Система электроснабжения участка токарного цеха машиностроительного завода. Курсовой

план УТЦ.dwg

План участка токарного цеха
КП 1406.18.00.00.000 Э4
СКЛАД ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ

схема УТЦ.dwg

Участок токарного цеха Схема электрическая принципиальная
КП 1406.18.00.00.000 ЭЗ

Записка.doc

Характеристика технологического процесса производства участка токарного цеха УТЦ электрооборудования и потребителей электроэнергии
1. Характеристика объекта ЭСН и его технологического процесса
2. Классификация помещений по взрыво- пожаро- электробезопасности и требования предъявляемые к защите электрооборудования от окружающей среды
3. Электроэнергетические характеристики приёмников и потребителей электроэнергии системы электроснабжения
4. Категории электроприёмников и обеспечение надёжности электроснабжения
Выбор системы внутрицехового электроснабжения
1. Основные требования предъявляемые к системе электроснабжения участка токарного цеха УТЦ
2.Выбор источников питания потребителей электроэнергии
3 Выбор напряжения электрической сети
4 Выбор режима работы нейтрали электрической сети
5 Выбор варианта схемы системы электроснабжения
Расчёт системы электроснабжения прессового участка токарного цеха
1 Определение расчётных электрических нагрузок
2 Расчёт мощности и выбор питающих трансформаторов
3 Выбор типа подстанции и определение её местоположения
4 Выбор сечений проводов и жил кабелей
5 Расчет потери напряжения в сети
6 Расчёт токов короткого замыкания
7 Расчёт компенсации реактивной мощности выбор компенсирующих устройств и их размещение в сети
8 Расчёт потери мощности и электроэнергии
9 Расчёт защитного заземления внутрицеховой подстанции и выбор заземляющих устройств электроустановок.
10 Расчет защитного зануления для оборудования цеха и выбор заземляющих устройств электроустановок
Выбор и проверка электрооборудования и электрических аппаратов системы электроснабжения участка токарного цеха
1 Выбор силового распределительного электрооборудования для внутрицеховой сети
2 Расчет и выбор коммутационно-защитных аппаратов для внутрицехвовой электрической сети и потребителей электроэнергии
3 Проверка элементов электрической сети
Список использованной литературы
Электроэнергетика является базовой отраслью экономики полностью обеспечивающей электроэнергией как внутренние потребности народного хозяйства и населения так и экспорт в страны СНГ и дальнее зарубежье а также 45% суммарной потребности промышленности и населения в тепловой энергии.
Системой электроснабжения называют совокупность устройств для производства передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией промышленных приёмников к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов электрические печи электролизные установки аппараты и машины для электрической сварки осветительные установки и др.
В настоящее время большинство потребителей получает электроэнергию от энергосистем.
По мере развития электропотребления усложняются системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений распределительные сети а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ.
На пути от источника питания до электроприёмников на современных промышленных предприятиях электрическая энергия как правило трансформируется один или несколько раз. В зависимости от места расположения в схеме электроснабжения трансформаторные подстанции называют главными понизительными подстанциями или цеховыми трансформаторными подстанциями.
Цеховые сети распределения электроэнергии должны:
- обеспечивать необходимую надёжность электроснабжения приёмников электроэнергии в зависимости от их категории;
- быть удобными и безопасными в эксплуатации;
- иметь оптимальные технико-экономические показатели (минимум приведённых затрат);
- иметь конструктивное исполнение обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа
Для приёма и распределения электроэнергии к группам потребителей
трёхфазного переменного тока промышленной частоты напряжением 380 В применяют силовые распределительные шкафы и пункты.
Главной проблемой в ближайшем будущем явится создание рациональных систем электроснабжения промышленных предприятий которое связано со следующим:
- выбором и применением рационального числа трансформаций (оптимальный вариант числа трансформаций – две-три);
- выбором и применением рациональных напряжений (в системах электроснабжения промышленных предприятий даёт значительную экономию в потерях электроэнергии);
- правильным выбором места размещения цеховых и главных распределительных (понизительных) подстанций (обеспечивает минимальные годовые приведённые затраты);
- дальнейшим совершенствованием методики определения электрических нагрузок (способствует решению общей задачи оптимизации построения систем внутризаводского электроснабжения);
- рациональным выбором числа и мощности трансформаторов а также схем электроснабжения и их параметров что ведёт к сокращению потерь электроэнергии и повышению надёжности;
- принципиально новой постановкой для решения таких задач как
например симметрирование (выравнивание) электрических нагрузок
Характеристика технологического процесса производства участка токарного цеха электрооборудования и потребителей электроэнергии
Участок токарного цеха (УТЦ) предназначен для обеспечения производимой продукции всего цеха. Он является составной частью цеха металлоизделий машиностроительного завода.
УТЦ имеет станочное отделение где размещён станочный парк вспомогательные (склады инструментальная мастерская и др.) и бытовые (раздевалка комната отдыха) помещения. Транспортные операции выполняются с помощью кран-балок и наземных электротележек.
УТЦ получает электроснабжение (ЭСН) от цеховой трансформаторной подстанции (ТП) 1004кВ расположенной в притройке здания цеха металлоизделий. Дополнительная нагрузка ТП: (Р=550кВт cosφ=09; Ku=09 Все электроприемники (ЭП) по безопасности – 2 категории.
Количество рабочих смен - 2. Грунт в районе здания токарного участка цеха металлоизделий– супесь с температурой +8 С. Каркас здания сооружён из блоков-секций длиной 6 и 4 метра каждый.
Размеры цеха АхВхН=48 х 28 х 8 м.
Мощность электропотребления (Рэп) указана для одного ЭП.
Расположение основного технологического и электротехнического оборудования ЭО участка (УТЦ) показано на плане лист 1 графической части проекта.
В соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ) помещения и наружные установки в зависимости от способности к образованию взрывоопасных смесей или возгоранию находящихся в них материалов и веществ делятся на взрыво- и пожароопасные.
К взрывоопасным помещениям и наружным установкам относятся те в которых технологический процесс может сопровождаться образованием взрывоопасных смесей: горючих газов или паров с воздухом кислородом и другими газами окислителями горючих пылей или волокон с воздухом при переходе их в взвешанное состояние.
Пожароопасными считаются те помещения и наружные установки в которых применяются или хранятся горючие вещества но опасность взрыва отсутствует.
Согласно ПУЭ все взрывоопасные помещения и установки в отношении их опасности при применения электрооборудования подразделяются на следующие классы:
- помещения класса В-I – к ним относятся помещения в которых могут образоваться взрывоопасные смеси горючих газов или паров с воздухом или другие окислители при нормальных не длительных режимах работы.
- помещения класса В – Iа – к ним относятся помещения в которых взрывоопасные смеси горючих газов или паров с воздухом или другие окислители могут образоваться только в случаи аварии и неисправности.
- помещения класса В – Iб — к ним относится те же помещения что и класса В – Iа но отличающиеся одной из следующих особенностей:
) горючие газы в этих помещениях обладают высоким нижним пределом взрываемости и резким запахом при длительно допустимых по санитарным нормам концентрации.
) образование в аварийных случаях в помещениях общей взрывоопасной концентрации по условиям технологического процесса исключается а возможно лишь местная взрывоопасная концентрация.
) горючие газы и легковоспламеняющиеся горючие жидкости имеются в помещениях в небольших количествах не создающих общей взрывоопасной концентрации и работы с ними производится без применения открытого пламени.
- помещения класса В-II — к ним относятся помещения в которых могут образоваться взрывоопасные смеси горючих пылей или волокон с воздухом или другие окислителями при нормальных не длительных режимах работы.
- помещения класса В-IIа — к ним относятся помещения в которых опасные состояния указанные в предыдущем классе только в результате аварий или неисправностей.
