Электроснабжение механического цеха промышленного предприятия

Курсовой проект

Электроснабжение механического цеха промышленного предприятия

трансформатор электроприемник технологический Электроснабжение промышленного предприятия в структуре энергетики в целом, занимает важное место и составляет наибольшую часть потребления электрической энергии в промышленности.

Тема проекта — разработка схемы электроснабжения промышленного предприятия по заданному генеральному плану и нагрузкам.

При выборе системы электроснабжения важнейшее условие — принятие обоснованных технико-экономических решений. Для этого при проектировании рассматриваются вопросы повышения экономичности систем электроснабжения путем выбора рациональных режимов работы, снижения потерь электрической энергии, применение современного комплектного электрооборудования, правильного выбора номинального напряжения сетей питающих электроприемники промышленного предприятия, условий присоединения предприятия к энергосистеме, определения электрических нагрузок, рационального выбора числа и мощности трансформаторов, определение места расположения трансформаторной подстанции с обоснованием выбора, схем и конструкции заводских и цеховых сетей, средств компенсации реактивной мощности и регулировании напряжения.

1. Исходные данные на проектирование

В таблице 1 представлены данные о приемниках электрической энергии.

Таблица 1. Перечень электрооборудования и основные данные по приемникам электроэнергии

Примечание: * - электроприемники при ПВ=65%

** - электроприемники при ПВ=40%

Генеральный план механического цеха

2. Краткое описание технологического процесса цеха

Механико-машиностроительный цех относится к основному цеху машиностроительного предприятия. Он предназначен для подготовки металла к обработке, изготовлению мелких и крупных деталей и изделий, обкатке построенных оборудований. Цех оснащен станочным парком, имеющим в своем структурном подразделении: токарные, сверлильные, строгальные станки, предназначенные как для обработки металлических заготовок и деталей, так и для изготовления различных видов деталей, так же цех оснащен стендом сборки и обкатки маши, сварочными аппаратами, кривошипным прессом.

Цех не серийного производства. Электроприемники не связаны друг с другом технологическим процессом. Остановка одного или нескольких станков не вызывает остановки других, так как они не связаны технологическим процессом. Среда в помещении цеха нормальная. По надежности цех относится к III категории.

3. Характеристика электроприемников цеха

Для механизмов данного цеха характерен длительный режим работы, поэтому их электропривода нереверсивные с редкими пусками. Они не требуют регулирования угловой скорости приводных двигателей.

Для главных приводов токарных, фрезерных, расточных и других станков с редкими включениями, с небольшим диапазоном регулирования скорости при постоянной мощности применяются трехфазные асинхронные двигатели серии 4А с короткозамкнутым ротором (однои многоскоростные, встраиваемые и повышенной точности на синхронную частоту вращения 3000 или 1500 об/мин). Данные двигатели — просты в управлении, надежны и удобны в эксплуатации. Регулирование скорости рабочих органов в этом случае производиться переключением шестерен в коробке скоростей станка. Применяют также многоскоростные асинхронные двигатели с переключением числа пар полюсов, что обеспечивает ступенчатое регулирование скорости и позволяет уменьшить размеры станка.

Основное количество ЭП цеха составляют вентиляторы калориферов. Вентилятор калориферов применяется для нагрева воздуха в системах воздушного отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха в помещении, имеющих большие площади.

4. Выбор рода тока и напряжения

Для питания потребителей используют переменный электрический ток. В сетях внутрицехового электроснабжения для питания силовых и осветительных электрических приемников возможно применение трех основных ступеней напряжения: 220 127; 380 220; 660 380. Выбор той или иной ступени напряжения зависит от значений потребляемой мощности, вида производства, индивидуальных мощностей электрических приемников и других факторов. Поэтому выбор напряжения должен производится комплексно.

Использование напряжений 220 127 В для питания электрических приемников экономически не оправдано ввиду больших потерь электроэнергии и большого расхода цветного металла. Эта ступень напряжения может оказаться целесообразно при очень больших плотностях осветительных нагрузок и большом удельном весе электрических потребителей такого напряжения в результате специального технико — экономического обоснования.

Система 380 220 В наиболее полно удовлетворяет условиям питания потребителя в силу; возможности совместного питания осветительных и силовых потребителей и относительно низкого напряжение между «землей «и проводом.

Напряжение 660 380 В обладает рядом преимуществ: на сооружение цеховых сетей расходуется меньше цветного металла, потери электроэнергии в этих сетях меньше, чем в сетях 380 220В; возможность применения более мощных цеховых трансформаторов (до 2500кВт). Недостатки: для питания осветительной нагрузки в сетях 660 В надо устанавливать специальные трансформаторы 660 220 В, для измерительных цепей напряжения необходимо дополнительно устанавливать трансформаторы напряжением 660/100 В.

Исходя из вышеизложенного, применяем для внутрицехового электроснабжения систему напряжения 380 220 В.

5. Расчет электрических нагрузок цеха

Для расчета нагрузки цеха используем метод упорядоченных диаграмм. Данный метод применяется для массовых электроприемников. Он устанавливает связь рабочей нагрузки с режимом работы электроприемников на основе вероятностной схемы формирования графика групповой нагрузки.

