно допустимый ток I_{доп.пров.}=15

По ([13], с.106, таб. 11) выбираем провод АПРТО5(1Ч25).

При номинальном токе станка I_ном=5,05 по ([10], с.67, таб. 2.3) выбираем выключатель автоматический ВА51-25 с номинальным током выключателя I_{ном.авт.}=25А.

Для выбора номинального тока расцепителя выключателя I_{ном.расц.выкл.} находим номинальный ток расцепителя, А

(40)

Определяем номинальный ток расцепителя по формуле 40

I_{ном.расц.}=1,25·5,05=6,31

Выбираем ближайшее значение номинального тока расцепителя по ([10], с.67, таб. 2.3)

I_{ном.расц}=8

Проверяем выбранное сечение провода по допустимому нагреву: 15>1Ч8. Неравенство выполняется, следовательно, выбор сечения провода по допустимому нагреву сделан верно.

Проверяем выключатель автоматический ВА51-25.

Проверяем выключатель по

(41)

Проверяем выключатель по номинальному току по формуле 41

I_{ном.авт.}=1,25·8=10; то есть 25>10.

Неравенство выполняется, следовательно, выключатель автоматический номинальному току и номинальному току расцепителя выбран правильно.

Для проверки выключателя на срабатывание отсечки определяем пиковый ток, А

(42)

где К₁ - коэффициент кратности тока.

По ([4], с.36, таб. 4) определяем коэффициент кратности тока для электроприёмника №1. К₁=6

Определяем пиковый ток по формуле 42

I_пик=6·5,05 =30,3

Проверяем выключатель на срабатывание отсечки с учётом пиковых токов, А

(43)

Проверяем выключатель на срабатывание отсечки с учётом пиковых токов по формуле 43

I_{сраб.отсечки}=1,25·30,3=37,87

По ([10], с.67, таб. 2.3) определяем коэффициент срабатывания отсечки

К_с.о.=7

Проверяем выключатель на срабатывание отсечки, А

(44)

Проверяем выключатель на срабатывание отсечки по формуле 44

I_сраб=7·8=56; то есть 56>37,87

Неравенство выполняется, следовательно, выключатель выбран правильно. Аналогично рассчитываются остальные выключатели автоматические для каждого приёмника электроэнергии.

Расчёт вводного автомата для шкафов распределительных произведём на примере ШР1. От шкафа ШР1 запитаны электроприёмники, у которых

I_ном1=5,05А; К₁=7

I_ном2=6,71А

I_ном3=6,71А

Выбираем силовой шкаф по числу электроприёмников, по суммарному номинальному току всех электроприёмников и параметрам выключателей на отходящих линиях.

Определяем суммарный номинальный ток всех электроприёмников, подключенных к ШР1, А

(45)

Определяем суммарный номинальный ток всех электроприёмников, подключенных к ШР1 по формуле 45, А

УI_ном=5,05·4+6,71·3+6,71=145

По результатам расчётов по ([9], с.83, таб. 1.6) выбираем силовой шкаф типа ПР8501-072 с выключателем на вводе ВА51-35 с номинальным током выключателя I_{ном.выкл.}=250А .

В результате расчётов электрических нагрузок ШР1 имеем I_{расч.макс}=57,95.

Определяем номинальный ток расцепителя, А

(46)

Определяем номинальный ток расцепителя по формуле 46

I_{ном.расц.}=1,25•57,95=72,44

Выбираем ближайшее стандартное значение номинального тока расцепителя по ([10], с.67, таб. 2.3) I_{ном.расц.}=100А

Проверяем выключатель по номинальному току по формуле 41

I_{ном.авт.}=1,25·100=125, то есть 250>125

Неравенство выполняется, следовательно, выключатель по номинальному току выбран верно.

Проверяем выключатель на срабатывание отсечки. Для этого определяем пиковый ток, с учётом того, что количество электроприёмников ?3, А

(47)

Определяем пиковый ток по формуле 51, А

I_пик=57,95+7•48,95-(48,95•57,95/145)=381,04

Определяем ток срабатывания отсечки по формуле 47, А

I_{сраб.отсечки}=1,25·381,04=476,3

Рассчитываем уставку срабатывания отсечки

(48)

Рассчитываем уставку срабатывания отсечки по формуле 48

К_о=476,3/100=4,76

Выбираем ближайшее большее значение уставки срабатывания отсечки по ([10], с.67, таб. 2.3)

К_о=12

Проверяем выбор уставки срабатывания отсечки, А

(49)

Проверяем выбор уставки срабатывания отсечки по формуле 49

I_c.o.=12•381,04=4572,48; то есть 4572,48>476,3

Неравенство выполняется, следовательно, выключатель автоматический выбран верно. Аналогично рассчитываются выключатели остальных ШР и данные расчётов заносятся в таблицу 5.

