Электроснабжение участка механического цеха №19

Размещено на http://www.allbest.ru

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Электроснабжение предприятий»

Электроснабжение участка механического цеха №19

Содержание

Задание

Аннотация

Введение

1. Краткая характеристика электроприемников цеха

2. Выбор и обоснование схемы электроснабжения цеха

3. Расчет электрических нагрузок участка цеха

4. Выбор марки и сечения токоведущих частей (проводов, кабелей, шинопроводов)

5. Выбор коммутационной и защитной аппаратуры

6. Выбор мощности трансформаторов цеховой подстанции. Компенсация

реактивной мощности

7. Расчет питающей линии 10 кВ

8. Конструктивное выполнение цеховой сети

Заключение

Список использованных источников

электроснабжение нагрузка токоведущий

Задание

Тема: Электроснабжение участка механического цеха.

Вариант 19

На ГПП установлены 2 трансформатора марки ТМН - 10000/110.

Расстояние от ГПП до цеха 0,6 км; от ГПП до подстанции энергосистемы 12 км.

Мощность короткого замыкания на шинах 110 кВ подстанции энергосистемы Sk = 1500 МВА.

Введение

Системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приёмников, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, осветительные установки и др.

В настоящее время большинство потребителей получает электроэнергию от энергосистем.

По мере развития электропотребления усложняются системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ.

На пути от источника питания до электроприёмников на современных промышленных предприятиях электрическая энергия, как правило, трансформируется один или несколько раз. В зависимости от места расположения в схеме электроснабжения трансформаторные подстанции называют главными понизительными подстанциями или цеховыми трансформаторными подстанциями.

Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

обеспечивать необходимую надёжность электроснабжения приёмников электроэнергии в зависимости от их категории;

быть удобными и безопасными в эксплуатации;

иметь оптимальные технико-экономические показатели (минимум приведённых затрат);

иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа

Для приёма и распределения электроэнергии к группам потребителей

трёхфазного переменного тока промышленной частоты напряжением 380 В применяют силовые распределительные шкафы и пункты.

Главной проблемой в ближайшем будущем явится создание рациональных систем электроснабжения промышленных предприятий, которое связано со следующим:

выбором и применением рационального числа трансформаций (оптимальный вариант числа трансформаций - две-три);

выбором и применением рациональных напряжений (в системах электроснабжения промышленных предприятий даёт значительную экономию в потерях электроэнергии);

правильным выбором места размещения цеховых и главных распределительных (понизительных) подстанций (обеспечивает минимальные годовые приведённые затраты);

дальнейшим совершенствованием методики определения электрических нагрузок (способствует решению общей задачи оптимизации построения систем внутризаводского электроснабжения);

рациональным выбором числа и мощности трансформаторов, а также схем электроснабжения и их параметров, что ведёт к сокращению потерь электроэнергии и повышению надёжности;

принципиально новой постановкой для решения таких задач, как, например, симметрирование (выравнивание) электрических нагрузок.

1.Краткая характеристика электроприёмников цеха

При определении электрических нагрузок действующих или проектируемых промышленных предприятий необходимо учитывать режим работы, мощность, напряжение, род тока и надежность питания электроприемников.

По режиму работы электроприемники могут быть разделены на три группы:

с продолжительным режимом работы;

с повторно-кратковременным режимом работы;

с кратковременным режимом работы.

Нагревательные печи, сушильные шкафы - составляют группу электропрёмников, работающих в продолжительном режиме с постоянной или мало меняющейся нагрузкой. Печи и сушильные шкафы мощностью 2,5ч70 кВт относиться к потребителям малой и средней мощности, питаются от напряжения 380 В промышленной частоты 50Гц.

Станки работают длительно, но с переменной нагрузкой и кратковременными отклонениями, за время которых электродвигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды, а длительность циклов превышает 10 мин. По мощности относятся к потребителям малой и средней мощности, питаются от сети 380 В промышленной частоты 50 Гц.

Вентиляторы - работают в продолжительном режиме, без отключения, от нескольких часов до нескольких смен подряд, с достаточно высокой, неизменной или мало меняющейся нагрузкой. Относятся к потребителям малой и средней мощности, питаются от сети 380В промышленной частоты.

Кран - работает в повторно кратковременном режиме с продолжительностью выключения 40%. Мощность 2,2 кВт, питается от сети 380В промышленной частоты 50 Гц.

Сварочные трансформаторы - работают в повторно кратковременном режиме с постоянными большими бросками мощности, продолжительностью включения 40%, мощность 48 кВА и 42кВА, питаются от сети 380 В промышленной частоты 50 Гц. Механический участок относится к потребителям второй категории.

