Электроснабжение прядильного цеха текстильного комбината

Дипломная работа по теме:

Электроснабжение прядильного цеха текстильного комбината

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Краткая характеристика отрасли

электроснабжение трансформаторный подстанция Текстильная промышленность одна из старейших и наиболее крупных отраслей легкой промышленности, вырабатывающая из различных видов растительного, животного и химического волокна текстильные ткани, трикотаж и другие изделия.

В состав текстильной промышленности входят отрасли первичной обработки текстильного сырья, хлопчатобумажная, льняная, шерстяная, шелковая, пенькоджутовая, сетевязальная, текстильно-галантерейная, трикотажная, вязально-войлочная.

Продукция текстильной промышленности используется для производства одежды и обуви, а также в других отраслях промышленности. [18; т. 25; 365]

1.2 Краткая характеристика оборудования цеха

Одним из цехов текстильного комбината является прядильный цех.

Он имеет следующее оборудование: ровничные машины, прядильные машины, крутильные машины, транспортеры и вентиляторы.

Ровничная машина — машина, применяемая для получения ровницы. Ровница формируется путем небольшого скручивания или сучения. [18; т. 22; 152]

Прядильная машина — машина, которая вырабатывает пряжу из ровницы или ленты, завершает обработку волокнистого материала в прядильном производстве. [18; т. 21; 174]

Крутильная машина — машина для изготовления крученых нитей, ниток и тому подобное. Основной рабочий орган традиционных крутильных машин — веретено, вращаясь сообщает кручение нити и наносит на себя упаковку со скручиваемой нитью. [18; т. 13; 501]

Вентилятор — машина для подачи воздуха при давлении не выше 12−15 кН/м2. [18; т. 4; 518]

Транспортер — машина непрерывного действия для перемещения штучных грузов или готовой продукции.

1.3 Категория надежности электроснабжения, взрывои пожароопасность

Прядильный цех по надежности электроснабжения относится ко II категории надежности электроснабжения объектов, так как перерыв его в электроснабжении приводит массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта.

Электроприемники II категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания, допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимого для включения резервного питания действиями дежурного персонал или выездной бригады.

При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора, за время не более одних суток допускается питание от одного трансформатора. [3;28−29]

По пожарной опасности прядильный цех относится к категории В — производства связанные с обработкой или применением твердых сгораемых веществ и материалов. [4;437]

Помещение цеха невзрывоопасно, так как отсутствуют: горючие газы, пары, с концентрацией воспламенения 55−65 гр/м2 которые при переходе во взрывоопасное состояние могут вызвать взрыв. [3;573]

2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет силовых нагрузок методом упорядоченных диаграмм

Метод упорядоченных диаграмм является основным расчетным методом при определении низковольтных нагрузок, если известно наименование оборудования, номинальная мощность, режимы работы и число электроприемников.

Суть метода заключается в следующем: все электроприемники цеха делятся на группы однотипных, для каждой группы определяется средняя активная мощность и суммарная активная мощность для всего цеха, по известной суммарной активной мощности и установленной мощности всего цеха находится средний коэффициент использования, определяется эффективное число электроприемников, по найденным коэффициенту использования, среднему и эффективному числу находится коэффициент максимума. После всех вышеуказанных действий находится расчетная активная, активная и полная мощности для всего цеха. [14;98]

Расчетная мощность — основная величина, по которой производится расчет и выбор всех элементов системы электроснабжения, определяется число и мощность силовых трансформаторов, выбор и проверка сечений проводов и кабелей, расчет тока короткого замыкания, выбор и проверка оборудования, расчет релейной защиты и определяются потери в сетях.

Установленная мощность группы однотипных электроприемников Ру, кВт

	[19;50]		(2.1)

где:	n — количество однотипных электроприемников Рн — номинальная активная мощность, кВт

Средняя активная мощность группы однотипных электроприемников Рср, кВт

	[2;107]		(2.2)

где:	Ки — коэффициент использования для группы однотипных электроприемников Рн — номинальная активная мощность, кВт

Средняя реактивная мощность группы однотипных электроприемников Qср, кВАр

	[2;108]		(2.3)

где:	tgц — соответствует коэффициенту мощности cosц данного вида оборудования

Средний коэффициент использования для объекта Киср

	[19;52]		(2.4)

где:	УPср — суммарная средняя мощность всех групп однотипных электроприемников объекта, кВт

Эффективное число электроприемников nэф

	[19;55]		(2.5)

Возможен упрощенный метод определения эффективного числа. Для этого необходимо найти показатель силовой сборки m

	[19;55]		(2.6)

где:	Pнmax и Pнmin — максимальная и минимальная мощности двигателей цеха, кВт

Если, то	[19;56]		(2.7)
Если, а, то	[19;56]		(2.8)

Если, а, то эффективное число определяется следующим образом:

Относительное число электроприемников n1*

	[19;56]		(2.9)

где:	n1 — количество наиболее мощных электроприемников в цехе

Относительное эффективное число электроприемников nэф*

	[4;237]		(2.10)

Относительная мощность Р1*

	[19;56]		(2.11)

где:	УРн1 — установленная мощность наиболее мощных электроприемников, кВт

Эффективное число электроприемников nэф

	[8;65]		(2.12)

где:	nдейст — действительное число электроприемников

Коэффициент максимума для всего цеха Км

	[1;138]		(2.13)

Расчетная активная мощность объекта Рр, кВт

	[1;139]		(2.14)

Расчетная реактивная мощность объекта Qр, кВАр

при	[19;56]		(2.15)
при	[19;56]		(2.16)

Полная расчетная мощность объекта Sр, кВА

	[8;65]		(2.17)

Для расчетов принимается группа ровничных машин в количестве n=32, с номинальной мощностью Pн=8,5кВт, с коэффициентом использования Ки=0,7, с коэффициентом мощности cosц=0,84 и tgц=0,64.

Установленная мощность группы однотипных электроприемников (2.1)

Средняя активная мощность группы однотипных электроприемников (2.2)

Средняя реактивная мощность группы однотипных электроприемников (2.3)

Для других групп однотипных электроприемников расчеты выполнены аналогично, результаты расчетов занесены в таблицу 2.1

Средний коэффициент использования для объекта (2.4)

Эффективное число электроприемников (2.5)

Показатель силовой сборки m (2.6)

Так как, то

Коэффициент максимума для всего цеха (2.13)

Расчетная активная мощность объекта (2.14)

Расчетная реактивная мощность объекта (2.15)

Полная расчетная мощность объекта (2.17)

Таблица 2.1 — Результаты расчета силовых нагрузок

Наименование Оборудования	Рн, кВт	к-во n	Ру, кВт	Ки	cosц	tgц	Рср, кВт	Qср, кВАр	Рр, кВт	Qр, кВАр	Sр, кВА
1. Ровничные машины	8,5			0,75	0,84	0,64
2. Крутильные машины	7,5			0,74	0,83	0,67
Наименование Оборудования	Рн, кВт	к-во n	Ру, кВт	Ки	cosц	tgц	Рср, кВт	Qср, кВАр	Рр, кВт	Qр, кВАр	Sр, кВА
3. Прядильные машины	9,5			0,76	0,85	0,62
4. Транспортеры	4,8			0,71	0,8	0,75
5. Вентиляторы	3,5			0,72	0,79	0,77
Итого:

2.2 Расчет нагрузки освещения

Нагрузка освещения представляет значительную часть от общей нагрузки силовых трансформаторов.

Освещение промышленных предприятий влияет на здоровье персонала, повышает производительность труда. Правильно выполненное и эксплуатируемое освещение снижает уровень профессиональных заболеваний и травматизма.

От нагрузки освещения зависит выбор числа и мощности силовых трансформаторов и выбор сечений проводов и кабелей.

Расчет нагрузки освещения производится методом удельной мощности и коэффициента спроса.

Этот метод дает предварительный результат, более точный результат получается при расчете по коэффициенту использования, но разница в результатах не превышает 10%

При расчете необходимо определить разряд зрительной работы, освещенность цеха, систему освещения, а также определить источники освещения.

Правильно выбранное освещение влияет на условия и качество труда. [5;122]

При проектировании осветительных установок всегда стоит вопрос о выборе общей или комбинированной системы освещения.

Светильники общего освещения располагаются равномерно по всей площади потолка на достаточно большом расстоянии от рабочей поверхности.

Преимущества системы общего освещения заключаются в следующем: меньшие первоначальные затраты на оборудование осветительной установки, более благоприятное соотношение яркости в пределах рабочей поверхности и всего поля зрения, определяемое более равномерным освещением рабочей поверхности, применяются мощные лампы с повышенной светоотдачей, по сравнению со светильниками местного освещения.

