Электроснабжение механосборочного цеха

К_з - кратность длительно допустимого тока кабеля по отношению к току срабатывания защитного аппарата;

I_з - номинальный ток защитного аппарата.

Выберем кабель для СП 1 + СП 2 с I_р = 49,89.А, учитывая автоматический выключатель установленный в ВРУ ВА 57-35 I_нр=80.А:

(10.7)

(10.8)

Таблица 10.1 - Выбор проводников ответвлений

№ на плане	Наименование оборудования	Iр, А	Iз, А	Кп	Кз	Iр/Кп, А	(Iз·Кз)/ Кп, А	Параметры проводника	Ш трубы
								Обозначение	Iдоп, А
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	Плоскошлифовальный станок	8,01	10	1	1	8,01	10	АПВ 5х2,5	19	20
2	Координально-расточной станок	4,21	5	1	1	4,21	5	АПВ 5х2,5	19	20
3	Вертикально-сверлильный станок	6,91	8	1	1	6,91	8	АПВ 5х2,5	19	20
4	Универсально-сверлильный станок	4,70	5	1	1	4,70	5	АПВ 5х2,5	19	20
5	Пресс КА-234	5,72	6,3	1	1	5,72	6,3	АПВ 5х2,5	19	20
6	Токарно-карусельный станок	8,59	10	1	1	8,59	10	АПВ 5х2,5	19	20
7	Токарно-револьверный станок	6,91	8	1	1	6,91	8	АПВ 5х2,5	19	20
8	Моечная машина	2,25	2,5	1	1	2,25	2,5	АПВ 5х2,5	19	20
9	Резьбо-шлифовальный станок	5,72	6,3	1	1	5,72	6,3	АПВ 5х2,5	19	20
10	Внутришлифовальный станок	4,21	5	1	1	4,21	5	АПВ 5х2,5	19	20
11	Плоскошлифовальный станок	5,72	6,3	1	1	5,72	6,3	АПВ 5х2,5	19	20
12	Поперечно-строгальный станок	8,59	10	1	1	8,59	10	АПВ 5х2,5	19	20
13	Токарно-карусельный станок	5,52	6,3	1	1	5,52	6,3	АПВ 5х2,5	19	20
14	Фрезерный станок	26,56	31,5	1	1	26,56	31,5	АПВ 5х6	32	20
15	Зачистной станок	1,36	1,6	1	1	1,36	1,6	АПВ 5х2,5	19	20
16	Токарный станок с ЧПУ	7,30	8	1	1	7,30	8	АПВ 5х2,5	19	20
17	Агрегатный станок	13,81	16	1	1	13,81	16	АПВ 5х2,5	19	20
18	Сварочный трансформатор	39,07	40	1	1	39,07	40	АПВ 5х10	42	32
19	Вентилятор	26,56	31,5	1	1	26,56	31,5	АПВ 5х6	32	20
20	Шлицешлифовальный станок	7,89	8	1	1	7,89	8	АПВ5х2,5	19	20
21	Копировально-фрезерный станок	5,72	6,3	1	1	5,72	6,3	АПВ 5х2,5	19	20
22	Конвейер	22,01	25	1	1	22,01	25	АПВ 5х4	27	20
23	Обрабатывающий центр	52,98	63	1	1	52,98	63	АПВ 5х25	75	50
Вент	Вентилятор	14,80	16	1	1	14,80	16	АПВ 5х2,5	19	20
КБ	Кран-балка	9,4	10	1	1	9,4	10	АПВ 5х2,5, КГ 5х2,5	19	20

Выбираем небронированный кабель АВВГ 5х35 c I_доп = 90 А. [12] стр. 33. Таблица 6.7.

Для остальных СП и ШРА выбор сводим в табл. 10.2.

Данные по коэффициентам выбраны из [12] таблицы 6.8-6.10. стр. 36-37.

Результаты расчета и выбора проводников сведены в таблице 10.2.

Таблица 10.2 - Выбор проводников питающих силовые пункты.