2. Выбор и обоснование схемы электроснабжения

Цеховые распределительные сети должны:

Обеспечивать необходимую надёжность электроснабжения приёмников электроэнергии в зависимости от их категорийности.

Быть удобными и безопасными в эксплуатации.

Иметь оптимальные технико-экономические показатели.

Иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа.

Поэтому для питания цеха выбирается магистральная схема электроснабжения, что обеспечивает малое число присоединений, а следовательно уменьшение строительной части; малое изменение сети при изменении расположения технологического оборудования; меньшие потери электроэнергии. Наряду с достоинствами схемы существуют и недостатки:

Меньшая надёжность магистральных схем по сравнению с радиальными.

Труднее обеспечить селективность защит.

Схема выполнена распределительными шинопроводами типа ШРА, которые предназначены для питания электроприёмников малой и средней мощности, равномерно распределенных вдоль линии магистрали.

3.Расчёт электрических нагрузок цеха

Расчет электрических нагрузок участка цеха выполняется методом упорядоченных диаграмм с применением коэффициента расчетной нагрузки. Предварительно номинальная мощность приёмников с повторно-кратковременным режимом работы приводится к ПВ-100% по формулам:

Рн = Рпасп - для электродвигателей (1)

Рн = Sпаспcosц - для сварочных трансформаторов и сварочных машин (2)

Рн = Sпасп cosц - для трансформаторов электропечей (3)

где Рпасп (кВт), Sпасп (кВт), ПВ - паспортные данные мощности и продолжительности включения в относительных единицах;

cosц - паспортный коэффициент активной мощности.

Мощности сварочных трансформаторов

кВт

кВт

Мощность преобразовательного агрегата

кВт

Мощность мостового крана

кВт

Расчет электрических нагрузок напряжением до 1 кВ производится для каждого узла питания (распределительного пункта, шинопровода распределительного, шинопровода магистрального, цеховой трансформаторной подстанции или по цеху в целом).

Принимаем следующие значения коэффициента использования электроприемников, который взят из [2, 37].

Модуль сборки узла питания определяется:

, (2)

где:

- максимальная номинальная мощность электроприемника подключенного к узлу питания, кВт;

- минимальная номинальная мощность электроприемника подключенного к узлу питания, кВт.

Таблица 1 - Коэффициенты использования для оборудования

Наименование	Коэффициент ис-пользования, Ки
Молот ковочный МА411, Шкаф сушильный, Кран мостовой	0,2
Электропечь камерная Н-30, Карусельный станок, Плоскошлифовальный станок	0,17
Преобразовательный агрегат, Сварочные трансформаторы	0,3
Полировальный станок, Продольно-строгальный станок 72.10	0,14
Печь камерная ОКБ-330, Печь муфельная МП-25	0,7
Заточный станок 3641	0,12
Вентилятор	0,3

Для узла питания определяется значение модуля сборки:

(4)

где Рн.макс1, Рн.мин1 максимальная и минимальная мощность одного электроприёмника для узла питания.

Средние значения активной и реактивной мощностей за наиболее загруженную смену для групп приёмников:

(3)

, (4)

где - коэффициент использования электроприемника;

- сумма номинальных мощностей электроприемников, кВт.

Средняя мощность для узла питания определяется суммированием актиных, средних и реактивных мощностей групп электроприемников.

Средневзвешенные значения коэффициента использования и коэффициента реактивной мощности:

(5)

(6)

Определение эффективного числа электроприёмников nЭ:

Для узла питания записывается значение nЭ эффективное число электроприёмников, которое определяется по формуле:

(7)

При числе электроприёмников более пяти, эффективное число электроприёмников (nЭ) определяется по упрощенным формулам в зависимости от модуля сборки и средневзвешенного значения коэффициента использования:

а) если Ku > 0.2, а m < 3, то nЭ = n

б) если Ku < 0.2, а m < 3, то nЭ не определяется, а расчетная нагрузка будет:

, (8)

где:

Кз = 0,75 - для повторного кратковременного режима;

Кз = 0,9 - для продолжительного режима;

Кз = 1,0 - для автоматических линий.

в) если ,а , то:

(9)

г) если , а , то:

эффективное число электроприёмников () определяется следующим образом:

1) определяется число электроприёмников , мощность которых равна или больше половины мощности наибольшего приёмника;

2) определяется суммарная мощность этих электроприёмников ;

3) определяются относительные значения

(10)

(11)

4) по /4,58/ определяется эффективное относительное число электроприёмников *

5) определяется эффективное число электроприёмников

(12)

Активная расчетная нагрузка, кВт:

, (13)

где - коэффициент расчетной нагрузки.