Недостатки системы общего освещения заключаются: в пониженной видимости рельефных деталей, невозможности создать высокий уровень освещенности на вертикальных и наклонных поверхностях, увеличении установленной мощности, больших эксплуатационных расходах при больших уровнях освещенности, невозможность экономии электроэнергии путем отключения части светильников, когда какое либо оборудование не работает, нет условий создания одинакового освещения на однотипных поверхностях. [5;122]

Лампы накаливания изготавливаются в широком ассортименте на разные мощности и напряжения, а также бывают различных типов.

Достоинства ламп накаливания: непосредственное включение в сеть без дополнительных аппаратов, работоспособность при значительных отклонениях напряжения в сети от номинального, светоотдача почти не зависит от условий окружающей среды, компактность.

Недостатками ламп накаливания являются: низкая светоотдача, ограниченный срок службы. [17;10]

Преимущества люминесцентных ламп: высокая световая отдача, большой срок службы, относительно малая яркость.

Основными недостатками люминесцентных ламп являются: относительная сложность схемы включения, ограниченная единичная мощность, зависимость от температуры окружающей среды, значительное снижение светового потока к концу срока службы. [17;22]

Преимущества ламп ДРЛ: высокая световая отдача, большой срок службы, практически не зависят от температуры окружающей среды.

К недостаткам ламп ДРЛ следует отнести: возможность работы только на переменном токе, наличие схемы включения, длительный разогрев при включении (около 7 минут) и повторного зажигания после кратковременного перерыва питания, снижение светового потока к концу срока службы. [17;27]

Для прядильного цеха выбирается IV разряд зрительной работы средней точности, с освещенностью Е=300 Лк, так как в нем не производится работ, требующих особо высокой точности.

Выбирается общая система освещения, так как машины в цехе большой длины и неизвестно, где требуется местное освещение.

Для системы общего освещения выбираются люминесцентные лампы, так как они обладают высокой светоотдачей и длительным сроком службы, а их недостатки в настоящее время снижены.

Удельная мощность освещения люминесцентными лампами Руд, Вт/м2

	[17;22]		(2.18)

Расчетная активная мощность общей системы освещения Роро, кВт

	[16;29]		(2.19)
где:	F — освещаемая площадь, м2 Кс — коэффициент спроса; Кс=0,95 — для производственных зданий состоящих из отдельных крупных пролетов [16;24]

Расчетная реактивная мощность для люминесцентных ламп Qоро, кВт

	[16;29]		(2.20)

где:	tgцосв — соответствует коэффициенту мощности cosц, для люминесцентных ламп cosц=0,82−0,9. Для дальнейших расчетов берется cosц=0,82

Полная расчетная мощность всей системы освещения Sоро, кВА

	[8;65]		(2.21)

Расчетная активная мощность цеха с учетом силовой и осветительной нагрузки Ррц, кВт

	[16;29]		(2.22)

Расчетная реактивная мощность цеха с учетом силовой и осветительной нагрузки Qрц, кВАр

	[16;29]		(2.23)

Полная расчетная мощность цеха с учетом силовой и осветительной нагрузки Sрц, кВА

	[8;65]		(2.24)

Естественный коэффициент мощности цеха cosце

	[8;65]		(2.25)

Так как величина естественного коэффициента cosце получилась меньше нормативного значения коэффициент мощности cosцн=(0,95−0,99), то необходимо произвести компенсацию реактивной мощности.

2.3 Компенсация реактивной мощности

Помимо активной мощности большинство электроприемников потребляют реактивную мощность. Это увеличивает полную потребляемую мощность S, что требует увеличения сечения линий.

Для снижения потребления реактивной мощности необходимо провести мероприятия по ее компенсации.

Компенсация реактивной мощности или повышение коэффициента мощности имеет большое народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения КПД работы систем электроснабжения и улучшению качества отпускаемой потребителю электроэнергии.

Потребители электроэнергии, например асинхронные двигатели, для нормальной работы нуждаются как в активной, так и в реактивной мощности, которая как правило вырабатывается синхронным генератором. [19,116]

Существует два способа компенсации реактивной мощности: естественный и искусственный.

Естественный способ заключается в мероприятиях организационного характера: ограничения холостого хода электроприемников, отключение трансформаторов в выходные и праздничные дни, замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности, правильный выбор двигателя и приводного механизма по мощности. [19,119]

Компенсация реактивной мощности искусственным способом осуществляется установкой статических конденсаторов и синхронных компенсаторов. [19,120]

Компенсация реактивной мощности дает значительный экономический эффект, так как при снижении коэффициента мощности уменьшается потребление реактивной мощности и снижаются затраты на электроэнергию.

Мощность компенсирующего устройства Qку, кВАр

	[16;29]		(2.26)

где:	б=0,9 — коэффициент, учитывающий возможность компенсации естественным способом; tgце и tgцн — соответствуют естественному и нормативному коэффициенту мощности цеха. Для дальнейших расчетов выбирается cosцн=0,96

Некомпенсированная реактивная мощность Q, кВАр

	[16;29]		(2.27)

Потери мощности на компенсацию ДРк, кВт

	[16;29]		(2.28)

где:	Кпп=0,07 кВт/кВАр — коэффициент приведения потерь

Полная расчетная мощность цеха после компенсации Sрк, кВА

	[16;29]		(2.29)

Коэффициент мощности цеха после компенсации cosцк

	[16;29]		(2.30)

2.4 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов цеховой трансформаторной подстанции

По надежности электроснабжения электроприемники прядильного цеха относятся ко II категории надежности электроснабжения, так как перерыв их электроснабжения приводит к массовому недоотпуску продукции, массовому простою рабочих, механизмов и промышленного транспорта.

Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых, взаиморезервирующих источников питания.

Для электроприемников II категории при нарушения электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервирующего питания действиями дежурного персонала или выездной бригады.

При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора за время не более одних суток, допускается питание электроприемников II категории от одного трансформатора [3;28−29]

К расчету принимается два варианта числа трансформаторов цеховой ТП: вариант 1 n=2; вариант 2 n=1, где n — число трансформаторов, шт.

Для каждого трансформатора определяется коэффициент загрузки в нормальном режиме Кзн.

Вариант 1	Вариант 2

Экономическая мощность трансформаторов Sэк, кВА

	[16;29]		(2.31)

Стандартная мощность трансформаторов Sст, кВА

	[5;196]		(2.32)

Технические данные трансформаторов

ТМЗ 1000/10 Sнт=1000кВА ДРхх=2,2кВт ДРкз=10,6кВт Iхх=1,4% Uкз=5,5% Ст=208 500 руб.	ТМЗ 1600/10 Sнт=1600кВА ДРхх=2,8кВт ДРкз=18кВт Iхх=1,3% Uкз=5,5% Ст=280 500 руб.

Загрузка трансформатора в номинальном режиме Кзн

	[19;96]		(2.33)

где:	Sнт — номинальная мощность трансформатора

Загрузка трансформатора в аварийном режиме Кза

	[19;96]		(2.34)

	Для одно-трансформаторной подстанции коэффициент загрузки в аварийном режиме не определяется.

Капитальные затраты Кт, руб.

	[19;86]		(2.35)

где:	Ст — стоимость одного трансформатора

Приведенные потери холостого хода ДР/хх, кВт

	[19;96]		(2.36)

Приведенные потери короткого замыкания ДР/кз, кВт

	[19;96]		(2.37)

Вариант 1

Вариант 2

Время максимальных потерь ф, час

	[19;93]		(2.38)

где:	Ттах — время использования максимальной нагрузки, час; Ттах=2500 час при одновременной работе [19;94]

Потери электроэнергии в трансформаторе ДЭт, кВт· час

	[19;96]		(2.39)

где:	t — время работы трансформатора в течение года, исключая выходные и праздничные дни; t=6072 час.

Стоимость потерь электроэнергии в трансформаторе Спт, руб.

	[19;153]		(2.40)

где:	Со — оптовая цена одного кВт· час электроэнергии; Со=0,5 руб/кВт· час

Стоимость амортизационных отчислений Сат, руб.

	[19;153]		(2.41)

где:	а — коэффициент амортизационных отчислений; а=0,06

Ежегодные эксплуатационные расходы Сэт, руб.

	[19;87]		(2.42)

Приведенные затраты З, руб.

	[19;86]		(2.43)

где:	Р — коэффициент окупаемости; Р=0,125

По экономическим показателям следует выбрать трансформатор ТМЗ 1600/10, так как он наиболее выгоден по затратам. Трансформаторы мощностью Sнт=1600 кВА рекомендуется устанавливать в следующих случаях:

наличие большого количества сварочного оборудования;

наличие крупных однофазных электроприемников;

большая плотность нагрузки, более 0,3 кВА/м2.

