Разработка системы электроснабжения сварочного участка цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Не одно промышленное предприятие в мире в настоящее время не обходится без потребления электрической энергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий при этом могут быть самыми разнообразным, от простейших без трансформации напряжения, до сложнейших многоуровневых с суммарной длиной кабельных линий до нескольких сотен километров.

Поэтому очень остро для систем электроснабжения промышленных предприятий стоят вопросы оптимизации потерь мощности и электроэнергии, надежности электроснабжения и качества электрической энергии. Данные вопросы целесообразно решать на стадии проектирования систем электроснабжения.

В настоящее время при разработке систем электроснабжения промышленных предприятий стараются максимально приблизить источники высокого напряжения 35-220 кВ и электроустановкам потребителей с ПГВ, размещаемые рядом с энергоемкими производственными корпусами; резервирование питания для отдельных категорий потребителей закладываются в схему СЭС и в самих элементах.

Целью данной работы является создание оптимальной схемы низковольтного электроснабжения сварочного участка цеха.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: рассчитать электрические нагрузки; разработать оптимальные схемы низковольтного электроснабжения цеха; выбрать электрооборудование в том числе: силовые трансформаторы, компенсирующие устройства, проводники, коммутационную аппаратуру.

Исходными данными на проект служат:

1. План расположения оборудования цеха.

2. Мощности электроприемников цеха.

1. Расчет силовой нагрузки

Расчет силовой нагрузки производится в два этапа. На первом этапе рассчитывается суммарная нагрузка цеха для выбора трансформаторов цеховой КТП. На втором этапе определяются нагрузки по группам подключения электроприемников, перечень которых дан в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Перечень электроприемников

Наименование электроприемника	№ на плане	Кол-во ЭП,шт.	Рном,кВт
Сварочные преобразователи	1,4	2	22
Сварочный полуавтомат	2	1	18
Вентиляционные установки	3,9,13,16,41	5	9
Сварочные выпрямители	5…7	3	12,2
Токарные станки импульсной наплавки	8,10	2	10,5
Сварочные агрегаты	11,12,14,15	4	8,1
Кондиционеры	17,21,44,46	4	12
Электропечи сопротивления	18…20	3	75
Слиткообдирочные станки	22…26,28	6	6,5
Сверлильные станки	27,35,37…39	5	2,2
Кран-балка	29	1	10
Конвейеры ленточные	30,34	2	3
Обдирно-шлифовальные станки	31…33,36	4	4
Сварочный стенд	40	1	8,7
Сварочные трансформаторы	42,43	2	32 кВА
Электроталь	45	1	3,5

Мощности кранов с повторно- кратковременным режимом работы необходимо привести к длительному режиму по формуле:

, (1.1)

Здесь P_ном - Приведенная к длительному режиму мощность;

S_n - паспортная мощность;

ПВ - продолжительность включения, о.е.

кВт

кВА

кВт

Расчет суммарной цеховой нагрузки выполнен в таблице 1.2 в следующем порядке.

Для каждой группы одинаковых электроприемников (ЭП) определены значения коэффициента использования К_иi и коэффициента мощности tg?_i по [1,табл.1.5.1].

Средние активные P_cpi и реактивные мощности Q_cpi каждой группы одинаковых электроприемников рассчитаны по формулам:

, (1.2)

(1.3)

Где P_номi - номинальная мощность одного электроприемника в i-ой группе, кВт.

Средневзвешенные коэффициенты К_иср и tg?_cp по цеху в целом определялись по формулам:

(1.4)

(1.5)

Здесь P_{ном ?} - суммарная номинальная мощность электроприемников всех электроприемников цеха, кВт.

Эффективное число электроприемников находится по формуле:

, (1,6)

Где Р_{ном max} - наибольшая номинальная мощность одного электроприемника цеха.

Коэффициент расчетной нагрузки K_p определяется по [2, табл. 2] в зависимости от средневзвешенного коэффициента использования и эффективного числа электроприемников

Расчетная активная и реактивная нагрузка цеха в целом:

, (1.7)

(1.8)

Таблица 1.2. Расчет электрических нагрузок для трансформаторов КТП

Исходные данные	Средняя мощность группы ЭП	nэ	Кр	Расчетная мощность
По заданию	По справочным данным				Рр, кВт	Qр, кВАр
Наименование электроприемника	Кол-во ЭП nф	Номинальная мощность, кВт	Ки	tg	Pср, кВт	Qср, кВАр
		одного ЭП	общая
Сварочные преобразователи	2	22	44	0,3	1,3	13,2	17,16
Сварочный полуавтомат	1	18	18	0,35	1,17	6,3	7,371
Вентиляционные установки	5	9	45	0,65	0,75	29,25	21,9375
Сварочные выпрямители	3	12,2	36,6	0,25	1,3	9,15	11,895
Токарные станки импульсной наплавки	2	10,5	21	0,14	1,73	2,94	5,0862
Сварочные агрегаты	4	8,1	32,4	0,25	1,3	8,1	10,53
Кондиционеры	4	12	48	0,7	1,73	33,6	58,128
Электропечи сопротивления	3	75	225	0,7	0,3	157,5	47,25
Слиткообдирочные станки	6	6,5	39	0,14	1,73	5,46	9,4458
Сверлильные станки	5	2,2	11	0,14	1,73	1,54	2,6642
Кран-балка	1	3,87	3,87	0,1	0,62	0,387	0,23994
Конвейеры ленточные	2	3	6	0,55	1	3,3	3,3
Обдирно-шлифовальные станки	4	4	16	0,14	1,73	2,24	3,8752
Сварочный стенд	1	8,7	8,7	0,25	1,3	2,175	2,8275
Сварочные трансформаторы	2	5,76	11,52	0,25	1,73	2,88	4,9824
Электроталь	1	1,75	1,75	0,05	0,62	0,0435	0,02697
Итого	46		566,96	0,5	1,54	278,0655	206,7197	3	1,41	392,0724	291,4748

2. Расчет осветительной нагрузки

Кроме силовой нагрузки в цехе имеется осветительная нагрузка, расчетная величина которой определяется по формуле (2.1)

P_р.о.= Р_уст • К_с • К_ПРА, (2,1)

Где: Р_уст - Установочная мощность ламп;

К_с - коэффициент спроса;

К_ПРА - Коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре.

