Расчет электрических параметров цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Технический раздел

1.1 Краткая характеристика цеха

№ эл. пр.	Наименование электроприёмника	количество	Номинальная мощность Pn, кВт	Мощность эл. пр. преобразованая в активную и приведенная ПВ=100%	Ки	cos	Uн, кВ	Примечание
ШУ-3 - Шлифовальный участок
1	Заточный станок	1	1,8		0,12 -0,14	0, 5	0,38
2	Шлифовальный станок	2	10		0,12 -0,14	0, 5	0,38
3	Расточный станок	4	2,4		0,12 -0,14	0, 5	0,38
4	Расточный станок	1	1		0,12 -0,14	0, 5	0,38
5	Шлифовальный станок	1	4,5		0,12 -0,14	0,5	0,38
6	Шлифовальный станок	1	7,5		0,12 -0,14	0, 5	0,38
7	Шлифовальный станок	1	12,8		0,12 -0,14	0, 5	0,38
8	Шлифовальный станок	2	18,8		0,12 -0,14	0, 5	0,38
9	Шлифовальный станок	1	13,6		0,12 -0,14	0,5	0,38
10	Вентилятор	2	5,9		0,6 - 0,8	0,8 -0,85	0,38
11	Шлифовальный станок	1	14,4		0,12 -0,14	0,5	0,38
ТУ-3 - Участок термической обработки
1	Муфельная печь однофазная	1	13,5		0,7	1	0,22
2	Соляная печь	1	25		0,7	0,8	0,38
3	Соляная печь	1	40		0,7	0,8	0,38
4	Электрическая печь	2	40		0,7	0,8	0,38
5	Вентилятор	1	3,6		0,6	0,8	0,38
6	Ванна	1	4		0,5	0,6	0,38
7	Электрическая печь	2	55		0,7	0,8	0,38
8	Термобарокамера	1	8		0,53	0,6	0,38
9	Компрессор	1	9		0,7	0,8	0,38
10	Насос	1	40		0,7	0,8	0,38
УП-2 - Участок пластмасс
1	Вентилятор	5	13		0,6	0,8	0,38
2	Установки ВЧ нагрева	6	10		0,2	0,65	0,38
3	Пресс с электрообогревом	6	38		0,17	0,65	0,38
4	Пресс с электрообогревом	4	19		0,17	0,65	0,38
5	Станки для обработки пластмасс	6	7,5		0,12	0,5	0,38
6	Термопластавтомат	6	5		0,12	0, 5	0,38
МДУ-3 - Модельный участок
1	Вертикально - сверлильный станок	2	5,5		0,12 - 0,14	0,5	0,38
2	Точильный станок	3	4		0,12 - 0,14	0,5	0,38
3	Фуговальный станок	2	2,2		0,12 - 0,14	0,5	0,38
4	Ленточнопильный станок	3	7,5		0,12 - 0,14	0,5	0,38
5	Строгальный станок	1	30		0,12 - 0,14	0,5	0,38
6	Вентиляционная установка	1	22		0,75	0,85	0,38
7	Модельный фрезерный станок	1	4		0,12 - 0,14	0,5	0,38
8	Отрезной станок	2	10		0,12 - 0,14	0,5	0,38
9	Одностоечный карусельный станок	2	27,5		0,17 - 0,25	0,65	0,38
10	Консольно - фрезерный станок	2	10		0,12 - 0,14	0,5	0,38
11	Рейсмусовый станок	1	3		0,17 - 0,25	0,65	0,38
12	Вентилятор	2	13		0,6 - 0,8	0,8 - 0,85	0,38
14	Продольно - строгальный станок	2	40		0,12 - 0,14	0,5	0,38
15	Кран балка 2 т, 3 двигателя	1	3; 1,5; 0,8	2,65	0,6 -0,8	0,5	0,38	ПВ -25%

· Среда цеха нормальная; = 4250; работа двухсменная; категория электроснабжения: 2 категория - 35% и 3 категория - 65%;

· Установленная мощность освещения 52 кВт;

· Питание цеховой подстанции принять с РП-10кВ кабелем; расстояние 0,7 км;

· Напряжение сети цеха 380/220В; =0,39; стоимость электроэнергии равна 1,5 руб./кВт*ч;

· Для расчета токов короткого замыкания мощность системы принять неограниченно большой;

· Высота цеха до нижнего пояса ферм 8 м; полы бетонные.