Пожароопасные помещения с точки зрения опасности при применении электрооборудования так же подразделяются согласно ПУЭ на следующие классы:
- помещения класса П-I — к ним относятся помещения в которых применяются или хранятся горючие жидкости с температурой вспышки 45ºС.
- помещения класса П-II — к ним относятся помещения в которых образуются горючие пыли или волокна переходящие во взвешанное состояние. Возникающая при этом опасность ограничена пожаром но не взрывом либо вместо того что содержание их в воздухе по условиям эксплуатации либо в силу физических свойств пыли или волокна.
- помещения класса П-IIа — к ним относятся производственные и складские помещения содержащие твердые или волокнистые горючие вещества причем признаки характерные для класса П-II отсутствуют.
По условиям защиты электрооборудования от воздействий окружающей среды могут иметь следующие основные исполнения:
)открытое для которого не предусматривается специальных защитных устройств.
)защищенное снабженное приспособлениями для предохранения от случайного прикосновения к вращающим и токоведущим частям а также попадания посторонних тел во внутренние части.
)брызгозащищеное имеющие приспособления для предохранения от попадания внутрь водяных брызг любого направления.
)закрытое снабженное оболочкой предохраняющей внутренние части от попадания пыли.
)пыленепроницаемое снабженное оболочкой с уплотнителями не допускающих проникновения внутрь ее тонкой пыли.
)герметичное исполнение выполняется так что исключается возможность сообщения между внутренним пространством оборудования и окружающей средой.
)взрывозащищенное имеющее защитную оболочку и предназначенной специально для работы во взрывоопасных средах.
Взрывозащищенное электрооборудование подразделяется по уровням и видам взрывозащиты группам и температурным классам.
Установлены следующие уровни взрывозащиты электрооборудования: «электрооборудование повышенной надежности против взрыва» «взрывобезопасное электрооборудование» и «особовзрывобезопасное электрооборудование».
Уровень «электрооборудование повышенной надежности против взрыва» - взрывозащищенное электрооборудование в котором взрывозащита обеспечивается только в признанном нормальном режиме работы. Знак уровня – 2.
Уровень «взрывобезопасное электрооборудование» - взрывозащищенное электрооборудование в котором взрывозащита обеспечивается как при нормальном режиме работы так и при признанных вероятных повреждениях определяемых условиями эксплуатации кроме повреждений средств взрывозащиты. Знак уровня – 1.
Уровень «особовзрывобезопасное электрооборудование» - взрывозащищенное электрооборудование в котором по отношению к взрывобезопасному электрооборудованию приняты дополнительные средства взрывозащиты предусмотренные стандартами на виды взрывозащиты. Знак уровня – 0.
Взрывозащищенное электрооборудование может иметь следующие виды взрывозащиты:
Взрывонепроницаемая оболочка (d)
Заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением защитным газом (r)
Искробезопасная электрическая цепь ( i)
Кварцевое заполнение оболочки с токоведущими частями (q)
Масляное заполнение оболочки с токоведущими частями (о)
Специальный вид взрывозащиты (s)
В маркировку по взрывозащите электрооборудования в указанной ниже последовательности входят:
знак уровня взрывозащиты электрооборудования (2 1 0);
знак Ех указывающий на соответствие электрооборудования стандартам на взрывозащищенное электрооборудование;
знак вида взрывозащиты (d
знак группы или подгруппы электрооборудования (II IIА IIВ IIС);
знак температурного класса электрооборудования (Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Т6).
В маркировке по взрывозащите могут иметь место дополнительные знаки и надписи в соответствии со стандартами на электрооборудование с отдельными видами взрывозащиты.
Требования к электрооборудованию:
Электрооборудование особенно с частями искрящими при нормальной работе рекомендуется выносить за пределы взрывоопасных зон если это не вызывает особых затруднений при эксплуатации и не сопряжено с неоправданными затратами. В случае установки электрооборудования в пределах взрывоопасной зоны оно должно удовлетворять требованиям настоящей главы.
Применение во взрывоопасных зонах переносных электроприемников (машин аппаратов светильников и т. П.) следует ограничивать случаями когда их применение необходимо для нормальной эксплуатации.
Взрывозащищенное электрооборудование используемое в химически активных влажных или пыльных средах должно быть также защищено соответственно от воздействия химически активной среды сырости и пыли.
Взрывозащищенное электрооборудование используемое в наружных установках должно быть пригодно также и для работы на открытом воздухе или иметь устройство для защиты от атмосферных воздействий (дождя снега солнечного излучения и т. п.)
К общепромышленным установкам относятся вентиляторы насосы компрессоры воздуходувки и т.п. в них применяются асинхронные и синхронные двигатели трёхфазного переменного тока частотой 50 Гц на напряжениях от 127 В до 10 кВ а там где требуется регулирование производительности - двигатели постоянного тока. Диапазон их мощностей различен – от долей киловатта (электродвигатели задвижек затворов насосов подачи смазки и т.п.) до десятков мегаватт (воздуходувки доменных печей кислородные турбокомпрессоры). Характер нагрузки ровный толчки ей наблюдаются только при пуске. Основным агрегатам (насосы вентиляторы и т.п.) присущ продолжительный режим. Электродвигатели задвижек затворов и т.п. работают в кратковременном режиме. Их коэффициент мощности находится в пределах 08-085. Синхронные двигатели работают в режиме перевозбуждения.
Данная группа электроприёмников относится как правило к первой категории надёжности а на ряде производств особенно химической промышленности - к «особой» группе той же категории. Некоторые вентиляционные и компрессорные относятся ко второй категории надёжности.
На промышленных предприятиях преобладает электропривод производственных механизмов. В зависимости от технологических особенностей механизма или агрегата используются все виды двигателей переменного и постоянного тока мощностью от долей киловатта до нескольких мегаватт на номинальные напряжения до 10 кВ. Регулируемый электропривод технологических механизмов и двигатели станков с повышенной скоростью вращения получают питание от преобразовательных установок. Режимы их работы различны и определяются режимом механизма. Режим работы некоторых агрегатов (прокатных станов) характеризуется частыми толчками нагрузки различной длительности и частоты. Коэффициент мощности находится в широких пределах (05—085). Синхронные двигатели системы ДГД работают в режиме перевозбуждения. Как правило электропривод технологических механизмов относится к второй категории надежности. Исключение составляют те механизмы и установки которые по своим показателям относятся к первой категории надежности (технологическое оборудование предприятий нефтехимической промышленности некоторые уникальные металлообрабатывающие станки и т. п.).
Преобразовательные установки на промышленных предприятиях служат для питания электроприемников механизмов и установок которые из-за особенностей технологических режимов должны работать либо на постоянном либо на переменном токе с частотой отличной от 50 Гц. Потребителями постоянного тока являются: электропривод механизмов с широким регулированием скорости и реверсированием электрофильтры электролизные установки внутризаводской электротранспорт. Повышенная или пониженная частота переменного тока необходима для привода на асинхронных короткозамкнутых двигателях с плавным изменением скорости нерегулируемого высокоскоростного привода переменного тока электротермии.
Преобразователями тока служат двигатели-генераторы ртутные и полупроводниковые выпрямители питающиеся от трехфазных сетей переменного тока промышленной частоты на напряжениях до 110 кВ. Показатели и характер работы преобразовательных установок зависят от подключенного к ним технологического оборудования. Коэффициент мощности зависит от типа преобразователя и его назначения он изменяется в пределах 07 – 09.
К электротехнологическим установкам относятся электронагревательные и электролизные установки установки электрохимической электроискровой и ультразвуковой обработки металлов электромагнитные установки (сепараторы муфты) электросварочное оборудование.
Электронагревательные установки объединяют электрические печи и электротермические установки которые по способу превращения электроэнергии в тепловую разделяются на печи сопротивления индукционные печи и установки дуговые электрические печи печи конденсаторного нагрева.