Для определения установочной мощности ламп необходимо найти их количество, которое зависит от размещения светильников в цехе.

Размещение светильников в плане и в разрезе цеха определяется следующими размерами:

Н=8м, Н_в=4м - заданными высотами цеха и вспомогательных помещений;

h_c= 2м - расстоянием светильника от перекрытия;

h_п= Н - h_c - высотой светильника над полом;

h_p = 1 м - высотой расчетной поверхности над полом;

h = h_п - h_p - расчетной высотой;

L - расстояние между соседними светильниками или рядами ламп;

I - расстояние от крайних светильников до стены.

Основное требование при выборе расположения светильников заключается в доступности их при обслуживании. Кроме того, размещение светильников определяется условием экономичности. Важное значение имеет отношение расстояния между светильниками или рядами светильников к расчетной высоте ?=L / h, уменьшение его приводит к удорожанию осветительной установки и усложнению ее обслуживании, а чрезмерное увеличение приводит к резкой неравномерности освещения и к возрастанию расходов энергии.

При лучшем освещении легче обнаруживаются недостатки, допускаемые при обработке деталей и, следовательно, улучшается качество продукции. В свою очередь, недостаточное или нерациональное освещение могут стать причиной повышения травматизма, так как при недостаточной освещенности затрудняется различение опасных частей станков.

Существуют два вида освещения: естественное и искусственное.

Роль естественного освещения в обеспечении благоприятных условий труда на производстве очень велика. За счет дневного света в помещениях можно добиться высокого уровня освещенности на рабочих местах; естественный свет наиболее привычен для глаза человека.

Для искусственного освещения в настоящее время используют несколько видов источников света. Основными из них являются лампы накаливания, люминесцентные лампы, специальные лампы с повышенной световой отдачей - ртутные высокого и сверхвысокого давления.

Для освещения сварочного участка цеха предварительно выбираем светильники РСП 05-700-001с ртутно-кварцевыми лампами с исправленной цветностью типа ДРЛ. Для выбранного светильника РСП 05-700-001, имеющего глубокую кривую силы свечения по [3,с.260,таблица 10.4] принимаем ?=1. Для освещения вспомогательных помещений выбраны светильники ЛПО 12-2х40-904 с люминесцентными лампами ЛБ, для которых ?=0,9.

Находим значение расчетной высоты h для цеха и вспомогательных помещений по формуле:

, (2.2)

Следовательно, расстояние между рядами светильников в цехе и во вспомогательных помещениях:

(2.3)

В соответствии с полученными значениями L выполнено размещение светильников в сварочном участке цеха которое показано на рисунке 2.1.

Рисунке 2.1

Для определения мощности ламп методом коэффициента использования рассчитывается световой поток каждого светильника, необходимый для получения нормы освещённости:

(2.4)

Где Ф - световой поток одного светильника, лм;

Е_н - нормированная минимальная освещенность, лк;

К_зап = 1,5 - коэффициент запаса;

S - площадь помещения, m²;

z = 1,15- коэффициент неравномерности для ламп ДРЛ;

?- коэффициент использования светового потока, о.е.;

N- число светильников.

Для остальных помещений по формуле (2.4) при подстановки в неё вместо числа светильников N числа рядов n люминесцентных ламп рассчитывается световой поток ламп одного ряда.

Норма освещенности для станочного отделения цеха - Е_Н.i =300лк [4,c.94-100.]

Коэффициент использования светового потока является функцией индекса помещения i:

(2.5)

Здесь А - длина помещения, m;

В - ширина помещения, m.

Индекс помещения для механического отделения цеха согласно плану:

Кроме индекса помещения, для нахождения коэффициента использования светового потока необходимо знать коэффициенты отражения потолка, стен и рабочей поверхности. Для чистого бетонного потолка, бетонных стен с окнами и темной расчетной поверхностью: р_п= 70%, р_с=50%, р_р=30% [4,табл.5-1] .

По [4,табл.5-9] определили коэффициент использования светового потока для половины механического отделения -?= 90%.

В соответствии с планом размещения светильников (рис. 1.1.) определяем требуемый световой поток для половины механического отделения

лм

По [4, табл.2,15] выбираем лампы ДРЛ 400, имеющие мощность ламп Р_ном = 400 Вт и световой поток Ф_ном =23500лм. Световой поток выбранных ламп отличается от расчетного значения на 2,2%,что допустимо [3,с.261].

Индекс помещений для сварочного поста-1:

[4,табл.5.11].

Требуемый световой поток для двух рядов светильников в сварочном посту-1:

Выбираем лампы ЛБ40-1, имеющие мощность P_ном =40 Вт и световой поток Ф_ном = 3000 лм.

Определяем число светильников N в одном ряду:

(2.6)

Здесь 2- число ламп в одном светильнике ЛПО12-2х40-904:

Суммарная длина N светильников ЛПО12-2х40-904

(2.7)

Здесь L₁ = 1,54m - длина одного светильника ЛПО12-2х40-904 [4,табл.3-9].

Аналогичным образом рассчитано число светильников и их суммарная длина для остальных помещений, расчет показан в таблице 2.1. При этом для всех остальных помещений выбраны светильники ЛПО12-2х40-904 с лампами ЛБ40-1

Общее число светильников ЛПО12-2х40-904 в цехе: N_л =54

Таблица 2.1. Расчет числа светильников для помещений цеха

Помещение	Ен, лк	h, м	А, м	В, м	n	i	?, о.е.	Ф, лм	N
Механическое отделение	300	5	48	30		3,69	0,9	23000	36
Термическое отделение		2,34	18	8	1	2,36	0,54	12000	10
Отделение импульсной наплавки			24	6	1	2,05	0,54	6666	18
Сварочный пост-1			6	8	1	1,46	0,54	6666	6
Сварочный пост-2			6	8	2	1,46	0,54	10000	4
Сварочный пост-3			4	6	2	1,02	0,54	10000	2
Сварочный пост-4			4	6	2	1,02	0,54	10000	2
Склад	75		8	9,5	1	1,85	0,58	3685	4

Общее число ламп ЛБ-40 в цехе: N_л=108

Число ДРЛ400: N_д=36

Установленная мощность ламп:

(2.8)

Р_уст= 36·400+108·40=14400+4320=18720 Вт.

