Электроснабжение литейного цеха

1 Краткая характеристика электроприемников цеха по режиму работы и категории бесперебойности электроснабжения

В цехе размещены вентиляторы, насосы, станки, мостовые краны, автоматические линии, транспортеры, машины дуговой сварки и электропечи сопротивления. Перечень электрооборудования, размещенного в цехе, его установленная мощность, количество приведены в таблице 1.1.

В цехе имеются потребители с длительным и повторно-кратковременным (ПКР) режимами работы.

ПКР — это режим, при котором температура за время включения повышается, за время пауз снижается, однако, нагрев за время цикла этого электроприемники не достигает установившейся температуры, а за время паузы температура не достигает температуры окружающей среды.

Продолжительность включения для ПКР:

(1.1)

где tц < 10 мин — среднее время цикла.

В ПКР работают электродвигатели мостовых кранов и машины дуговой сварки (данный режим изображен на рисунке 1 (б));

Длительный режим — это режим, при котором температура ЭП возрастает по экспоненте и через определённое время достигает установившегося значения.

ЭП продолжительного режима работы характеризуются коэффициентом включения:

(1.2)

В длительном режиме работают электроприводы насосов, вентиляторов и станков.

Таблица 1.1 — Ведомость электрических нагрузок цеха

Литейный цех необходимо отнести к потребителям I категории, перерыв в электроснабжении которых может повлечь опасность для жизни людей или значительный материальный ущерб, связанный с повреждением оборудования, массовым браком продукции или длительным расстройством сложного технологического процесса производства.

Потребители электрической энергии I категории должны иметь два источника питания и АВР (автоматическое включение резерва) на секционном выключателе.

2 Выбор напряжения цеховой сети и системы питания силовой нагрузки и освещения

Цеховую сеть можно выполнить на напряжение 220 и 380 В.

Напряжение 660 В должно применяться на предприятиях где имеется большое количество электродвигателей в диапазоне мощностей 200 — 600 кВт. Перевод питания электроприёмников с напряжения 380 В на 660 В снижает затраты на сооружение низковольтной кабельной сети примерно на 30% и сокращает потери электроэнергии в этой сети в 1,3−1,4 раза. Внедрение напряжения 660 В обеспечивает снижение капитальных затрат относительно общей стоимости электроустановок стоящего предприятия на 0,5−1,5%.

В рассматриваемом цехе максимальная мощность электродвигателя 75 кВт, поэтому эффективность внедрения напряжения 660 В незначительна.

Для установленных потребителей электроэнергии цеха основным напряжением питания является напряжение 380 В. Питание освещения осуществляется напряжением 220 В.

Таким образом, в качестве основного напряжения в цехе выбирается напряжение 380/220 В.

Осветительная и силовая нагрузки будут питаться от общих цеховых трансформаторов 10/0,4 кВ.

3 Выбор электродвигателей, пусковой и защитной аппаратуры Согласно ПУЭ для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, независимо от их мощности рекомендуется применять электродвигатели синхронные или асинхронные с короткозамкнутым ротором. Обычно для одного цеха выбирают двигатели одной серии.

Выбираем асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии АИР напряжением 380 В, так как они просты в исполнении, дешевы и не требуют регулирования частоты вращения.

Серия АИР охватывает диапазон номинальных мощностей от 0,06 до 400 кВт. Двигатели выпускаются на частоты вращения 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 об/мин.

Двигатели этой серии предназначаются для общего применения в промышленности в условиях умеренного климата, в невзрывоопасной среде, не содержащей агрессивных газов и паров, разрушающих металлы и изоляцию, и токопроводящей пыли. Двигатели серии АИР предназначены для работы от сети переменного тока частотой 50 Гц. Они могут эксплуатироваться при отклонениях напряжения сети от номинального в пределах -5 — +10% и отклонениях частоты на 2,5% от номинального значения. 14]

Для крана принимаем асинхронные двигатели серии 4MTF (с фазным ротором), 4MTKF (с короткозамкнутым ротором). Это двигатели повторно-кратковременного режима работы. Применяются на кранах с тяжелыми условиями работы. Основной режим работы ПВ 25%.

Условия выбора электродвигателей:

(3.1)

Выбор пусковой и защитной аппаратуры производим по выражению (3.2):

(3.2)

где — номинальный ток расцепителя, А;

— номинальный ток электродвигателя, А.

Величины, приведённые в каталогах на асинхронные электродвигатели, связаны между собой следующими зависимостями:

; (3.3)

(3.4)

где — номинальная мощность, кВА;

— номинальный ток, А;

— номинальная мощность, кВт;

— номинальный коэффициент мощности;

— КПД при номинальных нагрузке и параметрах

(3.5)

Типы двигателей и их технические характеристики приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1. — Выбор двигателей для электроприемников

АИР180М2У3

Асинхронный

Унифицированная серия (Интерэлектро)

Привязка к установочно-присоединительным размерам

Высота оси вращения, мм

Установочный размер по длине станины

Число полюсов

Модификация со встроенной температурной защитой

Выберем электродвигатель, пусковую и защитную аппаратуру для станка токарного, P=18кВт.

Из выбираем АД АИР180S4 с Рн=18,5 кВт; cos=0,85; =90%;

n =1500 об/мин.

Рассчитаем по выражению (3.5):

.

В качестве пусковой и защитной аппаратуры будем использовать продукцию немецкой компании ABB. Все изделия выполнены и проверены согласно последним национальным и международным стандартам. Превосходят существующие аналоги в технических характеристиках, функциональности, коммутационной возможности, легкости эксплуатации и установки.

Выбираемая аппаратура осуществляет следующие виды защит:

Защита двигателей осуществляется автоматическими выключателями серии MS. Автоматы для защиты электродвигателей ABB серии MS — предназначены для защиты двигателей от короткого замыкания и перегрева обмотки.

— характеристика срабатывания MS соответствует характеристике D, что позволяет автомату не реагировать на пусковые токи.

— плавная регулировка тепловой уставки позволяет более точно настроить автомат на требуемую величину тока с целью предотвращения перегрузки и сгорания двигателя.

— клеммы защищены от случайного прикосновения, а конструкция моноблока гарантирует максимальную оперативную безопасность.

— крепление автомата осуществляется на DIN— рейку.

— глубина защиты электродвигателя может быть повышена за счет отдельно поставляемых быстромонтируемых элементов — независимого расцепителя и реле минимального напряжения.

— могут использоваться как обычные автоматические выключатели в распределительных устройствах широкого применения при индуктивном характере цепей потребителей.

В связи с тем, что автоматические выключатели имеют регулируемую уставку срабатывания, нет необходимости дублировать их тепловыми реле.

Заносим результаты в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 — Выбор аппаратуры защиты и управления

4 Расчет электроосвещения

4.1 Выбор системы освещения и освещённости цеха

электроприемник электроснабжение цех напряжение

В заданном литейном цехе производится обработка литья на металлорежущих фрезерных и токарных станках работа на таком оборудовании относится к высокой точности (разряд IIIб), и большинство операций следует производить при комбинированном освещении.

Минимальная освещённость при комбинированном освещении для разряда зрительных работ IIIб составляет 1000 лк. При этом освещённость от общего освещения в системе комбинированного — 300 лк.

Все места в заданном цехе имеют местное освещение.