В данном случае ни одно из этих условий не присутствует, поэтому электроснабжение осуществляется от двух независимых взаиморезервирующих источников питания и установкой на ТП цеха двух трансформаторов 2хТМЗ 1000/10, как наиболее оптимальный вариант.

2.5 Расчет токов короткого замыкания

Короткое замыкание — это металлическое соединение с землей или ее эквивалентом разнопотенциальных проводников между собой или с землей.

Причинами короткого замыкания являются: нарушение изоляции, вызванное старением или механическим повреждением; ошибочные действия оперативного персонала; плохое качество монтажа оборудования.

Короткое замыкание является наиболее серьезной аварией в системе, так как его ток достигает десятков и сотен килоампер, оказывает на оборудование термическое и динамическое действие, которые приводят к его повреждению.

Для ограничения размеров аварии необходимо сократить время протекания токов короткого замыкания с помощью предохранителей, электромагнитных расцепителей, автоматических выключателей, действующей релейной защитой с действием на отключение без выдержки времени.

Короткое замыкание делится на: трехфазное — наиболее тяжелое, токи которого используются для проверки выбранного оборудования и расчета релейной защиты; двухфазное, ток которого используется для расчета релейной защиты; однофазное — его ток наименьший, и по нему рассчитывают ток срабатывания релейной защиты.

Расчет токов короткого замыкания необходим для проверки выбранного оборудования и токоведущих частей на действие токов короткого замыкания, для анализа причин аварии в системе.

Различают следующие методы расчета: аналитический, применяется для расчета в цепях с неограниченной мощностью; графический, применяется для расчетов в цепях с ограниченной мощностью.

Для прядильного цеха производится расчет токов короткого замыкания в системен с неограниченной мощностью.

Расчет токов короткого замыкания выполняется по схеме (рисунок 2.1) и схеме замещения (рисунок 2.2) в системе с неограниченной мощностью для точек К1 и К2.

Рисунок 2.1 — Расчетная схема для определения токов короткого замыкания в точках К1 и К2

Расчет токов короткого замыкания в системе с неограниченной мощностью в точке К1

Рисунок 2.2 — Схема замещения для точки короткого замыкания К1

Определяются базисные условия Sб, Uб, Iб.

Базисная мощность Sб, МВА

Базисное напряжение Uб берется в соответствии с номинальным напряжением Uн, действующим в точке короткого замыкания. Так как Uн=10кВ, то Uб=10,5кВ Базисный ток Iб, кА

	[19;86]		(2.44)

Относительное индуктивное сопротивление трансформатора хт*

	[19;86]		(2.45)

Относительное индуктивное сопротивление трансформатора с номинальной мощностью Sнт=40МВА, хт1* (2.45)

Относительное индуктивное сопротивление трансформатора с номинальной мощностью Sнт=31,5МВА, хт2* (2.45)

Относительное индуктивное сопротивление воздушной ЛЭП хл*

	[19;86]		(2.46)

Относительное индуктивное сопротивление воздушной ЛЭП 35кВ, длиной l=11км с удельным индуктивным сопротивлением х0=0,4 Ом/км хл1* [8;130−134]

Относительное индуктивное сопротивление воздушной ЛЭП 10кВ, длиной l=0,25 км с удельным индуктивным сопротивлением х0=0,08 Ом/км хл2* [8;130−134]

Результирующее относительное сопротивление цепи короткого замыкания хрез*

	[19;86]		(2.47)

Сверхпереходный и установившийся токи I//, I?, кА

	[19;86]		(2.48)

Ударный ток Iу, кА

	[19;86]		(2.49)

где:	Ку — ударный коэффициент, учитывающий амплитуду периодической слагающей; в установках с напряжением больше 1кВ Ку=1,8

Ударный ток Iу, кА (2.49)

Мощность короткого замыкания в точке К1 SК1, МВА

	[19;86]		(2.50)

Расчетная схема для определения токов короткого замыкания в точке К2 приведена на рисунке 2.3, схема замещения для определения токов короткого замыкания в точке К2 приведена на рисунке 2.4

Рисунок 2.3 — Расчетная схема для определения токов короткого замыкания в точке К2

Рисунок 2.4 — Схема замещения для определения токов короткого замыкания в точке К2

Определяются базисные условия Sб, Uб, Iб.

Базисная мощность Sб, МВА

	[19;86]		(2.51)

Базисное напряжение Uб берется в соответствии с номинальным напряжением Uн, действующим в точке короткого замыкания. Так как Uн=0,38кВ, то Uб=0,4кВ Базисный ток Iб, кА (2.44)

Относительное индуктивное сопротивление системы хс*

	[19;86]		(2.52)

Относительное активное сопротивление трансформатора, rт*

	[19;86]		(2.53)

где:	?Ркз — потери мощность короткого замыкания, кВт [5;196]

Относительное активное сопротивление двухобмоточного трансформатора ТМЗ 1000/10, rт* (2.53)

Относительное напряжение короткого замыкания трансформатора Uкз*

	[19;86]		(2.54)

где:	Uкз — напряжение короткого замыкания, %

Относительное напряжение короткого замыкания двухобмоточного трансформатора ТМЗ 1000/10 Uкз* (2.54)

Относительное индуктивное сопротивление трансформатора хт*

	[19;86]		(2.55)

Относительное индуктивное сопротивление двухобмоточного трансформатора ТМЗ 1000/10 (2.55)

Для определения сопротивления шин необходимо произвести их выбор по нагреву длительно допустимым током из условия

	[19;86]		(2.56)

где:	Iдоп — допустимый ток шин, А [3;35−36] Iр мах — расчетный максимальный ток, А

Для двухтрансформаторной подстанции с учетом перегрузки трансформатора на 40% расчетный максимальный ток Iр мах, А

	[19;86]		(2.57)

По условию (2.56) выбираются трехполосные шины АТ60×8 с Iдл доп=2180А [3;36−37], r0=0,0772 Ом/км, х0=0,196 Ом/км, длиной l=10м.

Относительное индуктивное сопротивление шин хш*

	[19;86]		(2.58)

Относительное активное сопротивление шин rш*

	[19;86]		(2.59)

Относительное активное сопротивление контактов rк*

	[19;86]		(2.60)

Результирующее сопротивление цепи короткого замыкания zрез*

	[19;86]		(2.61)

Токи короткого замыкания в именованных единицах I//, I?, кА

	[19;86]		(2.62)

Ударный ток Iу, кА (2.49)

Ку=1,3 так как Sнт=1000кВА и Uкз=5,5%

Мощность короткого замыкания в точке К2 SК2, МВА (2.50)

2.6 Картограмма электрических нагрузок определение центра электрических нагрузок

Генеральный план представляет из себя выполненный в масштабе чертеж цеха, видом сверху.

На генеральном плане цеха указывается расположение оборудования. Вид оборудования сверху представляет из себя упрощенное изображение, повторяющиеся основные контуры оборудования.

Минимальное расстояние оборудования от стены 0,8 м, между оборудованием 1,5−2м. Оборудование размещается с учетом технологии производства.

На генеральном плане указывается масштаб, габариты цеха. Для оборудования делается выноска, над которой пишется номинальная мощность, кВт, а под ней порядковый номер оборудования по плану цеха.

После составления генерального плана на него наносят картограмму электрических нагрузок. Она представляет собой окружности, площадь которых в определенном масштабе равна расчетной мощности участков цеха.

Картограмма электрических нагрузок позволяет наглядно видеть расположение мощности. Основным назначением ее является определение координат центра электрических нагрузок (ЦЭН) (Х0;У0).

Именно в центре электрических нагрузок размещается трансформаторная подстанция. При таком расположении значительно сокращается протяженность распределительных сетей, что ведет к уменьшению потерь и снижению расхода цветного металла.

Если установка трансформаторной подстанции в центре электрических нагрузок невозможна, то ее смещают вдоль длинной стены цеха.

Для построения картограммы электрических нагрузок, каждый участок цеха, с установленной мощностью не менее 100кВт, условно принимается за геометрическую фигуру, для которой определяется центр тяжести. Центр тяжести совпадает с центром окружности, площадь которой в масштабе равна полной расчетной мощности Sр участка цеха. Условно считается, что нагрузка сосредоточена в этой окружности.

Радиус окружности картограммы R, см

	[19;86]		(2.63)

где:	т — произвольный масштаб, кВА/см

Угол сектора освещения

	[19;86]		(2.64)

После определения координат центров электрических нагрузок каждого участка цеха определяются координаты определяются координаты центра электрической нагрузки (ЦЭН) для всего цеха

	[19;86]		(2.65)
где:	Хп — координата ЦЭН по оси абсцисс участка цеха, см Х0 — координата ЦЭН по оси абсцисс цеха, см

Координата ЦЭН по оси ординат всего цеха

	[19;86]		(2.66)

где:	Уп — координата ЦЭН по оси ординат участка цеха, см

Картограмма электрических нагрузок участков цеха приведена на рисунке 2.5.