По [3,с 271] определили значение коэффициентов спроса и учета потерь мощности в пускорегулирующей аппаратуре для люминесцентных ламп и ламп ДРЛ: К_с=0,95; К_{ПРА Л} = 1,2; К_{ПРА Д} = 1,1. Следовательно, осветительная нагрузка цеха:

P_ро=14,4•0,95·1,1+4,32·0,95·1,2=19,97 кВт;

Q_ро= P_ро•tg?_o=19,97•0.33=6,59 кВАр

Таким образом, полная нагрузка цеха, с учетом осветительной нагрузки составляет:

Р_р?= P_{цех р}+ Р_ро (2.9)

Q_р?=Q_{цех р}+Q_ро (2.10)

Р_р?= 392,0724+19,97=412,04 кВт.

Q_р?= 291,4748+6,59=298,064 кВАр.

3. Выбор трансформаторов

Принимаем, что на рассматриваемом объекте имеется складской резерв трансформаторов, тогда с учетом того что потребители цеха имеют только 2 и 3 категории по надежности электроснабжения, принимаем что подстанция выполняется однотрансформаторной [3,с.106].

Расчетную мощность трансформатора определяем по формуле [3, с.106]

(3.1)

здесь К_з = 0,9 -рекомендуемый коэффициент загрузки для однотрансформаторной ТП [3,с. 103].

кВА

Выбираем трансформатор ТМ-630/10

Определяем реактивную мощность, которую целесообразно передавать через силовой трансформатор из сети 10 кВ в сеть 0,4 кВ [3,с.106]:

(3.2)

кВАр

Находим мощность низковольтных компенсирующих установок (НКУ) [3.с.106]:

(3.3)



Мощность НКУ, необходимых для сведения потерь электроэнергии в распределительной сети к минимуму:

(3.4)

Расчетный коэффициент ? зависит от схемы питания цеховой подстанции и расчетных параметров К_р1 и К _р2, которые определяются по [3,с.108-109,таблицы 4.6и4.7]: К_р1=9 К_р2 =2 (при длине питающей линии 50 м). Принимаем, что цеховая ТП получает питание по радиальной схеме, тогда по[3,c.108-109,рисунок 4.86] найдено, что ? =0,42, следовательно:

Q_НКУ2=298,064-97,92-0,42·630=-64,45 кВАр

4. Выбор системы электроснабжения

4.1 Разработка системы электроснабжения

Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

- обеспечивать необходимую надежность электроснабжения приемников электроэнергии в зависимости от их категории;

- быть удобные и безопасные в эксплуатации;

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

- иметь конструктивное исполнение, обеспечивающие применение индустриальных и скоростных методов монтажа.

Схемы цеховых сетей делят на магистральные и радиальные. Линию цеховой электрической сети, отходящую от распределительного устройства низшего напряжения цеховой ТП и предназначенную для питания отдельных наиболее мощных приемников электроэнергии и распределительной сети цеха, называют главной магистральной линией (или главной магистралью). Главные магистрали рассчитывают на большие рабочие токи (до 6300 А); они имеют небольшое количество присоединений. Рекомендуется применять магистральные схемы с числом отходящих от ТП магистралей, не превышающим числа силовых трансформаторов.

Распределительные магистрали предназначены для питания приемников малой и средней мощности, равномерно распределенных вдоль линии магистрали. Такие схемы выполняют с помощью комплектных распределительных шинопроводов серии ШРА на токи до 630А. Питание их осуществляют от главных магистралей или РУ низшего напряжения цеховой подстанции.

Магистральные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения, обладают универсальностью и гибкостью (позволяют заменять технологическое оборудование без особых изменений электрической сети). Поэтому их применение рекомендуется во всех случаях, если тому не препятствуют территориальные расположения нагрузок, условия среды и технико-экономические показатели.

Радиальная схема электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, отходящих от РУ низшего напряжения ТП и предназначенных для питания небольших групп приемников электроэнергии, расположенных в различных местах цеха.

Распределение электроэнергии к отдельным потребителям при радиальных схемах осуществляют самостоятельными линиями от силовых пунктов, располагаемых в центре электрических нагрузок данной группы потребителей. Рекомендуется использовать как наиболее дешевые силовые пункты с предохранителями (типов СП, СПУ, ШРСУЗ). Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения. Однако они требуют больших затрат на электрооборудование и монтаж, чем магистральные схемы.

Рис. 4.1. Схема электроснабжения цеха

4.2 Расчет электрических нагрузок

Для данного проекта выбрана радиальная схема электроснабжения, расчет которой выполняется по алгоритму, показанному в главе 1 данного проекта. Разница заключается в том, что электроприемники распределяются по подключениям, для каждого из которых расчетная нагрузка определяется по отдельности. При этом коэффициенты расчетной нагрузки находятся по [2,табл. 1] в зависимости от средневзвешенного коэффициента использования и эффективного числа электроприемников для данного подключения К_р=f(К_и.ср, n_э). Расчет выполнен в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Расчет электрических нагрузок низковольтной сети по группам подключения