При выборе источников света для общего освещения учитывается высота помещения, среда, категория помещения. Поскольку помещение литейного цеха является помещением средней высоты (по заданию h = 10м), то наиболее экономичной является установка ламп ДРИ. Данному источнику света соответствует светильник типа ГСП.

Характер зрительных работ и условия среды допускают использование закрытых светильников со степенью защиты IP50 и выше.

Выбираем светильники типа ГСП 51 «Гермес» производства

Характеристики светильника ГСП 51 Гермес:

— номинальное напряжение 220 V;

— степень защиты: IP54 (пыле-брызгозащищеные);

— источники света: — металлогалогенная элипсоидная лампа (ДРИ), цоколь Е40 (мощность 250−400 Вт) ;

— тип монтажа: подвесной ;

— климатическое исполнение У1.

Также в цехе предусмотрена система аварийного освещения. Наименьшая освещённость рабочих поверхностей производственных помещений к территории предприятий, требующих обслуживания при аварийном режиме, должна составить 5 — 10% от освещённости рабочего освещения при системе общего освещения. Для создания равномерного распределения освещенности по всей площади цеха принимаем равномерное размещение светильников. Светильники располагаются рядами параллельно продольной оси цеха. Для снижения пульсаций светового потока в каждой точке устанавливаем по три светильника.

Аварийное освещение выполняем лампами накаливания со светильниками НСП.

4.2 Выбор типа и мощности источника света

Исходные данные:

— длина цеха, а = 168 м;

— ширина цеха b = 96 м;

— высота цеха hц = 10 м;

— напряжение системы освещения U = 220 В;

— минимальная освещенность ЕРАБ = 300 лк.

4.2.1 Расчёт рабочего освещения

Т.к. высота цеха 10 м целесообразно использовать ртутные лампы высокого давления типа ДРИ 400−5 со светильниками ГСП51−400−001/003 с КСС Д.

Располагаем светильники в шахматном порядке, при этом с целью снижения пульсаций светового потока, характерных при использовании этого типа ламп, в каждой точке устанавливаем по 2 светильника.

Высота подвеса светильников: HП = h — hС,

где h — высота цеха, м;

h` = 1,8 — расстояние от светильника до перекрытия (свес), м

HП = 10−1,8 = 8,2 м.

Расчетная площадь цеха: S = L· b = 168· 96 =16 128 м2

Намечаем количество ламп: шт.

Отношение потока, падающего на освещаемую поверхность ко всему потоку ламп, называется коэффициентом использования Ки. Зависимость Ки от площади помещения, высоты и формы учитывается индексом помещения i.

Индекс помещения:

где S — площадь цеха, м2;

L — длина цеха, м;

b — ширина цеха, м.

При i = 7,45 и пот=0,5, ст=0,5, пол=0,3 имеем Ки=0,95.

Световой поток одной лампы:

лм

где КЗ=1,5 — коэффициент запаса для вспомогательных помещений с нормальной средой и помещений жилых и общественных зданий для люминесцентных ламп;

КИ=0,95 — коэффициент использования осветительной установки;

n=161 — ориентировочно выбранное число ламп в цехе;

z=1,15 — поправочный коэффициент, учитывающий отношение между Еmin и Еmax.

Выбираем лампу ДРИ 400−5, т.к. она является наиболее мощной лампой устанавливаемой в светильниках ГСП.

Принимаем световой поток лампы ДРИ 400−5 Фл=35 000 Лм.

Корректируем количество светильников в цехе:

шт Принимаем n = 252 лампы.

Окончательно принимаем светильники типа ГСП51−400−001/003 с лампами ДРИ 400−5 с мощностью одной лампы 400 Вт со световым потоком 35 000 Лм. Составляем окончательный план цеха, на который наносим светильники и питающие сети рабочего освещения.

При количестве ламп ДРИ 400−5 равном 252 шт., в цехе создается следующая освещенность:

лк Таким образом, данное количество ламп создает требуемую освещенность.

4.2.2 Расчёт аварийного освещения

Аварийное освещение составляет 5−10% от рабочего

Еав = 30 лк; Ки=0,95; Кз=1,3; Фл=18 600 лм.

шт.

Принимаем 40 светильников. Выбираем лампу накаливания Г215−225−1000 со светильником НСП-17. Световой поток лампы Фл=18 600 лм.

лк

Таким образом, данное количество ламп создает требуемую аварийную освещенность.

4.3 Выбор кабелей, питающих щитки освещения

Условие выбора сечения кабелей имеет вид:

IР < IД. Д, (4.1)

где IР — расчётный ток, А;

IД.Д — допустимая длительная токовая нагрузка на кабель. Для невзрывоопасных помещений

IД.Д = IН. Д, (4.2)

где IН. Д — длительно допустимый ток для кабелей при нормальных условиях прокладки,.

4.3.1 Выбор кабеля, питающего щиток рабочего освещения

Выбираем кабель, питающий щиток рабочего освещения основного помещения кузнечного цеха.

Расчётная нагрузка внутреннего освещения здания РР определяется по установленной мощности освещения РУ и коэффициенту спроса kС:

РР = РУ * kС, (4.3)

Установленная мощность РУ определяется суммированием мощности ламп всех стационарных светильников, при этом для учёта потерь в пускорегулирующих аппаратах газоразрядных ламп ДРИ умножаем на 1.1:

РУ = n * РЛ * 1.1,

где n — количество ламп, шт.

РЛ — номинальная мощность лампы, Вт.

k с = 0.9 [9],

РУ = 2 524 001.1 =110 440Вт,

РР = 1 104 400.9 =99 396 Вт,

QР = РР * tg ц = 99 396*1.44 = 143 130.24 ВАр,

где tg = 1.44 для ламп ДРИ.

Определяем полную мощность рабочего освещения:

Определяем расчетный ток для выбора проводов:

где Uном = 380 В — номинальное напряжение сети.

Выбираем кабель марки АВВГ.

Принимаем пятижильный провод АВВГ (5×120 мм2) с Iн. д= 295 А.

4.3.2 Выбор кабеля, питающего щиток аварийного освещения

Определяем установленную мощность ламп:

Ру = 401 000 = 40 000 Вт.

Определяем расчётную нагрузку:

Рр = Ру · Кс =40 000 0,9 = 36 000 Вт,

где Кс = 0,9.

Qр = Рр · tg ц = 36 000· 0,33 = 11 880 вар,

где tg = 0,33 для ламп накаливания.

Определяем полную мощность рабочего освещения:

.

Определяем расчётный ток для выбора проводов:

Принимаем кабель АВВГ (5×25мм2) пять жил.

Iн.д= 70 А > IР=57.59А

Результаты расчета сводим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 — Выбор кабелей для щитков освещения

4.4 Выбор схемы питания осветительной установки

Питание электрического освещения производится от общих для осветительных и силовых нагрузок трансформаторов с низшим напряжением 0,4 кВ (напряжение сети 380/220 В).

Для питания ламп применяется провод АВВГ.

Для распределения электроэнергии рабочего и аварийного освещения, а также для защиты сетей от токов короткого замыкания применяем компактные распределительные щиты. Для аварийного и на отходящих линиях рабочего освещения используем модульными автоматическими выключателями АВВ. В качестве вводного выключателя рабочего освещения выбираем модульный автоматический выключатель АВВ TMAX.

Схема питания осветительной установки показана на рисунке 4.1.