Общие сведения о расчете электрических нагрузок

Нагрузка промышленных предприятий или отдельных цехов обычно состоит из электроприемников различной мощности. Поэтому все электроприемники цеха разбиваются на группы приемников однотипного режима работы с выделением в каждой группе характерных подгрупп электроприемноков с одинаковыми мощностями коэффициентами использования и коэффициентами мощности.

При определении электрических нагрузок применяем метод коэффициента использования максимума электрических нагрузок. Этот метод устанавливает связь расчетной нагрузки с режимами работы электроприемников (ЭП) на основе определенной вероятностной схемы формирования графика групповой нагрузки. Метод применяется в качестве основного для массовых ЭП.

Порядок определения расчетных нагрузок:

Все электрические приемники разбиваются на группы по значению коэффициента использования К_и, коэффициента мощности cos, номинальной активной мощности Рн. Определяем по таблице 4.10 2 коэффициент использования и коэффициент мощности, по значению коэффициента мощности определяем tg.

Подсчитываем количество ЭП в каждой группе и по объекту в целом.

В каждой группе указывают минимальные и максимальные мощности при ПВ=100%, если ПВ <100%, то номинальная мощность определится по формуле:

(1)

где: Р_пасп — мощность ЭП по паспорту, кВт;

ПВ — продолжительность включения.

Подсчитывается суммарная мощность всех ЭП по формуле:

P_н =P_нi; (2)

Для каждой питающей линии определяется показатель силовой сборки m по формуле:

(3)

где: — номинальная мощность максимального потребителя, кВт;

— номинальная мощность минимального потребителя, кВт.

Средние нагрузки за наиболее загруженную смену силовых ЭП одинакового режима работы определяют по формулам:

(4)

(5)

где: Р_см — средняя активная мощность одного или группы приемников за наиболее загруженную смену, кВт;

Р_ном — номинальная мощность электрических приемников берем по таблице 1, кВт;

К_и — коэффициент использования, берем по таблице 4.10 2;

Q_см — средняя реактивная мощность одного или группы приемников за наиболее загруженную смену.

Для нескольких групп электроприемников определяем по формуле

(6)

(7)

Определяем средний коэффициент использования группы ЭП К_и по формуле:

(8)

Эффективное число электрических приемников определяем по формулам исходя из следующих отношений.

При n5, К_ис0,2, m3 и Р_ном const nэ определяется по формуле:

(9)

Формула 9 может использоваться также, когда ни один из ниже перечисленных случаев не подходит для расчета.

При n >5, К_ис 0,2, m 3 и Р_ном const принимаем nэ=n.

При n >5, К_ис 0,2, m < 3 и Р_ном const принимаем nэn.

При n 5, К_ис 0,2, m 3 и Р_ном const nэ определяется по формуле:

, (10)

где: n*_Э — относительное значение числа ЭП, значение которого находиться по таблице исходя из зависимости n*_Э= f (n*; P*).

По формуле 10 находится n*:

(11)

где: n₁ — число ЭП в группе, мощность каждого из которых превышает значение максимальной мощности ЭП этой группы деленной на 2.

Р* определяется по формуле:

(12)

P_ном — максимальная единичная мощность группы ЭП, кВт;

Р_ном1 — суммарная номинальная мощность группы электроприемников мощность которых превышает значение максимальной мощности данной группы ЭП деленой на 2, кВт.

Максимальная активная мощность определяется по формуле:

кВт (13)

где: К_м — коэффициент максимума определяем по таблице 3,2 5 ;

Р_ном — номинальная мощность электрического приемника.

Максимальная реактивная мощность определяется по формуле:

кВар. (14)

где: — коэффициент максимума реактивной мощности, при n_Э? 10 =1, при n_Э <10 -=1,1

Полная максимальная мощность определяется по формуле:

кВА; (15)

Максимальный ток определяется по формуле:

А; (16)

Распределяем нагрузку:

РП-1: ЭП № 1,2,3,4,5,6,7;

РП-2: ЭП № 17,18,19,21,22,23;

РП-3: ЭП № 8,9,12,13,14,15;

РП-4: ЭП № 23,24,25,26,29,30,31;

РП-5: ЭП № 10,11,16,27,28;

Определение расчетной нагрузки цеха

Для примера рассмотрим определение нагрузки на РП-1.

Таблица 2

1)Определяем среднюю нагрузку ЭП за наиболее загруженную смену по формулам (6),(7):

Р_см.1 = 0,65 · 2 · 3 =3,9 кВт; Q_см.1 = 0,75 · 3,9 = 2,92 кВАр;

Р_см.2 = 0,35 · 2 · 76· v0,65 =42,9 кВт; Q_см.2 = 1,73· 42,9=74,2 кВАр;

Р_см.3 = 0,12 · 1 · 4,4 =0,53 кВт; Q_см.3 = 2,29· 0,53=1,21 кВАр;

Р_см.4 = 0,2 · 1 · 3 = 0,6 кВт; Q_см.4 = 1,17· 0,6= 0,7 кВАр;

Р_см.5 = 0,1 · 1 · 115,5· v0,4 =7,3 кВт; Q_см.5 = 1,73· 14,6=12,6 кВАр.