Значение коэффициента расчетной нагрузки определяется по /4,100/ в зависимости от средневзвешенного коэффициента использования и эффективного числа электроприемников nЭ.

Реактивная расчетная нагрузка, квар:

- при nэ 10 (14)

- при nэ 10 (15)

Полная расчетная мощность, кВА:

(16)

Расчетный ток, А:

(17)

Пример расчета для РП 1

Количество электроприемников n = 3

Установленная мощность кВт

Сумма номинальных мощностей 118,5кВт

Коэффициенты использования:

продольно строгательный станок

карусельный станок

продольно строгательный станок

карусельный станок

Средняя мощность:

Продольно строгательный станок:

Карусельный станок:

кВт

Модуль сборки:

Средняя мощность для узла питания:

кВт

кВар

Эффективное число электроприемников:

Так как для РП1 и то

Средневзвешенное значение коэффициента использования:

Средневзвешенное значение коэффициента реактивной мощности:

Коэффициент расчетной нагрузки для и :

Расчетная активная нагрузка:

Расчетная реактивная нагрузка:

Полная расчетная нагрузка:

Расчетный ток:

Расчет для остальных электроприемников производится аналогично.

4. Выбор марки и сечений токоведущих частей

Выбор производится на примере кабеля от ШРА1 до шкафа РП1

Сечение проводов и кабелей выбирается по условию нагрева для нормальных условий эксплуатации:

Выбирается кабель марки ВВГ 4Ч16, для которого:

[1,343]

60,9 А<70А - условие выполняется.

Выбранное сечение проверяется по допустимой потере напряжения:

(18)

где - потери напряжения в проводнике, В;

- допустимые потери напряжения, В.

(19)

- удельные активное и индуктивное сопротивления проводника;

[1,54]

l - длина кабеля (определяется по рисунку 1);

0,621< 20 В - условие выполняется.

Если выбранное сечение не проходит по потерям напряжения, то сечение нужно завышать.

Сечение проверяется на соответствие току защитного аппарата:

(20)

где - коэффициент защиты, принимается в зависимости от среды и

конструктивного выполнения токоведущих частей;

[1,186]

- ток защитного аппарата, принимается ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания теплового расцепителя автомата, А.

Проверка по данному условию возможна только после выбора защитной аппаратуры на стороне питания, пример расчета приведен далее:

Расчет остальных токоведущих частей аналогичен вышеприведенному.

5.Выбор защитной и коммутационной аппаратуры.

Для практического расчёта электрических сетей напряжением до 1000 В выбор защитной коммутационной аппаратуры может быть выполнен следующим образом:

1. Выбор предохранителей производится исходя из условий:

где - номинальное напряжение предохранителя, В;

- напряжение установки в которой применяется предохранитель, В.

где - номинальный ток предохранителя, А;

- расчетный ток, А.

- для защиты присоединений с равномерной нагрузкой:

где - номинальный ток плавкой вставки предохранителя, А;

- для ответвлений к двигателям:

, (21)

где - коэффициент, учитывающий увеличение тока при пуске двигателя.

- при частых и лёгких пусках;

- при тяжёлых и редких пусках;

- пусковой ток двигателя, А.

(22)

где- кратность пускового тока

- номинальный ток двигателя, А.

- для линий со смешанной нагрузкой:

 (23)

где - кратковременный (пиковый) ток по [1,38];

(24)

где - наибольший из пусковых токов двигателей группы приёмников;

- расчётный ток группы приёмников;

- номинальный ток двигателя (приведённый к ПВ=1) с наибольшим из пусковых токов;

- коэффициент использования, характерный для двигателя, имеющего наибольший пусковой ток.

Выбор производится на примере вентилятора:

Выбирается предохранитель ПР2 100/100 для которого:

, , ; [1,283]

Принятый предохранитель соответствует вышеизложенным требованиям.

Выбор автоматических выключателей:

Условия выбора:

где , - соответственно номинальный ток автоматического выключателя и номинальный ток расцепителя, А;

- для защиты присоединений с равномерной нагрузкой:

где - номинальный ток теплового расцепителя автомата;

- номинальный ток электромагнитного расцепителя автомата;

- для ответвлений к двигателям:

;

; (25)

- для линий со смешанной нагрузкой:

(26)

Производится выбор на примере ответвления к двигателю вентилятора. Выбирается выключатель Sirius 3RV1031-4FB10, для которого (смотрим по каталогу):

Выбранный выключатель Sirius 3RV1031-4FB10отвечает поставленным условиям.

6. Выбор мощности трансформаторов цеховой подстанции

Компенсация реактивной мощности.