Осветительная сеть цеха предусматривает наличие одного группового щитка, к которому групповыми линиями присоединяются светильники. В случае аварийного прекращения действия рабочего освещения предусмотрено аварийное освещение, обеспечивающее возможность продолжения работы и безопасную эвакуацию людей из цеха.

Светильники аварийного освещения автоматически включаются при аварийном отключении рабочего освещения.

Управление рабочим освещением осуществляется автоматическими выключателями, установленными на групповом щитке. Для удобства эксплуатации и безопасности производства ремонтных работ и замены отдельных элементов схемы электроосвещения необходимо предусмотреть возможность отключения группового щитка. Эту функцию выполняет выключатель.

4.5 Выбор типа и расположения группового щитка, компоновка сети и её выполнение

Для аппаратов аварийного и рабочего освещения в качестве осветительных щитков используем щитки АВВ типа SRN. с монтажной платой Они удобны в эксплуатации и имеют компактные геометрические размеры. Имеют степень защиты IP 65.

4.5.1 Выбор аппаратов рабочего освещения

Светильники рабочего освещения разделены на 8 рядов (рисунок 4.2).

В ряду 1 — на фазу, А В С присоединяют 10 ламп в ряду 2 — на фазу, А присоединяют 11 ламп, В-11,С-10

в ряду 3— на фазу, А присоединяют 11 ламп, В-10,С-11

в ряду 4- на фазу, А присоединяют 10 ламп, В-11,С-11.

в ряду 5- на фазу, А присоединяют 11 ламп, В-11,С-10

в ряду 6- на фазу, А присоединяют 11 ламп, В-10,С-11

в ряду.7- на фазу, А присоединяют 10 ламп, В-11,С-11

в ряду 8 — на фазу, А В С присоединяют 10 ламп;

Определяем расчетную мощность фазы, А в одном ряду светильников:

Рнбз = Рл · n · kс, где Рл — мощность одной лампы, Вт;

n — количество светильников на фазе, шт;

kс = 1,1 — поправочный коэффициент на расход мощности ПРА.

Рнбз = 400· 11·1,1 =4840 Вт.

Определяем расчётный ток

где UФ = 220 В — фазное напряжение;

сosц = 0,8 — для ламп ДРИ.

Для рабочего освещения выбираем провод АВВГ 5×6, с Iном=32 А. Для распределения электроэнергии и защиты сетей от токов короткого замыкания применяем автоматические выключатели. Количество выключателей на фидерах — 8 трёхполюсных. Выключатели на отходящих линиях S203 32A Iн.в.= 32А .

4.5.2 Выбор аппаратов аварийного освещения

Определяем расчётную мощность наиболее загруженной фазы в одном ряду.

В ряду 1 — на фазу, А В присоединяют 2 лампы, на фазу С присоединяют 1 лампу в ряду 2 — на фазу, А -2,В-1, С-2;

в ряду 3 — на фазу А-1, В-2, С-2;

в ряду 4 — на фазу А-2, В-2, С-1.

в ряду 5 — на фазу А-2, В-1, С-2;

в ряду 6 — на фазу А-1, В-2, С-2;

в ряду 7 — на фазу А-2, В-2, С-1.

в ряду 8 — на фазу А-2, В-1,С-2 ;

Таким образом, наиболее загружена фаза А.

Рнбз = ?Рл · n,

где РЛ — мощность одной лампы, Вт;

n — количество светильников на фазе, шт;

РНБЗ=1000*2=2000 Вт.

Определяем расчётный ток для наиболее загруженной фазы

(4.8)

где UФ=220 В — фазное напряжение;

Cosц=0,95 — для ламп накаливания.

.

Для аварийного освещения выбираем кабель АВВГ 5*2,5 с Iном=23А.

Для распределения электроэнергии и защиты сетей от токов короткого замыкания применяем автоматические выключатели. Расчётный ток нагрузки: IР=57,59 А.

Количество выключателей на фидерах — 8 трёхполюсных. Выключатели на отходящих линиях S203 10A Iн.в.= 10А. Вводной выключатель S203 63A, Iн.р. =63 А.

Выбранное оборудование сводим в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 — Осветительные токопроводы и групповые щитки

План расположения светильников представлен на рисунке 4.2.;

На плане показаны:

— Светильник ГСП18−400−07 с лампами ДРИ 400−5 рабочего освещения

— Светильник НСП-17 с лампой накаливания Г 215−225−1000 аварийного освещения

— Щит рабочего освещения

— Щит аварийного освещения

— Сеть и аварийного рабочего освещения

5 Расчет электрических нагрузок

5.1 Расчет сварочной нагрузки методом эффективных мощностей

Расчёт ведём по формуле:

(5.1)

где S ном — мощность сварочного трансформатора (из задания), кВА;

ПВ — продолжительность включения, %;

Находим активную и реактивную нагрузки:

(5.2)

где cos ц = 0,5 [6], откуда tg ц = 1,73

Рр.д.с.= 91,40,5 =45,7 кВт;

Qр.д.с. = 45,71,73 =79,06 кВАр

Рассчитываем ток:

(6.3)

5.2 Расчет электрических нагрузок индукционной электропечи

где cos ц = 0,95 [6], откуда tg ц = 0,32

Ри.п = 70 0,95 =66,5кВт;

Qи.п. = 66,50,32 =21,28кВАр (5.3)

5.3 Расчёт электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм

Разбиваем все электроприёмники по группам со сходными характеристиками. Для каждой группы электроприёмников определим активную нагрузку по формулам:

(5.4)

(5.5)

где n — число электроприёмников в группе;

К — число групп электроприемников;

Ки.i — коэффициент использования электроприемников;

Рном i — номинальная мощность электроприемников i-ой группы;

tgцi — коэффициент мощности электроприемников.

Для приёмников, работающих в ПКР:

(5.6)

Результаты расчётов приведены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 — Расчёт средней нагрузки за максимально загруженную смену

Находим групповой коэффициент использования:

(5.7)

где n — число всех электроприёмников;

Эффективное число электроприёмников:

. (5.8)

так как nэф>10, то коэффициент максимума

. (5.9)

Расчётные максимумы активной и реактивной нагрузки:

(5.10)

Полная расчётная нагрузка

. (5.11)

Расчётная величина тока:

. (5.12)

5.4 Распределение нагрузки по шинопроводам

Распределим электроприёмники цеха по шинопроводам. Расчёт ведём по формулам:

Среднесменная нагрузка:

(5.17)

(5.18)

где n — число электроприёмников в группе;

К — число групп электроприемников;

Ки.i — коэффициент использования электроприемников;

Рном i — номинальная мощность электроприемников i-ой группы;

tgцi — коэффициент мощности электроприемников.

Находим групповой коэффициент использования:

(5.19)

где ni — число электроприёмников в группе.

Эффективное число электроприёмников:

. (5.20)

Определяем коэффициент максимума:

(5.21)

Расчётные максимумы активной и реактивной нагрузки:

(5.22)

Полная расчётная нагрузка

. (5.23)

Расчётная величина тока:

. (5.24)

Результаты распределения электроприёмников по шинопроводам приведены в таблице 5.2. План цеха с расположением шинопроводов показан на рисунке 5.2.

