Электроснабжение блока цехов моторного завода

Генплан-А1.dwg

блока цехов моторного
схема внутризаводской сети 10 кВ
Инструментальный цех
к инструментальному цеху
к инженерному корпусу

Базылюк-исправления.doc

4.3 Выбор распределительных шинопроводов
Магистральные и распределительные шинопроводы выбираются таким образом чтобы номинальный ток шинопровода был не меньше расчетного тока т.е.
Если распределительный шинопровод подключается не в конце то он выбирается по расчетному току наиболее нагруженного плеча.
Выбор распределительного шинопровода покажу на примере шинопровода РШ1 питающего группу потребителей 33-40 51.
Расчетный ток шинопровода:
Выбираем распределительный шинопровод ШРА4–250 с =250 А. .
Проверяем выбранный шинопровод по условию (4.3):
Выбор двух других распределительных шинопроводов произведен аналогично результаты сведены в таблицу 4.5. Для шинопровода РШ3 который подключается не в конце принимаем что место подключения является центром нагрузки (плечи загружены на половину расчётной мощности).
4 Расчёт троллейной линии
В мостовом кране мы используем специальные крановые асинхронные двигатели с фазным ротором серии MTKF. Расчётный ток группы Iр=219 А.
Расчет троллейных линий сводится к выбору размеров угловой стали или типа троллейного шинопровода удовлетворяющих условиям нагрева и допустимой потере напряжения. Первое условие: проверяют сравнивая расчетный ток Ip с допустимым током угловой стали Iдоп или номинальным током троллейного шинопровода Iн.
В качестве троллей будем использовать угловую сталь. По таблице выбираю сечение угловой стали. Принимаю сечение угловой стали 25253 Iдоп=150 А. . Проверяем выбранное сечение на соответствие условию (4.4):
Условие выполняется.
Вычисление расчётного и пикового тока группы крановых двигателей производится по формулам (2.4)-(2.6).
Далее применяем метод расчётных коэффициентов. Для крановых установок в которых применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором малой мощности Ku=035 cosj=05 tgj=173.
Определяем эффективное число электроприемников:
Коэффициент расчетной нагрузки принимаем k р=232.
Активная расчётная нагрузка группы электроприемников:
Реактивная мощность группы электроприемников:
Далее определим полную мощность расчетной нагрузки и расчетный ток:
Пиковый ток по формуле (2.6):
Выбранные стальные крановые троллеи должны быть проверены по потере напряжения. Расчёт потерь производится с использованием специальных таблиц [5] по формуле:
где m – удельная потеря напряжения зависящая от пикового тока группы двигателей и размеров угловой стали %м;
L – длина троллеи или наиболее длинного плеча м.
Потеря напряжения в троллеи весьма незначительна. Напряжение на зажимах электродвигателей крана не должно быть ниже 85% во всех режимах работы.
Номинальные данные выбранных автоматических выключателей