2) Определяем К_и группы по формуле (8):

3)Показатель силовой сборки по формуле (3) будет равен:

4) Так как n > 5, К_и > 0,2, m >3, то n_э=n=7

5) Коэффициент максимума определяем по таблице 4.3 2. Более точное значение Км определяем с помощью метода интерполяции:

(17)

где: К_и1 К_и2, К_м1, К_м2 — граничные значения коэффициентов К_и и К_м.

6) Максимальные активную и реактивную мощности определяем по формулам (13) и (14):

Р_max = 1,89 • 55,22 =104,36 кВт.

Т.к. n_Э <10, то принимаем значение К'_М= 1,1:

Q_max = 1,1 • 91,67= 100,84 кВАр.

Полную максимальную мощность находим по формуле 15:

Расчетный ток определяем по формуле 16:

Аналогично определяем расчетную нагрузку для остальных приемников и результаты расчета заносим в таблицу 2.

1) Все ЭП цеха разделяем на группы с одинаковыми режимами работы и определяем суммарную номинальную мощность цеха:

кВт;

2) Определяем показатель силовой сборки:

3) Определяем суммарную нагрузку цеха за наиболее загруженную смену:

4) Определяем коэффициент использования нагрузки ЭП цеха:

5) Так как n > 5, К_и > 0,2, m > 3, то n_э =31.

6) Коэффициент максимума определяем по таблице 4.3 2. Более точное значение Км определяем с помощью метода интерполяции:

(17)

где: К_и1 К_и2, К_м1, К_м2 — граничные значения коэффициентов К_и и К_м.

Определяем расчетные активные и реактивные мощности:

Так как, то принимаем значение :

8)Полная расчетная мощность:

9) Расчетный ток:

Результаты всех расчетов заносим в таблицу 2.

Таблица 2

Расчет освещения цеха

По данным исследований в современных условиях использование светодиодных прожекторов и промышленных светильников на производственных цехах очень эффективно, так как что соответствует всем требованиям по эксплуатации. Они являются и экономичным решением, так как позволяют около 2,5 раза сократить расходы на электричество. Особенно эффективны светодиодные прожекторы, обладающие узкой диаграммой распределения светового потока. Наиболее распространены и универсальные промышленные светильники.

Промышленные светодиодные светильники обладают рядом неоспоримых преимуществ, к которым относятся:

* они обеспечивают высокое КПД;

* обладают высокой устойчивостью к перепадам температур;

* не выделяют паров ртути и иных вредных веществ;

* Обладают высокой влагозащитностью и защитой от пыли;

* можно использовать в сложных климатических условиях, где обеспечивают моментальное включение и стабильную работу;

* экономичны и по содержанию электросетей;

* легки в установке;

* не требуют специального обслуживания;

* отличаются длительным сроком эксплуатации При выборе источников света следует учитывать их достоинство, недостатки, и их экономичность.

Люминесцентные лампы по сравнению с лампами накаливания имеют более благоприятный спектр излучения, в 4−5 раз большую световую отдачу, более длительный срок службы и значительно меньшую слепящую яркость. Однако люминесцентные лампы нуждаются в пусковой аппаратуре, они создают пульсацию светового потока, плохо зажигаются при низких температурах, имеют меньшую надежность.

Определим световой поток необходимый для создания нормального рабочего освещения в помещении цеха. Для расчета используем метод коэффициентов использования светового потока.

Рабочее освещение является основным видом освещения. Оно предназначено для создания нормальных условий видения в данном помещении и выполняется, как правило, светильниками общего освещения.

Аварийное освещение служит для продолжения работы или эвакуации людей при погашении рабочего освещения. Оно должно обеспечивать на рабочих местах освещенность не менее 5% установленной для нормальных условий. Габариты цеха — 36×24 м.

Для освещения примем промышленные светодиодные светильники

GSSN-200, параметры которых указанны в приложении.

Рассчитаем освещение цеха:

Высота помещения составляет 7 м. Высота расчетной поверхности над полом составляет h_р = 1,5 м. Расчетную высоту можно определить по формуле:

H_Р = h_п — h_р — h_c м.; (18)

H_Р = 7 — 1,5 -1 = 4,5 м.;

Для определения расстояния между рядами светильников воспользуемся формулой:

L = Н_Р L_опт, м.; (19)

где: L_опт— светотехнически наивыгоднейшее оптимальное относительное расстояние между светильниками, табл. 2.1 [Л.7]

L = 4,5 1,2 = 5,4 м.;

L_опт=0,8ч1,2-глубокая Тогда число рядов светильников можно определить по формуле:

(20)

где: В — ширина расчетного помещения, м.

.

Примем число рядов светильников n_р = 5.

Определяем фактическое расстояние между рядами по формуле:

(24)

где: L_СТ.В— расстояние от крайнего ряда светильников до стены,(м). Принимаем L_СТ.В=2 м.

.

Число светильников определяется как:

. (21)

где Ф₁ — поток ламп в каждом светильнике.