Таблица 5.2 — Распределение электроприемников по ШРА

Рисунок 5.2 — План цеха с расположением шинопроводов

5.4 Выбор распределительных шинопроводов

Выбор шинопроводов выполняется по условию:

Iр < Iном, (5.25)

где Iр — расчетный ток, А;

Iном — номинальный ток шинопровода, А.

Для примера выберем распределительный шинопровод для ШРА-1:

Расчётный ток первой группы электроприёмников равен Iр = 120,77А.

Используем шинопровод Zucchini — оптимальный вариант для создания магистралей электропитания практически на любом объекте. Он легко и быстро монтируется из готовых заводских модулей, как конструктор собирается монтажником, прошедшим минимальный инструктаж. Шинопровод Zucchini — самонесущая конструкция, на которую сразу устанавливается необходимая электроарматура. Основные преимущества шинопроводов Zucchini: пожаробезопасность, небольшие размеры, возможность многоканального использования, длительный срок эксплуатации. Шинопровод для распределения электроэнергии малой и средней мощности, габариты 39×97 мм, номинальный ток 160A с отводами с обеих сторон, кожух — PE проводник.

Стандартная степень защиты IP40 (IP55 — с дополнительными аксессуарами).

Данная линейка включает: торцевые блоки подачи питания, 3-, 2-, 1-метровые и нестандартные заказные прямые элементы, горизонтальные/вертикальные углы, отводные блоки с устройствами разъединения/защиты (плавкие предохранители, рубильники) и крепежные принадлежности (кронштейны).

Выбираем распределительный шинопровод MINI SBARRA с номинальным током

Iном = 160 А.

Iр = 120,77 А < Iном = 160А.

Условие выполняется, следовательно, шинопровод выбран правильно. Выбор шинопроводов сводим в таблицу 5.3.

Таблица 5.3 — Выбор шинопроводов

5.5 Ответвления к электроприемникам

Участок электросети, питающий отдельный приёмник электроэнергии, называется ответвлением. Ответвления к электроприёмникам от шинопроводов выполняем кабелем АПВ в трубе, для машин дуговой сварки — кабелем АВВГ (согласно ПУЭ в производственных помещениях при наличии опасности механических повреждений в эксплуатации, прокладка небронированных кабелей допускается при условии их защиты от механических повреждений). Выбор сечения проводов и кабелей выбираем по условию допустимого нагрева:

Iр< Iдд, (5.26)

где Iдд — допустимая длительная токовая нагрузка на провод (кабель), А

Iдд = Кп Iнд = 1 · Iнд (5.27)

Для ответвлений к отдельным электроприемникам длительного режима работы в качестве расчётного тока принимаем номинальный ток электроприёмника:

Iном. эп Iнд (5.28)

Для примера выберем провода, питающие насос P=8,5кВт:

(5.29)

Выбираем четырехжильный провод АПВ (4×2,5) с Iнд =19 А. Проводим проверку по условию Iном. эп Iнд:

Iном. эп = 16.9А Iнд = 19 А, провод проходят по длительно допустимому току нагрева. Выбранные провода сводим в таблицу 5.4.

Таблица 5.4 — Выбор проводов и кабелей к потребителям

5.4 Выбор троллейных линий

Выбираем троллейную линию для мостового крана с повторно — кратковременным режимом работы грузоподъёмностью 5 т. На кране установлены три двигателя с фазным ротором из серии MTF. Обычно в работе одновременно находится не более двух двигателей. Принимаем наиболее тяжелый режим, когда в работе одновременно находятся два наиболее мощных крановых двигателя с номинальной мощностью 12 кВт и 7,5 кВт.

Параметры двигателей: 1 = 83,5%, cos 1 = 0,73, Рном1 = 12 кВт, 2 = 77%,

cos 2 = 0,7, Рном2 = 7,5 кВт.

Активная мощность:

Реактивная мощность:

Расчетный ток одного крана:

(5.30)

Выбираем троллейный шинопровод ШТР4 — 100 с Iном = 100 А.

6 Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов Т.к. по составу и характеру нагрузки электропотребителей цех относится к первой категории по бесперебойности электроснабжения, необходимо установить двухтрансформаторную подстанцию.

Мощность трансформаторов ТП цеха определяется по формуле:

(6.1)

где Sр. ц — полная расчётная мощность цеха, кВА;

n — количество трансформаторов, шт.;

вт — коэффициент загрузки трансформаторов.

Принимаем вт = 0,8 (для потребителей первой категории по бесперебойности электроснабжения).

(6.2)

где Рмц, Qмц — максимальные расчётные (активная и реактивная) мощности силовой нагрузки цеха, кВт, квар;

Рро, Qро — расчётная (активная и реактивная) мощности освещения, кВт, квар;

Рсв, Qсв — расчётная (активная и реактивная) мощности сварочных установок, кВт, квар;

Максимальные расчётные мощности силовой нагрузки цеха:

Рмц = 596,47 кВт,

Qмц = 309,95 квар.

Расчётная мощность освещения:

Рро = 135,39 кВт,

Qро = 155,01 квар.

Расчётная мощность сварочных установок:

Рсв = 112,2 кВт,

Qсв = 100,34квар.

Полная расчётная мощность цеха:

Мощность трансформаторов цеха:

.

На основании Sтр выбираем два трансформатора ТМЗ — 630/10.

Таблица 6.1. Справочные данные трансформаторов.

Фактический коэффициент загрузки:

. (6.3)

Выбранная ТП располагается в помещении цеха. Подстанция кроме двух трансформаторов содержит вводные шкафы на напряжение 10 кВ и комплектные распределительные шкафы, при помощи которых собрана схема КРУ напряжением 0,4 кВ.

7 Выбор схемы электроснабжения Рассмотрим проблему осуществления внутреннего электроснабжения цеха, а именно: расположение трансформаторной подстанции ТП-10/0,4 кВ; тип питающей сети 0,4 кВ и ее исполнение. Во-первых, следует заранее оценить внутреннюю среду цеха (ее агрессивное воздействие на электрооборудование и сети) и тип производства, осуществляющегося в данном цеху (взрывои пожароопасность). По заданию среда внутри цеха — нормальная, производство — механическое. Данное производство относится к первой категории бесперебойности питания. Для питания силовой нагрузки цеха, на основании этого, выбирается магистральная схема электроснабжения, т.к. шинопроводы проектируются для нормальной среды.

Электроснабжение выполняется магистральными, распределительными и троллейными шинопроводами.

Достоинства, недостатки и особенности применения магистральной схемы сети:

— магистральная схема удобна возможностью подключения электрооборудования в любой точке сети — при этом не требуется отключение всех приемников как при радиальной схеме;

— в техническом исполнении магистральная схема открыта, наглядна и проста (так как ШМА проложены над конструкциями в отличие от кабельных линий, которые могут прокладываться как по конструкциям, так и по коммуникациям, в кабельных каналах) — то есть обеспечивается отказ от скрытой проводки;

— однако при использовании ШМА происходит большой расход металла;

— применение ШМА требует специальных конструкций и само исполнение шинопроводов выполняется по специальным схемам соединения в целях уменьшения потерь мощности и напряжения;

— магистральные шинопроводы выполняются на большие токи (до 3200 А).

Ввод питания на 10 кВ должен осуществляться с учетом следующих факторов:

— по кратчайшему расстоянию от ГПП до цеха;

— в зависимости от вида и исполнения заводской сети на 10 кВ (радиальная — кабельная, магистральная — токопроводами);

— в зависимости от внутренней планировки цеха и расположения оборудования.