Наименование силового пункта	Ip, А	Кп	Кз	, А	Iз, А	, А	Марка кабеля	Iдоп, А
1	2	3	4	5	6	7	8	9
СП1+СП2	49,89	1	1	49,89	80	80	АВВГ 5 35	90
СП3	12,02	1	1	12,02	80	80	АВВГ 5 35	90
СП4+СП5	96,14	1	1	96,14	100	100	АВВГ 5 50	110
ШРА 1	200,52	1	1	200,52	250	250	АВВГ 5 185	270
Освещение	38,47	1	1	38,47	80	80	АВВГ 5 35	90
Цех (ввод 0,4 кВ)	376,92	1	1	376,92	400	400	2 АВВГ 5 185	2 270

11. Выбор единичных мощностей и количества трансформаторов цеховых ТП или ВРУ

Выбор мощности трансформаторов осуществляется исходя из полной расчётной нагрузки объекта, удельной, плотности нагрузки, категории надежности электроснабжения а также других факторов. Единичная мощность трансформатора ориентировочно может быть принята по величине плотности нагрузки, определяемой по выражению:

(11.1)

где S_н - расчётная полная мощность нагрузки объекта, МВА;

F - производственная площадь объекта, м².

Согласно [7] стр. 144-148, при установке КТП в отдельных помещениях рекомендуется устанавливать трансформаторы с единичной мощностью:

1000 и 1600 кВА - при S_y < 0,15 кВА/м²;

1600 кВА - при S_y = 0,15-0,35 кВА/м²;

2500 кВА - при S_y > 0,35 кВА/м².

При S_y > 0,35 кВ·А/м² также допускается применение трансформаторов S_тр=1600 кВ·А. Трансформаторы до S_тр=630 кВА применяются при малой плотности нагрузок.

Рассмотрим проектируемый цех: суммарная нагрузка;

(11.2)

Имеется производственная площадь F=1872.м².

Величина плотности загрузки на единицу площади равна:

(11.3)

При S_у=0,2 кВА/м² рекомендуется принимать трансформатор мощностью от S_тр=1600 кВА. `'Однако эти рекомендации не являются достаточно обоснованными вследствие быстроменяющихся цен на электрооборудование и, в частности, ТП. В проектной практике трансформаторы ТП часто выбирают по расчетной нагрузке объекта.'' [13], стр. 35. Так же в исходных данных на курсовое проектирование даны характеристики питающего трансформатора ТП, согласно которых к нему подключена потребляемая мощность сторонней нагрузки характеризующаяся загрузкой трансформатора в=0,88 и коэффициентом мощности cosц=0,9. Исходя из этих данных рассчитаем активную и реактивную мощности потребляемые от трансформатора сторонней нагрузкой без учета электрической нагрузки проектируемого цеха:

Исходя из этого произведем выбор трансформатора по расчетной полной нагрузке цеха и нагрузки потребителей:

(11.4)

где в_Т.н - нормированный коэф. загрузки трансформатора, [13], стр. 35 табл. 5.1.

Число трансформаторов цеха. Цех относится к третьей категории надежности электроснабжения, то количество трансформаторов возможно установить менее двух.

Рассчитаем минимальное число трансформаторов:

(11.5)

(11.6)

Рассчитаем cosц суммарной нагрузки для трансформатора:

(11.7)

При данных условиях и нагрузках в ТП наиболее подходящий силовой трансформатор ТМЗ 1000 10/0,4 кВ, в количестве N=1.шт., данный трансформатор и питающий кабель 10 кВ необходимо защищать высоковольтным выключателем марки ВВ/TEL-10-630-20 У3 и установкой релейной защиты в связи с достаточно большой мощностью данного трансформатора. [11] стр. 35.

12. Компенсация реактивных нагрузок в электрических сетях цеха

Элементы СЭС и электроприемники переменного тока, обладающие индуктивностью (электродвигатели, трансформаторы, преобразователи, токопроводы, линии электропередачи т.д.), потребляют наряду с активной и реактивную мощность, необходимую для создания электромагнитного поля. Ее передача по электрическим сетям снижает пропускную способность линий и трансформаторов по активной мощности и вызывает дополнительные потери активной мощности и напряжения. Поэтому при проектировании ЭС стремятся снизить потребляемую предприятием реактивную мощность до оптимальною значения. С этой целью осуществляется компенсация, под которой понимается установка местных источников реактивной мощности, благодаря чему повышается пропускная способность элементов СЭС, снижаются потери мощности и энергия, повышаются уровни напряжения.