2. Расчетный раздел

2.1 Расчет электрических нагрузок цеха

Электрические нагрузки определяют для выбора токоведущих элементов (шин, кабелей, проводов), силовых трансформаторов, а также для расчета потерь, отклонений и колебаний напряжения, выбора защиты и компенсирующих устройств.

Определим суммарную мощность за наиболее загруженные смены:

Р_см = К_и * Р_ном; (2.2)

где К_и - коэффициент использования активной мощности;

Р_ном - активная суммарная номинальная мощность, кВт.

Определим суммарную реактивную мощность за наиболее загруженные смены:

Q_см =tgц*P_см; (2.3)

Эффективное число электроприемников определяем из условия:

n?5; К_и?0,2; m?3; P_ном = const; следовательно nэ = n; (2.4)

Средневзвешенное значение коэффициента использования распределительного шинопровода:

К_и =; (2.5)

где ?Р_см - сумма всех активных среднесменных мощностей электроприёмников ШРА;

?Р_ном - сумма всех активных номинальных мощностей электроприёмников ШРА.

Исходя из средневзвешенного значения коэффициента использования и эффективного числа электроприёмников распределительного пункта, определяем значение коэффициента максимума для каждого распределительного пункта.

Активная расчетная мощность:

Р_р = К_м ·?Р_см; (2.6)

где К_м - коэффициент максимума;

Р_см - мощность за наиболее загруженную смену.

Реактивная расчётная мощность:

Q_р = ?Q_см *1,1 (если n<10) или Q_р = Q_см (если n>10); (2.7)

где Q_см - реактивная мощность за наиболее загруженную смену;

n - эффективное число электроприемников.

Полная расчётная мощность:

S_р =; (2.8)

где Р_р - активная расчётная мощность, Вт;

Q_р - реактивная расчётная мощность, кВАр.

Расчётный ток одного распределительного пункта:

I_р =; (2.9)

где S_р - полная расчётная мощность, кВА;

U_ном - номинальное напряжение, В.

Произведем расчеты для ШРА-1:

Определяем эффективное число электроприемников (по условию 2.4):

n?5; К_и?0,2; m?3; P_ном = const; следовательно nэ = n

Определим мощность за наиболее загруженную смену на примере привода компрессора (по формуле 2.2):

Р_см = 0,7*9 = 6,3 кВт;

Определим реактивную мощность за наиболее загруженную смену на примере привода компрессора (по формуле 2.3):

Q_см = 0,75*6,3 = 4,7 кВАр;

Определяем коэффициент использования для ШРА-1:

Ки_ШРА-1 =;

Коэффициент максимума для ШРА-1 равен К_м = 1,5 (по таблице 2.3)

С учетом коэффициента максимума определяем расчетные максимальные активные нагрузки (по формуле 2.6):

Р_р = 1,5 * 63,9 = 95,8 кВт;

Определяем расчетные максимальные реактивные нагрузки (по формуле 2.7):

Q_р = 1* 67,9 = 67,9 кВАр;

Определяем полную расчетную мощность электрической нагрузки (по формуле 2.8):

S_р = = 117 кВА;

Определяем расчетный ток (по формуле 2.9):

I_р =117 /* 0,38 = 177,9 А.