Печи сопротивления получают питание от трехфазных сетей переменного тока частотой 50 Гц в основном на напряжении 380220 В или на более высоком напряжении через понижающие трансформаторы. Выпускаются печи в одно- и трехфазном исполнении мощностью до нескольких тысяч киловатт. Характер нагрузки их ровный однако однофазные печи для трехфазных сетей представляют несимметричную нагрузку. Коэффициент мощности для печей прямого действия 07—09 для печей косвенного действия — 10.
Индукционные плавильные печи выпускаются со стальным сердечником и без него мощностью до 4500 кВ×А. Питание индукционных печей и установок закалки и нагрева осуществляется от трехфазных сетей переменного тока частотой 50 Гц на напряжении 380220 В и выше в зависимости от мощности.
Индукционные плавильные печи без сердечника и установки закалки и нагрева токами высокой частоты получают питание переменным током частотой до 40 МГц от преобразовательных установок которые в свою очередь питаются от сетей переменного тока промышленной частоты.
Печи со стальными сердечниками выпускаются в одно- двух- и трехфазном исполнении. Коэффициент мощности их колеблется в пределах 02—08 (у индукционных установок повышенной частоты — от 006 до 025).
Все перечисленные печи и установки индукционного нагрева относятся к приемникам второй категории надежности.
Дуговые электрические печи по способу нагрева разделяются на печи прямого косвенного и смешанного нагрева. Дуговые печи получают питание от сетей переменного тока промышленной частоты на напряжениях до 110 кВ через специальные понижающие печные трансформаторы. Мощности современных дуговых электропечей достигают 100—125 MB.A.
В период расплавления шихты возникают частые эксплуатационные короткие замыкания в процессе плавки и бестоковые паузы при выпуске стали и новой загрузке печи в результате чего в питающих сетях наблюдаются толчковые нагрузки. Нагрузка от однофазных печей несимметричная. Коэффициент мощности 085—095. В отношении надежности электроснабжения дуговые печи относятся к приемникам первой категории.
Вакуумные электрические печи для выплавки высококачественных сталей и специальных сплавов относятся к приемникам особой группы первой категории так как перерыв в питании вакуумных насосов приводит к дорогостоящему браку.
Электротехнологические установки работающие на постоянном или переменном токе частотой отличной от 50 Гц питаются от преобразовательных установок характеристики которых определяются режимом электротехнологической установки. Например мощности электролизных установок для получения алюминия зависят от их производительности и достигают 150-180 MB×А. Питание преобразовательных установок электролиза осуществляется трехфазным переменным током частотой 50 Гц на напряжениях до 110 кВ (в зависимости от мощности). Нагрузка их равномерная симметричная. Коэффициент мощности составляет 08—09. Электролизные установки относятся к приемникам первой категории надежности.
Электросварочное оборудование питается напряжением 380 или 220 В переменного тока промышленной частоты. Мощности электросварочного оборудования в зависимости от его типа могут быть от 100 В×А до 10 MB×А. Дуговая электросварка на переменном токе выполняется с помощью одно- или трехфазных сварочных трансформаторов или машинных преобразователей. На постоянном токе применяются сварочные двигатель-генераторы. Для контактной сварки используются одно- или трехфазные сварочные установки.
Электросварочное оборудование работает в повторно-кратковременном режиме. Однофазные сварочные приемники (трансформаторы и установки) дают неравномерную нагрузку по фазам трехфазной питающей сети. Коэффициент их мощности колеблется в пределах 03—07. Сварочные установки по степени надежности относятся ко второй категории.
Мощность электроприводов подъемно-транспортных устройств определяется условиями производства и колеблется от нескольких до сотен киловатт. Для их питания используется переменный ток 380 и 660 В к постоянный ток 220 и 440 В. Режим работы повторно-кратковременный. Нагрузка на стороне переменного трехфазного тока — симметричная. Коэффициент мощности меняется соответственно загрузке в пределах от 03 до 08. По надежности электроснабжения подъемно-транспортное оборудование относится к первой или второй категории (в зависимости от назначения и места работы).
Электрические осветительные установки являются в основном однофазными приемниками. Лампы светильников имеют мощности от десятков ватт до нескольких киловатт и питаются на напряжениях до 380 В. Светильники общего освещения (с лампами накаливания или газоразрядными) питаются преимущественно от сетей 220 или 380 В. Светильники местного освещения с лампами накаливания на 12 и 36 В питаются через понижающие однофазные трансформаторы. Равномерная загрузка фаз трехфазной сети достигается путем группировки светильников по фазам. Характер нагрузки — продолжительный. Коэффициент мощности для светильников с лампами накаливания — 10; с газоразрядными лампами — 096.
Электроосветительные установки относятся ко второй категории надежности. В тех случаях когда отключение освещения угрожает безопасности людей или недопустимо по условиям технологического процесса предусматриваются системы аварийного освещения. Лампы ДРЛ для которых характерно длительное зажигание в таких системах не применяются.
4. Категории электроприёмников и обеспечение надёжности электроснабжения.
По условию задания потребители в основном относятся ко второй и третьей категории потребителей.
В соответствии с ПУЭ:
Электроприемники I категории — электроприемники перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей значительный ущерб народному хозяйству; повреждение дорогостоящего основного оборудования массовый брак продукции расстройство сложного технологического процесса нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.
Электроприемники II категории — электроприемники перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции массовым простоям рабочих механизмов и промышленного транспорта нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.
Электроприемники III категории — все остальные электроприемники не подходящие под определения I и II категорий.
Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.
Для электроприемников II категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.
Допускается питание электроприемников II категории по одной ВЛ в том числе с кабельной вставкой если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 суток. Кабельные вставки этой линии должны выполняться двумя кабелями каждый из которых выбирается по наибольшему длительному току ВЛ. Допускается питание электроприемников II категории по одной кабельной линии состоящей не менее чем из двух кабелей присоединенных к одному общему аппарату.
При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора за время не более 1 суток допускается питание электроприемников II категории от одного трансформатора.
Практика эксплуатации СЭС промышленных предприятий показывает что наиболее надежными являются системы электроснабжения содержащие минимальное количество коммутационных аппаратов смонтированные с высоким качеством при своевременности выполнения профилактического ремонта и замены устаревшего оборудования. На надежность СЭС влияют соответствие пропускной способности элементов сети нагрузкам потребителей; использование перегрузочной способности сети схемы соединения элементов сети; наличие чувствительных быстродействующих защит; наличие или отсутствие в энергосистеме дефицита мощности и запасных резервных элементов.
Следует отметить что развитие электрических сетей по мере роста нагрузок сопровождается повышением надежности энергоснабжения и улучшением использования всех элементов сети в нормальных условиях.
Для обеспечения требуемой надежности питания всех ЭП предприятия при послеаварийных режимах ПУЭ допускают возможность отключения неответственных потребителей в этих режимах.
Исходя из вышеперечисленного выбираем питание от онотрансформаторноой подстанции.
Выбор системы внутрицехового электроснабжения.
1. Основные требования предъявляемые к системе электроснабжения участка токарного цеха УТЦ.
Систем электроснабжения предприятия состоит из источников питания и линий электропередачи осуществляющих подачу электроэнергии к предприятию понизительных распределительных и преобразовательных подстанций и связывающих их кабелей и воздушных линий а также токопроводов обеспечивающих на требуемом напряжении подвод электроэнергии к её потребителям.
Требования предъявляемые к электроснабжению предприятий в основном зависят от потребляемой ими мощности и характера электрических нагрузок особенностей технологии производства климатических условий загрязненности окружающей среды и других факторов.
обеспечивать необходимую надёжность электроснабжения приёмников электроэнергии в зависимости от их категории;
быть удобными и безопасными в эксплуатации;
иметь оптимальные технико-экономические показатели;
иметь конструктивное исполнение обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа.