ЭП, подключаемые к одному шинопроводу или силовому пункту	nф	Номинальная мощность, кВт	Ки	tgф	Рср, кВт	Qср, кВАр	nэ	Кр	Рр, кВт	Qр, кВАр
		одного ЭП	общая
Сварочные преобразователи (1)	1	22	22	0,3	1,3	6,6	8,58
Сварочный полуавтомат (2)	1	18	18	0,35	1,17	6,3	7,37
Слиткообдирочные станки (22-26)	5	6,5	32,5	0,14	1,73	4,55	7,87
Вентиляционные установки (3)	1	9	9	0,65	0,75	5,85	4,39
Итого по СП1	8	55,5	81,5	0,28	0,75	23,3	28,21	7	1,3	30,29	36,67
Кондиционеры (17,21)	2	12	24	0,7	1,73	16,8	29,06
Электропечи сопротивления (18-20)	3	75	225	0,7	0,3	157,5	47,25
Итого по СП2	5	87	249	0,7		174,3	76,31	7	1	174,30	76,31
Вентиляционные установки (41)	1	9	9	0,65	0,75	5,85	4,39
Сварочные трансформаторы (42,43)	2	5,76	11,52	0,25	1,73	2,88	4,98
Кран-балка (29)	1	3,87	3,87	0,1	0,62	0,387	0,24
Итого по СП3	4	18,63	24,39	0,37		9,117	9,61	5	1,2	10,94	11,53
Кондиционеры (44,46)	2	12	24	0,7	1,73	16,8	29,06
Электроталь (45)	1	1,75	1,75	0,05	0,62	0,0435	0,03
Сварочный стенд (40)	1	8,7	8,7	0,25	1,3	2,175	2,83
Конвейеры ленточные (30,34)	2	3	6	0,55	1	3,3	3,30
Сверлильные станки (37-39)	3	2,2	6,6	0,14	1,73	0,924	1,60
Обдирно-шлифовальные станки (31-33)	3	4	12	0,14	1,73	1,68	2,91
Итого по СП4	12	30,77	58,17	0,13		7,5621	10,08	10	1,8	13,61	18,14
Сварочные преобразователи (4)	1	22	22	0,3	1,3	6,6	8,58
Сварочные выпрямители (5-7)	3	12,2	36,6	0,25	1,3	9,15	11,90
Вентиляционные установки (9)	1	9	9	0,65	0,75	5,85	4,39
Токарные станки импульсной наплавки (8,10)	2	10,5	21	0,14	1,73	2,94	5,09
Итого по СП5	5	53,7	88,6	0,27		24,54	29,95	8	1,3	31,90	38,93
Слиткообдирочные станки (28)	1	6,5	6,5	0,14	1,73	0,91	1,57
Обдирно-шлифовальные станки (36)	1	4	4	0,14	1,73	0,56	0,97
Сверлильные станки (27,35)	2	2,2	4,4	0,14	1,73	0,616	1,07
Вентиляционные установки (13,16)	2	9	18	0,65	0,75	11,7	8,78
Сварочные агрегаты (11,12,14,15)	4	8,1	32,4	0,25	1,3	8,1	10,53
Итого по СП6	10	29,8	65,3	0,33		21,886	3,61	14	1,03	22,54	3,72
Итого по ГРЩ1	44					260,7051	157,77			283,59	185,31

5. Выбор сечения проводников

5.1 Выбор сечений кабелей к силовым пунктам и распределительным щитам

Выбор сечений кабелей к силовым пунктам и распределительным осуществляется по расчетному току, который определяется по формуле:

(5.1)

здесь Р_р, Q_р - расчетные значения активной и реактивной мощностей, текущих по проводнику.

Выбираем провод АВВГ-3х95, С длительно- допустимым током I_дл.доп.=170А.

Аналогичным образом выбираются остальные провода и кабели, результаты расчетов сведены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1. Выбор питающих кабелей.

Участок	Питаемые ЭП	Рр, кВт	Qр, кВАр	Iр,А	Проводник	I дл.доп, А
ТП-ГРЩ1	Цех+осв.	412,04	298,064	734,02	2АВВГнг-3х185	385
ГРЩ1-СП1	1,2,3,22-26	30,29	36,67	68,65	АВВГ-3х16	75
ГРЩ1-СП2	17,21,18-20	174,30	76,31	274,64	АВВГ-3х120	295
ГРЩ1-СП3	29,41,42,43	10,94	11,53	22,94	АВВГ-3х6	38
ГРЩ1-СП4	30,34,31-33,37-39,40,45,44,46	13,61	18,14	32,73	АВВГ-3х6	38
ГРЩ1-СП5	4,5-7,9	31,90	38,93	72,65	АВВГ-3х16	75
ГРЩ1-СП6	11,12,14,15,13,16,27,35,28,36	22,54	3,72	32,97	АВВГ-3х6	38
ГРЩ1-ГЩО	Осветит. нагр.	19,97	6,59	30,35	АВВГ-3х6	38

Расчетный ток электроприемников, присоединяемых к РЩ или СП, определяется по фактически потребляемой мощности ЭП по формуле [3,с.292]:

(5.2)

где P_ном- номинальная активная мощность электроприемника, кВт;

U_ном- номинальное линейное напряжение сети, кВ;

Cos?- номинальный коэффициент мощности нагрузки;

?- номинальный КПД электроприемника.

Для токарных станков показанных на плане цеха под номером 14-16:

Для питания станка выбираем провод АВВГ - 3х10 с длительно допустимым током I_дл.доп=38А.

Аналогично выбираются сечения питающих проводов для остальных ЭП, результаты сведены в таблицу 3.2.

Таблица 5.2. Выбор сечения проводников к ЭП

Номер ЭП на плане	Рном, кВт	cos?	Ip, A	Провод (кабель)	I дл.доп, А
1,4	22	0,6	62,26	АВВГ-3х35	75
2	18	0,65	47,02	АВВГ-3х16	55
3,9,13,16,41	9	0,8	19,10	АВВГ-3х4	21
5-7	12,2	0,6	34,53	АВВГ-3х10	38
8,10	10,5	0,5	35,66	АВВГ-3х10	38
11,12,14,15	8,1	0,6	22,92	АВВГ-3х10	38
17,21,44,46	12	0,5	40,75	АВВГ-3х16	55
18-20	75	0,95	134,06	АВВГ-3х95	165
22-26,28	6,5	0,5	22,08	АВВГ-3х10	38
27,35,37-39	2,2	0,5	7,47	АВВГ-3х2,5	16
29	3,87	0,85	7,73	АВВГ-3х2,5	16
30,34	3	0,7	7,28	АВВГ-3х2,5	16
31-33,36	4	0,5	13,58	АВВГ-3х2,5	16
40	8,7	0,6	24,62	АВВГ-3х10	38
42,43	5,76	0,5	19,56	АВВГ-3х4	21
45	0,87	0,85	1,74	АВВГ-3х2,5	16

5.2 Расчет сечения проводов для осветительных сетей

Выбор проводников для осветительных сетей произведен по условию минимума расхода проводникового материала. Осветительная сеть выполняется как трехфазной для ламп ДРЛ, так и однофазной - ЛБ, но распределение светильников по фазам выполнено таким образом, что в целом по цеху осветительная нагрузка является симметричной.