Вопрос о выборе мощности трансформаторов решается одновременно с вопросом выбора мощности компенсирующих устройств напряжением до 1000 В:

(27)

где - мощность компенсирующих устройств, обеспечивающая выбор

оптимальной мощности цеховых трансформаторов;

- мощность компенсирующих устройств, выбираемая с целью

минимизации потерь мощности в трансформаторах цеховой подстанции и в распределительных сетях 10 кВ.

Ориентировочную мощность трансформаторов можно определить по формуле:

, (28)

где:

- количество трансформаторов;

- аварийный коэффициент перегрузки трансформаторов;

=

Принимаются два трансформатора типа ТНД-400/10 для которых:

Определяется минимальное число трансформаторов цеховой подстанции:

,

где:

- добавка до ближайшего целого числа в сторону большего;

вн - коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном режиме;

вн=0,8 для двухтрансформаторных подстанциях при преобладании в цех потребителей II категории.

Определяется минимальное число трансформаторов цеховой подстанции:

(30)

где:

- дополнительное число трансформаторов, определяемое в зависимости от и

[1,106]

Определяется максимальная возможная реактивная мощность, передаваемая через трансформаторы из сети 10 кВ:

; (31)

;

Так как , то тогда принимается и компенсация реактивной мощности не нужна, т.е. ;

Определяем дополнительную мощность БСК для снижения потерь мощности в трансформаторах:

, (32)

где - расчётный коэффициент, определяемый в зависимости от коэффициентов и ;

-коэффициент, учитывающий расположение энергосистемы и сменность предприятия;

- коэффициент, зависящий от мощности трансформаторов и длины питающей линии.

[1,108]

[1,109]

[1,107]

Следовательно, для цеховой подстанции:

Определяется коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном и послеаварийном режимах:



Определяется необходимость установки БСК:

Конденсаторные батареи в цехе не устанавливаются.

Потери мощности в цеховых трансформаторах:

(35)

где:

- потери холостого хода, кВт;

- потери короткого замыкания, кВт.

(36)

где:

- ток холостого хода, %;

- напряжение короткого замыкания, %.

Активная мощность, потребляемая трансформатором:

Реактивная мощность, потребляемая трансформатором:

Полная мощность, потребляемая трансформатором:

(37)

7. Расчёт питающей линии 10 кВ.

Для выбора питающей линии 10 кВ необходимо знать ток короткого замыкания на шинах ГПП.

Составляется схема замещения

Составляется схема замещения рисунок 1.

Расстояние от ГПП до цеха l = 0,6 км; Рис. 1 Схема замещения

Расстояние от ГПП до подстанции энергосистемы L =12 км;

Мощность короткого замыкания на шинах 110 кВ подстанции энергосистемы = 1500 МВА.

Трансформаторы ГПП: ТМН - 10000/110;

Базисный ток:

(38)

Сопротивление системы:

, о.е. (39)

где (.) - номинальная мощность системы, МВА.

Сопротивление воздушной линии:

, (40)

где - удельное сопротивление воздушной линии, Ом/км;

- длина воздушной линии, км.

Принимается

Сопротивление трансформатора:

, (41)

Сопротивление кабельной линии:

, (42)

где - удельное сопротивление кабельной линии, Ом/км;

l- длина кабельной линии, км.

принимается Ом/км

l =0,6 км

Результирующее сопротивление:

(43)

Находим установившееся значение тока короткого замыкания:

Сечение линии определяется по экономической плотности тока jэ:

(45)

где:

- расчетный ток кабельной линии в нормальном режиме, А;

- экономическая плотность тока, А/мм2

Принимаем jэ=1,4 А/мм2 [7,305]

Расчетный ток кабельной линии в нормальном режиме:

(46)

Выбирается кабель 2АCБ-10-3Ч16, для него

[1,343]

[1,54]

[1,54]

Выбранное сечение проверяется:

По условию нагрева в нормальном режиме:

Определяется длительно - допустимый ток кабеля с учётом прокладки:

- число параллельных кабелей в кабельной линии.

- расчетный ток одного кабеля, А;

Определяем ток одного кабеля в послеаварийном режиме:

(47)

где - поправочный коэффициент на количество кабелей, проложенных в одной траншее;

- поправочный коэффициент на температуру окружающей среды;

[8,28]

[8,28]

Проверяется выполнение условия нагрева в нормальном режиме:

69 А>10,2 А - условие выполняется.