Прядильный цех текстильной промышленности делится на два участка I и II, для каждого участка определяется расчетные активные, реактивные и полные мощности.

Расчет ведется методом упорядоченных диаграмм.

Расчет силовой нагрузки для II участка выполняется аналогично расчетам I участка. Результаты расчетов занесены в таблицу 2.3.

Таблица 2.2 — Расчет силовой нагрузки на первом участке

Наименование Оборудования	Рн, кВт	к-во n	Ру, кВт	Ки	cosц	tgц	Рср, кВт	Qср, кВАр	Рр, кВт	Qр, кВАр	Sр, кВА
Крутильные машины	7,5			0,74	0,83	0,67
Наименование Оборудования	Рн, кВт	к-во n	Ру, кВт	Ки	cosц	tgц	Рср, кВт	Qср, кВАр	Рр, кВт	Qр, кВАр	Sр, кВА
Прядильные машины	9,5			0,76	0,85	0,62
Транспортеры	4,8		11,4	0,71	0,8	0,75		7,5
Вентиляторы	3,5			0,72	0,79	0,77		6,2
Итого:			954,4					513,7	753,9	513,7	912,3
Киср=0,75 nэф=108 Км=1,05

Таблица 2.3 — Расчет силовых нагрузок на втором участке

Наименование оборудования	Рн, кВт	к-во n	Ру, кВт	Ки	cosц	tgц	Рср, кВт	Qср, кВАр	Рр, кВт	Qр, кВАр	Sр, кВА
Ровничные машины	8,5			0,75	0,84	0,64
Транспортеры	4,8		4,8	0,71	0,8	0,75	3,4	2,55
Наименование Оборудования	Рн, кВт	к-во n	Ру, кВт	Ки	cosц	tgц	Рср, кВт	Qср, кВАр	Рр, кВт	Qр, кВАр	Sр, кВА
Вентиляторы	3,5			0,72	0,79	0,77		6,2
Итого:			290,8				217,4	167,8	228,3	167,8	283,3
Киср=0,75 nэф=37 Км=1,05

Рассчитывается нагрузка освещения методом удельной мощности и коэффициента спроса для I и II участков.

Удельная активная мощность для люминесцентных ламп I и II участков цеха определена в пункте 2.2 и составляет Pуд=24Вт/м2 (2,18)

Освещаемая площадь, м2

	[19;86]		(2.67)

где:	а — ширина участка цеха, м b — длина участка цеха, м

Расчетная активная мощность общей системы освещения для участков I и II (2.19)

Расчетная реактивная мощность общей системы освещения для участков I и II (2.20)

Полная расчетная мощность участков (2.21)

Расчетная активная мощность участков с учетом силовой и осветительной нагрузки (2.22)

Расчетная реактивная мощность участков с учетом силовой и осветительной нагрузки (2.23)

Полная расчетная мощность участков с учетом силовой и осветительной нагрузки (2.24)

Радиус центра электрических нагрузок (ЦЭН) I и II участков (2.63)

Масштаб мощности принимается равным m=5кВА/см2

Угол освещения для участков цеха (2.64)

Координата ЦЭН, но оси абсцисс цеха (2.65), для I участка ХI=20,5 см, для II участка ХII=20,5 см

Координата ЦЭН, но оси ординат цеха (2.66), для I участка УI=7,3 см, для II участка УII=21,8 см

2.7 Технический расчет радиальной схемы электроснабжения

Основным направлением при проектировании электроснабжения является сокращение протяженности сетей низкого напряжения путем максимального приближения к низковольтным потребителям понижающих цеховых ТП.

Радиальная схема электроснабжения выполняется с помощью силовых кафов, которые питаются от ТП по своим питающим линиям. От шкафов идут распределительные линии к отдельным электроприемникам.

Питающие и распределительные линии прокладываются как в трубах под заливку бетоном, так и по конструкции цеха Радиальная схема применяется для питания потребителей I и II категорий, отдельно стоящих относительно мощных электроприемников, а также, когда мелкие по мощности электроприемники распределены по цеху неравномерно, небольшими отдельными группами.

Радиальная схема предпочтительна для взрывоопасных, пожароопасных и пыльных помещений.

В радиальной схеме используются шкафы марки ШР и ШРС с предохранителями ПН-2, а также шкафы марки ПР с автоматическими выключателями серии А3700 и АЕ.

К достоинствам радиальной схемы относятся:

высокая надежность питания;

возможность автоматизации и защиты.

К недостаткам данной схемы относятся:

наличие большого щита низкого напряжения РУ-0,4кВ;

большое количество низковольтных шкафов в центре и низковольтной аппаратуры;

сети, выполненные в трубах ограничивают перемещение оборудования при реконструкция. [19;178]

Радиальная схема электроснабжения приведена на рисунке 2.6.

Расчетный ток шкафа

	[13;190]		(2.68)

Расчет силовых нагрузок на шкафы выполняется методом упорядоченных диаграмм согласно пункту 2.1. Результаты расчетов занесены в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 — Расчет силовых нагрузок для радиальной схемы электроснабжения

ПР-1 (ПР11 на 12 присоединений)

Наименование

Рн, кВт

n

Ру, кВТ

Ки

cosц

tgц

Рср, кВт

Qср, кВАр

Рр, кВт

Qр, кВАр

Sр, кВА

Iр, А

Прядильные машины

9,5

0,76

0,8

0,75

Ровничные машины

8,5

0,75

0,79

0,78

Вентиляторы

3,5

0,72

0,85

0,62

Транспортеры

4,8

0,71

0,80

0,75

Итого

Киср=

0,75

nэф=

Км=

1,15

ПР-2 (ПР11 на 12 присоединений)

Наименование

Рн, кВт

n

Ру, кВТ

Ки

cosц

tgц

Рср, кВт

Qср, кВАр

Рр, кВт

Qр, кВАр

Sр, кВА

Iр, А

Ровничные машины

8,5

0,75

0,79

0,78

Наименование

Рн, кВт

n

Ру, кВТ

Ки

cosц

tgц

Рср, кВт

Qср, кВАр

Рр, кВт

Qр, кВАр

Sр, кВА

Iр, А

Итого

Киср=

0,75

nэф=

Км=

1,15

ПР-3 (ПР11 на 12 присоединений)

Ровничные машины

8,5

0,75

0,79

0,78

Вентиляторы

3,5

0,72

0,85

0,62

Итого

Киср=

0,75

nэф=

Км=

1,15

ПР-4 (ПР11 на 12 присоединений)

Ровничные машины

8,5

0,75

0,79

0,78

Итого

Киср=

0,75

nэф=

Км=

1,15

ПР-5,6,7,8,9 (ПР11 на 12 присоединений)

Наименование

Рн, кВт

n

Ру, кВТ

Ки

cosц

tgц

Рср, кВт

Qср, кВАр

Рр, кВт

Qр, кВАр

Sр, кВА

Iр, А

Прядильные машины

0,76

0,80

0,75

Итого

Киср=

0,76

nэф=

Км=

1,15

ПР-10 (ПР11 на 12 присоединений)

Прядильные машины

9,5

0,76

0,8

0,75

Крутильные машины

7,5

0,74

0,85

0,62

Итого

Киср=

0,76

nэф=

Км=

1,15

ПР-11 (ПР11 на 12 присоединений)

Крутильные машины

7,5

0,74

0,85

0,62

Наименование

Рн, кВт

n

Ру, кВТ

Ки

cosц

tgц

Рср, кВт

Qср, кВАр

Рр, кВт

Qр, кВАр

Sр, кВА

Iр, А

Вентиляторы

3,5

0,72

0,85

0,62

Транспортеры

4,80

0,71

0,80

0,75

Итого

Киср=

0,73

nэф=

Км=

1,15

ПР-12 (ПР11 на 12 присоединений)

Крутильные машины

7,5

0,74

0,85

0,62

Итого

Киср=

0,74

nэф=

Км=

1,15

ПР-13 (ПР11 на 12 присоединений)

Крутильные машины

7,5

75,00

0,74

0,85

0,62

Вентиляторы

3,5

0,72

0,85

0,62

Наименование

Рн, кВт

n

Ру, кВТ

Ки

cosц

tgц

Рср, кВт

Qср, кВАр

Рр, кВт

Qр, кВАр

Sр, кВА

Iр, А

Итого

Киср=

0,74

nэф=

Км=

1,15

По рисунку 2.6 определяются длины от ТП до шкафов.

2.7.1 Технические показатели радиальной схемы электроснабжения

К техническим показателям относятся: выбор сечения проводов и кабелей, по допустимому току и проверка их на потерю напряжения.