Ко всему электрооборудованию и питающей сети предъявляются следующие требования:
надежная и бесперебойная работа всего электрооборудования КТП и всего цеха электрических сетей и систем в целом
обеспечение необходимого качества отпускаемой потребителям электроэнергии.
качественная работа всех электроприемников в цехе.
2.Выбор источников питания потребителей электроэнергии.
Основными источниками электроснабжения промышленных предприятий являются энергосистемы. Для повышения эффективности системы электроснабжения и экономии электроэнергии при ее проектировании следует стремиться к сокращению числа ступеней трансформации повышению напряжения питающей сети внедрению подстанций без выключателей с минимальным количеством оборудования применению магистральных линий и токопроводов. Если при взаимном расположении производств и потребляемой ими мощности оптимальное число понизительных подстанций 35 2206 10 кВ оказывается больше единицы то по территории предприятия следует проложить воздушную линию (ВЛ) или кабельную вставку с ответвлениями к подстанциям глубокого ввода (ПГВ) которые располагают в центрах нагрузок групп цехов территориально обособленных на данном предприятии. При этом распределительные устройства напряжением 6 10 кВ ПГВ используют в качестве распределительных пунктов (РП) цехов.
Напряжение каждого звена системы электроснабжения нужно выбирать с учетом напряжений смежных звеньев.
Выбор напряжения питающей сети проводят на основании технико-экономических сравнений вариантов в случаях когда:
- имеется возможность получения энергии от источника питания при двух и более напряжениях;
- предприятие с большой потребляемой мощностью нуждается в сооружении или значительном расширении существующих районных подстанций электростанций или сооружения собственной электростанции;
- имеется связь электростанций предприятий с районными сетями.
Предпочтение отдают варианту с более высоким напряжением даже при экономических преимуществах варианта с низшим из сравниваемых напряжений в пределах до 5 10% по приведенным затратам.
На первых ступенях распределения энергии для питания больших предприятий применяют напряжения 110 220 и 330 кВ.
Напряжение 10 кВ применяют для частичного внутризаводского распределения электроэнергии при:
- наличии крупных электроприемников на напряжении 10 кВ;
наличии удаленных нагрузок и других условий требующих для питания потребителей повышенного напряжения;
- схеме глубокого ввода для питания группы подстанций 1004 066 кВ малой и средней мощности.
Исходя из этого и по условию задания по воздушной линии питания напряжением 10 кВ.
3 Выбор напряжения электрической сети.
Напряжение 10 кВ применяют для внутризаводского распределения энергии:
на крупных предприятиях с наличием двигателей допускающих непосредственное присоединение к сети 10 кВ;
на предприятиях небольшой и средней мощности при отсутствии или незначительном числе двигателей которые могут быть присоединены непосредственно к сети 6 кВ;
при наличии заводской электростанции с напряжением генераторов 10 кВ.
Напряжение 6 кВ применяют:
- при наличии на предприятии значительного количества электроприемников на это напряжение;
- при наличии заводской электростанции на напряжение 6 кВ;
если применение напряжения 6 кВ предопределяется условиями поставки электрооборудования технико-экономическими расчетами или другими особыми соображениями;
- на реконструируемых предприятиях имеющих напряжение 6 кВ в качестве основного для внутризаводского распределения электроэнергии.
При напряжении распределительной сети 10 кВ и небольшом числе двигателей средней мощности (350 800 кВт) следует применять напряжение 6 кВ с использованием схемы блока трансформатор — двигатель.
Напряжение 3 кВ в качестве основного напряжения распределительной сети на новых предприятиях не применяют. Оно не рекомендуется также и в качестве подсобного для питания электродвигателей средней мощности при основном напряжении распределительной сети 10 кВ.
Напряжение 380В применяют для питания силовых общепромышленных электроприемников.
Напряжение 660 В рекомендуется для применения в следующих случаях:
- если по условиям генплана технологии и окружающей среды могут быть осуществлены в должной мере глубокие вводы дробление цеховых подстанций и приближение их к центрам питаемых ими групп электроприемников и в связи с этим имеют место протяженные и разветвленные сети напряжением до 1000 В а также при крупных концентрированных нагрузках; такое положение может быть в некоторых отраслях химической промышленности на лесопромышленных комплексах а в аналогичных производствах;
- при первичном напряжении распределительной сети 10 кВ и при отсутствии на данном предприятии двигателей таких мощностей которые не изготовляются на напряжение 660 В (за исключением мелких) т. Е. в тех случаях когда не потребуется введение промежуточного напряжения между 10 и 066 кВ;
- при больших плотностях нагрузок и мощных цеховых трансформаторах (более 1000 кВА) при которых токи короткого замыкания на стороне вторичного напряжения возрастают до недопустимых для аппаратов величин при напряжении 04 кВ.
Целесообразность применения напряжения 660 В должна обосновываться технико-экономическими сравнениями с напряжением 380220 В с учетом перспективного развития предприятия удешевления электродвигателей 660 В и лучшего их КПД по сравнению с электродвигателями 6 кВ а также с учетом уменьшения потерь электроэнергии в сети 660 В по сравнению с сетью 380 В. С другой стороны должна быть учтена также необходимость частичного сохранения сети 380 В наряду с сетью 660 В в объеме необходимом для питания мелких силовых и осветительных электроприемников катушек пускателей и вторичных цепей что приводит к удорожанию электроустановки и усложнению эксплуатации.
Напряжение на входе цеховой ТП-10кВ. Выбираем напряжение внутрицеховой электрической сети 380220 В.
4 Выбор режима работы нейтрали системы питания сети
Нейтраль сети определена как совокупность соединенных между собой нейтральных точек и проводов может быть изолирована от земли соединена с землей через активное или реактивное сопротивление глухо заземлена.
Выбор способа заземления нейтрали определяется безопасностью обслуживания сети надежностью электроснабжения ЭП и экономичностью. При повреждениях фазной изоляции способ заземления нейтрали оказывает большое влияние на ток замыкания на землю и определяет требования отношении заземляющих устройств ЭУ и релейной защиты от замыканий на землю.
В установках напряжением до 1кВ применяют сети как с глухозаземленной так и с изолированной нейтралью.
С изолированной нейтралью работают следующие сети:
) трехфазные трехпроводные сети до 1кВ (например сети 220 и 660);
) двухпроводные сети постоянного тока;
) все сети НН в которых для обеспечения безопасности людей предусматривают защитные мероприятия не связанные с применением заземления (защитная изоляция разделяющие трансформаторы и др.)
Сети напряжением до 1кВ с изолированной нейтралью – это малоразветвленные сети. К ним относятся как правило трехпроводные сети напряжением 380660В. ЭУ с изолированной нейтралью в соответствии с ПУЭ следует применять при повышенных требованиях в отношении безопасности (торфяные разработки горные карьеры угольные шахты и др.) во избежание опасности пожаров и взрывов и при условии надежного контроля изоляции сети для быстрого обнаружения персоналом замыкания на землю. При этом должна быть обеспечена скорейшая ликвидация замыканий на землю или автоматическое отключение участков при возникновении замыкания на землю. Системы с изолированной нейтралью как правило не имеют четвертого (нулевого) провода поэтому их исполнение экономичное по сравнению с четырех проводной сетью с глухозаземленной нейтралью.
При замыкании на землю система питания сети с изолированной нейтралью не отключается и может работать до отыскания повреждения согласно ПУЭ два с лишним часа. Этого времени достаточно для отыскания дежурным персоналом места повреждения так как режим работы сети при замыкании одной фазы на землю считается не аварийным а лишь аномальным режимом. Питание ЭП при этом не прерывается. Согласно ПУЭ глухое заземление нейтрали применяется:
) в четырех- и пятипроводных сетях НН;
) в трехпроводных сетях постоянного тока.