Рассчитаем потери в трансформаторе мощностью 693кВА:

Активные потери:

ДР_т = 0,02S_р (2.10)

ДР_т = 0,02 * 693= 13,9 кВт;

Реактивные потери:

ДQ_т = 0,1S_р (2.11)

ДQ_т = 0,1 * 693= 69,1 кВт;

2.2 Компенсация реактивной мощности

Расчет и выбор КУ производится на основания задания энергосистемы и в соответствии с «Руководящими указаниями по компенсации». Задачи по расчету и выбору КУ решаются совместно с вопросами с вопросами проектирования всех элементов СЭС промышленного предприятия.

Расчет тангенс угла для н/н нагрузки для механического цеха:

tgцм_. ==0,92

Потребная мощность КУ выбирается с учетом той мощности, которую необходимо компенсировать Q_к, кВАр.

Рассчитаем Q_к по формуле:

Q_к = Р_р(tgц_м - tgц_э); (2.13)

Q_к =580 (0,92 - 0,39) = 307,4 кВАр;

где Р_р - активная расчётная мощность, Вт;

tgц_э = 0,39 - эффективный тангенс угла;

tgц_м - расчетный тангенс угла;

Выбираем компенсирующее устройство типа:

УКБТ - 0,38 - 150УЗ в количестве 2 штук.

Количество ступеней - 1;

Удельные потери (кВт/кВАр) - 0,0045;

Номинальная мощность установки, кВАр - 150

Удельная стоимость (руб./кВАр) - 8;

Определим полную мощность с учетом компенсации реактивной мощности:

S_р =; (2.14)

S_р = кВАр.

Определим cosц с учетом компенсации по формуле:

Cosц =; (2.15)

Из полученного Cosц = 0,9 получаем tgц = 0,4;

Определим расчетный ток с учетом компенсации реактивной мощности (по формуле 2.9):

I_р = 625 /* 0,38 = 950 А;

2.3 Выбор числа и мощности трансформаторов

Трансформаторы масляные серий ТМ - 1000 а также трансформаторы предназначены для работы в электросетях напряжением 6 или 10кВ в открытых электроустановках в условиях умеренного климата и служат для понижения высокого напряжения питающей электросети до установленного уровня потребления. Трансформатор помещен в бак с маслом для охлаждения и предотвращения разрушение обмоток трансформатора от внешней среды.

В цеху присутствуют потребители III категорий, исходя, из этого выбираем К_{з. г} = 0,9, где К_{з. г} - коэффициент загрузки.

Определим номинальную мощность трансформатора:

S_ном = S_р / К_з.г; (2.16)

где S_р - полная расчётная мощность цеха, кВА;

S_ном = 625 / 0,9 = 694 кВА;

Выбираем трансформатор ТМ-1000/10 кВА, номинальное напряжение ВН-10 кВ, НН - 0,4 кВ. Так как был выбран один трансформатор, следовательно, К_{з. г} в аварийном режиме будет равен К_{з. г} в нормальном режиме.

Тип	Верхний предел номинального напряжения обмоток, кВ	Потери, кВт	Напряжение КЗ uk, % номанального	Ток холостого хода Io, %
	ВН	НН	Холостого хода ?РО	Короткого замыкания ?Рк, ном
ТМ - 1000/10	10	0,69	2,45	12,2	5,5	1,4

2.4 Расчет и выбор питающего кабеля

Произведем выбор питающего кабеля подводящего напряжение к трансформатору со стороны высокого напряжения по формулам.

Найдем расчетный ток для того чтобы рассчитать экономическое сечение кабеля по формуле:

I_р = S_р/U_ном; (2.17)

I_р = 1000/1,73*10 = 58 А;

где S_р - полная расчётная мощность цеха с учетом компенсации, кВА;

U_ном - номинальное напряжение на высокой стороне трансформатора, В.

Определим максимальную плотность тока j_эк = 1,7 исходя из использования максимума нагрузки за год равной 4250 часов.