Основными средствами компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях являются конденсаторные установки (КУ) и высоковольтные синхронные двигатели. КУ - электроустановка, состоящая из одного или нескольких конденсаторов, одной или нескольких конденсаторных батарей, относящегося к ним вспомогательного электрооборудования и ошиновки. Конденсаторная батарея представляет собой труппу единичных конденсаторов, электрически связанных между собой. На промышленных предприятиях применяются батареи напряжением до 1 кВ и 6,3-10,5 кВ. [7] стр. 119-122.

Для проектируемого цеха произведем расчет и выбор низковольтную конденсаторную установку марки УКМ 58. Обоснованием выбора КУ для проектируемого цеха является их экономичность.

Для расчета и выбора КУ сведем основные расчетные данные проектируемого цеха.

Суммарная активная потребляемая мощность Р_?=146,23+498,96.кВт., реактивная потребляемая мощность Q_?=200,4+241,66.кВАр., мощность трансформатора питающего S_т=1000.кВА., расчетный коэффициент загрузки трансформатора в_т=0,8.о.е., количество трансформаторов питающей КТП N_т=1.шт.

По принятому числу трансформаторов определяем наибольшую реактивную мощность, которую рационально передавать через трансформаторы в сеть напряжением до 1000 В:

(12.1)

где K_пер - коэффициент, учитывающий допустимую систематическую перегрузку трансформаторов в течении одной смены;

в - нормируемый коэффициент загрузки трансформаторов;

N - число трансформаторов рассматриваемого цеха, шт.;

S_ном - единичная номинальная мощность трансформатора, кВА;

Р_р - расчетная активная мощность цеха, кВт.

Определяется мощность компенсирующих устройств для рассматриваемого цеха:

(12.2)

где Q_р - расчетная реактивная мощность цеха, кВт.

Знак «минус» говорит о том что данный трансформатор в КТП имеет запас мощности и компенсация реактивной энергии по стороне до 1000В экономически не целесообразна. Расчет производился по [7] стр. 122.

13. Рассчитать токи трехфазного и однофазного короткого замыкания на напряжение до 1 кВ

Коротким замыканием (КЗ) называется всякое не предусмотренное нормальными условиями работы замыкание между фазами, а в системах с заземленными нейтралями - кроме того, замыкание одной или нескольких фаз на землю или нулевой провод.

Учитывая опасные последствия коротких замыканий при проектировании и эксплуатации возникает необходимость в выполнении расчетов процесса КЗ. Практически такие расчеты сводятся к определению величины тока в месте КЗ.

Для вычисления токов КЗ составляем расчетную схему, включающая все элементы, по которым протекают токи к выбранной точке расчета. На схеме приводятся основные параметры оборудования, которые используются для последующего расчета.

По расчетной схеме составляем схему замещения, в которой каждый элемент заменяется соответствующим сопротивлением. Данные схемы приведены на рисунке 13.1.

Рис. 13.1. Схема замещения сети электроснабжения РМЦ.

Определяем сопротивления элементов схемы замещения.

1. Для расчетов токов трехфазного к.з. необходимо учесть сопротивление системы:

(13.1)

где U_н - среднее ном. напряжение сети высшего напряжения U_н=10,5.кВ;

I^”_к.з. - ток короткого замыкания системы. А;

U_ср.нн - среднее напряжение низкой стороны. кВ;

U_ср.вн - среднее напряжение высокой стороны. кВ.

В связи с низким сопротивлением системы его можно не учитывать.

2. Рассчитаем активное и реактивное сопротивление трансформатора S_т=1000.кВА:

U_к=5,5.%; ДР_к=12,2.кВт; ДР_х=2,1.кВт; S_н.т.=1000.кВА, [6. табл. П 2.]:

(13.2)

где U_к - напряжение короткого замыкания. [6. табл. П 2.1.];

ДР_к - потери к.з. в трансформаторе. [6. табл. П 2.1.];

S_т - номинальная мощность трансформатора. кВА.