Выбор сечений проводников для каждого из участка проведем по формуле:

(5.3)

здесь F - сечение данного участка сети;

М - момент нагрузки данного участка;

С - коэффициент, зависящий от материала проводника. С =46 для меди;

?U_доп =4,1 % - располагаемые потери напряжения осветительной сети, зависящие от мощности трансформатора (630 кВА), его коэффициента загрузки (0,9) и коэффициента мощности (0,85) [4,табл.12-6].

Определяем моменты нагрузки участков осветительной сети.

M_i=P_свi•N_свi•L_прив, (5.4)

здесь P_св - мощность светильника, равная мощности лампы.

N_св - Число светильников на участке;

L_прив= L_0i+0,5•L_i,

Где L_0i - длина от ЩО до первого светильника, м;

L_i - длина от первого светильника до i-го светильника, м;

Определяем момент и сечение проводника на участке 1 - 2:

М_1-2= 0,4•18·(6+0,5•91)=370,8 кВт•м

Аналогично находим моменты для остальных участков, расчеты сводим в таблицу 5.3.

Определяем момент на участке 0-1 (ГРЩ1 до ЩО);

(5.5)

F=(370,8+478,8)+1,85•(46,656+37,824+32,832+7,2+30,24+47,424)/46•4,1=6,487 мм².

Принимаем ближайшее большее по стандарту сечение - 6мм².Выбираем кабель АВВГ-3х10[5,с.291,340].

Определяем токовую нагрузку для участков трехфазной осветительной сети:

(5.6)

Определяем токовую нагрузку для участков однофазной осветительной сети:

 (5.7)

Проверяем сечение проводника по длительной токовой нагрузке: I_p?I_дл.доп

Аналогично производим расчет для остальных участков осветительной сети. Расчетные данные заносим в таблицу 5.3.

Таблица 5.3 Выбор сечения проводников для освещения

Участок	М, кВт•м	Ip, A	Провод (кабель)	Iдл.доп. А
1-2	370,8	12,23	АППВ-3х2,5	19
1-3	478,8	12,23	АППВ-3х2,5	19
1-4	46,656	6,55	АППВ-3х2,5	19
1-5	37,824	2,91	АППВ-3х2,5	19
1-6	32,832	1,45	АППВ-3х2,5	19
1-7	7,2	2,18	АППВ-3х2,5	19
1-8	30,24	3,64	АППВ-3х2,5	19
1-9	47,424	2,91	АППВ-3х2,5	19

Для защиты осветительных установок выбираем автоматические выключатели АЕ2046МП-100 (I_ном =63А, I_{рас•ном} = 156А) и ВА51-31-1 для однофазных приемников.

6. Выбор оборудования

В сетях до 1 кВ защиту электрооборудования выполняют плавкими предохранителями и расцепителями автоматических выключателей.

6.1 Выбор предохранителей

Плавкий предохранитель предназначен для защиты электрических установок от коротких замыканий и перегрузок. Основными его характеристиками являются ток плавкой вставки I_{ном вст}, номинальный ток предохранителя I_{ном пр}, номинальное напряжение предохранителя U_{ном пр}, номинальный ток отключения предохранителя I_{ном откл}, защитная (времятоковая) характеристика предохранителя.

Номинальным током плавкой вставки называют ток, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы в нормальном режиме. Номинальный ток предохранителя - это ток, при длительном протекании которого не наблюдается перегрева предохранителя в целом. Необходимо иметь в виду, что в предохранителе может использоваться плавкая вставка с номинальным током, меньшим номинального тока предохранителя. Номинальное напряжение предохранителя определяет конструкцию предохранителя и длину плавкой вставки. Отключающая способность предохранителя характеризуется номинальным током отключения, являющимся наибольшим током КЗ, при котором предохранитель разрывает цепь без каких- либо повреждений, препятствующих его дальнейшей работе после смены плавкой вставки.

Наибольшее распространение в сетях до 1 кВ получили предохранители типа НПН (насыпной неразборный) и типа ПН2 (насыпной разборный).

Различают плавкие предохранители инерционные (типа ИП), способные выдерживать значительные кратковременные перегрузки, и безинерционные (типов НПН, ПН2) с ограниченной способностью к перегрузкам.

Выбор предохранителей производится по следующим условиям:

U_ном.пр ? U_c, (6.1)

I_ном.пр ? I_p.max, (6.2)

Где U_c -номинальное напряжение сети;

I_p.max - максимальный рабочий ток.

Плавкая вставки для безинерционных предохранителе выбирается следующим образом:

I_{ном.вст} ? I_p.max, (6.3)

I_{ном.вст} ? i_n./К_пер, (6.4)

Где i_n - пусковой ток одного двигателя.

К_пер - 2,5 коэффициент перегрузки для легких условий пуска[3,с.284]

Выбор предохранителей для токарного станка №27:

U_c= 0.4 кВ;

I_p.max =7,47 А

i_n./К_пер=7,5·7,47/2,5=22,41А.

Выбираем предохранитель типа НПН2-60 с током плавкой вставки I_{ном вст} = 63А.

Аналогично выбираются предохранители для остальных ЭП, результаты представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 Выбор предохранителей

Номер ЭП на плане	Ip, A	Марка предохранителя	in/Kпер, А	Iвст, А
1,4	62,26	ПН2-250	186,78	200
2	47,02	ПН2-250	141,06	160
3,9,13,16,41	19,1	НПН2-60	57,3	63
5-7	34,53	ПН2-250	103,59	125
8,10	35,66	ПН2-250	106,98	125
11,12,14,15	22,92	ПН2-250	68,76	80
17,21,44,46	40,75	ПН2-250	122,25	160
18-20	134,06	ПН2-600	402,18	500
22-26,28	22,08	ПН2-250	66,24	80
27,35,37-39	7,47	НПН2-60	22,41	25
29	7,73	НПН2-60	23,19	25
30,34	7,28	НПН2-60	21,84	25
31-33,36	13,58	НПН2-60	40,74	63
40	24,62	ПН2-250	73,86	80
42,43	19,56	НПН2-60	58,68	63
45	1,74	НПН2-60	5,22	10

6.2 Выбор автоматических выключателей

Наряду с плавкими предохранителями в установках напряжением до 1 кВ широко применяют автоматические воздушные выключатели, выпускаемые в одно-, двух- и трехполюсном исполнении, постоянного и переменного тока.