При глухом заземлении нейтрали замыкание одной фазы на землю является однофазным КЗ (рис. 2.1.) и должно привести к срабатыванию защитных аппаратов отключающих поврежденную линию от сети. Удорожание такой сети вызванное применением заземляющих устройств и защиты от однофазных КЗ компенсируется тем что изоляцию фазных проводников рассчитывают на фазное напряжение (а не на междуфазное как в предыдущих двух случаях).
Рис.1. Однофазное КЗ в сети с глухим заземлением нейтрали
В сетях до 1кВ ПУЭ разрешается применение глухого заземления нейтрали на 380220 В и 220127 В. Отключение поврежденной фазы при ОКЗ предотвращает опасность прикосновения людей к заземленным конструкциям оказавшимся под напряжением. Напряжение на любой фазе по отношению к земле при любых режимах не превышает 250 В благодаря чему обеспечивается совместное питание силовых ЭП и электроосветительных установок.
В сетях 660380В последнее условие не соблюдается а потому они работают с изолированной нейтралью. При ОКЗ поврежденная фаза не отключается на неповрежденных фазах напряжение относительно земли возрастает до 660В питание потребителей не нарушается. Поэтому в сетях 660В осуществляется контроль изоляции с сигнализацией замыкания на землю или автоматическим отключением ЭУ при ОКЗ.
В сетях НН заземление нейтрали в отличие от сетей ВН используют тогда когда это нужно для осуществления защитного зануления или улучшения защитного заземления металлических корпусов электрооборудования. Публикации МЭК и стандарты различают пять типовых сетей трёхфазного переменного тока:
трёхпроводную сеть с изолированной от земли нейтралью в которой в качестве защитного мероприятия от поражения электрическим током используют заземление корпусов электрооборудования (рис. 2.2 а); для такой сети принято сокращённое буквенное обозначение IT в котором первая буква означает изолированную нейтраль (I от французского слова
трёхпроводную сеть с глухозаземлённой нейтралью и как и в предыдущем случае с местным защитным заземлением корпусов – сеть ТТ (рис. 2 б);
четырёхпроводную сеть с глухозаземлённой нейтралью и с использованием нейтрального проводника для зануления корпусов электрооборудования (для заземления их через нулевой нейтральный проводник) – сеть TN-C (рис. 2 в); первая буква обозначения как и в случае сети ТТ означает заземление нейтрали вторая – заземление корпусов через нейтральный проводник (N or euter – «нейтральный») а третья – то этот проводник является одновременно рабочим и защитным (С от comb
Рис. 2. Заземление нейтрали и использование нейтральных
проводников в трёхфазных сетях НН
Рис.3. Эффективность защиты от поражения электрическим током в электрических сетях НН различных типов при простых и комбинированных способах защиты:
I> — защита максимального тока от однофазных КЗ;
Iy> — защита от токов утечки (защитное отключение);
PU-выравнивание потенциала;
) пятипроводную сеть с глухозаземленной нейтралью и отдельными рабочим и защитными нейтральными (нулевыми) проводниками – сеть TN-S (рис. 2 г; буква S от слова serape-раздельный);
) частично четырех- а частично пятипроводную сеть с глухозаземленной нейтралью – сеть TN-C-S (рис 2 д).
Трехпроводные сети типа IT применят тогда когда нет необходимости в рабочем нейтральном проводнике т. Е. когда нет однофазных электроприемников требующих включения на фазное напряжение. К ним относят например сети напряжением 220В и подавляющее большинство сетей напряжением 660 В. В таких же случаях используют и сети типа ТТ отличающиеся большей эффективностью таких защитных мероприятий как защитное заземление и защитное отключение по току утечки.
Наиболее распространенным в настоящее время являются сети типа TN-C позволяющие например реализовать трехфазную систему 220380В.Совмещение рабочего и защитного нейтральных проводников обеспечивает при этом минимальную стоимость сети. Такое совмещение может однако оказаться неприемлемым из-за уменьшенной надежности защитных мероприятий (см. рис. 2.3) и таких случаях прибегают к полностью или частично пятипроводным сетям типов TN-S и TN-C-S.Для повышения эффективности защитных мероприятий используют также повторные заземления защитного нулевого проводника или корпусов электрооборудования показанные на рис. 2 пунктиром.
В данном курсовом проекте выбираем пятипроводную сеть с глухозаземленной нейтралью и отдельными рабочим и защитными нейтральными (нулевыми) проводниками – сеть TN-S
5 Выбор варианта схемы системы электроснабжения.
Схема внутрицеховой сети определяется технологическим процессом производства планировкой помещений цеха взаимным расположением ТП и ЭП и вводов питания расчетной мощностью требованиями бесперебойности электроснабжения технико-экономическими соображениями условиями окружающей среды. Схема должна быть проста безопасна и удобна в эксплуатации экономична удовлетворять характеристике окружающей среды обеспечивать применение индустриальных методов монтажа.
Для внутрицехового распределения электроэнергии следует избегать применения многоступенчатых схем. Не следует допускать схем распределения с недогруженным оборудованием (трансформаторы магистрали кабели). Питание электроприёмников II и III категорий по надёжности электроснабжения рекомендуется осуществлять от однотрансформаторных КТП. Выбор двухтрансформаторных КТП должен быть обоснован. Наиболее целесообразны и экономичны магистральные схемы. Широкое применение получили схемы блоков трансформатор-магистраль без распределительных устройств на подстанциях с применением комплектных шинопроводов. На рис. 4 приведён пример схемы внутризаводского электроснабжения где в питающей сети применены магистральные шинопроводы серии ШМА в распределительной сети – распределительные шинопроводы серии ШРА.
Рекомендуется применять схемы с минимальным количеством промежуточных цеховых распределительных пунктов. На подстанциях со схемой блок-трансформатор – магистраль непосредственно к трансформатору допускается присоединять небольшое распределительное устройство лишь в тех случаях когда это необходимо для бесперебойного питания освещения и некоторых электроприёмников при отключении главной магистрали.
Магистральные схемы с шинопроводами обеспечивают высокую степень надёжности электроснабжения. Их основными достоинствами являются универсальность и гибкость позволяющие производить изменения технологии производства и перестановки производственно-технологического оборудования в цехах без существенного изменения электрических сетей.
Выбор сечений магистралей в цехах с равномерно распределённой нагрузкой электроприёмников может быть выполнен по удельной плотности нагрузки цеха. Это позволяет выполнить электрическую часть проекта без исчерпывающих исходных данных и не сказывается на схеме электроснабжения при возможных в дальнейшем изменениях в размещении технологического оборудования.
При схеме блок-трансформатор – магистраль на КТП устанавливается лишь один выходной автоматический выключатель а при двухтрансформаторных подстанциях предусматривается перемычка с автоматическим выключателем для взаимного резервирования.
Рис.4. Пример магистральной схемы распределения электроэнергии в сетях до 1 кВ при однотрансформаторных подстанциях
В питающих сетях основное применение находят магистрали на токи 1600 и 2500 А. Магистрали на токи до 1000 А и на 4000 А применяются реже. Главные питающие магистрали как правило выполняются в виде закрытых комплектных шинопроводов типа ШМА.
Потери напряжения в магистралях должны быть не более 5%. Исходя из этого длина шинопроводов ШМА при номинальной их нагрузке и коэффициенте мощности 07-08 не должна превышать 220 м на ток 1600 А 180 м на ток 2500 А и 130 м на ток 4000 А. В случае питания от шинопроводов силовых и осветительных нагрузок предельные длины шинопроводов должны быть снижены примерно в 2 раза. Протяжённость магистралей можно значительно увеличить при параллельной работе трансформаторов на стороне 04-069 кВ при этом на стороне низкого напряжения повысится мощность короткого замыкания что важно при наличии низковольтных электроприёмников отрицательно влияющих на качество электроэнергии (сварка вентильные преобразователи и др.).