Коэффициент z, характеризующий неравномерность освещения, для светодиодных ламп z = 1.

Для определения коэффициента использования находится индекс помещения i и предположительно оцениваются коэффициенты отражения: потолка — _п, стен — _с, расчетной поверхности или пола — _р, (таблица 2.13[Л.7]) Определяем. Индекс находится по формуле:

(22)

где: A — длина расчетного помещения, м.

По таблице 2,15 [Л.7] определяем = 37%

Коэффициент запаса k примем равным k = 1,5 (по таблице 2.16 [Л.7])

Площадь помещения определяется по формуле:

S = A B, м² (23)

S = 36 24 = 864 м²

Заданную минимальную освещенность определяем по табл. 4−1 [Л.3] для зрительной работы средней точности общее освещение E = 200 лк.

Для освещения принимаем лампы GSSN-200 со световым потоком 24 000 лм. Определим число светильников по формуле 21:

.

Тогда число светильников в ряду. Принимаем N_св.ряд=7 N_св=35.

Найдем расстояние между светильниками в одном ряду по формуле:

. (25)

где: Адлина помещения без учета толщины стен,

L_{А. СТ} — расстояние от первого светильника в ряду определяем по формуле:

. (26)

.

.

Схема размещения осветительных приборов по территории цеха представлена на рисунке 3.

Активная установленная мощность освещения:

P_уст. = N Р_о.п, (27)

где: P_о.п. — мощность лампы, 200 Вт;

P_уст.=35 200 = 7 кВт Реактивная установленная мощность освещения:

(28)

где: tg = 0,25 для светодиодных ламп.

Определим полную мощность освещения:

(29)

Расчет суммарной нагрузки цеха

кВт. (30)

кВАр. (31)

кВт.

Полная расчетная мощность цеха с учетом освещения:

. (32)

.

Расчетный ток цеха с учетом освещения:

. (33)

6. Расчет и выбор компенсирующих устройств

К сетям с напряжением до 1 кВ промышленного предприятия подключают большую часть электрических приемников, потребляющих реактивную энергию.

Коэффициент мощности нагрузки обычно 0,7−0,8 при этом сеть 380−660 В электрически удалена от источников питания энергосистемы. Поэтому передача реактивной мощности в сеть напряжением до 1 кВ приводит к повышению мощности трансформаторов, потерям реактивной мощности. Эти затраты можно уменьшить и даже устранить, если обеспечить компенсацию реактивной мощности непосредственно в сети напряжением до 1 кВ.

Для каждой цеховой трансформаторной подстанции рассматривается возможность распределения ранее найденной мощности конденсаторной батареи в ее сети. Критерий целесообразности такого распределения — дополнительное снижение приведенных затрат с учетом технических возможностей подключения отдельных батарей.

Тип, мощность и другие данные батареи конденсатора принимаются в соответствии с данными завода изготовителя. КУ любой мощности рекомендуется присоединять непосредственно к шинам цеховой подстанции.

Мощность компенсирующих устройств определяется по формуле:

кВАр (34)

где — коэффициент учитывающий компенсацию реактивной мощности от систем электроснабжения, определяется по табл. 13−2. [2], = 0,9;

tg₁ — тангенс угла, соответствующий коэффициенту активной мощности нагрузки цеха, определяем по формуле: (35)

tg_э — тангенс угла, отвечающий установленному предприятию условиям получения электроэнергии, определяем по табл. 26−1 [2], tg_э = 0,36.

;

;

По табл. 31 выбираем компенсирующее устройство типа УКБН-0,38−200−50У3. Мощность компенсирующего устройства Q_КУ = 200 кВАр. Компенсирующее устройство подключаем к сети без дополнительной установки коммутирующего аппарата, так как он установлен в комплекте компенсирующего устройства. Компенсирующее устройство присоединяем непосредственно к шинам цеховой подстанции.

Полная расчетная мощность цеха с учетом компенсирующего устройства:

(36)

Расчетный ток цеха с учетом КУ:

(37)

На рис. 3 представлена схема подключения компенсирующих устройств.

Рис. 3. Схема подключения компенсирующих устройств

7. Выбор числа, мощности понизительных трансформаторов и типа трансформаторной подстанции

Выбор трансформаторов производится с учетом условий их установки, системы охлаждения, температуры и состояния окружающей среды и т. п.

Для цеховых подстанций с первичным напряжением 10 кВ могут применятся сухие трансформаторы, для встроенных и пристроенных подстанций — масляные при условии выкатки на улицу.

Выбираем один трансформатор, так как расчетная нагрузка цеха мала и в цехе преобладают ЭП III категории. Мощность трансформатора выбираем по расчетной мощности цеха. Также при выборе мощности трансформатора учитываем возможное расширение производства и возможное увеличение потребляемой мощности.

Тогда мощность трансформатора будет S_р.тр. = S_.цеха = 292,8 кВА.

По таблице 3−2 и в соответствии с ГОСТ 14 074– — 76 выбираем трансформатор масляный ТМ-400/10/0,4.

Выбираем комплектную трансформаторную подстанцию киоскового типа КТПК 400/10/0,4 Т-КК УХЛ1.