Автоматические выключатели снабжают устройством релейной защиты, которое в зависимости от типа выключателя выполняют в реле токовой отсечки, максимальной токовой защиты или двухступенчатой токовой защиты. Для этого используют электромагнитные и тепловые реле.

Эти реле называют расцепителями.

Конструктивно автоматические выключатели намного сложнее предохранителей и представляют собой сочетание выключателя и расцепителя. Номинальным током автоматического выключателя I_ном.а называют наибольший ток, при протекании которого выключатель может длительно работать без повреждений. Номинальным напряжением автоматического выключателя U_ном.а называют указанное в паспорте напряжение, равное напряжению электрической сети, для работы в которой этот выключатель предназначен. Номинальным током расцепителя I_{ном.рас} называют указанный в паспорте ток, длительное протекание которого не вызывает срабатывание расцепителя. Током уставки расцепителя называют наименьший ток, при протекании которого расцепитель срабатывает.

При выборе уставок тока срабатывания автоматических выключателей необходимо учитывать различия в характеристиках и погрешности в работе расцепителей выключателей. Существуют следующие требования к выбору автоматических выключателей:

- Номинальное напряжение выключателя не должно быть ниже напряжения сети;

- Отключающая способность должна быть рассчитана на максимальные токи КЗ, проходящие по защищаемому элементу:

- Номинальный ток расцепителя должен быть не меньше наибольшего расчетного тока нагрузки, длительно протекающего по защищаемому элементу.

I_{ном.рас}? I_p.max; (6.5)

Автоматический выключатель не должен отключаться в нормальном режиме работы защищаемого элемента, поэтому ток уставки замедленного срабатывания регулируемых расцепителей следует выбирать по условию:

I_{ном.рас} ?(1,1: 1,3) I_p.max; (6.6)

При допустимых кратковременных перегрузках защищаемого элемента автоматический выключатель не должен срабатывать; это достигается выбором уставки мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя по условию

I_{ном.рас} ?(1,25: 1,35)· i_пик; (6.7)

где I_пик - пиковый ток.

Пиковый ток рассчитывается по формуле:

i_пик= i_п.max+(I_p-k_и•i_ном.max), (6.8)

здесь i_п.max - наибольший из пусковых токов двигателей группы приемников;

I_р - расчетный ток группы приемников;

k_и - коэффициент использования, характерный для двигателя, имеющего наибольший пусковой ток;

i_ном.max - номинальный ток двигателя с наибольшим пусковым током.

Выбор автоматического выключателя, защищающего РЩ1:

I_p.max=68,65 A,

I_пик.= 7,5•62,26+(68,65-0,16•62,26)=525,64А,

1,2· I_p.max =1,2·68,65=82,38 А

1,25·i_пик=1,25•525,64=657,05А

Выбираем автоматический выключатель марки ВА-88-32 [1,табл.А.6]:

I_ном.а =100 A

U_ном.а =0,4 кВ,

I_{ном.рас} =125 A;

I _{рас.ном.э} =1250 A

Аналогично выбираем остальные автоматические выключатели, результаты показаны в таблице 6.2.

Таблица 6.2. Выбор автоматических выключателей

Защищаемый элемент	Iр, А	1,2·Iр, A	Выключатель	Iном, А	Iрас. ном, А	iпик, А	1,25•iпик, А	Iрас. ном.э,А
ГРЩ1	734,02	880,824	ВА-88-43	1000	1600	1718,02	2147,53	8000
РЩ1	68,65	82,38	ВА-88-32	100	125	525,64	657,05	1250
РЩ2	274,64	329,568	ВА-88-37	400	400	1258,64	1573,30	4000
РЩ3	22,94	27,528	АЕ2046МП-100	31,5	378	166,51	208,14	4500
РЩ4	32,73	39,276	АЕ2046МП-100	40	480	331,84	414,79	4500
РЩ5	72,65	87,18	ВА-88-32	100	125	529,64	662,05	1250
РЩ6	32,97	39,564	АЕ2046МП-100	40	480	201,20	251,50	4500
ЩО	30,35	36,42	АЕ2046МП-100	40	480	30,35	37,94	4500

электроснабжение трансформатор проводник замыкание

7. Расчет токов короткого замыкания

Для проверки выбранного электрооборудования необходимо провести расчет токов трехфазного короткого замыкания.

7.1 Расчет токов трехфазного КЗ

Для расчетов тока КЗ составляем схемы замещения для всех типовых расчетных точек КЗ (Ввод ГРЩ1 и наиболее удаленный ЭП) Составленные схемы предоставлены на рисунке 7.1)

Рисунок 7.1. Схемы для расчетов тока КЗ в типовых точках.

Сопротивление системы, приведено к напряжение 0,4 кВ

(7.1)

здесь I_откл=20 кА - среднее значение отключающей способности современных выключателей 6 кВ.

Сопротивление трансформатора ТМ-630 [6.табл.2.50] приведенных к стороне 0,4 кВ:

; (7.2)

(7.3)

R_т=3,1 мОм;

Q_т=13,6 мОм

Сопротивления кабельных линий определяются по удельным сопротивлениям [6. c. 138,139] и их длине:

Z=z_уд·L, (7.4)

Л1:

R₀=1,69·50·2=169 мОм

X₀=0,606·50·2=60,6 мОм

Л2:

R₀=8,51·46=391,46мОм;

X₀= 2,274·46=104,6 мОм

Л3:

R₀=12,5·12=150 мОм;

X₀= 0,116·12=1,39 мОм

Находим сопротивление автоматических выключателей

Zкв1- R₀=0,25; X₀=0,1 мОм

Zкв2- R₀=7; X₀=4,5 мОм

Сопротивление плавкой вставки предохранителя перед ЭП 34

Rпр=40мОм [6, табл. 2.54]

R_рез=760,81 мОм; X_рез=185,23 мОм

Результирующее сопротивление при КЗ на ЭП-34:

(7.5)

Начальное значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ на ЭП-34:

(7.6)

Аналогичным образом найдены токи трехфазного КЗ для остальных типовых точек КЗ.