Наряду с рассматриваемыми схемами блок-трансформатор – магистраль применяются схемы с несколькими (двумя-тремя) магистралями присоединёнными к одному цеховому трансформатору. В этих случаях на цеховой КТП устанавливаются один вводной автоматический выключатель и несколько (по числу магистралей) линейных. Такие схемы применяются в крупных цехах с трансформаторами мощностью 2500 и 1600 кВА и большим числом электроприёмников. При этой схеме аварии на одной магистрали зона простоя меньше чем при блочной схеме.
Применяется также смешанная схема при наличии на цеховой подстанции одной – двух магистралей и нескольких отходящих линий как правило небольшой мощности.
Распределительные цеховые сети могут быть выполнены по магистральным или радиальным схемам.
Магистральные схемы целесообразно выполнять с помощью распределительных комплектных шинопроводов серии ШРА на токи до 600 А.
Распределительные шинопроводы применяются в первую очередь для питания электроприёмников цехов с изменяющейся технологией периодически обновляющимся станочным парком и т.п. при рядном расположении оборудования. Проводку к механизму от шинопровода выполняют обычно открытым способом. Распределительные шинопроводы рекомендуется применять с ответвительными коробками оборудованными предохранителями.
Распределительные шинопроводы присоединяют к главным магистралям (рис. 2.4) или сборным шинам цеховой подстанции. Для удобства эксплуатации распределительные шинопроводы устанавливаются как правило на высоте 25 –3 м от пола цеха.
Радиальные схемы внутрицеховых питающих сетей применяют когда невозможно выполнение магистральных схем по условиям территориального размещения электрических нагрузок а также по условиям среды.
При радиальных схемах на цеховых подстанциях предусматриваются распределительные устройства до 1 кВ (комплектные распределительные устройства сборки щиты и т.д.) от которых отходит значительное число линий питающих распределительные пункты или электроприёмники крупной и средней мощности (рис. 5). Схема требует установки на подстанциях большого числа коммутационных аппаратов и значительного расхода кабелей. Схема лишена гибкости присущей магистральным схемам. Даже небольшие изменения в расположении технологического оборудования и мощности электроприемников могут вызвать необходимость переделки существующей сети. Поэтому область применения радиальных цеховых сетей ограничена. Они рекомендуются в цехах с взрывоопасной средой или в производствах с химически активной или пожароопасной средой. Радиальные распределительные сети выполняются в основном с применением распределительных пунктов или щитов и шкафов станций управления.
Рис. 5. Пример радиальной схемы распределения электроэнергии
Выбираем смешанную схему электроснабжения: от главной питающей магистрали ШМА идёт ответвление на ШРА1 ШРА2 ШРА3; РП1 питается от ШРА2. От РП1 питаются оборудования №8141920; от ШРА1 питаются установки №22-30; от ШРА2 питаются установки №9-21; от ШРА3 питаются установки № 1-7.
Расчет системы электроснабжения прессового участка токарного цеха.
1 Определение расчетных электрических нагрузок.
Для заданного в задании электрооборудования выбираем коэффициент использования коэффициент мощности коэффициент спроса и tgφ. Все параметры для заданного оборудования сводим в таблицу 1.
Наименование установки
Токарно-револьверный многоцелевой станок
Токарный станок с ЧПУ
Сверильно-фрезерный станок
Токарный станок с ЧПУ повышенной точности
Координатно-сверильный горизонтальный станок
Токарный многоцелевой прутково-патронный модуль
Токарный вертикальный полуавтомат с ЧПУ
Координатно-сверильный вериткальный станок
Т.к. все оборудование по условию задания относится ко второй категории то электроснабжение будет производиться от одного трансформатора.
Разобьем все оборудование на несколько групп:
От РП1 питаются оборудования №8141920; от ШРА1 питаются установки №22-30; от ШРА2 питаются установки №9-21 и РП1; от ШРА3 питаются установки № 1-7.
Приведем нагрузку 3-х фазного ПКР к длительному режиму:
Рн=Рп*=52*=4 кВт – кран-балка
Рн=Рп*=15*=58 кВт – строгальный станок
Рн=Рп*=15*=058 кВт – шлифовальный станок
Рн=Рп*=3*=116 кВт – наждачный станок
Рассчитаем нагрузку на каждую из фаз.
Как видно из расчета максимально загружена фаза В минимально фаза С и А. Определим величину неравномерности распределения нагрузок по фазам по формуле:
где – Рф.нб – наиболее загруженная фаза;
Рф.нм – наименее загруженная фаза.
Т.к. Н>15% и включение на фазное напряжение условная 3-фазная мощность будет находиться по формуле
Ру(3)=3*Рф.нб=3*96=288 кВт
Ру(3)=3*Рф.нб=3*232=7 кВт
Исходя из вышеприведенного составим таблицу нагрузки.
Приведенная нагрузка кВт
Строгальный станок 58 кВт
Шлифовальный станок 058 кВт
Наждачный станок 7 кВт
Токарно-револьверный многоцелевой станок 2×10 кВт
Токарный станок с ЧПУ 2×8 кВт
Сверильно-фрезерный станок 2×64 кВт
Токарный станок с ЧПУ повышенной точности 4×92 кВт
Координатно-сверильный горизонтальный станок 3×125 кВт
Сверильно-фрезерный станок 2×18 кВт
Токарный многоцелевой прутково-патронный модуль 2×18 кВт
Токарный вертикальный полуавтомат с ЧПУ 3×35 кВт
Координатно-сверильный вериткальный станок 3×11 кВт
Дополнительная нагрузка
Составим сводную ведомость нагрузок (приложение 1).
2 Выбор числа и мощности трансформаторов и типа подстанции
В соответствии с приложением 1 получили что максимальная нагрузка на трансформатор составляет 154402 кВА. Исходя из этой цифры и выбираем трансформатор ТМ3-250010. Исходя из того что потребители относятся ко II категории надежности то трансформаторная подстанция выполняет на базе одного трансформатора без резервного переключения на другую питающую линию. В современных условиях проектирования необходимо учитывать что предпочтение отдается комплектному оборудованию. На предприятиях промышленности широко применяют комплектные трансформаторные подстанции которые изготовляют для внутренней (КТП) и наружной (КТПН) установок. Так как внутри отделения свободного места для установки подстанции недостаточно то целесообразнее применение КТПН. В результате выбираем КТПН – 250010.
Рассчитаем коэффициенты запаса:
Параметры трансформатора:
3 Выбор местоположения трансформаторной понизительной подстанции
Определить местоположение подстанции – это значит найти координаты центра нагрузок. Определение центра нагрузок приведено в приложении 2 где схематично сняты координаты с приблизительным значением положения оборудования цеха (точки 1 – 30). В выбранном масштабе изображения в одном сантиметре приблизительно 213 метра. В соответствии с выбранным масштабом переведем координаты в натуральную величину умножив на 0213. Примем что у наименьшей нагрузки радиус Rа=01 м. Мощность данной установки Р=058 кВт. Определим масштаб активных нагрузок mа.
Считаем радиусы нагрузок всего остального оборудования по формуле:
Сводим результаты расчета в Приложение 2.
определяются реактивные нагрузки каждой установки по формуле:
Определяются условные центры электрической нагрузки по формулам.
В результате получаем следующие соотношения:
Ха0==2777 м Yа0==1402 м
В ходе расчетов получили что оптимальное местоположение ТП в точке А с координатами (2777;1402) однако ввиду того что место занято оборудованием и исходя из условия задания ТП расположена в пристройке здания цеха металлоизделий.
Аналогично рассчитывается и расположение компенсирующего устройства
Хр0==2861 м Yр0==1301 м
Получили точку В с координатами (2861; 1301) метров
Правила установки электрооборудования рекомендуют для определения расчетного экономического сечения S метод экономической плотности тока.