Комплектная трансформаторная подстанция киоскового типа КТПК представляет собой стальной сварной корпус, состоящий из: отсека устройства высокого напряжения, отсека силового трансформатора, отсека распределительного устройства низкого напряжения.

Со стороны высокого напряжения в КТПК установлена камера типа КСО 366 с выключателем нагрузки типа ВНП-16 с приводом к выключателю типа ПР-17, разъединитель РВЗ-10 с дистанционным управлением. Камера двустороннего обслуживания. Ввод в камеру осуществляется силовыми кабелями, которые выводятся из камеры наружу в керамических стальных или асбоцементных трубах. Трансформаторы тока устанавливают в качестве проходных изоляторов типа ТПЛ-10/5.

Силовой трансформатор типа ТМ-400/10/0,4 с расширенным баком и радиаторным охлаждением в виде труб.

С низкой стороны устанавливаются выключатели типа АЕ2046 с силовыми шкафами типа ПР24Н.

Таблица 3. Габаритные характеристики КТПК 400/10/0,4

Рис. 4.

Технические данные трансформатора:

— Номинальная мощность трансформатора — ;

— Схема соединение — Y/Y₀;

— Потери мощности при коротком замыкании ;

— Потери мощности при холостом ходу кВт;

— Ток холостого хода ;

— Напряжение короткого замыкания ;

— Однофазное сопротивление трансформатора

Определяем коэффициент загрузки трансформатора по формуле:

(35)

.

Коэффициент загрузки лежит в пределах 0,6 < 0,73 < 0,9, что удовлетворяет условию.

8. Выбор местоположения цеховой трансформаторной подстанции

Местоположение трансформаторной подстанции определяем с помощью картограммы, на которую нанесены координаты каждого электроприемника (рис. 5).

С помощью картограммы условно находим центр нагрузок цеха как активных (X_а, Y_a), так и реактивных (X_p, Y_p), мощностей по формулам:

мм, (39)

где — номинальная мощность i-го электроприемника, кВт;

— координата по оси абсцисс на картограмме i-го электроприемника, мм.

мм, (40)

где — координата по оси ординат на картограмме i-го электроприемника, мм.

Таблица 4. Координаты местоположения расчетных нагрузок

Производим расчеты по формулам 39 и 40:

Выбираем пристроенную ТП, так как на территории цеха не предусмотрено место для установки встроенной подстанции. ТП располагаем снаружи цеха в пристроенном к цеху помещении с возможностью выката трансформатора наружу.

Окончательно выбираем местоположение ТП с координатами Х_р.ТП =14 990,65 мм, Y_р.ТП =0 мм и указываем его на картограмме.

9. Выбор схемы электроснабжения и расчет параметров электрических сетей

Цеховые сети выполняются по радиальным и магистральным схемам. От шин НН подстанции отходит питающая линия, которая по радиальной или магистральной схеме обеспечивает питание цеховых РП, а от них по распределительной сети электроприемники.

Магистральные схемы питания имеют преимущественное применение для равномерно распределенной нагрузки в цехах, когда приемники расположены близко друг к другу. Магистральные схемы удобны для машиностроительного производства, где перегруппировка приемников, изменение технологического процесса является достаточно частое. Распределительные сети (от цеховых РП) выполняются по радиальной схеме, что дает возможность оперативно заменить или переносить ЭП, не оказывая влияние на общецеховую систему электроснабжения.

Выбираем для электроснабжения радиальную схему исходя из того, что радиальная сеть имеет высокую надежность питания ЭП, при ней обеспечивается удобства автоматизации отдельных технологических элементов сети, автоматизация переключений и более удобное выполнение релейной защиты. Также выбираем радиальную сеть, так как в цехе есть относительно мощные ЭП.

Схема внутрицеховой сети изображена на рисунке 6.

Рис. 6. Схема внутрицеховой сети Силовые распределительные пункты.

Для распределения электроэнергии и защиты сетей от токов короткого замыкания применяют распределительные пункты (шкафы) с плавкими предохранителями или автоматическими выключателями. В сетях переменного тока напряжением 380 В частотой 50 и 60Гц выпускаются шкафы ПР8501. Ввод проводников с алюминиевыми и медными жилами в шкафы допускается как сверху, так и снизу.

Схема распределительного пункта изображена на рисунке 7.

Рис. 7. Схема распределительного пункта Силовые пункты и шкафы выбираются с условием воздуха рабочей зоны, числа подключаемых приемников и их расчетной нагрузки так, чтобы расчетный ток группы ЭП, подключенных к пункту должен быть не больше номинального тока распределительного пункта.

Выбираем шкафы типа ПР8501−149: шкаф (пункт) распределительный класса низкого напряжения комплектного устройства ввода и распределения электроэнергии; группа класса — распределение энергии с применением автоматических выключателей переменного тока; напольной установки; степень защиты IP21 ввод снизу кабелем с пластмассовой изоляцией.

РП устанавливаем в местах удобных для обслуживания. Конструктивно шкафы размещаем на полу, у стен.