Используя максимальную плотность тока j_эк = 1,7 и расчетный ток I_р = 58 А вычислим экономическое сечение кабеля по формуле:

S_эк = I_р/j_эк; (2.18)

S_эк = 58/1,7 = 34 мм²;

Принимаем к установке провод АБ 2х50 (сечение равно 50 мм, количество жил равно 2, длительно допустимый ток I_доп = 210 А).

2.5 Конструктивное выполнение цеховой сети и трансформаторной подстанции

Применение комплектной трансформаторной подстанция позволяет расположить ее внутри цеха на свободной территории с максимальным приближением к потребителям. Комплектная внутрицеховая подстанция ограждается металлической сеткой, и не требует специального помещения. Это позволяет снизить затраты на ее монтаж.

Выбор магистральной и распределительной сети зависит от среды помещения, расположения и мощности потребителей, категории электроснабжения и др.

Для цехов механического профиля с расположением оборудования рядами в настоящее время применяются магистральные схема с использованием комплектных шинопроводов ШМА - магистральных и ШРА - распределительных. В таком случае наиболее распространенной схемой является «блок-трансформатор-магистраль».

Радиальные схемы выполняются в цехах, а на участках, где необходима высокая надежность питания, где электрооборудование большой мощности устанавливается стационарно (например, термические отделения, компрессорные и насосные и т.п.).

Конфигурация сети выбрана из удобства в эксплуатации, наименьших потерь электроэнергии.

Крепление магистрального шинопровода осуществляется на подвесах. Ответвления к токоприемникам выполнено трехжильным проводом с алюминиевыми жилами или кабелем АПВ.

В помещениях с радиальной сетью для питания используются силовые шкафы серии ШРС-1-50УЗ (8х60) с предохранителями. Количество шкафов и тип определяется мощностью потребителей и принятой схемой.

План цеха с магистральными и распределительными сетями, подстанцией, комплектными конденсаторными установками и силовыми шкафами показан на листе I графической части.

2.6 Расчет магистральной и распределительной сети цеха

а) Расчет и выбор магистральных сетей произведем по полной нагрузке цеха.

Согласно I_p выбираем ШМА (I_н ?I_p) и данные заносим в таблицу.

б) Распределительные Ш/П выбираем по расчетным нагрузкам на каждый Ш/П.

Произведем расчет потерь напряжения ДU на магистральном шинопроводе (ШМА) по формуле:

ДU% =I_р*L*(R₀*cosц+X₀*tgц) 100/U_ном; (2.19)

ДU% = 950*0,027*1,73 (0,27*0,9+0,08*0,39) 100/380 = 3,2;

Расчет остальных потерь напряжения на ШРА и РШ был произведен аналогично расчету ШМА.

Необходимо рассчитать расчетный ток токоприемника, чтобы определить марку провода и его сечение по таблице

Произведем расчеты на примере заточного станка, которая на плане обозначена под номером 1. Остальные расчеты токоприемников ШРА, РШ производятся аналогично.

Расчетный ток токоприемника:

I_р = I_н = Р_н/Uном*cosц*з* А; (2.16)

I_р = I_ном = 1,8/0,38*0,5*0,85*1,73 = 6,4 А;

где з - коэффициент полезного действия равный 0,85.

Выбор провода производится исходя из условия:

I_р ? I_доп;

Принимаем к установке провод марки АПВ 4 (1x2,5) мм², с длительно допустимым током в 19 А.

Потери напряжения получаем из формулы (2.17):

ДU = УМ/С*F = 0,01008/46*4 = 0,05%; (2.17)

где УМ - суммарный момент;

С - коэффициент равный 46 для алюминиевых проводов;

F - сечение провода.