Перед расчетом необходимо все электроприемники присоеденить к шкафам или шинопроводам. Каждый шкаф или шинопровод считают узлом и для них определяется расчетная нагрузка методом упорядоченных диаграмм.

Выбор сечений проводов и кабелей производится на всех участках цепи.

Расчетный ток для одиночного электроприемника Iр, А

	[19;46]		(2.69)

где:	з — коэффициент полезного действия электроприемника, з=0,8

Сечение провода или кабеля выбирается по условию

	[19;45]		(2.70)

где:	Iдл. доп — длительно допустимый ток на выбранное сечение, А [3;20]

Выбранные сечения проверяются на допустимое отклонение напряжения на зажимах электроприемника.

Потери напряжения в линии ДU, %

	[19;46]		(2.71)

где:	l — длина линии, км sinц — соответствует cosц

Напряжение на зажимах электроприемника

	[19;92]		(2.72)

где:	Uхх — напряжение холостого хода трансформатора цеховой ТП; Uхх=105%

Потери напряжения в трансформаторе ДUт, %

	[19;84]		(2.73)

Активная составляющая потери напряжения в трансформаторе Uа, %

	[19;84]		(2.74)

Реактивная составляющая потери напряжения в трансформаторе Uр, %

	[19;92]		(2.75)

Отклонение напряжения на зажимах электроприемника ДUэп, %

	[19;92]		(2.76)

Если от шкафа питаются однотипные электроприемники, то потерю напряжения определяют в самой длинной линии. По каждому варианту определяются потери мощности.

Величина потери мощности не нормируется и не относится к техническим показателям схем, но ее удобно определить совместно с выбором сечений.

Потери мощности в питающей сети ДРпит, кВт

	[19;92]		(2.77)

Потери мощности в распределительной сети ДРрасп, кВт

	[19;92]		(2.78)

Для прядильного цеха текстильной промышленности выбирается провод марки АПВ и кабель марки АВРГ, проложенные в трубах.

АПВ ;	установочный провод с алюминиевой токоведущей жилой (одножильный) с изоляцией из поливинилхлорида. Применяется в силовых и осветительных сетях внутри помещений (сухих, особо сырых, с парами минеральных кислот и щелочей), при температуре окружающей среды не более +400С, осветительных щитах, закрытых шкафах, при напряжении до 660 В переменного и до 1000 В постоянного тока. Провод прокладывается в трубах, на роликах и изоляторах, по металлическим и бетонным поверхностям с прокладкой под проводами изоляционных материалов. [8;22] Провод АПВ выпускается на напряжение 380 и 660 В с сечением 0,5−120мм2
АВРГ ;	силовой кабель с алюминиевой токоведущей жилой с резиновой изоляцией в защитной оболочке из поливинилхлорида, небронированный, применяется для стационарной прокладки в электрических сетях при переменном токе напряжением до 660 В и до 1000 В постоянного тока, в помещениях с нормальной средой, сырых и особо сырых при отсутствии механических воздействий, прокладывается в каналах, туннелях, по стенам и потолкам помещений. [8;38] Кабель АВРГ выпускается на напряжение 660 В с сечением основной жилы 1−300мм2 и нулевой жилы 1−70мм2

Пример выбора кабеля питающей сети от РУ-0,4кВ до шкафа ПР1, с расчетным током Iр=138А Выбирается кабель марки (2.70) АВРГ-660−3×35+1×16мм2 с Iдл. доп=140А, r0=0,46Ом/км, х0=0,07Ом/км, l=0,062 км Потери напряжения в питающей сети (2.71)

Потери мощности (2.77)

Расчеты для остальных линий питания шкафов выполнены аналогично. Результаты расчетов занесены в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 — Технические показатели питающей сети радиальной схемы электроснабжения

Шкаф	Ip, А	cosц	sinц	Iдоп, А	Марки и сечения	r0, Ом/км	x0, Ом/км	L, км	Дuпит, %	ДР1, кВт
ПР1		0,84	0,74	2х90	2АВРГ-660−3×35+1×16	0,46	0,07	0,062	1,71	1,64
ПР2		0,83	0,74	2х90	2АВРГ-660−3×35+1×16	0,92	0,07	0,064	3,83	4,61
ПР3		0,83	0,74	2х90	2АВРГ-660−3×35+1×16	0,92	0,07	0,057	3,07	3,29
ПР4		0,83	0,74		АВРГ-660−3×35+1×16	0,92	0,07	0,073	2,18	1,31
Шкаф	Ip, А	cosц	sinц	Iдоп, А	Марки и сечения	r0, Ом/км	x0, Ом/км	L, км	Дuпит, %	ДР1, кВт
ПР5		0,84	0,74	2х90	2АВРГ-660−3×35+1×16	0,92	0,07	0,047	3,18	4,24
ПР6		0,84	0,74	2х90	2АВРГ-660−3×35+1×16	0,92	0,07	0,041	2,78	3,70
ПР7		0,84	0,74	2х90	2АВРГ-660−3×35+1×16	0,92	0,07	0,049	3,32	4,42
ПР8		0,84	0,74	2х90	2АВРГ-660−3×35+1×16	0,92	0,07	0,043	2,91	3,88
ПР9		0,84	0,74	2х90	2АВРГ-660−3×35+1×16	0,92	0,07	0,043	2,91	3,88
ПР10		0,84	0,75	2х90	2АВРГ-660−3×35+1×16	0,92	0,07	0,061	3,28	3,42
ПР11		0,88	0,77	2х90	2АВРГ-660−3×35+1×16	0,46	0,07	0,028	0,65	0,49
ПР12		0,88	0,77	2х90	2АВРГ-660−3×35+1×16	0,46	0,07	0,012	0,33	0,29
ПР13		0,88	0,77	2х90	2АВРГ-660−3×35+1×16	0,46	0,07	0,029	0,73	0,58
Итого:	31,87

Пример выбора провода распределительной сети для ровничной машины: Рн = 8,5кВт; cosц=0,79; Uн=380В; з=0,8%.

Расчетный ток (2.69)

Выбирается провод марки 4АПВ-380−1×4мм2, с r0=12,6Ом/км, х0=0,07Ом/км, Iдл. доп=23А, l=0,02 км Потери напряжения в распределительной линии (2.71)

Активная составляющая напряжения в трансформаторе (2.74)

Реактивная составляющая потерь напряжения в трансформаторе (2.75)

Потери напряжения в трансформаторе (2.73)

Напряжение на зажимах ровничной машины (2.72)

Отклонение напряжения на зажимах ровничной машины (2.76)

Расчетное отклонение напряжения электроприемника должно быть в пределах допустимых отклонений:

+ 5%	на зажимах асинхронных двигателей, в жилых и административных зданиях;
— 2,5−5%	для осветительных приборов
+ 8%	печи сопротивления
не ниже -12,5%	для аварийного освещения

Напряжение на зажимах ровничной машины имеет отклонение в -0,26% не превышает допустимого отклонения, поэтому провод марки 4АПВ-380−1×4мм2 принимается к исполнению.

Потери мощности в распределительной сети (2.78)

Расчет для остальных линий питания электроприемников выполняется аналогично. Результаты расчета занесены в таблицу 2.6

Таблица 2.6 — Технические показатели распределительной сети радиальной схемы электроснабжения

Наименование	Рн, кВт	cosц	sinц	Iр, А	Iдоп, А	Марки и сечения	r0, Ом/км	x0, Ом/км	Lтах, А	Дuрасп, %	Uэп, %	Дuэп, %	У l, км	ДР1,кВт
Ровничные Машины	8,5	0,79	0,71			4АПВ-380−1*4	12,6	0,07	0,02	1,82	99,74	0,26	0,304	4,6
Крутильные Машины	7,5	0,85	0,75			4АПВ-380−1*2,5	12,6	0,07	0,022	1,72	98,26	1,74	0,349	3,4
Прядильные Машины	9,5	0,80	0,72			4АПВ-380−1*4	7,9	0,07	0,018	1,15	98,83	1,17	0,699	7,7
Транспортеры	4,8	0,80	0,72			4АПВ-380−1*2,5	12,6	0,07	0,028	1,47	100,8	0,8	0,065	0,3
Вентиляторы	3,5	0,85	0,75			4АПВ-380−1*2,5	12,6	0,07	0,042	1,61	100,9	0,9	0,219	0,4
Итого:	16,4

2.8 Технический расчет магистральной схемы электроснабжения цеха

Магистральная схема используется для питания электроприемников II и III категории, при их значительном количестве, если они расположены рядом или равномерно по площади цеха. Для выполнения схемы применяют магистральные и радиальные шинопроводы.

Магистральная схема электроснабжения выполняется с помощью секций шинопроводов установленных на конструкции цеха или на специальных опорах вдоль электроприемников.

Шинопроводы имеют ответвительные коробки для подключения к ним электроприемников.