Принимаем ввод питания по колонне на плане цеха, расстояние от которой до ГПП является кратчайшим — А7. Схема электроснабжения цеха показана на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 — Схема питания электроприёмников цеха

8 Расчёт необходимой компенсирующей мощности, выбор компенсационного оборудования и его размещение в цеховой сети

Передача реактивной мощности вызывает дополнительные затраты на увеличение сечения проводников сетей и мощностей трансформаторов, создаёт дополнительные потери электроэнергии. Кроме того, увеличиваются потери напряжения за счёт реактивной составляющей, пропорциональной реактивной нагрузке и индуктивному сопротивлению, что снижает качество электроэнергии по напряжению.

Поэтому важное значение имеет компенсация реактивных нагрузок и повышения коэффициента мощности в системах электроснабжения предприятия. Под компенсацией подразумевается установка местных источников реактивной мощности, благодаря которой повышается пропускная способность сетей и трансформаторов, а также уменьшаются потери электроэнергии.

Тангенс угла сдвига фаз до компенсации реактивной мощности:

(8.1)

где Qр. ц, Рр. цактивная и реактивная мощности цеха, кВт, квар;

Суммарная мощность компенсирующего устройства:

(8.2)

где tgцэ = 0,35 — коэффициент мощности, заданный системой, о. е

Qку = 844,06•(0,669 — 0,35) = 269,25 квар

В качестве источников реактивной мощности используем комплектные конденсаторные установки с размещением их на магистральных шинопроводах.

На каждый магистральный шинопровод устанавливаем конденсаторную установку «ВАРНЕТ» производства компании «Таврида-электрик»:

ВАРНЕТ-НС-, общей мощностью 2×130 кВАр=260 кВАр.

9 Уточнение расчётных нагрузок и мощности трансформаторов с учётом компенсации реактивной мощности

9.1 Уточнение мощности трансформаторов с учётом компенсации

Расчётная реактивная нагрузка после установки комплектных конденсаторных установок:

(9.1)

.

Пересчитываем полную расчётную мощность:

(9.2)

Определяем расчётную мощность трансформатора:

. (9.3)

С учётом компенсации выбираем трансформатор ТМЗ — 630/10. Паспортные данные трансформатора приведены в таблице 7.1.

Коэффициент загрузки:

. (9.4)

9.2 Выбор магистральных шинопроводов

После уточнения расчётных нагрузок и мощности трансформаторов с учётом компенсации производим выбор магистральных шинопроводов по номинальному току трансформатора.

(9.5)

Используем магистральные шинопроводы ZUCCHINI серии MR. Основными преимуществами являются скорость, простота установки, надежность.

Выбираем магистральный шинопровод ZUCCHINI серии MR. Номинальный ток 1000 А.

Таким образом шинопроводы проходят проверку по току.

10 Выбор питающих кабелей

Кабельная линия, по которой трансформаторная подстанция получает питание, прокладывается в земле. Выбираем кабель на напряжение 10кВ марки ААШв кабель с алюминиевыми жилами, алюминиевой оболочкой, бумажной пропитанной изоляцией со шлангом из поливинилхлорида трёхжильный.

Выбор сечений жил кабелей 10кВ производится по трём критериям:

1) По нагреву;

2) По экономической плотности тока;

3) По термической стойкости к токам КЗ.

10.1 Выбор сечения кабеля по нагреву

Основное условие выбора кабеля по нагреву

Iр Iд.д. (10.1)

где Iд. д — длительно допустимая токовая нагрузка на кабель, А;

Iр — расчётный ток, А.

Согласно ПУЭ проводники должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учётом не только нормальных, но и послеаварийных режимов, режимов после ремонта. Т. к. цеховая двухтрансформаторная подстанция получает питание по двум кабелям и при отключении одного из них (в ремонтном или послеаварийном режимах) нагрузка другого возрастает, то

.

Принимаем трёхжильный кабель ААШв 3×16 мм с Iд. д = 75 А.

Iр = 48,55 А < Iд. д = 75 А.

10.2 Выбор сечения кабеля по экономической плотности тока

Определяем экономическую плотность тока для кабеля ААШв в зависимости от продолжительности использования максимума нагрузки по данным ПУЭ. При ТМ от 3000 до 5000 ч/год для предприятия, работающего в три смены:

jэк =1,4 А/мм2.

Экономически выгодное сечение:

Fэк = Iр / jэк, (10.2)

где Iр — расчётный ток линии, который принимается из условий нормальной работы и при его определении не учитывается увеличение тока в линии при авариях или ремонтах в каком-либо элементе сети.

(10.3)

Fэк = 27,74/1,4 = 19,81 мм²

Ближайшее стандартное сечение 16 мм².

10.3 Выбор сечения кабеля по термической стойкости Сечение, обеспечивающее термическую устойчивость проводника к току короткого замыкания, определяется по выражению:

(10.4)

где б — расчётный коэффициент (для кабелей с алюминиевыми жилами б = 12);

I?- установившийся ток короткого замыкания, кА;

tср — возможное время прохождения тока через кабель (складывается из времени действия релейной защиты и времени отключения выключателя), взято из задания.

Ближайшее большее сечение 120 мм².

На основании расчётов для питания цеховой двухтрансформаторной подстанции принимаем два кабеля марки ААШв 3×120 мм2 .

11 Построение карты селективности защиты

Строим карту селективной защиты для наиболее электрически удаленного электроприемника — электродвигателя насоса мощностью 30 кВт.

11.1 Расчет токов трехфазного короткого замыкания

Расчётная схема и схема замещения представлена на рисунках 11.1 и 11.2. Определяем сопротивления элементов схемы.

Рисунок 11.1 — расчетная схема электроснабжения насоса

Рисунок 11.2 — схема замещения электроснабжения насоса

11.1.1 Определение сопротивления элементов схемы

Определяем индуктивное сопротивление системы, приведённое к стороне 0,4 кВ.

(11.1)

Определяем активное и индуктивное сопротивления высоковольтной кабельной линии длиной l = 200 м и S = 3×120 мм2:

(11.2)

(11.3)

где R0 — удельное активное сопротивление высоковольтной кабельной линии;

Х0 — удельное реактивное сопротивление высоковольтной кабельной линии;

L — длина высоковольтной кабельной линии.

Определяем активное сопротивление трансформатора ТМЗ-630/10:

(11.4)

Определяем полное сопротивление трансформатора:

(11.5)

Определяем реактивное сопротивление трансформатора:

(11.6)

Определяем активное и индуктивное сопротивление магистрального шинопровода, l = 24 м:

RШМА = R0 · l = 0,034 · 24 = 0,816 мОм; (11.7)

ХШМА = Х0 · l = 0,016 · 24 = 0,384 мОм. (11.8)

где R0 — удельное активное сопротивление магистрального шинопровода;

Х0 — удельное реактивное сопротивление магистрального шинопровода;

l — длина магистрального шинопровода.

Определяем активное и индуктивное сопротивление распределительного шинопровода, l = 35 м:

RШРА = R0 · l = 0,23 · 35 = 8.05 мОм; (11.9)

ХШРА = Х0 · l = 0,23 · 35 = 8.05 мОм. (11.10)

где R0 — удельное активное сопротивление распределительного шинопровода;

Х0 — удельное реактивное сопротивление распределительного шинопровода;

l — длина распределительного шинопровода.