Выбор типа и сечения проводников

Так как среда в помещении цеха нормальная, то принимаем температуру внутри цеха 25 С. Для определения сечения проводников от электроприемников находим их расчетные токи по формуле:

А. (41)

где, Р_н — номинальная мощность двигателя ЭП, кВт;

U_н — номинальное напряжение сети, U_н = 380 В;

cos_н — номинальный коэффициент мощности электроприемника;

_н — номинальный КПД двигателя.

На станках установлены асинхронные электродвигатели серии 4А с синхронной частотой вращения 3000 об/мин и мощностью равной или большей мощности станков.

Данные для расчета приведены в таблице 4 в соответствии с табл. 9.6 4.

В качестве примера рассчитаем электроприемник под № 1 на генеральном плане по формуле (4.1) определим ток ЭП 1, мощность ЭД станка P_н = 3 кВт; cos = 0,8; _н = 0,845, кратность пускового тока K_п = 6,5.

Пусковой ток двигателя определяем по формуле;

I_п3 = I_р3 К_п3 (42)

I_п3 = 6,75 6,5 = 43,87А

Аналогично находим токи остальных электроприемников и заносим их в таблицу 4.

Таблица 4

По условию, что I_доп > I_р, согласно таблице 1.3.7 6 выбираем для присоединения ЭП1 кабель с сечением F = 4 мм 2 с I_доп.= 31 А. Кабель из сшитого полиэтилена марки АПвПг.

Аналогично выбираем кабели для остальных электроприемников и заносим в табл. 5.

Таблица 5. Данные расчета и выбора кабелей

Сечение жил кабелей питающей сети выбираем по расчетному максимальному току РП.

Например, для РП1: [п. 5.2. табл. 2] выбираем кабель АПвПг четырехжильный с сечением основной жилы мм², а сечение нулевой жилы — мм². А по таблице 1.3.7 6.

Сечение жил кабелей питающей сети выбираем по расчетному максимальному току РП. При этом значение тока берется как для трехжильного кабеля в воздухе, но с поправочным коэффициентом 0,92 так как кабель четырехжильный. Кабели в цехе укладываем в специальных кабельканалах. Результаты выбора кабелей для РП занесем в табл. 6.

Таблица 6

Проверка выбранной сети по потерям напряжения

При пуске АД в сети происходит снижение напряжения на его зажимах. При этом необходимо определить допустимые потери напряжения для нормальной работы всех ЭП.

Проверка сетей по потери напряжения производится по формуле:

В, (43)

где: I_р — расчетный ток (берем по табл. 5), А;

L — длина провода или кабеля (по табл. 5 или табл. 6), м;

r₀ — активное сопротивление провода или кабеля (определяем по табл. 8.13 2), мОм/м.

cos_н — коэффициент мощности данного ЭП (определяем по табл. 2)

x₀ — индуктивное сопротивление данного провода или кабеля (определяем по табл. 8.13 2), мОм/м.

Значение потери напряжения в процентах определится как:

(44)

Для примера определим потери напряжения на участке РП1 — ЭП1:

I_р1 = 6,75 А; L = 2 м, cos = 0,8; sin = 0,6; R₀ =8,35, X₀ = 0,1

В

%

На участке ТП — РП1: I_р1 = 209,71 А; L = 9 м.; cos = 0,5; sin = 0,86;

R₀ = 0,22, Xо=0,06. Тогда по формулам 41 и 42:

В

0,18% < 5%

Результаты расчета по потере напряжения заносим в таблицу 8.

Таблица 8.

Потери напряжения не превышают 5% - в пределах нормы.

Проверка выбранной сети по колебанию напряжения

Колебание напряжение вызываются пусками электродвигателей и других ЭП. Определяется для двигателей с. В данном цехе это все электроприемники кроме ЭП:1,7,10,30,31,5,8,12,13,14,17,26.

Колебание напряжение рассчитывается по формуле:

(45)

где полное сопротивление системы,;

полное сопротивление двигателя, ;

(46)

где:номинальное напряжение сети, В;

расчетный ток ЭП, А (табл.5);

кратность пускового тока (табл. 5).

(47)

где: сопротивление трансформатора, табл 8.10 [2]

Для выбранного трансформатора = 195•10^-3 Ом.

сопротивление кабельной линии,

полное сопротивление провода,

(48)

(49)

Результаты расчетов заносим в таблицу 8.

Таблица 8

Колебание напряжение вызываются пусками электродвигателей, работой сварочных агрегатов и других электроприемников.

Согласно ПУЭ, колебание напряжения от номинального должно состовлять не более, а для удаленных электродвигателей 15%. По результатам расчета видно, что по колебаниям напряжения проходят все ЭП.

10. Расчет токов короткого замыкания

Расчет тока трехфазного короткого замыкания

Трехфазный ток короткого замыкания определяется на шинах трансформаторной подстанции по формуле:

А, (50)

где: U_с.ном — номинальное напряжение на шинах ТП — 400 В;

Z_тр — сопротивление трансформатора, Ом.

Расчет тока однофазного короткого замыкания

Ток однофазного короткого замыкания определяется на зажимах ЭП (по схеме замещения рис. 11, б):

А, (51)

где: U_ф.ср — среднее фазное напряжение (на 5% больше номинального напряжения), U_ф.ср = 241,5 В.