Ударный ток находится по формуле[6,с.127]:

(7.7)

где К_уд - ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени Т_а. Постоянная времени [6,с.125] и ударный коэффициент [7,с.46]:

(7.8)

 (7.9)

Таблица 7.1 Расчет токов КЗ

Точка КЗ	Z?, мОм	Z0?,мОм	IПО, кА	Iуд,кА
РУнн	14,38	143,8	16,05	25
ГРЩ1	187,85	1868,5	1,23	1,91
ЭП-34	783,09	7830,9	0,3	0,46

8. Проверка сечений выбранных проводников и коммутационно-защитной аппаратуры

8.1 Проверка выбранных сечений кабелей по потере напряжения

Потери напряжения рассчитываются по формуле:

?U-v3·I_p·(r_удcos?+x_удsin?)·L/1000, (8.1)

где I_p- расчетный ток в кабеле, А;

r_уд, х_уд- удельное активное и индуктивное сопротивление кабеля;

L - Длина кабельной линии

Определяем потерю напряжения в проводе ЭП 34, который является наиболее удаленным от ТП:

?U=v3·13,58·(12,5·0,5+0,116·0,8)·12/1000=1,8 В,

Складывая данное значение с аналогично найденными потерями в кабельной линии от ТП к ГРЩ1 (1,3В) и в РЩ4 (3,5В), получаем наибольшую потерю напряжения в размере 6.6, что составляет 1,7% при допустимых 5%. Следовательно, кабель, питающий РЩ, и кабель к ЭП 34 успешно прошли проверку по допустимой потере напряжения.

8.2 Проверка выбранных сечений кабелей по условию соответствия выбранному аппарату МТЗ.

Принятые сечения проводов и жил кабелей должны соответствовать защитному устройству:

I_дл.доп.?_Iз·k_защ, (8.2)

где I_з - параметр защитного устройства (ток срабатывания, номинальный ток);

k_защ - коэффициент защиты [3,табл.7.6].

Проверка выполнения условия (8.2) сделана в таблицах 8.1и 8.2 из которых хорошо видно, что условие (8.2) везде соблюдается

Таблица 8.1. Согласование питающих кабелей и выключателей

КЛ	Выключатель	kзащ	Iрас.ном, А	Iдл.доп. для кабеля,А	Iрас.ном•kзащ
ТП-ГРЩ1	ВА-88-43	0,66	1000	770	660
ГРЩ1-СП1	ВА-88-32	0,66	100	75	66
ГРЩ1-СП2	ВА-88-37	0,66	400	295	264
ГРЩ1-СП3	АЕ2046МП-100	0,66	31,5	38	20,79
ГРЩ1-СП4	АЕ2046МП-100	0,66	40	38	26,4
ГРЩ1-СП5	ВА-88-32	0,66	100	75	66
ГРЩ1-СП6	АЕ2046МП-100	0,66	40	38	26,4
ГРЩ1-ЩО	АЕ2046МП-100	0,66	40	38	26,4

Таблица 8.2. Согласование сечений проводов и предохранителей у ЭП

Номер ЭП на плане	Провод (кабель)	Iдл.доп.	Предохранитель	Iвст, А	kзащ	Iвст•kзащ
1,4	АВВГ-3х35	75	ПН2-250	200	0,33	24,75
2	АВВГ-3х16	55	ПН2-250	160	0,33	18,15
3,9,13,16,41	АВВГ-3х4	21	НПН2-60	63	0,33	6,93
5-7	АВВГ-3х10	38	ПН2-250	125	0,33	12,54
8,10	АВВГ-3х10	38	ПН2-250	125	0,33	12,54
11,12,14,15	АВВГ-3х10	38	ПН2-250	80	0,33	12,54
17,21,44,46	АВВГ-3х16	55	ПН2-250	160	0,33	18,15
18-20	АВВГ-3х95	165	ПН2-600	500	0,33	54,45
22-26,28	АВВГ-3х10	38	ПН2-250	80	0,33	12,54
27,35,37-39	АВВГ-3х2,5	16	НПН2-60	25	0,33	5,28
29	АВВГ-3х2,5	16	НПН2-60	25	0,33	5,28
30,34	АВВГ-3х2,5	16	НПН2-60	25	0,33	5,28
31-33,36	АВВГ-3х2,5	16	НПН2-60	63	0,33	5,28
40	АВВГ-3х10	38	ПН2-250	80	0,33	12,54
42,43	АВВГ-3х4	21	НПН2-60	63	0,33	6,93
45	АВВГ-3х2,5	16	НПН2-60	10	0,33	5,28

8.3 Проверка выключателей по токам КЗ

Выбранные выключатели должны удовлетворять требованиям чувствительности: минимальный ток КЗ в самой удаленной точке защищаемой линии должен быть больше номинального тока расцепителя замедленного срабатывания не менее чем в 3 раза [3,с.291]:

I_откл > I⁽³⁾_п0, (8.3)

Условие (8.3) также соблюдается во всех выключателях (таблица 8.3).

Таблица 8.3. Проверка автоматических выключателей

Точка КЗ	Выключатель	Iрас.ном, А	3·Iрас.ном, А	Iоткл. кА	I(3)п0. кА
ГРЩ1	ВА-88-43	1000	3000	8	1,91
ЭП-34	АЕ2046МП-100	40	120	4,5	0,46

9. Технико-экономическое обоснование

Для сравнения экономической оценки вариантов технических решений в качестве одного из показателей используется суммарные затраты, представляющие собой сумму капиталовложений и издержек за срок службы объекта:

З = К_ОБЩ + И (9.1)

где З - сумма дисконтированных затрат;

К_ОБЩ - капитальные затраты в год t;

И - эксплуатационные издержки в год t;

В формуле (9.1) амортизационные отчисления на реновацию а_р в составе И не учитываются, поскольку в условиях рыночных отношений в экономике источником финансирования капитальных вложений (на новое строительство или замену выбывающего объектов) могут быть любые поступления: кредиты банков, накопленная прибыль и др. При этом амортизационные отчисления могут расходоваться не только на финансирование К_ОБЩ, но и на другие цели.