Определяем активное и индуктивное сопротивление питающего провода

АВВГ (4×2.5), l = 8 м:

Rкл= R0 · l = 9.81 · 8 = 78.48 мОм; (11.11)

Хкл= Х0 · l = 0,096 · 8 = 0.768 мОм. (11.12)

где R0 — удельное активное сопротивление питающего кабеля;

Х0 — удельное реактивное сопротивление питающего кабеля;

l — длина питающего кабеля.

Переходные сопротивления согласно принимаются равными:

RА1 =30 мОм — переходное сопротивление для точки К1;

RА2 =25 мОм — переходное сопротивление для точки К2;

RА3 =15 мОм — переходное сопротивление для точки К3.

Расчёт начального действующего значения периодической составляющей тока трёхфазного короткого замыкания без учёта сопротивления электрической дуги производится по формуле:

(11.13)

где Uном — среднее номинальное линейное напряжение в сети, кВ;

RУ, ХУ — суммарные активное и индуктивное сопротивления до точки КЗ без учёта сопротивления электрической дуги, мОм.

Результаты расчетов суммарных сопротивлений сведем в таблицу 11.1.

Таблица 11.1 — Определение суммарных сопротивлений сети до точки К.З. и тока К.З. без учета сопротивления дуги

11.2 Расчёт токов однофазного короткого замыкания

В электрической сети напряжением до 1000 В под однофазным коротким замыканием подразумевается замыкание между фазным и нулевым проводниками в схеме электроснабжения. Поэтому величина тока однофазного замыкания зависит от величины фазного напряжения и сопротивления петли «фаза — нуль» от цехового трансформатора до расчётной точки КЗ. Схема замещения для расчета однофазного т.к.з. показана на рисунке 11.3

Расчёт однофазных токов КЗ проводим по выражению:

(11.14)

Где Uном — номинальное напряжение сети;

Rт.ф-0, Хт. ф-0 — сопротивления понижающих трансформаторов току однофазного КЗ, мОм;

Rнс.ф-0, Хнс. ф-0 — суммарные сопротивления низковольтной сети току однофазного КЗ, мОм;

Rп — переходное сопротивление (см. п. 11.1).

Рисунок 11.3 — схема замещения для расчета однофазного т.к.з.

Определение сопротивления элементов схемы:

— сопротивления силового трансформатора ТМЗ-630/10 току однофазного короткого замыкания:

Rт.ф-0 = 10.2 мОм; ХТ. Ф-0 = 40.5 мОм.

— сопротивления магистрального шинопровода току однофазного короткого замыкания:

Rуд.ф-0 = 0,085 мОм/м; Худ. ф-0 = 0,013 мОм/м [8];

Rшма ф-0 = Rуд. ф-0 · l;

Хшма ф-0 = Худ. ф-0 · l; (11.15)

Rшма ф-0 = 0,085 · 24 = 2.04 мОм; Хшма ф-0 = 0,013 · 24= 0,312 мОм.

— сопротивления распределительного шинопровода току однофазного короткого замыкания:

Rуд.ф-0 = 0,45 мОм/м; Худ. ф-0 = 0,45 мОм/м [8];

Rшра ф-0 = Rуд. ф-0 · l;

Хшра ф-0 = Худ. ф-0 · l; (11.16)

Rшра ф-0 = 0,45 · 35 = 15.75 мОм; Хшра ф-0 = 0,45 · 35 = 15.75 мОм.

— сопротивления четырёхжильного провода АВВГ (4×2.5) току однофазного короткого замыкания:

Rуд.ф-0 = 25 мОм/м;

Худ.ф-0 = 0,2 3мОм/м [8];

Rкл ф-0 = Rуд. ф-0 · l;

Хкл ф-0 = Худ. ф-0 · l; (11.17)

Rкл ф-0 = 25 · 8 = 200 мОм; Хкл ф-0 = 0,23· 8 = 1,84 мОм.

Расчет токов однофазного короткого замыкания сведем в таблицу 11.2.

Таблица 11.2 — Определение суммарных сопротивлений сети до точки К.З. и тока К.З. без учета сопротивления дуги

11.3 Карта селективности защиты Проверку производим на примере подключения насоса (см. рисунок 11.1).

Автоматические выключатели выбираем из.

1) Автоматический выключатель QF1:

Рном = 8,5 кВт, Iном = 16,9 А.

Iном. выкл. > Iном, (11.18)

На основе условия нормального режима выбираем выключатель серии MS325−20, Iном=25 А, Iном. р.= 16−25 А.

Определим ток срабатывания отсечки:

; (11.19)

Iсо = 10 · Iном. расц.= 10 · 25 = 250А; tсо = 0,02 c;

Iсо < IК1(3), Iсо < IК1(1), (11.20)

Определим ток уставки:

I6 = 6 · Iном. р= 6 · 18 = 108А; t6 = 8 c; (11.21)

Определим ток срабатывания выключателя в зоне перегрузки:

; (11.22)

Iсп = 1,35 · Iном. расц.= 1,35 · 18= 24.3 А; tсп = 6000 c; (11.23)

Коэффициент чувствительности к токам однофазного К1:

(11.24)

где Iном. выкл. — номинальный ток выключателя;

Iном. расц. — номинальный ток расцепителя;

Iсп — ток срабатывания выключателя в зоне перегрузки;

tсп — время срабатывания выключателя в зоне перегрузки;

I6 — ток уставки;

t6 — время срабатывания уставки;

Iсо — ток срабатывания отсечки;

tсо — время срабатывания отсечки.

Заносим данные выключателя в таблицу 11.3.

2) Автоматический выключатель QF2:

Iраб = 156 А.

Iном. выкл. > Iраб Выбираем выключатель ABB Tmax T1, Iном = 160 А, Iном. р. = 160 А.

Определим ток срабатывания отсечки:

;

Iсо = 5 · Iном. расц.= 5 · 160 = 800А; tсо = 0,05 c;

Iсо < IК1(3), Iсо < IК1(1).

Определим ток уставки:

I6 = 6 · Iном. расц.= 6 · 160 = 960 А; t6 = 4 c.

Определим ток срабатывания выключателя в зоне перегрузки:

;

Iсп = 1,25 · Iном. расц.= 1,25 · 160 = 200 А; tсп = 1000 c;

Коэффициент чувствительности к токам однофазного К2:

Заносим данные выключателя в таблицу 11.3

3) Автоматический выключатель QF3:

Расчетный ток:

.

Выбираем выключатель ABB Emax E1B 1000 Iном = 1000 А, Iном. р. = 1000 А.

Определим ток срабатывания отсечки:

;

Iсо = 3 · Iном. расц.= 3 · 1000 = 3000А; tсо = 0,1 c;

Определим ток уставки:

I6 = 6 · Iном. расц.= 6 · 1000 = 6000 А; t6 = 4 c

Определим ток срабатывания выключателя в зоне перегрузки:

;

Iсп = 1,25 · Iном. расц.= 1,25 · 1000 = 1250 А; tсп = 1000 c;

Коэффициент чувствительности к токам однофазного КЗ:

.

На рисунке 11.4 показано построение карты селективности защиты насоса.