Z_ТР1 — сопротивление трансформатора при однофазном коротком замыкании определяем по таблице 8.10 2. Для выбранного трансформатора Z¹_тр = 195 мОм.

Z_{п (ф-0)} — полное сопротивление петли фаза-нуль.

Z_{П (ф-о)} = Z_кл.(ф-о)· L_кл1 + Z_{пр (ф-о)}· L_пр, Ом (52)

где: Z_кл(ф-о) - сопротивление петли фаза-нуль КЛ подходящей к РП определяется по таблице 8.17 2 ;

L_кл — длина КЛ в метрах;

Z_{пр (ф-о)} — сопротивление кабеля подходящего к ЭП от РП определяется по таблице 8.16 2 ;

L_пр — длина КЛ в метрах;

Произведем расчет однофазного тока короткого замыкания для электроприемника № 1:

(0,53•2 +9•18,52)•10^-3 = 0,16.

А Аналогично определяются токи однофазного короткого замыкания для других ЭП. Результаты расчета сведены в таблицу 9.

Таблица 9. Результаты расчетов тока однофазного короткого замыкания

11. Выбор и проверка защитной аппаратуры до 1000В

Автоматические выключатели — более совершенные защитные устройства по сравнению с предохранителями. Это аппараты многократного действия, в которых не требуется заменять защитные элементы, как это делают в предохранителях. Выключатели служат как для включения, так и для отключения рабочих токов потребителей.

В качестве защитного аппарата выбираются автоматические воздушные выключатели серии ВА52. Выключатели выбирают по следующим условиям:

по номинальному напряжению автоматического выключателя;

(53)

где: — номинальное напряжение сети. = 380 В по номинальному току теплового расцепителя;

(54)

где: = 1,1…1,3 — коэффициент надежности учитывающий разброс времени срабатывания теплового расцепителя;

I_р — максимальный рабочий ток, А по току срабатывания электромагнитного расцепителя

(55)

где: = 1,25 — коэффициент запаса,

— максимальный ток с учетом пуска электродвигателей, А.

Рабочий ток магистрали ТП-РП:

(56)

Максимальный ток одного ЭД — это его пусковой ток, а группы ЭД:

(57)

где: — наибольший пусковой ток одного ЭД;

— коэффициент одновременности работы потребителей. Для производственных потребителей =0,9.

— сумма рабочих токов ЭП без одного, пусковой ток которого наибольший, А.

Выбор защитной аппаратуры

Например, рассмотрим выбор автомата для ЭП1: = 6,75 А,

I_макс = 43,87 А, тогда:

А,

А, Выбираем автоматический выключатель серии ВА 52Г-31. номинальный ток автомата 100 А, ток теплового расцепителя

20 А, кратность тока электромагнитного расцепителя.

=7.

условие выполняется.

А,

140>54,84 условие выполнено Таким образом, данный выключатель по всем параметрам подходит.

Аналогично выбираются автоматические выключатели для других ЭП. Результаты выбора сводятся в таблицу 10.

Рассмотрим выбор автоматического выключателя для РП:

Для РП 1: I_р.рп1 = 209,71 А. Тогда по формуле (54):

I _{н.т.расч} = 1,2209,71 = 230,68 А.

По формуле (57) находим I_max для РП1:

А.

I _{э.р.расч} = 1,253 041,42 = 3801,77 А.

Выбираем автоматический выключатель серии ВА 52−39, ток теплового расцепителя I_н.т = 500 А, кратность тока эл.маг. расцепителя k_р =8.

I _э.р. = 8500 = 4000 А.

Проверяем выполнение условия (6.7): 4000 А > 3801,77 А.

Условия выбора выполняются.

Аналогично выбираются автоматические выключатели для других РП.

Таблица 10.

Согласование и проверка защитной аппаратуры

В соответствии с ПУЭ условия согласования для проводников с поливинилхлоридной изоляцией и для кабелей с бумажной и поливинилхлоридной изоляцией и выключателей с обратно зависимой от тока характеристикой теплового расцепителя следующие:

I_доп > I_н.т (58)

Проверка автомата на чувствительность к току однофазного короткого замыкания в самой удаленной точке производится по условию:

(59)

Для надежного срабатывания К_ч 3.

Например для РП1: I_н.т = 200А, cечение кабеля — F =150 мм^2, I_доп=216,2А.

I_доп > I_нт (60)

216,2А > 200А Условие выполняется.

Чувствительность к току однофазного короткого замыкания в удаленной точке (ЭП1) для РП1:

Условие выполняется.

По проверке на ток трехфазного короткого замыкания все выключатели подходят, так как предельная коммутационная способность у них больше тока трехфазного короткого:

Выключатель ВА 52Г-31:

Выключатель ВА 52−39:

Аналогично согласовываются проводники ко всем РП и ЭП и проверяются автоматические выключатели. Результаты согласования заносим в табл. 11.

Таблица 11. Результаты согласования автоматов и проводов ЭП

Из таблицы видно, что провода и кабели согласованы с выключателями.