Таблица 5

2.4 Проверка автоматических выключателей

Высоковольтные аппараты, шины трудно подаются расчётам и поэтому заводы-изготовители указывают предельный сквозной ток К.З (его амплитудное значение)- i_{пр.скв .}(i_дин), которые не должны быть определенного в наших расчётах ударного тока при трёхфазном токе К.З. и проверка на электродинамическую стойкость сводится к условию i_{пр.скв .}(i_дин)>i_у.

При определении сопротивления системы ранее был принят маломасляный выключатель.

Его данные по ([1] таблица П.4.1); ([7] таблица 5.1 с.228); ([8] таблица 3.7 с.132-133). Для напряжения 10кВ выбираем выключатель ВМПЭ-10-200-31,5У3, I_ном=200 А, I_{ном.откл.}=0,4 кА, i_пр.скв.=80 кА, ток и время термической стойкости кА/С-31,5/4 по [7] или [12 таблица 2.75].

Определяем тепловой импульс трёхфазного тока К.З-I_к1

где t_откл = t_зощ + t_вык = 2+0,1=2,1;

t_зощ - время действия основной защиты;

Т_а - постоянная затухания аппериадической составляющей тока К.З. ; Т_a=3 Определяем тепловой импульс трёхфазного тока К.З-I_к1 по формуле 50

В_к1=0,4²(2+0,1+0,01)=0,33 кА²с или 330000А²с

По данным выключателя: В_кв= I²_тер · t_тер=31,5² ·4 = 3969кА²с

Выключатель проходит по всем показателям.

Выбираем и проверяем выключатель нагрузки на стороне 10кВ. По ([14] таблица П.4.1)- выключатель нагрузки ВНПЭ-20-10-U_ном- 10кВ; I_ном = 200 А, Iоткл=20, ток и время термической стойкости кА/с - 31,5/4, i_пр.скв.-80, В_кв=31,5²·4=3969кА²с.

Сравним данные выключателя и расчётные

Выключатель ВНПЭ-20 по своим параметрам проходит.

Выбираем и проверяем высоковольтный предохранитель, совмещенный с выключателем.

Для силового трансформатора, согласно директивным материалам, номинальный ток предохранителя выбирается по величине 2I_ном с рекомендуемым разбросом в 20%.

I_пр=18,48·1,2=22,176

По ([8]таблица 2.84 с.188) или по ([8]таблица 3.13 с.142) выбираем токоограничивающий предохранитель ПКТ-101У, на I_ном=12А.

Сравним данные расчётов и предохранителя с учётом мощности отключения и тока К.З.

Проверяем кабель АСБ 3Ч35+1Ч16 по тепловому импульсу

где В_к - тепловой импульс трёхфазного тока К.З.;

С_т - коэффициент, зависящий от допустимой температуры при К.З. и материала токоведущей шины, кабеля, провода, аппарата.

Проверяем кабель ААШв 3Ч10+1Ч6 по тепловому импульсу по формуле55

/ 85 = 5,75

Кабель и предохранители проходят.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте выполнен расчет и выбор аппаратов системы электроснабжения участка промышленного предприятия. В проекте выбраны выключатели серии ВА с различными номинальными токами и токами расцепителя. Электроснабжение оборудования осуществляется в трубах с помощью проводов марки АПРТО и кабелей ААШв различных сечений. Был произведен расчет токов короткого замыкания в трех точках: первая точка на стороне высокого напряжения трансформатора, вторая на низкой стороне напряжения и третья на распределительных пунктах, а также был произведен расчет заземления по периметру было забито уголки длинной 3 м. Расчет система электроснабжения произведен с учетом современных требований к современные аппаратам электроснабжения. Это очень актуальная тема, так как в последнее время большое число предприятий и цехов обанкротились или заброшено. Часть жилых цехов, зданий переходят в частные руки и пересдаются в перепрофилировании и реконструкции.

В проекте выбраны системы электроснабжения с учетом современных требований и установлены современные аппараты электроснабжения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Барыбин Ю.Г. Справочник по проектированию электроснабжения. М.: Энергоатомиздат, 2012. - 574 с.

2. Белорусов И. В. Электрические кабели, провода, шнуры. М.: Энергоатомиздат, 1980. - 562 с.

3. Беляев А.В.Выбор аппаратуры защиты и кабелей 0,4 кВ. Ленинград; Энергоатомиздат, 2008.- 208 с.

4. Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию. М.: Высшая школа, 2009. - 60 с.

5. Коновалова Л.Л. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.: Машиностроение, 1986 - 526 с.

6.Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.: Высшая школа, 2011. - 364 с.

Размещено на Allbest.ru