12 Выбор аппаратуры ячейки КРУ на ГПП Распределительный пункт 10 кВ располагается на ГПП предприятия и служит для распределения энергии между цехами и отдельными крупными потребителями, имеющимися на заводе, а также для выполнения коммутационных и защитных функций. На РП также располагаются контрольно-измерительные приборы (в виде амперметров, вольтметров, счетчиков), защитная аппаратура в виде автоматов, предохранителей и аппараты управления (реле, автоматика, сигнализация, а также трансформаторы тока), поэтому следует при выборе типа ячеек КРУ и их аппаратуры внимательно относиться к их параметрам, так как надежность работы этого оборудования играет важную роль в системе электроснабжения всего предприятия.

Распределительный пункт 10кВ выполняется с помощью шкафов КРУ. Выберем шкафы КРУ для присоединения к ним двух линий, отходящих к трансформаторной подстанции проектируемого цеха. Существенным отличием по выбору КРУ являются коммутационные ресурсы, трудозатраты на эксплуатацию выключателей и собственное время включения и отключения выключателей. Ячейка КРУ со всей аппаратурой выбирается и проверяется по следующим показателям:

а) номинальному напряжению

Uном Uсети; (12.1)

б) номинальному току

Iном Iрасч; (12.2)

в) динамической устойчивости

iуд.ск. iуд. расч; (12.3)

г) термической устойчивости

Iтерм.ст. I; (12.4)

д) отключающей способности

Iотк.ном. I. (12.5)

РУ-10 кВ ГПП выполняется с помощью шкафов КРУ. Выберем шкафы КРУ для присоединения к нему двух линий, отходящих к трансформаторной подстанции цеха.

(12.6)

Ударный ток к.з. определяется по выражению:

(12.7)

где I" - ток короткого замыкания на шинах источника питания;

kу — ударный коэффициент.

(12.8)

где ia, t — апериодическая составляющая тока к.з.;

tотк = tсв + tрз = 0,07 + 0,3 = 0,37с — время отключения к.з.;

tсв=0,07 — собственное время отключения выключателя [12];

tрз=0,3 — время срабатывания релейной защиты (по заданию).

Та=0,1 с — постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания.

Тепловой импульс тока к.з.:

. (12.9)

Выбираем 2 шкафа (для присоединения двух отходящих линий) серии КРУ-104М, Uном = 10.5кВ, Iном. шкафа = 630 А со встроенными вакуумными выключателями ВВЭ-10−31,5/630У3[9] и с трансформаторами тока типа ТЛК-10У3.

Выбор аппаратов оформим в виде таблицы 12.1.

Таблица 12.1 — Выбор аппаратуры ячейки КРУ

13 Расчёт показателей качества электрической энергии

Электрическая энергия, вырабатываемая источниками питания и предназначенная для работы электроприёмников, должна иметь такие качественные показатели, которые определяют надёжность и экономичность их работы. Качественные показатели электроэнергии нормируются государственными стандартами; на эти нормы ориентированы технические условия работы электроприёмников, выпускаемых промышленностью.

Расчет производится для таких показателей качества электроэнергии как отклонение напряжения и несинусоидальность напряжения. Проведение расчета необходимо для того, чтобы установить, насколько эти показатели соответствуют установленным на них нормам. Нормирование показателей необходимо вследствие негативного влияния на работу других электроприемников:

- отклонение напряжения создают при своей работе любые электроприемники, т.к. изменение группового графика нагрузки в течении суток приводит к изменению потерь напряжения элементов электрических сетей. Отклонение напряжения может привести к изменению производительности данной установки или агрегата, к браку продукции в данной установке или агрегате, к изменению потребления активной и реактивной мощности, к изменению потерь активной мощности, а так же к изменению срока службы самого электроприемника и изоляции проводников, питающих его;

— колебания напряжения создают при своей работе электроприемники с импульсными и резкопеременными режимами работы (эл.сварочные установки, дуговые печи). Колебания напряжения наибольшее влияние оказывает на освещение и на различную электронную технику (ПК, телевизоры, и т. д.). На электродвигатели и электротехнологические установки колебание напряжения практически не оказывает влияния, т.к. длительность колебаний небольшая. Колебание напряжения сказывается на релейной защите;

— несинусоидальность напряжения вызывают электроприемники, имеющие нелинейную вольт-амперную характеристику (эл.сварочные установки, дуговые печи, газоразрядные лампы). Несинусоидальность напряжения вызывает дополнительные потери мощности за счет протекания высших гармоник, уменьшается срок службы изоляции, из-за высших гармоник в системах управления могут быть сбои;

— несимметрию напряжения создают все однофазные электроприемники (индукционные печи, освещение, дуговые сталеплавильные печи). Несимметрия напряжения в основном оказывает влияние на электродвигатели: если в нормальной трехфазной сети момент вращения направлен в одну сторону, то в несимметричной сети возникает обратный тормозной момент, что вызывает перегрев электродвигателя и сокращение срока службы.

13.1 Расчет отклонения напряжения Отклонение напряжения рассчитывается для промышленных предприятий как основной показатель качества электроэнергии (ПКЭЭ) независимо от видов и состава электроприемников. Важно правильно рассчитать отклонение напряжения в периоды максимума и минимума нагрузок сети и принять меры по его уменьшению в случаях несоответствия гостированным значениям (ГОСТ допускает значения отклонения напряжения в периоды максимума и минимума сети в пределах (95−105%) от номинального напряжения этой сети в течение длительно допустимого времени, т. е. в течение 95% времени суток).

Влияние электроприемников на отклонение напряжения:

— с увеличение мощности нагрузки — увеличивается падение напряжение в элементах сети, и, соответственно, увеличивается отклонение напряжения, что в свою очередь приводит к еще большему падению.

Влияние отклонения напряжения на электроприемники:

— влияние на электродвигатели: повышенный износ изоляции; изменение частоты вращения;

— влияние на электротехнологические установки: изменение производительности ЭТУ; изменение удельного расхода электроэнергии; уменьшение срока службы;

— влияние на осветительные установки: увеличение потребляемой мощности и электроэнергии; уменьшение светового потока.

Для упрощения расчета принимаем следующий порядок расчета отклонения напряжения:

— рассчитываем отклонения для наиболее электрически удаленного и наиболее мощного электроприемника (в нашем случае — станок фрезерный мощностью 30 кВт, расположенный на ШРА-5) и регулируем напряжения таким образом, чтобы отклонение соответствовало ГОСТу — это режим максимума сети;

— рассчитываем отклонения для наименее электрически удаленного и наименее мощного электроприемника (в нашем случае — станок) и сравниваем отклонение с ГОСТом — это режим минимума сети; Если в одном из случаев не проходит значения по ГОСТу, то следует применять дополнительные или иные средства регулирования уровня напряжение.

Примечание: для всех далее рассматриваемых случаев расстояние от ШМА до ШРА, которое соединяется кабелем определенного сечения марки АВВГ, достаточно малы ( 10 м), поэтому оказать большого влияния на величину падения напряжения в сети они не могут. Тогда в соответствии с допустимой инженерной погрешностью (не более 10%) исключаем из расчетной схемы эти участки сети для упрощения дальнейших расчетов.

13.1.1 Расчет отклонения напряжения в период максимума нагрузки Определим сопротивления сети от шин РП-10 кВ до конечного электроприемника. Наиболее удаленный от источника питания приемник цеха — насос мощностью 8,5 кВт, расположенный на ШРА-5. Схема электроснабжения станка представлена на рисунке 13.1.