12. Расчет потерь активной и реактивной мощности, электроэнергии

Определение потерь мощности и энергии в линиях

Потери активной и реактивной мощности определяются по формулам:

(61)

где: I_р — расчетный ток определяется по таблице 5.1,А;

R_л, X_л — активное и индуктивное сопротивление линии, Ом.

R_л = r₀•l; X_л = x₀•l.

(62)

Потери полной мощности определяется по формуле:

(63)

Годовые потери энергии в линиях найдем по формуле:

(64)

где: — время потерь, это условное время, за которое максимальный ток нагрузки или расчетный ток протекал по линии, создал бы потери энергии, равные действительным потерям за год, то есть принимается Т_max = 4500 ч. — время использования максимальной нагрузки, берется по условию что предприятие односменное, тогда принимаем, что время потерь = 2250 часов табл. 4.6.

Например, для участков линии РП1- ЭП1:

Вт ВАр Аналогично определяются потери мощности для остальных линий. Результаты расчета потерь мощности в линиях вносим в таблицу 12.

Таблица 12. Результаты расчета потерь мощности в линиях

Суммарные потери мощности в линиях определятся:

= 6827,68 Вт.

= 1678,4 Вар.

Полные потери мощности в линиях по формуле 12.3:

ВА Годовые потери энергии в линиях по формуле 12.4:

кВт•ч

Потери мощности и энергии в трансформаторе

Активные потери мощности в трансформаторе определяется по формуле:

(65)

где: Р_х — потери мощности холостого хода, кВт;

Р_к — потери мощности короткого замыкания, кВт;

S_н.расч — полная расчетная мощность трансформатора, кВт;

S_н.тр — полная номинальная мощность трансформатора, кВт.

Реактивные потери мощности трансформатора определяются по формуле:

(66)

где: I_х.х. — ток холостого хода трансформатора,%;

U_к — напряжение короткого замыкания трансформатора,%.

Потери энергии в трансформаторе:

(67)

где: — коэффициент загрузки трансформатора, = К_з.тр = 0,73.

Суммарные потери активной и реактивной мощности в линиях и в трансформаторе определятся как:

(68)

(69)

Суммарные потери полной мощности в линиях и в трансформаторе определятся по формуле:

кВА (70)

кВА Суммарные годовые потери энергии в линиях и трансформаторе определяются по формуле:

(71)

.

Заключение

В данном курсовом проекте была разработана внутрицеховая электрическая сеть напряжением до 1кВ. Расчет силовой нагрузки был произведен методом упорядоченных диаграмм для расчета ЭП с разными нагрузками, мощность цеха без учета осветительной нагрузки составляет 392,37 кВА. Расчет мощности осветительных электроустановок в цехе произвели с помощью метода коэффициента использования, и приняли для освещения светодиодные лампы GSSN-200 со световым потоком 24 000 лм, всего в цехе установлено 35 светильников, общая нагрузка цеха с учетом освещения составила 398,53 кВА.

Для уменьшения реактивной мощности была установлена конденсаторная батарея мощностью 200 кВАр для компенсации реактивной мощности и увеличения коэффициента мощности до значения 0,92. Общая мощность цеха с учетом компенсирующего устройства составила 292,8 кВА.

По результатам расчетов мощностей цеха выбрали трансформатор мощностью 400кВА, выбрали КТП киоскового типа, выбрали место расположения трансформаторной подстанции с координатами X=14 990,65 мм. По расчетным нагрузкам приемников определили сечение кабелей проводов АПвПг, по которым протекает расчетный ток. При этом соблюдалось условие, что по проводнику протекает ток меньший, чем допустимый.

Выполнив проверку величины потерь и колебаний напряжения, сделали вывод, что они не превышают пределов, заданных нормативно-технической документацией.

Также рассчитали потери мощности и энергии в трансформаторе и в линиях в целом, которые составили 21,37 кВА и 48 878,5 кВт. ч в год соответственно.

Также для безопасной работы персонала необходимо заземлить все металлические части станков. Для этого были рассчитано количество заземлителей для данного цеха.

Таким образом, разработана надежная и экономичная внутрицеховая сеть для питания электрических потребителей.

Список используемой литературы

1. Федоров А. А., Каменева В. В. Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учебник для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 2008. — 408 с., ил.

2. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2 т. Под ред. А. А. Федорова. — М.: Энергоатомиздат, 2003.

3. Справочная книга для проектирования электрического освещения. Под ред. Г. М. Кнорринга. — Л.: Энергия, 2007. — 386с., ил.

4. Сибиркин Ю. Д., Барэмбо К. Н., Селятенко И. Т. Эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных предприятий. Справочник. — М.: Машиностроение, 2010. — 424с.

5. Крючков И. П. и др. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Учеб. пособие для электроэнергетических специальностей вузов/Крючков И. П, Неклепаев Б. Н.; Под. Ред. Б. Н. Неклепаева — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1989. — 608 с., ил.

6. Правила устройства электроустановок. — 8-ое изд. перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 2013.

7. Рыбаков Л. М. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебное пособие / Мар. Гос. Ун-т. — Йошкар-Ола.- 2001.-128с.