где S - экономическое сечение провода мм2;
Iм.р. – максимальный расчетный ток в линии при нормальном режиме работы А;
jэк – экономическая плотность тока Амм2 принимаем для алюминиевого провода 19
Полученное значение экономического сечения приводим к ближайшему стандартному значению.
Рассчитываем токи для всего оборудования:
Кроме того необходимо подобрать кабели соединяющие распределительные пункты РП1 с шинопроводом. В приложении 1 рассчитана общая нагрузка на РП1 S=4062 кВА находим предельный допустимый ток на РП1.
Sэк.РП1=61719=324 мм2
Выбираем провод для РП1 сечением S=25 мм2 максимально-допустимым током I=70 А.
Выбираем сечение магистрального шинопровода. Мощность составляет 20602 кВА
SэкШМА=334819=17619 мм2
Выбираем алюминиевый прямоугольный шинопровод размеры шины 30х4 S=120 мм2 допустимый ток 365 А. Присоединение к РУНН через алюминиевые провода сечением 120 мм2 Iдоп=365 А.
Выбираем сечение Радиальных шинопроводов ШРА1 ШРА2 и ШРА3. Мощность ШРА1 составляет 2230 кВА ШРА2 – 8556 кВА ШРА3 – 1135 кВА
SэкШРА1=338819=178 мм2
SэкШРА2=13019=6842 мм2
SэкШРА3=172419=9076 мм2
Выбираем для ШРА1 ШРА2 и ШРА3 Круглые алюминиевые шины d=8 мм2 Iдоп=180 А.
5 Расчет потери напряжения в сети.
Расчет потери напряжения рассчитывается по следующей формуле:
Как видно из приведенных расчетов потери на основных линия составляют незначительную величину и поэтому не способны повлиять на работу установок.
6Расчет токов короткого замыкания
В соответствии с рекомендациями ПУЭ по расчету токов короткого замыкания произведем расчет токов КЗ для наиболее нагруженных и удаленных ЭП на линиях ТП-ШМА-ШРА2-РП1-8 ТП ШМА-ШРА3-22 ТП-ШМА-ШРА3-24
Расчёт токов однофазного КЗ:
Для трансформатора мощностью 2500 кВА значения сопротивлений:
Переходные сопротивления: присоединения к ШМА Rст=15 мОм
присоединения к ШРА23 Rст=20 мОм
Рассчитаем токи КЗ в системе ТП-ШМА- ШРА2-РП1-8
Rн1=Rт +Rпшма+Rст1=192+48+15=2172 мОм
Хн1=Хт+Хпшма=1038+544=1582 мОм
Rн2=Rн1+ Rпшра+Rст2=2172+1188=336 мОм
Хн2=Хн1+Хпшра=1582+1188=277 мОм
Rн3=Rн2+ Rкл1+Rст3=336+10+25=686 мОм
Хн3=Хн2+Хкл1=277+072=2842 мОм
Rн4=Rн3+ Rкл2 =686+195=881 мОм
Хн4=Хн3+Хкл2=2842+095=2937 мОм
Iк1(1)=Uкф(Zн1+Zт3)=230(269+10563)=756 кА
Iк2(1)=Uкф(Zн2+Zт3)=220(435+10563)=489 кА
Iк3(1)=Uкф(Zн3+Zт3)=220(743+10563)=295 кА
Iк4(1)=Uкф(Zн4+Zт3)=220(928+10563)=228 кА
Токи КЗ в системе ТП-ШМА- ШРА3-22
Rн1=Rт +Rпшма+Rст1=192+84+15=2532 мОм
Хн1=Хт+Хпшма=1038+95=1988мОм
Rн2=Rн1+ Rпшра+Rст2=322+836+20=6056 мОм
Хн2=Хн1+Хпшра=1988+836=2824 мОм
Rн3=Rн2+ Rкл=6056+624=668 мОм
Хн3=Хн2+Хкл=2824+022=2844 мОм
Iк1(1)=Uкф(Zн1+Zт3)=230(322+10563)=644 кА
Iк2(1)=Uкф(Zн2+Zт3)=220(6682+10563)=312 кА
Iк3(1)=Uкф(Zн3+Zт3)=220(726+10563)=289 кА
Токи КЗ в системе ТП-ШМА- ШРА3-24
Rн2=Rн1+ Rст2=322532+20=4532мОм
Rн3=Rн2+ Rкл=4532+39=4922 мОм
Хн3=Хн2+Хкл=1988+02=20мОм
Iк2(1)=Uкф(Zн2+Zт3)=220(495+10563)=415 кА
Iк3(1)=Uкф(Zн3+Zт3)=220(20+10563)=38 кА
7 Расчет и выбор средств компенсации реактивной мощности
Для выбора компенсирующего устройства КУ необходимо знать:
-расчетную реактивную мощность КУ;
-тип компенсирующего устройства;
Компенсация реактивной мощности по опыту эксплуатации проводят до получения значения cosφ=092 095.
Примем что cosφ=095 тогда tgφ=032
Расчетную реактивную мощность КУ можно определить из соотношения Qк.р.=α*Рм*( tgφ- tgφК).
где Qк.р. – расчетная мощность КУ квар;
α – коэффициент учитывающий повышение cosφ естественным способом принимается 09;
tgφ tgφК – коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации.
Qк.р.=09*18344*(051-033)=297квар
В соответствии с данным расчетом выбираем компенсирующее устройство УК4-038-50 УЗ номинальная мощность 50 квар.
Определим фактическое значение tgφФ по формуле
tgφФ= tgφФ-Qк.н.(α*Рм)=051-50(09*18344)=02
8 Расчет потери мощности и электроэнергии
Общую величину потерь ΔРт активной мощности в трансформаторе определяют по формуле:
где ΔРст – потери в стали кВт; (зависят только от мощности трансформатора)
ΔРоб – потери в обмотках кВт; ΔРобΔРкз; ΔРстΔРхх
Кз – коэффициент загрузки трансформатора.
ΔРкз=24000 кВт ΔРхх=3750 кВт Кз=062
ΔРт=3750+24000*0622=129756 кВт
Общую величину потерь ΔQт реактивной мощности в трансформаторе определяют:
где ΔQст – потери реактивной мощности на намагничивание квар;
ΔQрас – потери реактивной мощности рассеяния в трансформаторе при номинальной нагрузке квар.
ΔQстiхх*Sн.т=0008*2500=20 квар
ΔQрасuк.з*Sн.т=0.06*2500=150 квар
ΔQт=20+150*0622=77.66 квар
На основании потерь мощности в трансформаторе можно определить потери электроэнергии. Для определения потерь электроэнергии применяют метод основанный на понятиях времени использования потерь и времени использования максимальной нагрузки Тм.
Время максимальных потерь – условное число часов в течении которых максимальный ток протекающий непрерывно создает потери энергии. равные действительным потерям энергии за год.
Время использования максимума нагрузки Тм – условное число часов в течении которых работа с максимальной нагрузкой передает за год столько энергии сколько при работе по действительному графику.
при =08 и t=6000 ч =4600 ч
Потери активной энергии в трансформаторе:
ΔWат=ΔWст+ΔWоб=ΔРст*t+ΔРоб*Кз2*
ΔWат=3750*6000+24000*0.622*4600=649*107 кВт*ч
Потери реактивной энергии в трансформаторе:
ΔWрт=Sнт*(iхх*t+uкз*Кз2*)=2500*(0008*6000+006*0622*4600)=
Полные потери энергии в трансформаторе:
Сопротивление заземляющего устройства (ЗУ) по ПУЭ к которому присоединены нейтрали трансформаторов или генераторов в любое время года не должно превышать 4 Ом при линейном напряжении 380 В. Для эффективности заземляющего устройства его необходимо рассчитать.
Принимаем расчетное сопротивление ЗУ RЗУ = 4 Ом.