2. По условию нагрева в послеаварийном режиме:

Определяется ток одного кабеля в послеаварийном режиме:

(48)

Определяется коэффициент аварийной перегрузки в зависимости от вида прокладки кабеля, коэффициента предварительной нагрузки и длительности максимума:

(49)

[1,51]

Определяется допустимый ток кабеля в послеаварийном режиме:

(50)

Проверяется выполнение условия нагрева в послеаварийном режиме:

93,15 А>20,4 А - условие выполняется.

Выбранное сечение проверяется по допустимой потере напряжения:

ДUдоп = 0,05·10 = 0,5кВ

=, (51)

где:

-удельное активное сопротивление кабеля, Ом/км;

- удельное реактивное сопротивление кабеля, Ом/км;

-длина кабельной линии, км.

условие выполняется.

Производится проверка сечения на термическую стойкость:

, (52)

где:

С - коэффициент изменения температуры;

- приведённое время КЗ, с;

[1,53]

[1,52]

16 < 69,1505 - это условие не выполняется.

Окончательно принимается стандартное сечение жил кабеля и кабель марки 2АСБ-10-3Ч50.

8. Конструктивное выполнение цеховой сети

В зависимости от принятой схемы электроснабжения и условий окружающей среды цеховая электрическая сеть выполнена распределительными шинопроводами. Такие шинопроводы называют комплектными, так как они выполняются в виде отдельных секций, которые представляют собой четыре шины, заключённые в оболочку и скреплённые самой оболочкой.

Для выполнения прямых участков линий служат прямые секции, для поворотов - угловые, для присоединений - присоединительные. Соединение шин на месте монтажа производят болтовыми соединениями. На каждые 3 м секции шинопровода может быть установлено до 8-ми ответвительных коробок (по 4 с каждой стороны). В ответвительных коробках устанавливают автоматические выключатели или рубильники-предохранители. Крепление шинопроводов выполняют кронштейнами к колоннам на высоте 3,5 метров от уровня пола.

Спуск кабелей, проводов от шинопровода к распределительным шкафам или отдельным электроприемникам осуществляется по стенам в трубах. Участки кабелей питающих отдельные электроприемники проложены в трубах заделанных в чистовой пол на глубину 10 см.

В качестве распределительных пунктов используются шкафы с предохранителями, либо с автоматическими выключателями. Шкафы с предохранителями имеют на вводе рубильник. Шкафы с автоматическими выключателями выполнены с зажимами на вводе. Технические характеристики шкафов представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Распределительные пункты

№ РП	Тип шкафа	Ном. ток шкафа Iнш, А	Количество отходящих линий	Ном. ток предохранителя, автомата Iн, А	Тип предохранителя	Тип автоматического выключателя
РП1	ПР8501-011	160	3	100	-	Sirius 3RV10-42-4JA10
РП2	ПР8501-011	160	2	100	-	Sirius 3RV10-42-4JA10
РП3	ПР8501-007	160	4	160	-	Sirius 3RV10-42-4JA10
РП4	ШР11-73703 Р18-353	250	10	100	ПР-2	Sirius 3VL27-16-1AS33
РП5	ШР11-73703 Р18-353	250	11	60	-	Sirius 3VL27-16-1AS33
РП6	ПР8501-017	250	5	250	-	Sirius 3RV10-42-4JA10
РП7	ПР8501-011	160	9	100	ПР-2	Sirius 3VL27 16-1AS33

Заключение

В курсовом проекте была разработана схема электроснабжения ремонтно - механического цеха. Для этой цели были рассчитаны электрические нагрузки и сеть 0,4кВ, выбраны токоведущие части и цеховой трансформатор, осуществлена проверка кабелей питающих цеховую подстанцию на действие токов КЗ.

Питание отдельных электроприёмников осуществляется кабелями марки АВВГ и проводами марки АПВ.

В качестве защитных аппаратов применяются автоматические выключатели марки Sirius и предохранители марки ПР-2.

Данную схему электрической сети можно считать рациональной и экономичной.

Список использованных источников

Фёдоров А. А., Старкова Л. Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 368 с.: ил.

Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования /под редакцией Барыбина Ю. Г. и др. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 464 с., ил.

Справочник по проектированию электроснабжения /под редакцией Барыбина Ю. Г. и др. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 576 с.

Справочник по электроснабжению промышленных предприятий /под общ. редакцией А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского. В 2-х кн. Кн. 1. Проектно-расчётные сведения. - М.: Энергия, 1973. - 520 с., ил.

Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. Электрическая часть станций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с., ил.

Электротехнический справочник /под общ. ред. профессора МЭИ Герасимова В. Г. и др. - 8-е изд., испр. и доп. - М.: Издательство МЭИ, 1998. - 518 с.

Справочник по проектированию электроэнергетических систем /под редакцией С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 352 с.

Размещено на Allbest.ru