Цеховые проводки ДU_доп ? ДU

ДU_доп = 5% > ДU = 0,05%

Суммарный момент УМ рассчитывается по формуле:

УМ = P*L = 1,8*0,0056= 0,01008; (2.18)

где L - длина провода от ШРА(РШ) до токоприемника;

Выбор типа защитного аппарата не должен нарушать условия:

I_вст ? I_р;

I_вст ? I_пуск / б;

где б = 2,5 - коэффициент снижения пускового тока;

I_пуск - пиковый ток вставки;

Пиковый ток вставки вычисляем по формуле (2.19):

I_пуск = K_пуск*I_р = 6*6 = 36 А; (2.19)

где K_пуск - коэффициент пуска;

Произведем выбор защитного аппарата в рамках условия:

I_вст ? 36/2,5 = 14,4 А;

Исходя, из этого условия номинальный ток вставки защитного аппарата не должен быть меньше 14,4 А. Принимаем к установке предохранитель типа ПН2 с номинальным током плавкой вставки равным 20, А.

Выбор автоматических выключателей для ШРА и РШ осуществляется следующим образом.

Условие выбора автоматического выключателя:

U _{ном.авт.} ? U_сети;

где U _{ном.авт} -номинальное напряжение автомата;

U_сети - напряжение сети;

I_{ном.авт.} ? I_р;

где I_{ном.авт} - номинальный ток автомата;

I_тепл ? 1,1*I_р;

где I_{тепл.расцепит.} - ток теплового расцепителя;

I_{эл.магн.расцепителя} ?12 I_пик;

Произведем расчет для ШМА, остальные делаем аналогично.

I_пик = I_пуск + (I_р - К_и*I_{ном.макс.})

I_пик = 6*950+ (950 - 0,93*950) = 5766,5 А

Таблица 2.7

Наименование	Uном.сети, В	Iпик, А	Iном.авт., А	Iтепл.расцепит., А	Iэл.магнитн., А	Тип автомата
ШМА	380	950	900	1,1*Iр	12*1531	ВА 55-40
ШРА-1	380	1130	125	1,1*Iр	12*269	ВА 88
ШРА-2	380	959	125	1,25*Iр	12*176	ВА 88
ШРА-3	380	883	125	1,3*Iр	12*398	ВА 88
ШРА-4	380	996	160	1,1*Iр	12*643	ВА 21-29
РШ-1	380	267	63	1,3*Iр	12*82	ВА 21-29
РШ-2	380	400	63	1,4*Iр	12*164	ВА 21-29
РШ-3	380	1383	200	1,25*Iр	12*41	ВА57-39
РШ-4	380	1903	250	1,25*Iр	12*56	ВА 55-43

Выбираем автомат типа ВА 55-40, I_{ном.авт} = 900 А, U = 380/660 В, I_{эл.магн.} - допускает 7 кратное превышение I_р, следовательно I_{эл.магн.} = 1,25*I_пик.

2.7 Расчёт токов короткого замыкания

Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки, при которых токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

В системе трехфазного переменного тока могут быть замыкания между тремя фазами, между двумя фазами и однофазные КЗ.

Последствия коротких замыканий является резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств. Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающего к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы.

Для уменьшения последствия тока КЗ необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени. Все электрические аппараты и токоведущие части должны быть выбраны таким образом, чтобы исключалось их разрушение при прохождении токов КЗ.

Для расчетов токов КЗ составляется расчетная схема - упрощенная однолинейная схема электроустановки, в которой учитываются все источники питания, трансформаторы, воздушные и кабельные линии, реактор.

Определим сопротивления кабельной линии на стороне 10кВ по формуле:

Х1 = (XoL Sб / Uном ²); (2.34)

R1 = (RoL Sб / Uном ²); (2.35)

где Хо, Rо - сопротивление кабеля, Ом; L - длина, км.