3. Активное и реактивное сопротивление катушек вводного выключателя (2500.А) 0,4 кВ КТП выбираем по [12] таблица 6.31 стр. 55. Также по [12] таблица 6.29 стр. 54. Определяем сопротивление контактов выключателя, сопротивления суммируем:

 (13.3)

где х_кат - активное сопротивление катушек авт. выключателя. мОм;

х_кон - активное сопротивление контактов авт. выключателя. мОм;

r_кат - реактивное сопротивление катушек авт. выключателя. мОм.

4. Активное и реактивное сопротивление первичной обмотки трансформаторов тока первого класса точности выбираем по [12] таблица 6.30 стр. 54. Итак для вводного ТТ 3000/5:

(13.4)

5. Активное и реактивное сопротивление катушек линейного выключателя (400.А) 0,4 кВ КТП выбираем по [12] таблица 6.31 стр. 55:

	(13.5)

6. Активное и реактивное сопротивление первичной обмотки трансформаторов тока первого класса точности выбираем по [12] таблица 6.30 стр. 54. Итак для линейного ТТ 500/5:

	(13.6)

7. Удельное активное и реактивное сопротивление питающего кабеля 2 АВВГ 5 185 r_о=0,169.мОм/км, x_о=0,0596.мОм/км. l=0,09.км. [12]. таблица 6.25 стр. 51:

(13.7)

где r₀ - удельное активное сопротивление кабеля. Ом/км;

х₀ - удельное реактивное сопротивление кабеля. Ом/км;

L_к - длина кабеля. км;

n - количество кабелей. шт.

8. Активное сопротивление контактов разъединителя 0,4 кВ, установленного на вводе ВРУ выбираем по [12] таблица 6.29 стр. 54, для разъединителя с I_н=1000.А:

	(13.8)

9. Активное сопротивление контактных соединений кабеля выбираем по [12] таблица 6.27 стр. 53, для кабеля сечением АВВГ 5х185:

	(13.9)

10. Периодическая составляющая тока к.з. приведенная к стороне 10 кВ. r_пер=20.мОм.

	(13.10)

Вычисляем активное и реактивное суммарное сопротивление цепи к.з:

	(13.11)

Определяем ток трехфазного к.з:

	(13.12)

Определяем ударный ток к.з. от системы:

(13.13)

где k_у - ударный коэффициент при удаленных точках КЗ с учетом активного сопротивления принимаем k_у=1,0.

14. Проверка на электродинамическую стойкость к токам КЗ ШР (ШРА) и на успешность срабатывания от токов КЗ защитного аппарата линии, питающей ШР (ШРА) выбранные панели ВРУ. Выполнить проверку по условию успешного срабатывания при однофазном коротком замыкании автоматического выключателя QF₂

По результатам расчета токов КЗ проверяем на электродинамическую стойкость панели ВРУ, СП и ШРА. Также осуществляем проверку на успешность срабатывания от токов КЗ защитных аппаратов линии, питающих данные сетевые объекты.

Ток электродинамической стойкости ШР (ШРА) должен быть не менее ударного тока трехфазного КЗ.

Согласно [5] основным параметрам и характеристикам панелей ВРУ Щ20-Ин1, данные шкафы имеют запас электродинамической стойкости не менее I_кз=32 кА., при I_н=1000.А., данной панели при времени КЗ на шинах в течении 1.с., следовательно ударный ток к.з. не может привести к их разрушению по условию:

(14.1)

где I_д.с.ВРУ - допустимый ток номинальный ток электродинамической стойкости панелей ВРУ. кА;

I_у - ударный ток короткого замыкания. кА.

Аналогично исходя из параметров и технических характеристик СП и ШРА можно сделать вывод что выбранные СП ПР 85 Ин1 и ШРА4 250 также имеют запас электродинамической стойкости согласно условию:

	(14.2)

Проверяем автоматические выключатели питающих СП и ШРА на успешное срабатывание при однофазном к.з.

Успешность срабатывания защитных аппаратов проверяется по коэффициенту чувствительности (К_ч):

(14.3)

где I_н.з - номинальный ток расцепителя автоматического выключателя. А;

I'_кз - действующее значение периодической составляющей тока однофазного к.з. кА.