Рисунок 13.1 — Схема электроснабжения насоса Уровень напряжения для наиболее удаленного от подстанции электроприемника в период максимума нагрузки (U2) определяется по выражению:

(13.1.1)

где: = 1% - уровни напряжения на шинах 10 кВ РП, питающей цех в период максимума нагрузки;

— потери напряжения в линии высоковольтном кабеле от РП до цеховой ТП;

— потери напряжения в цеховом понижающем трансформаторе;

— потери напряжения в ШМА;

— потери напряжения в ШРА;

— потери напряжения в проводе, питающем электроприемник;

— добавка напряжения, которая устанавливается ПБВ цехового трансформатора, сначала ПБВ устанавливают в положение «0», т. е. при котором = 5%.

Найдём потери напряжения в высоковольтной кабельной линии:

,

(13.1.2)

где Iр1 — максимальный расчетный ток в фазе, приведенный к стороне низкого напряжения, А;

Sр.ц. — полная расчетная нагрузка цеха, кВА;

Рр.ц. — активная расчетная нагрузка цеха, кВт;

Qр.ц. — реактивная расчетная нагрузка цеха, квар;

Rкл = 0,261· 10 -3 Ом; Хкл = 0,0602· 10 -3 Ом — активное и индуктивное сопротивление высоковольтной кабельной линии.

Найдём потери напряжения в цеховом трансформаторе:

(13.1.3)

где Rт = 0,306 Ом и Хт = 0,339 Ом — активное и индуктивное сопротивления трансформатора.

Найдем потери напряжения в ШМА:

Принимаем коэффициент загрузки трансформаторов 0,71, тогда потери напряжения определяются по выражению:

(13.1.4)

где: Iр2 = 909 А — расчетный ток ШМА;

Lшма = 0,048 км — длина ШМА;

R0шма = 0,034 Ом/км; Х0шма = 0,016 Ом/км — удельные активное и индуктивное сопротивление ШМА.

Найдем потерю напряжения в ШРА:

,

(13.1.5)

где: Iр3 = 165.86 А — расчетный ток ШРА;

Sр.шра = 103.12 кВА — полная расчетная нагрузка ШРА;

Рр.шра = 95.46 кВт — активная расчетная нагрузка ШРА;

Qр.шра = 39.01 квар — реактивная расчетная нагрузка ШРА;

Lшра = 0,084 км — длина ШРА;

R0шра = 0,23 Ом/км; Х0шра = 0,23 Ом/км — удельные активное и индуктивное сопротивление ШРА.

Найдём потерю напряжения в проводе, питающем электроприемник:

,

(13.1.6)

где: Iр4 = 16.9 А — расчетный ток провода;

Lпр = 0,024 км — длина провода;

R0пр = 9.81 Ом/км; Х0пр = 0,096 Ом/км — удельные активное и индуктивное сопротивление провода.

Уровень напряжения для наиболее удаленного от подстанции электроприемника в период максимума нагрузки (U2):

Отклонение напряжения в период максимума нагрузок не превышает допустимого значения.

13.1.2 Расчет отклонения напряжения в период минимума нагрузки Определим сопротивления сети от шин РП-10 кВ до конечного электроприемника. Наименее электрически удаленным и наименее мощным электроприемником является вентилятор, мощность 8.5 кВт. По схеме электроснабжения станок получает питание от того же ШМА, что и станок, уровень напряжения на котором мы определяли в период максимума нагрузки. Поэтому в расчете изменятся только сопротивления ШРА и провода, питающего станок. Схема электроснабжения станка представлена на рисунке 13.2.

Рисунок 13.2 — Схема электроснабжения вентилятора Уровень напряжения для наименее удаленного от подстанции электроприемника в период минимума нагрузки (U2) определяется по выражению:

(13.1.7)

где: = 1% - уровни напряжения на шинах 10 кВ РП, питающей цех в период минимума нагрузки;

— потеря напряжения в линии высоковольтном кабеле от РП до цеховой ТП;

— потеря напряжения в цеховом понижающем трансформаторе;

— потеря напряжения в ШМА;

— потеря напряжения в ШРА;

— потеря напряжения в проводе, питающем электроприемник;

— добавка напряжения, которая устанавливается ПБВ цехового трансформатора, ПБВ устанавливают в положение «0», т. е. при котором = +5%.

Минимальную нагрузку принимаем равной 25% от расчётной нагрузки.

Найдём потерю напряжения в высоковольтной кабельной линии:

(13.1.8)

Найдём потерю напряжения в цеховом трансформаторе:

(13.1.9)

Найдем потерю напряжения в ШМА:

(13.1.10)

Найдем потерю напряжения в ШРА:

,

(13.1.11)

где: Lшра = 0,002 км — длина ШРА.

Найдём потерю напряжения в проводе, питающем электроприемник.

Выбранным является провод АПВ (4×2,5):

,

(13.1.12)

где: Iр4 = 16,9А — расчетный ток провода;

Lпр = 0,010 км — длина провода.

Уровень напряжения для наименее удаленного от подстанции электроприемника в период минимума нагрузки (U"2):

Так как отклонение напряжения в период минимума нагрузки превышает допустимое значение 5%, следовательно напряжение необходимо регулировать за счет переключения ПБВ трансформатора в положение «-2″, где дUдоб» = 0% и снова производим расчеты.

Тогда в режиме наибольших нагрузок:

Отклонения напряжения в не превышают допустимого значения +5%.

14 Расчёт заземляющего устройства

Для установок, имеющих напряжение до 1000 В и выше, получаются два значения нормативных сопротивлений заземляющего устройства:

Rзу = 4 Ом — для стороны до 1000 В;

— для стороны выше 1000 В.

За расчётное значение должно быть принято меньшее из этих двух значений, как обеспечивающее безопасность. Определяем сопротивление заземляющего устройства:

(14.1)

где Iз = 6 А — емкостной ток замыкания на землю сети выше 1000 В, (по заданию).

.

Таким образом, определяющим для расчёта является требование:

Rзу = 4 Ом.

Определяется расчетное удельное сопротивление земли:

Ом · м,

где Кс=1,1−1,35 — коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта;

— удельное сопротивление грунта, измеренное при нормальной влажности; (=130 Омм — из задания).

Заземляющее устройство выполняем в виде контура (прямоугольника) из горизонтальных и вертикальных заземлителей. В качестве вертикальных электродов используем арматурный пруток диаметром 12 мм и длиной l=5 м. Верхний конец электрода находится ниже уровня земли на 0,7 м.

Сопротивление одного вертикального электрода:

Ом.

Определяем ориентировочное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования вертикальных электродов Ки. в=0,5

Предварительно принимаем n = 18.

Горизонтальные электроды выполняем из полосовой стали 404 мм. Общая длина полосы, при отношении расстояния между заземлителями к их длине, равным 1, l = 90 м.

Определяется сопротивление полосы, соединяющей вертикальные электроды:

;

где — сопротивление горизонтальной полосы:

;

Ки.г — коэффициент использования горизонтальных электродов (Ки.г=0,3−0,4).

Определяется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом горизонтальной полосы:

.

Определяется уточненное число вертикальных электродов

.

Окончательно приминаем в контуре 12 вертикальных заземлителя.

План заземления подстанции показан на рисунке 14.1.

Рисунок 14.1 — План заземления подстанции