Шинопроводы выпускаются секциями, длина секций 750−6000мм. Секции могут быть прямыми с ответвительными коробками и без них, с поворотом направо, налево, вверх, вниз. В ответвительных коробках устонавливаются автоматы А3700 с токами до 630 А (для ШРА) и выше (для ШМА), а также предохранители с токами до 250А (для ШРА). Шинопроводы могут быть закрытого и открытого исполнения, прокладываются по стенам, колоннам, на стойках на высоте 2,5 м.

Достоинства магистральной схемы:

небольшие габариты РУ-0,4кВ;

широкие возможности по реконструкции схемы.

Недостатки схемы: более низкая надежность электроснабжения по сравнению с радиальной схемой.

Расчет силовых нагрузок для шинопроводов выполняется аналогично пункту 2.7. Результаты расчетов занесены в таблицу 2.7.

Таблица 2.7 — Расчет силовых нагрузок для магистральной схемы электроснабжения

ШРА1 (ШРА 73У3 на 630А)

Наименование

Рн, кВт

n

Ру, кВТ

Ки

cosц

tgц

Рср, кВт

Qср, кВАр

Рр, кВт

Qр, кВАр

Sр, кВА

Iр, А

Ровничные Машины

8,5

0,75

0,79

0,78

Наименование

Рн, кВт

n

Ру, кВТ

Ки

cosц

tgц

Рср, кВт

Qср, кВАр

Рр, кВт

Qр, кВАр

Sр, кВА

Iр, А

Вентиляторы

3,5

0,72

0,85

0,62

Транспортеры

4,8

0,71

0,80

0,75

Наименование

Рн, кВт

n

Ру, кВТ

Ки

cosц

tgц

Рср, кВт

Qср, кВАр

Рр, кВт

Qр, кВАр

Sр, кВА

Iр, А

Итого

Киср=

0,75

nэф=

37,00

Км=

1,15

ШРА2 (ШРА 73У3 на 630А)

Прядильные машины

9,5

0,76

0,80

0,75

Транспортеры

4,8

0,71

0,80

0,75

Итого

Киср=

0,76

nэф=

37,00

Км=

1,15

ШРА3 (ШРА 73У3 на 630А)

Прядильные машины

9,5

0,76

0,80

0,75

Наименование

Рн, кВт

n

Ру, кВТ

Ки

cosц

tgц

Рср, кВт

Qср, кВАр

Рр, кВт

Qр, кВАр

Sр, кВА

Iр, А

Итого

Наименование

Рн, кВт

n

Ру, кВТ

Ки

cosц

tgц

Рср, кВт

Qср, кВАр

Рр, кВт

Qр, кВАр

Sр, кВА

Iр, А

Киср=

0,76

nэф=

36,00

Км=

1,15

ШРА4 (ШРА 73У3 на 400А)

Крутильные машины

7,5

0,74

0,85

0,62

Вентиляторы

3,5

0,72

0,85

0,62

Транспортеры

4,8

0,71

0,80

0,75

Итого

Киср=

0,74

nэф=

Км=

1,15

По рисунку 2.7 определяются длины от ТП до шинопроводов и от шинопроводов до электроприемников и находится длина кабелей, проводов и труб.

2.8.1 Технические показатели магистральной схемы электроснабжения

Расчет технических показателей магистральной схемы выполняются аналогично пункту 2.7.1. Результаты расчетов питающей сети занесены в таблицу 2.8.

Таблица 2.8 — Технические показатели питающей сети магистральной схемы электроснабжения

Шкаф	Ip, А	cosц	sinц	Iдоп, А	Марки и сечения	r0, Ом/км	x0, Ом/км	l, Ом/км	ДUпит, %	ДР1, кВт
ТП — ШРА1		0,83	0,74		4АВРГ-660−3×35+1×16	0,46	0,07	0,0448	4,1
ТП — ШРА2		0,84	0,74		4АВРГ-660−3×35+1×16	0,46	0,07	0,0295	3,2	2,7
ТП — ШРА3		0,84	0,74		4АВРГ-660−3×35+1×16	0,46	0,07	0,027	2,9	2,6
ТП — ШРА4		0,88	0,77		3АВРГ-660−3×35+1×16	0,46	0,07	0,0095	0,77	0,8
ШРА1		0,83	0,74		ШРА73У3−80х5	0,1	0,13	0,078	2,9	5,1
ШРА2		0,84	0,74		ШРА73У3−80х5	0,1	0,13	0,089		6,4
ШРА3		0,84	0,74		ШРА73У3−80х5	0,1	0,13	0,09	3,2	6,7
ШРА4		0,88	0,77		ШРА73У3−80х5	0,15	0,17	0,078	2,9
Итого:	32,3

Результаты расчетов распределительной сети занесены в таблицу 2.9.

Таблица 2.9 — Технические показатели распределительной сети магистральной схемы электроснабжения

Наименование	Рн, кВт	cosц	sinц	Iр, А	Iдоп, А	Марки и сечения	r0, Ом/км	x0, Ом/км	lтах, км	ДUрас, %	Uэп, %	ДUэп, %	У l, км	ДР1
Ровничные Машины	8,5	0,79	0,71	20,43		4АПВ-380; 1х4	12,6	0,07	0,009	0,82	101,8	1,8	0,224	3,4
Крутильные Машины	7,5	0,85	0,75	16,76		4АПВ-380; 1х2,5	12,6	0,07	0,008	0,66	101,9	1,9	0,224	0,3
Прядильные Машины	9,5	0,80	0,72	22,55		4АПВ-380; 1х4	7,9	0,07	0,007	0,46	102,2	2,16	0,396	4,9
Транспортеры	4,8	0,80	0,72	11,40		4АПВ-380; 1х2,5	12,6	0,07	0,019	1,05	101,6	1,6	0,048	0,3
Вентиляторы	3,5	0,85	0,75	7,82		4АПВ-380; 1х2,5	12,6	0,07	0,032	1,26	101,4	1,4	0,171	0,4
Итого:	9,3

2.9 Экономический расчет схем электроснабжения цеха

Окончательный выбор наиболее выгодного варианта внутрицехового электроснабжения производится на основании экономического расчета схем, после того, как определены их технические показатели. К экономическим показателям относятся: определение капитальных затрат, эксплуатационные расходы и приведенные затраты по каждому из вариантов.

При расчете используется прейскурант 1503 ценник № 8 [14;263−272], при этом цены умножаются на коэффициент 30.

Капитальные затраты определяются суммой стоимости всего оборудования и стоимости его монтажа К, руб.

	[19;92]		(2.79)

где:	Со — стоимость оборудования, руб См — стоимость монтажа, руб

Ежегодные эксплуатационные расходы Сэ, руб

	[19;87]		(2.80)

Ежегодные амортизационные отчисления Са, руб

	[19;153]		(2.81)

Стоимость ежегодных потерь электроэнергии в сети Сп, руб

	[19;153]		(2.82)

где:	УДР — сумма потерь активной мощности в питающей и распределительной сетях, кВт

Приведенные затраты З, руб

	[19;86]		(2.83)

Капитальные затраты радиальной схемы электроснабжения приведены в таблице 2.10.

Капитальные затраты магистральной схемы электроснабжения приведены в таблице 2.11.

Таблица 2.10 — Капитальные затраты радиальной схемы электроснабжения

Наименование оборудования, материалов, марка и сечение проводов и кабелей	Стоимость еденици, руб	Всего	Стоимость монтажа за еденицу оборудования, руб	Всего
		Единиц	Общая стоимость, руб		Общая стоимость монтажа, руб
	Пункт распределительный ПР11−1020-IР21У3, 1 шт. на число присоединений 12
	Кабель АВРГ, 660 В, 1 м, сечением
	3х35+1×16	39,75			4,59	3818,88
	Провод одножильный АПВ, 380 В, 1 м, сечением, мм2
	Протяжка первого провода сечением, мм2
	2,5	1,35		854,55	2,1	1329,3
		1,8		1805,4	2,55	2557,65
	Протяжка остальных проводов сечением, мм2
	2,5	1,35		2563,65	0,71	1348,29
		1,8		5416,2	0,71	2136,39
	Труба стальная, 1 м, диаметром, мм
		5,7		9279,6	10,65	17 338,2
		18,4		15 308,8	17,7	14 726,4
	Итого:					267 828,31

Таблица 2.11 — Капитальные затраты магистральной схемы электроснабжения

Наименование оборудования, материалов, марка и сечение проводов и кабелей	Стоимость еденици, руб	Всего	Стоимость монтажа за еденицу оборудования, руб	Всего
		Единиц	Общая стоимость, руб		Общая стоимость монтажа, руб
	Шинопровод ШРА73У3 на 400А с прямой секцией на 2 ответвительные коробки длиной 1 м				123,9	5079,9
	Шинопровод ШРА73У3 на 400А с прямой прогоночный длиной 3 м				123,9	5079,9

Экономический расчет для:

Радиальной схемы электроснабжения	Магистральной схемы электроснабжения

Амортизационные затраты (2.81)

Стоимость ежегодных потерь электроэнергии в сети (2.82)

Ежегодные эксплуатационные расходы (2.80)

Приведенные затраты (2.83)

К исполнению принимается магистральная схема электроснабжения, как наиболее дешевая по капитальным затратам.