Коэффициент чувствительности должен быть не менее 3, а во взрывоопасных зонах для предохранителей не менее 4, для автоматических выключателей не менее 6.

Определяем действующее значение периодической составляющей тока однофазного к.з. по формуле:

(14.4)

где r_1?, х_1? - суммарные активные и индуктивные сопротивления прямой последовательности, мОм;

r_2?, х_2? - суммарные активные и индуктивные сопротивления обратной последовательности, мОм;

r_0?, х_0? - суммарные активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности, мОм.

Отметим, что активные и реактивные сопротивления r_1? = r_2?, и х_1? = х_2?.

Определяем сопротивления прямой и обратной последовательности:

	(14.5)

Суммарное сопротивление нулевой последовательности:

	(14.6)

Определяем действующее значение периодической составляющей тока однофазного к.з:

	(14.7)

Успешность срабатывания защитных СП и ШРА:

	(14.8)

Расчет коэффициента чувствительности для других автоматических выключателей аналогичен, результат сведем в таблицу 14.1.

Таблица 14.1 - Расчет коэффициента чувствительности выключателей питающих СП, ШРА.

Обозн. на плане	Iн, А	Обозначение	Iна, А	Iнр, А	Кч
1	2	3	4	5	6
СП1+СП2	49,89	ВА57-35	250	80	31,1
СП3	12,02	ВА57-35	250	80	31,1
СП4+СП5	96,14	ВА57-35	250	100	24,9
ШРА 1	200,52	ВА57-35	250	250	10,0
Освещение	38,47	ВА57-35	250	80	31,1
Цех (ввод 0,4 кВ)	376,92	ВА55-41	1000	400	6,2

15. Определение величины напряжения на зажимах наиболее удаленного от ВРУ (ТП) электроприемника цеха

Самым удаленным электроприемником, является кран-балка, находится на расстоянии 100 м от ВРУ, рисунок 15.1. Для определения напряжения на зажимах наиболее удаленного электроприемника, необходимо определить потери на протяжении всей цепи. В нормальном режиме на зажимах электроприемников величина напряжения должна быть в диапазоне 95…105% U_н.

Для расчета напряжения на удаленном электроприемнике необходимо рассчитать падение напряжения на каждом участке электрической цепи на пути к данному электроприемнику.

Определим потери напряжения в трансформаторе ДU_т в процентах:

(15.1)

где в_т - коэффициент загрузки трансформатора. о.е;

сosц_т - коэффициент мощности трансформатора. о.е.

U_а и U_р активные и реактивные составляющие напряжения к.з. (U_к):

(15.2)

где в_т - коэффициент загрузки трансформатора. о.е;

сosц_т - коэффициент мощности трансформатора. о.е.

Для трансформатора берем технические данные:

U_к=5,5.%; ДР_к=12,2.кВт; ДР_х=2,1.кВт; S_н.т.=1000.кВА, [6. табл. П 2.]:

	(15.3)

Потери напряжения в линиях электропередач в процентах вычисляются по формуле:

(15.4)

где I_р - расчетный ток линии. А;

L - длина линии. км;

х₀ - активное сопротивление линии. мОм;

r₀ - реактивное сопротивление линии. мОм;

cosц - коэффициент мощности нагрузки линии. о.е.

Для линии питающей от ТП до ВРУ, сечением 2 АВВГ 5 185, с данными I_р=376,92.А. r_о=0,169.мОм/км, x_о=0,0596.мОм/км. l=0,09.км. [12]. таблица 6.25 стр. 51. cosц=Р_р/S_р=0,56. sinц=0,83:

	(15.5)

Определяем потери напряжения в линии от ВРУ до СП 3. Линия сечением 35 мм², с данными I_р=12,02.А. l=20м. r_о=0,894.Ом/км, x_о=0,0637. Ом/км. cosц=0,5. sinц=0,87.

	(15.6)

Определяем потери напряжения в линии от СП 3 до кран-балки. Линия медная сечением 2,5 мм², с данными I_р=9,4.А. l=80.м. r_о=7,4.Ом/км, x_о=0,104, cosц=0,5, sinц=0,86.