Определение расчетного удельного сопротивления грунта:
где Ксез – коэффициент сезонности учитывающий промерзание и просыхание грунта для климатической зоны Тульская область находится во второй климатической зоне:
-для вертикальных заземлителей Ксез=17;
-для горизонтальных заземлителей Ксез=40.
Выбираем удельное сопротивление грунта по заданию грунт в районе здания – супесь. Для супеси ρгр=300 Ом*м.
В качестве вертикальных заземлителей принимаем стальной уголок 75×75×8
Приближенно сопротивление одиночного вертикального заземлителя определяется:
; rв=03*510=153 Ом*м
Определяем расчетное количество вертикальных электродов без учета экранирования:
где RЗУ – расчетное сопротивление заземляющего устройства RЗУ=4 Ом.
Принимаем N’B.P=39 шт.
с учетом экранирования:
а) а=3м – расстояние между вертикальными электродами;
б) LB=3м – длина вертикального электрода.
По отношению aLB и N’B.P определяем значение коэффициента использования электродов в=04
Определяем общую длину горизонтального провода по (2.33):
Определяем уточенные значения сопротивлений вертикальных и горизонтальных электродов.
Принимаем в=02 г=01.
Определяем общее сопротивление заземляющего устройства (учитываем что вертикальные и горизонтальные заземлители соединены параллельно):
т.к. Rз.уRз.у.доп то данное заземляющее устройство будет эффективным т.е. будет обеспечивать необходимые нормы безопасности при КЗ.
10Расчёт защитного зануления для оборудования цеха и выбор нулевых защитных проводников.
Зануление - это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока с глухозаземленным выводом источника однофазного тока с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока выполняемое в целях электробезопасности.
Зануление обеспечивает защиту от поражения электрическим током при замыкании на корпус за счет ограничения времени прохождения тока через тело человека и за счет снижения напряжения прикосновения.
Расчет зануления имеет целью определить условия при которых оно надежно выполняет возложенные на него задачи - быстро отключает поврежденную установку от сети и в то же время обеспечивает безопасность прикосновения человека к зануленному корпусу в аварийный период. В соответствии с этим зануление рассчитывают на отключающую способность. При этом в соответствии с ПУЭ должны выполняться следующие требования:
В системе TN время автоматического отключения питания не должно превышать при номинальном фазном напряжении 380В время наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения питания 02с.
Расчет зануления на отключающую способность заключается в определении параметров нулевого защитного проводника (длина сечение материал) и максимальной токовой защиты при которых ток однофазного короткого замыкания возникающий при замыкании фазного провода на зануленный корпус вызвал бы срабатывание максимальной токовой защиты за указанное выше время.
Выбираем сечение нулевого защитного провода Sн.з. исходя из условия Rн.з. 2Rф.
Если фазный и нулевой защитный проводники выполнены из одного металла то Sн.з. 0.5Sф.
Sф=16мм - Sн.з=10мм;
Sф=120мм - Sн.з=70мм;
Для приема и рапределения электрической энергии в силовых цепях трехфазного тока напряжением до 660В и для защиты их от перегрузок и токов КЗ применяют растпределительные пункты серии РП85.
Произведем выбор распределительного пункта РП1:
Для РП1 выбираем ПР 85-3-008; Iном=180 А рабочий ток составляет Iн.р=140 А
Все оборудование систему должно быть надежно защищено от токов короткого замыкания. Защита может быть выполнена в виде предохранителя с плавкой вставкой или автоматического выключателя. Рассчитаем токи каждой установки и произведем выбор автоматических выключателей исходя из условия что Iн.а≥Iн.р
По расчетам приведенным в таблице 5 производим выбор аппаратуры защиты и магнитных пускателей:
Токарно-револьверный многоцелевой станок - ПМЕ-212 Iн=25А
Кран-балка - ПМЕ-112 Iн=10А
Токарный станок с ЧПУ - ПМЕ-112 Iн=10А
Сверильно-фрезерный станок - ПМЕ-112 Iн=10А
Токарный станок с ЧПУ повышенной точности - ПМЕ-112 Iн=10А
Координатно-сверильный горизонтальный станок - ПМЕ-212 Iн=25А
Строгальный станок - ПМЕ-112 Iн=10А
Шлифовальный станок - ПМЕ-112 Iн=10А
Токарный многоцелевой прутково-патронный модуль - ПМЕ-212 Iн=25А
Токарный вертикальный полуавтомат с ЧПУ - ПМЕ-411 Iн=63А
Координатно-сверильный вертикальный станок - ПМЕ-212 Iн=25А
Автоматические выключатели выбираются из условия Iн.а≥Iуст
Примем для трехфазной нагрузки защиту с помощью автоматических выключателей. т.к. они сработают при однофазном к.з.
Для однофазной нагрузки защита выполняется с помощью предохранителя с плавкой вставкой:
Кондиционер – ПР2; Iн=60 А; Iоткл=55 кА;
Наждачный станок – ПР2; Iн=15 А; Iоткл=12 кА;
Кроме того все соединения ШРА РП с ШМА также должны быть защищены от короткого замыкания с помощью автоматических выключателей.
При расчете нагрузки мы рассчитывали максимальный ток на ШРА1 ШРА2 ШРА3 РП1.
Таким образом выбираем для:
РП1 АЕ-2046 Iн.а=63 А; Iн.р=63 А; Iотк.=6 кА
ШРА1 А-3163 Iн.а=50 А; Iн.р=50 А; Iотк.=2 кА
ШРА2 А-3714Б Iн.а=160 А; Iн.р=160 А; Iотк.=18 кА
ШРА3А-31134 Iн.а=200 А; Iн.р=200 А; Iотк.=19 кА
Для присоединения ШМА к трансформатору также необходимо выбрать автоматический выключатель исходя из условия что Iм=335 А
Выбираем Автоматический выключатель серии А-3734Б Iном=350 АIуст=350 А Iотк.=19 кА
Учитывая рассчитанные токи КЗ выбираем воздушные выключатели для следующих ЭП по условию Iн.а≥Iуст:
Токарно-револьверный многоцелевой станок - АЕ 2050М Iн=16А
Кран-балка - АЕ 2050М Iн=16А
Токарный станок с ЧПУ - АЕ 2050М Iн=16А
Сверильно-фрезерный станок - АЕ 2050М Iн=16А
Токарный станок с ЧПУ повышенной точности - АЕ 2050М Iн=16А
Координатно-сверильный горизонтальный станок - АЕ 2050М Iн=16А
Строгальный станок - АЕ 2050М Iн=16А
Шлифовальный станок - АЕ 2050М Iн=16А
Токарный многоцелевой прутково-патронный модуль - АЕ 2050М Iн=31А
Токарный вертикальный полуавтомат с ЧПУ - АЕ 2050М Iн=63А
Координатно-сверильный вертикальный станок - АЕ 2050М Iн=16А
В ходе выполнения курсового проекта научились разрабатывать систему внутрицехового снабжения расчет и распределение нагрузок выбирать трансформаторную подстанцию. Также рассчитывать проводящие элементы системы снабжения. Выбирать аппаратуру защиты.
На основании проведенных расчетов можно сделать следующий вывод:
-спроектированная система будет обеспечивать нормальную работу технологического оборудования в течение длительного времени при условии отсутствия различного рода повреждений в элементах сети;
-при возникновении перегрузок или при коротких замыканиях система должна обеспечивать аварийное отключение поврежденных участков посредством срабатывания элементов защиты – автоматических выключателей.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Барыбин Ю.Г. Справочник по проектированию электроснабжения – М.: Энергоатомиздат 1990.
Липкин Б. Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.: Высшая школа 1981.
Сибикин Н. Б. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.: Недра 2001.
Правила устройства электроустановок. Госэнергонадзор 2001.
Цигельман И.Е. Электроснабжение гражданских зданий и коммунальных предприятий – М.: Высш.шк. 1988.