Критерием для выбора варианта развития сети, её части или отдельного объекта является минимум суммарных дисконтированных приведенных затрат.

Капитальные вложения(K), как и все экономические показатели сравниваемых вариантов должны определяться в прогнозных ценах одного уровня и по источникам равной достоверности.

Расчеты капитальных вложений при отсутствии сметных данных могут применяться по укрупненным стоимостным показателям с применением индексов пересчёта на дату разработки проектных материалов. Одни и те же элементы, повторяющиеся во всех вариантах, не учитываются.

Эксплуатационные издержки (И_t) определяются по выражению:

И= И_ОГ +И_ПОТ, (9.2)

где И_ОГ - общие годовые эксплуатационные расходы по электросетевому объекту без учета затрат на амортизацию.

И_ПОТ - затраты на возмещение потерь электроэнергии ?И_t рассчитываются по формуле:

И_ПОТ =?W•Ц, (9.3)

где ?W - расчетные потери электроэнергии в сети, вызванные вводом объекта;

Ц- тариф на электроэнергию, Ц=3,06 руб.

При оценки затрат на возмещение потерь величина тарифа на электроэнергию принимается с учетом:

- рынка электроэнергии (оптового или регионального);

- напряжения сети;

- района размещения потребителя.

Тариф на электроэнергию. В структуре тарифного меню должны быть в обязательном порядке представлены двухвставочные, одновставочные, зонные тарифы, как по часам суток и времени года, так и интегральные, в разрезе объемов потребления и уровней напряжения.

Расчетные потери в сети определяются по следующим формулам:

Время максимальных потерь для сетевого района определяется по эмпирической формуле:

?=(0,124+Т_max / 10000)² ·8760, (9.4)

где ? - время максимальных потерь в линии, ч.

Т_max - время максимальной нагрузки для инструментального цеха, 2200ч.

Потери в двухобмоточных трансформаторах

(9.5)

где ?Р_х и ?Р_к - потери холостого хода (потери в стали) и потери короткого замыкания(КЗ), кВт

S_нагр - мощность нагрузки потребительской подстанции, кВ•А;

S_ном.т - мощность трансформатора, кВ•А;

?- время максимальных потерь потребителя, питающегося от данной подстанции, ч. Определить ? можно по (9.4) но Т_max в этом случае для каждой нагрузки имеет своё значение.

Сравним два варианта питания сварочного участка цеха, первый от одного трансформатора ТМ-630/10 с мощностью 630 кВА и второй - два трансформатора ТМ-250/10 с суммарной мощностью 500 кВА. Сравнение приведено в таблице 9.1.

Таблица 9.1 Сравнение трансформаторов

Тип	ТМ2х250/10	ТМ630/10
Sном, кВА	250	630
Ктп,тыс.руб	160	286
Кобщ=Ктп,тыс.руб	320	286
Иог,руб/год	35,8	30,23
?Wтп,тыс.руб	15	13,6
Ипот,тыс.руб	45,9	41,6
И,тыс.руб	81,7	71.83
К.з.	0,96	0,59
З,тыс.руб	401,7	357,83

Данные для экономического сравнения взяты в ценах на 2008 год.

По приведенному сравнению видно, что экономически выгодно устанавливать один трансформатор ТМ-630/10 с мощностью 630 кВА.

Заключение

В данном курсовом проекте разработана схема электроснабжения сварочного участка цеха. В начале проектирования была определена расчетная нагрузка цеха в целом, по которой выбран силовой трансформатор ТМ-630/10.

Система электроснабжения цеха состоит из ТП с одним трансформатором ТМ-630/10, кабельных линий, питающих СП и отдельные электроприемники, коммутационно-защитной аппаратуры (автоматических выключателей и предохранителей).

Проектирование системы внутреннего электроснабжения основывается на общих принципах построения схем внутризаводского распределения электроэнергии. Основными критериями при проектировании являются техническая применимость и экономичность проекта. Характерной особенностью схем внутризаводского распределения электроэнергии является большая разветвленность сети и наличие большого количества коммутационно-защитной аппаратуры, что оказывает значительное влияние на технико-экономические показатели и на надежность системы электроснабжения.

В данной работе было рассчитано искусственное освещение цеха, выбраны светильники и лампы, рассчитано их количество и расположение. Основное требование при выборе расположения светильников заключается в доступности их при обслуживании. Кроме того, размещение светильников определяется условием экономичности.

Все выбранное оборудование было проверено на стойкость к токам КЗ и согласованность между собой.

Библиографический список

1. Барыбин Ю.Г. "Справочник по проектированию электроснабжения", М.: "Энергоатомиздат", 1990.

2. Блок В.М.: "Пособие к курсовому и дипломному проектированию", М.: "ВШ", 1990.

3. Неклепаев Б.Н. "Электрическая часть электростанций", М.: "Энергоатомиздат", 1989.

4. ПУЭ, М.: "Энергоатомиздат", 2000.

5. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования под ред. Барыбина Ю.Г., Федорова Л.Е. и др., М.: "Энергоатомиздат", 1991.

6. Справочник электромонтера. Под ред. А.Д. Смирнова. Смирнов Л.П. Монтаж кабельных линий, М.: Энергия, 1968.

7. Трунковский А.Е. "Обслуживание электрооборудования промышленных предприятий", М: Высшая школа, 1977.

8. Фёдоров А.А., Старкова Л.Е. "Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования", М.: "Энергоатомиздат", 1987.

9.Шеховцов В.П. “Расчет и проектирование схем электроснабжения.” “М.Форум-Инфа-М”,2005.

10. Конюхова Е.А. "Электроснабжение объектов" М.:"АКАДЕМИЯ",2004.

Размещено на Allbest.ru