2.10 Выбор и проверка высоковольтного кабеля

Выбор производится по экономической плотности тока, значение которого определяется в зависимости от конструкции сети и времени использования максимальной нагрузки [3;40].

Экономическое сечение кабеля

	[19;85]		(2.84)

где: jэк — экономическая плотность тока, j=1,6 А/мм2 [3;40]

Расчетный ток

	[19;51]		(2.85)

где n — количество трансформаторов на подстанции, шт Проверка на термическую устойчивость

	[19;244]		(2.86)
где:	Sст — стандартное сечение, мм2

Термически устойчивое сечение Sнту, мм2

	[19;245]		(2.87)
где:	б — коэффициент термической устойчивости [4;360], а=11

Фиктивное время tф, с

	[19;244]		(2.88)

Апериодическая составляющая фиктивного времени tфа, с

	[19;244]		(2.89)

где:	В// -сверхпереходный коэффициент

Сверхпереходный коэффициент В//

	[19;244]		(2.90)

Периодическая составляющая фиктивного времени tфп, с

	[19;244]		(2.91)

Время отключения токов короткого замыкания tоткл, с

	[19;244]		(2.92)

где:	tток — время срабатывания токовых реле, tток=0,06с; tпром — время срабатывания промежуточного реле, tпром=0,04с; tв — время срабатывания выключателя, tв=0,1с.

Выбор и проверка высоковольтного кабеля.

Расчетный ток

Расчетный максимальный ток

Экономическое сечение кабеля

Выбирается кабель марки ААБ-10 000−3×35мм2 с I доп=115А, r0=1,28Ом/км, х0=0,07Ом/км [8;132]

Марка кабеля расшифровывается как:

А — алюминиевая жила;

А — бумажная изоляция, пропитанная противогнилостным составом;

Б — бронированный;

10 000 — Номинальное напряжение, В;

3х35 — три жилы. Сечением 35 мм².

Проверка выбранного сечения по условию (2.86)

Потеря напряжения (2.71)

Сверхпереходный коэффициент (2.90)

Апериодическая составляющая фиктивного времени (2.89)

Время отключения токов короткого замыкания (2.92)

Периодическая составляющая фиктивного времени (2.91)

Фиктивное время (2.88)

Термически устойчивое сечение (2.87)

Проверка на термическую устойчивость (2.86)

По результатам проверки к исполнению берется кабель марки ААБ-10 000−3×35мм2.

2.11 Выбор оборудования цеховой трансформаторной подстанции и аппаратов защиты внутреннего электроснабжения 0,4кВ

Выбор приводится по нормативно длительному режиму работы, а проверка по режиму трехфазного короткого замыкания.

2.11.1 Выбор и проверка шин РУ-04кВ

Выбор шин произвен в пункте 2.5, были выбраны трехполосные шины АТ60×8 с

Iдл доп=2180А, r0=0,0772 Ом/км, х0=0,196 Ом/км с установкой плашмя.

Расчетное усилие Fрасч, кг

	[19;243]		(2.93)

где:	l — длина вдоль шин между опорными изоляторами, l=250см; а — расстояние между шинами соседних фаз, а=25см.

Поперечный момент сопротивления шин W, см3

	[19;243]		(2.94)

где:	n — число полос, шт b, h — геометрические размеры шин, b=8, h=60

Расчетное напряжение материала др, кг/см3

	[19;243]		(2.95)

Проверка шин на механическую прочность

	[19;243]		(2.96)

где:	ддоп — допустимое напряжение материала [4;357], ддоп=650кг/см3

По механической прочности шины выбраны верно.

Температура нагрева шин в режиме аварии ин, 0С

	[19;243]		(2.97)

где:	идоп — допустимый нагрев голых шин [3;32]. идоп=+700С иос — температура окружающей среды. иос=+250С

Проверка на термическую устойчивость в режиме аварии

	[19;243]		(2.98)

Условие 2.98 выполняется.

Температура нагрева шин в режиме короткого замыкания

	[19;245]		(2.100)

где:	АиН — относительная температура нагрева шин в номинальном режиме, определяется по графику [19;245]; Sсечение шин, мм2

Действительная температура нагрева в режиме короткого замыкания

	[19;245]		(2.101)

Проверка на термическую устойчивость шин в режиме короткого замыкания

	[19;243]		(2.102)

где:	Идоп.тах — максимальный допустимый нагрев шин в режиме короткого замыкания, Идоп. тах=2000С

Условие (2.102) выполняется Термически устойчивое сечение шин

	[19;245]		(2.103)

Сечение шин сравнивается с термически устойчивым сечением

	[19;243]		(2.104)

Шины марки АТ 60×8 принимаются к исполнению, так как удовлетворяют все условия проверки.

2.11.2 Выбор и проверка изоляторов РУ-0,4кВ

Изоляторы применяются для крепления и изолирования токоведущих частей эдектроустановок друг от друга и по отношению к земле.

Выбираются изоляторы марки ОФ-1−750овУТ3 с Fразр=750кг. с [7;477].

Допустимое усилие на изоляторе

	[7;477]		(2.105)

Проверка изоляторов на динамическую устойчивость

	[19;246]		(2.106)

Fрасч берется из пункта 2.10.2, Fрасч=152,13 кг.

Выбранные изоляторы применяются к исполнению, так как соответствуют условиям проверки.

2.11.3 Выбор комплектной конденсаторной установки

Статические конденсаторы необходимы для компенсации реактивной мощности. Номинальная мощность конденсаторных батарей выбирается по величине мощности компенсирующего устройства, которая определяется в пункте 2.3

Стандартная мощность конденсаторной установки Qст, кВАр

	[19;243]		(2.107)

Выбирается комплектная конденсаторная установка типа УКН 0,38−300 [19;133], мощностью Q=300кВАр с двумя ступенями регулирования.

2.11.4 Выбор и проверка трансформаторов тока

Трансформаторы тока на вводах низкого напряжения марки ТШНЛ-0,66 [5;538], со следующими техническими данными:

номинальный ток вторичной обмотки I2н=5А;

номинальное напряжение Uн=660В;

номинальный ток первичной обмотки I1н=3кА;

коэффициент термической стойкости Кt=75;

коэффициент динамической стойкости Кд=125;

время термической устойчивости tнту=4с;

класс точности — 1;

по роду установки — внутренний;

допустимое сопротивление вторичной обмотки r2доп=2Ом;

допустимая мощность Sдоп=50ВА.

Выбор производится:

по напряжению

	[19;243]		(2.108)

по номинальному первичному току

	[19;243]		(2.109)

Проверка измерительных трансформаторов тока:

на термическую устойчивость

	[19;249]		(2.110)

на динамическую устойчивость

	[19;248]		(2.111)

на перегрузочную способность

	[19;249]		(2.112)

где:	r2н — номинальная нагрузка вторичной обмотки трансформатора тока для выбранного класса точности. Ом; r2расч — суммарное расчетное сопротивление всех вторичных присоединений, Ом.

	[19;249]		(2.113)

Сопротивление приборов

	[5;372]		(2.114)

где:	Sприб — потребляемая мощность измерительного прибора. ВА. [4;376]

Сопротивление проводов

	[19;249]		(2.115)

где:	l — длина проводов, зависит от схемы соединения трансформатора тока, в расчетах соединение трансформатора тока «полная звезда», l=10м [19;249]; г — удельная проводимость, г=32 Sminминимальное сечение проводов по условию механической прочности, Smin=2,5 мм²

Сопротивление контактов

	[19;249]		(2.91)

Ко вторичной обмотке трансформаторов тока подключается амперметр марки Э-309 с потребляемой мощностью S=5Ва и трехфазный трансформаторный счетчик марки САЗ-И-670 с потребляемой мощностью S=1,5ВА Сопротивление приборов (2.114)

Сопротивление проводов (2.115)

Расчетное сопротивление (2.113)

Перегрузочная способность (2.112)

Так как трансформатор тока ТШНЛ-0,66У3 удовлетворяет всем условиям проверки, то он принимается к исполнению.