	(15.7)

Напряжение на зажимах электроприемника определим по формуле:

(15.8)

где U_хх - напряжение холостого хода трансформатора;

ДU_i - потеря напряжения в одном элементе сети;

n - число элементов.

Что не превышает 5% от номинального напряжения и является допустимым.



Рисунок 15.1. План конструкции проектируемого цеха и размещения в нем наиболее удаленного электроприемника - кран-балка (с учетом гибкого кабеля 0,4 кВ длинной 80 м).

Заключение

В курсовом проекте разработано электроснабжение механосборочного цеха. Для него выполнен выбор электродвигателей, расчёт сечений ответвлений к электроприёмникам, установлены распределительные шкафы, выбраны марки и сечения кабелей питающей сети.

Выполнено следующее: охарактеризовано и проанализированы основные исходные данные для проектирования системы цехового электроснабжения; сформированы первичные группы электроприемников для проектируемой электрической сети цеха; рассчитаны электрические нагрузки первичных групп электроприемников; рассчитана электроосветительная нагрузка цеха; разработана схема питания силовых электроприемников цеха и выбрана система заземления электрической сети; рассчитаны электрические нагрузки узлов электрической сети и всего цеха; выбрано конструктивное исполнение электрической сети, марки проводников, шинопроводов и способов их прокладки; выбраны типы сетевых объектов и типы защитных аппаратов в них; рассчитаны защитные аппараты электрической сети и электроприемников; выбраны сечения проводников и шинопроводов для подключения электроприемников и сетевых объектов; рассчитаны токи трех- и однофазного КЗ питающей электрической сети; выполнена проверка на электродинамическую стойкость к токам КЗ панелей ВРУ и на успешность срабатывания от токов КЗ автоматического выключателя; определена величина напряжения на зажимах наиболее удаленного от ИП электроприемника цеха.

В графической части проекта выполнены чертежи плана цеха с силовой сетью.

Список используемой литературы

1. Кузнецов Б. В. Сацукевич М. Ф. Справочное пособие заводского электрика - Мн.: Беларусь 1978 - 318с.

2. Ус А.Г., Евминов Л.И. Электроснабжение промышленных предприятий и гражданских зданий: Уч. пособие. - Мн.: НПООО «Пион», 2002. - 457 с.

3. М/у 2168.

4. Справочная книга для проектирования эл. освещения / под ред. Г. М. Кнорринга. Л. - Энергия, 1976 - 384.

5. Справочное издание. Электротехнические комплектные устройства. Каталог 2004 “Иносат” Минск ЗАО “Юнипак”.

6. Лычев П.В., Федин В.Г. Электрические системы и сети. Решение практических задач.-Минск: Дизайн ПРО, 1997.-192 с.

7. В. Н. Радкевич. Электроснабжение промышленных предприятий. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию - Мн., 2001.

8. Кудрин Б. Н. Прокопчик В. В. Электроснабжение промышленных предприятий. Мн. - 1988.

9. Правила устройства электроустановок/Минэнерго СССР. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1985. 640 с.

10. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. В. И. Круповича, Ю. Г. Барыбина, М. Л. Самовера. 3 - е издание. 1980 г. 456с.

11. Проектирование систем электроснабжения. В. Н. Радкевич. 2001.

12. М/у 3831. Электроснабжение промышленных предприятий : метод. указания по одноим. Курсу для студентов специальности 1-43 01 03 «Электроснабжение (по отраслям)» заоч. формы обучения / А. Г. Ус, В. В. Бахмутская. - Гомель: ГГТУ им. П. О. Сухого, 2009. - 71 с.

13. М/у 3499. Планы цехов: сборник заданий к выполнению курсового проекта по курсу "Электроснабжение промышленных предприятий" для студентов специальностей 1-43 01 03 "Электроснабжение (по отраслям)" и 1-43 01 07 "Техническая эксплуатация электрооборудования организаций" дневной и заочной форм обучения /авторы-составители: А.Г. Ус, В.В. Бахмутская. - Гомель: ГГТУ им. П.О. Сухого, 2006.

Размещено на Allbest.ru