U²ном - номинальное напряжение системы, кВ;

Sб - базовая мощность, мВА;

Х1 = (0,090,6 100 / 10²) = 0,063;

R1 = (0,720,6100 / 10²) = 0,5;

Z_?==0,5

Определим сопротивления трансформатора по формуле:

Хт = Uк% Sб / Sт100; (2.36)

где Uк% - напряжение короткого напряжения;

Хт = (5,5 100 / 1100) = 5,5

Расчет базисного тока по формуле:

Iб = Sб / (v3 Uном); (2.37)

Iб = 100 / (v3 10,6) = 5,4 кА;

Расчет тока КЗ в точке К1 по формуле:

I_К1 = Iб / Хл (2.38)

Расчет мощности КЗ в точке К₁ по формуле:

S_К1 = Sб / Xл (2.39)

S_К1 = 100 / 0,5 = 200 мВА;

Расчет базисного тока в точке К2.

Iб = 100 / (v3 0,4) = 144 кА;

Расчет тока КЗ в точке К2 по формуле:

I_К2 = 144 / (5,5 + 0,5) = 24 кА;

Расчет ударного тока КЗ в точке К₂ по формуле

i_{у К2} = 1.41,824 = 60 кА;

Расчет мощности КЗ в точке К₂ по формуле:

S_К2 = 100 / 6 = 16 мВА;

Произведем проверку кабеля на термическую целостность:

S_min = = = 29 мм²

2.8 Выбор электрооборудования цеховой подстанции.

Оборудование КТП поставляется комплектно. По справочникам необходимо выбрать не только тип КТП, но и по токам короткого замыкания проверить:

· выключатель масляный;

· разъединитель;

· трансформатор тока.

2.9 Расчет заземляющего устройства цеховой подстанции

Рассчитаем заземляющее устройство цеховой подстанции 10/0,4 кВ, находящейся в нормальной климатической зоне, с заземленной нейтралью на стороне 0,4 кВ. Естественных заземлителей нет. Удельное сопротивление грунта при нормальной влажности р = 80 Ом-м. Электрооборудование подстанции занимает площадь 18x8 м².

Определяем ток замыкания на землю на стороне 10 кВ по формуле:

Iз = ; (2.40)

где lк - длина кабельной линии, км.

Iз = = 0,7 А:

Определим сопротивление заземляющего устройства по формуле:

Rз ? ; (2.41)

Rз₁₀ ? = 375 Ом

Rз_0,4 ? = 170 Ом

Заземляющее устройство выполняется общим, поэтому определяющим для расчета Rз ? 4 Ом.

Заземляющее устройство выполняем в виде контура из полосы 40x4 мм, проложенной на глубине 0,7 м вокруг оборудования подстанции, и стержней длиной 5 м и диаметром 12 мм на расстоянии 5 м друг от друга.

Определим сопротивления одного стержня по формуле:

r_в = 0,27с_расч; (2.42)

где с_расч - расчетное удельное сопротивление грунта:

с_расч = k_сезс; (2.43)

где k_сез - коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта, для вертикальных электродов 3-5 метров k_сез = 1,45 ч 1,3;

с - удельное сопротивление грунта;

r_в = 0,271,380 = 28,8 Ом;

Расчет необходимого количества вертикальных заземлителей определяется по формуле:

n_в = r_в / Rзз_в; (2.44)

цех электрический трансформатор сеть

где з_в - коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от их длины и расстояния между ними:

n_в = 28,8 / 40,52 = 14;

Расчет сопротивления заземляющей полосы по формуле:

r_г = lg (2l² / bt); (2.45)

r_г = lg (260² / 4010^-30,7) = 8,3 Ом;

Определим сопротивления полосы в контуре по формуле:

R_г =; (2.46)

R_г ==24 Ом;

Определим необходимое сопротивление вертикальных заземлителей по формуле:

R_в = ; (2.47)

R_в = = 4,8 Ом;

Рассчитаем уточненное число вертикальных заземлителей по формуле:

з'_в = r_в / R_в з_в; (2.48)

з'_в = 28,8/ 4,8 0,52 = 11,8;

Таким образом, окончательно принимаем n = 12 заземляющих стержней.

От цеховой подстанции до заземляющих стержней расстояние 1 м.

Размещено на Allbest.ru