Трансформаторы тока на всех фидерах выбираются марки ТК-120 со следующими данными [5;538]:

номинальный ток вторичной обмотки I2н=5А;

номинальное напряжение Uн=660В;

номинальный ток первичной обмотки I1н=600А;

коэффициент термической стойкости Кt=75;

коэффициент динамической стойкости Кд=125;

время термической устойчивости tнту=4с;

допустимое сопротивление вторичной обмотки r2доп=1,2Ом;

допустимая мощность Sдоп=30ВА.

Пример проверки ведется для трансформатора тока на фидере питающего ШРА1.

Термическая устойчивость (2.110)

Динамическая устойчивость (2.111)

Ко вторичной обмотке трансформатора тока подключен один амперметр марки

Э-309 с Sприб=5А Сопротивление прибора (2.114)

Сопротивление проводов (2.115)

Расчетное сопротивление вторичной обмотки (2.113)

Перегрузочная способность (2.112)

Трансформатор тока ТК-120 с I1н=600А на фидере к ШРА1 принимается к исполнению.

Для остальных расчетов трансформаторов тока на фидерах расчет аналогичен. Результаты расчетов занесены в таблицу 2.12

Выбор трансформатора тока для комплектных конденсаторных установок.

Расчетный ток комплектных конденсаторных установок

	[19;51]		(2.116)

К исполнению принимается трансформатор тока ТК-120 с I1н=600А.

Количество щитов освещения n

	[19;51]		(2.117)

Таблица 2.12 — Трансформаторы тока на вводе и фидерах

Наименование	Iр, А	I1н, А	Марка трансформатора
На вводе			ТНШЛ-0,66У3
Наименование	Iр, А	I1н, А	Марка трансформатора
ШРА1			ТК-120
ШРА2			ТК-120
ШРА3			ТК-120
ШРА4			ТК-120

2.11.5 Выбор и проверка автоматических выключателей

Автоматические выключатели предназначены для защиты низковольтных сетей и оборудования от коротких замыканий и перегрузок.

Выбор автоматических выключателей производится по номинальному напряжению Uн, току Iн и номинальному току расцепителя. Выбираются токи срабатывания расцепителя в зоне короткого замыкания.

Номинальный ток расцепителя

	[19;249]		(2.118)

Ток срабатывания в зоне перегрузки

	[19;76]		(2.119)

Значение тока Iрзп должно удовлетворять условие

	[19;76]		(2.120)

Расчетный ток срабатывания электромагнитного расцепителя в зоне короткого замыкание

	[19;76]		(2.121)

Стандартный ток срабатывания в зоне короткого замыкания

	[19;76]		(2.122)

где:	Ккз — установка срабатывания расцепителя [5;602]

Стандартное значение тока срабатывания в зоне короткого замыкания должно удовлетворять условию

	[19;76]		(2.123)

Выбор автоматических выключателей на вводах низковольтного напряжения производится только по расчетному току по условию

	[19;76]		(2.124)

где:	Iна — номинальный ток автоматического выключателя, А

Выбирается автоматический выключатель серии «Электрон» Э25 с Iна=2500А, Iоткл=120кА, Uн=660 В [5;600].

Проверка на отключающую способность автоматического выключателя производится по условию

	[19;76]		(2.125)

Автоматический выключатель на вводе низковольтного напряжения типа Э25. Межсекционный автоматический выключатель выбирается этой же марки Э25.

Пример выбора автоматического выключателя для фидера питающего ШРА1; Iна=630А, Iнр=630А, Uн=380 В [5;600], типа ВА62.

Выбор автоматического выключателя для фидера ШРА1 производится по расчетному току, по условию (2.124) и по номинальному току расцепителя (2.118)

Проверка на отключающую способность (2.125)

Автоматический выключатель типа ВА62 с Iна=630А на фидере к ШРА1 принимается к исполнению. Для остальных фидеров расчет ведется аналогично. Результаты расчетов занесены в таблицу 2.13.

Таблица 2.13 — Автоматические выключатели на вводах и фидерах

Наименование	Iр, А	Iна, А	Iнр, А	Iоткл, кА	Марка автомата
Вводной					Э25
ШРА1					ВА62
ШРА2					ВА62
ШРА3					ВА62

Пример выбора автоматического выключателя для ровничных машин с Iнр=20А, с Iп=95А.

Ток срабатывания расцепителя в зоне перегрузки (2.119)

Расчетный ток срабатывания электромагнитного расцепителя в зоне короткого замыкания (2.121)

Расчетный ток срабатывания в зоне короткого замыкания с установкой срабатывания расцепителя Ккз=6 (2.122)

Выбирается автоматический выключатель типа А3710 с Uн=380 В, Iна=160А, Iнр=20А.

Расчеты для остальных групп электроприемников выполнены аналогично. Результаты расчетов занесены в таблице 2.14.

Таблица 2.14 — Автоматические выключатели распределительной сети

Наименование оборудования	Iр, А	Автоматический выключатель
		Тип	Uн, В	Iна, А	Iнр, А	Ток срабатывания расцепителя
						Теплового	Магнитного
						Iр зп, А	Iр кз, А	Ккз	Iст кз, А
Ровничные Машины		А3710					118,75
Крутильные Машины		А3710					106,25

2.12 Конструкция трансформаторной подстанции

Целью выполнения курсового проектирования является определение схемы электроснабжения, составной частью которой является ТП.

Комплектные трансформаторные подстанции внутренней установки напряжением 10/0,43кВ наиболее широко применяются для непосредственного электроснабжения промышленных объектов, установок. Такие подстанции устанавливают в цехах и других помещениях в непосредственной близости от потребителей, что значительно упрощает и удешевляет распределительную сеть, идущую к токоприемникам.

Комплектные цеховые трансформаторные подстанции (КТП) выполняют напряжением 10/0,4кВ с трансформаторами 1000кВА. На сравнительно небольшой площади, занимаемой КТП размещают силовой трансформатор, коммутационную и измерительную аппаратуру и секционный автомат для присоединения второго комплекта двухтрансформаторной КТП.

КТП внутренней установки состоят из трех основных элементов: вводного устройства (10 кВ), двух силовых трансформаторов и распределительного устройства (0,4кВ).

Вводное устройство высокого напряжения типа ВВ-1 представляет собой металлический шкаф, укрепленный на баке силового трансформатора. Силовой трансформатор типа ТМЗ имеет естественное масляное охлаждение и герметичный бак повышенной прочности. Напряжение регулируется при отключенном от сети трансформаторе.

Распределительное устройство состоит из набора металлических шкафов с вмонтированной аппаратурой, ошиновкой и проводами. Защитно-коммутационной аппаратурой КТП являются автоматические воздушные выключатели, которые расположены в закрытых шкафах, управляются ручками или ключами, расположенными на дверцах шкафов. Измерительные приборы и реле размещены в отсеках шкафов, приборов и на дверцах шкафов.

КТП прядильного цеха состоит:

Два силовых трансформатора марки ТМЗ 1000/10, двух автоматических выключателей серии «Электрон» Э25, двух измерительных трансформатора тока марки ТНШЛ-0,66У3, секционного выключателя серии «Электрон» Э25, трехполосных шин марки АТ 60×8 длиной 250 см, высоковольтного кабеля марки ААБ 10 000−3×35мм2 и в распределительном устройстве изоляторы марки ОФ-1−750овУТ3.

1. Комюхова Е. А. Электроснабжение объектов — М.: Издательство «Мастерство», 2001.

2. Сибикин Ю. Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок — М.: высшая школа, 2001.

3. Федоров А. А. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий, Том 1. Промышленные электрические сети, — М.: Энергоатомиздат, 1980.

4. Федоров А. А. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий, Том 2. Электрооборудование и автоматизация, — М.: Энергоатомиздат, 1981.

5. Федоров А. А. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Том 1. Электроснабжение. — М.: Энергоатомиздат, 1986.

6. Федоров А. А. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Том 2. Электрооборудование. — М.: Энергоатомиздат, 1987.

7. Карпов Ф. Ф., Козлов В. Н. Справочник по расчету проводов и кабелей. М.: Энергия, 1969.

8. Белорусов Н. И., Соякин А. Е., Яковлева А. И. Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1988.

9. Справочник на электромонтажные устройства. — М.: Энергоатомиздат 1980.

10. Крупович В. И. Справочник по проектированию электрических сетей и оборудования. — М.: Энергоатомиздат, 1980.

11. Тищенко Г. А. Осветительные установки. — М.: высшая школа, 1984.

12. Мешков В. В., Соколов И. И. Курс осветительной техники — М.: Госэнергоиздат, 1960.

13. Ернилов А. А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. — М.: Энергоатомиздат, 1982.

14. Справочная книга для проектирования электроосвещения. Под ред. Г. М. Кнорринга. — Л.: Энергия, 1976.

15. Конструкционные и технические материалы. Под ред. А. С. Филиппова. — М.: высшая школа, 1990.

16. Липкин Б. Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. — М.: высшая школа, 1990.