План цеха-А1.dwg

План инструментального цеха
блока цехов моторного
схема внутрицеховой сети 0

Моторный завод.doc

Министерство образования Республики Беларусь
Белорусский национальный технический университет
кафедра: «Электроснабжение»
«Электроснабжение блока цехов моторного завода»
выполнил:Базылюк Д. В.
руководитель:Прима В. М.
Выбор электродвигателей их коммутационных и защитных аппаратов4
Определение электрических нагрузок19
Выбор схемы и расчёт внутрицеховой электрической сети27
Выбор цеховых трансформаторов и расчёт компенсации реактивной мощности38
Построение картограммы электрических нагрузок42
Разработка схемы электроснабжения предприятия на напряжении выше 1 кВ44
Выбор сечений токоведущих элементов и электрических аппаратов напряжением выше 1 кВ48
Электрические измерения и учёт электроэнергии51
План цеха для которого проектируется и рассчитывается схема сети напряжением до 1 кВ разработан самостоятельно план блока цехов предприятия – также.
Курсовое проектирование отличается от процесса технического проектирования выполняемого в большинстве случаев по типовым схемам с максимальным использованием средств автоматического проектирования. Кроме того в данном курсовом проекте не рассмотрены ряд вопросов имеющих немалое практическое значение таких как надёжность схемы электроснабжения экономическое обоснование принимаемых решений светотехнический и электротехнический расчёты объектов. В ряде случае выбор схем и оборудования проводится по упрощённым методикам например токопроводящие элементы не проверяются на потери напряжения.
Выбор электродвигателей их
коммутационных и защитных аппаратов
1 Выбор электродвигателей
Выберем асинхронные электродвигатели серии АИ с синхронной частотой вращения n=1500 обмин предназначенные для продолжительного режима работы. Для питания потребителей ремонтно-механического цеха будем применять напряжение цеховой сети 220380 В. Так как среда в помещении цеха нормальная то устанавливаемые двигатели должны иметь исполнение IP23 или IP44. Большинство станков имеют многодвигательный привод поэтому принятые механические мощности рассматриваются как суммарные мощности всех двигателей станка.
Мощность электродвигателей производственных механизмов выбирается по условию (2.1)
где – номинальная мощность выбранного двигателя по справочнику кВт;
– механическая мощность производственного механизма кВт.
Для примера покажу порядок выбора электродвигателей для двух производственных механизмов: однодвигательного и многодвигательного.
Для привода механизмов фрезерных станков №1-4 требуется механическая мощность в Рмех=175 кВт. Выберем три двигателя Рд1=11 кВт (АИР132М4) Рд2=55 кВт (АИР112М4) Рд3=15 кВт (АИР80В4):
Для привода шлифовального станка №5 требуется механическая мощность Рмех=995 кВт. Выберем один двигатель Рд=11 кВт:
Тип и паспортные данные по выбранным двигателям к другим станкам приведены в таблице 2.1.
Выбор двигателей для привода механизмов имеющегося в цеху мостового крана производится аналогично но следует выбирать специальные крановые двигатели.
Паспортные данные выбранных электродвигателей
Наименование станков и оборудования
Количество единиц оборудования
Мощность механизма кВт
Мощность двигателя кВт
Фрезерный станок 675П-1
Шлифовальный станок 3601
Токарный станок 16Т02П
Токарный станок 1Б240П-6
Токарный станок 1П140П
Механизм открывания ворот
Сверлильный станок 2Г175
Сверлильный станок 1032
Сверлильный станок МР75м
Шлифовальный станок 3А622
Продолжение таблицы 2.1
Шлифовальный станок 3М175
Фрезерный станок 6Р18Г
Шлифовальный станок 3Е710А
Сантехнический вентилятор
Фрезерный станок 6305
Токарный станок 1Б240Б
Шлифовальный станок 3У142
Фрезерный станок 6М1МД
2 Выбор плавких предохранителей
В качестве аппаратов защиты электроприемников от коротких замыканий возможно применять плавкие предохранители с наполнителем типа НПН2 и ПН2.
Номинальный ток плавкой вставки предохранителя определяется по величине длительного расчетного тока (2.2) и по условию перегрузок пусковыми токами (2.3):
где – номинальный ток плавкой вставки А;
Iр– длительный расчетный ток А.
где – максимальный кратковременный ток А;
– коэффициент кратковременной тепловой перегрузки.
Длительным током для одиночных двигателей считается их номинальный ток а для группы двигателей – расчётный ток определённый методом расчётных коэффициентов.
Критическим током одиночных двигателей считается их пусковой ток а для группы двигателей рассчитывается пиковый ток группы (при пуске самого мощного из них).
При легких условиях пуска a=25 (tпуск=2 3 с); при тяжелых a=16 20 (tпуск10 с). При расчетах примем a=25.
Номинальный ток электродвигателя определяется по выражению:
где номинальная мощность двигателя кВт;
номинальное напряжение двигателя В;
к.п.д. двигателя при номинальной нагрузке;
– номинальный коэффициент мощности двигателя.
Пусковой ток двигателя:
где кратность пускового тока по отношению к номинальному току двигателя.
где коэффициент использования двигателя наибольшего по мощности;
расчетный ток группы двигателей А;
пусковой ток двигателя наибольшего по мощности А;
номинальный ток двигателя наибольшего по мощности А.
Для примера покажу порядок выбора плавких предохранителей для двух производственных механизмов: однодвигательного и многодвигательного.
Для привода механизмов фрезерных станков №1-4 выбраны три двигателя Рд1=11 кВт (АИР132М4) Рд2=55 кВт (АИР112М4) Рд3=15 кВт (АИР80В4). Определим номинальные токи каждого из них расчётный ток группы и пиковый ток группы:
Далее применяем метод расчётных коэффициентов. Для фрезерного станка Ku=014 cosj=05 tgj=173.
Определяем эффективное число электроприемников:
Коэффициент расчетной нагрузки принимаем k р=471.
Активная расчётная нагрузка группы электроприемников:
Реактивная мощность группы электроприемников:
Далее определим полную мощность расчетной нагрузки и расчетный ток:
Пиковый ток по формуле (2.6):
По условиям (2.2) и (2.3) выбираем плавкий предохранитель ПН2-100 (или ПН2-250) с номинальным током плавкой вставки Iвс=80 А.
Для привода шлифовального станка №5 выбран один двигатель Рд=11 кВт Iном=22 А.
Рассчитаем пусковой ток по формуле (2.5):
По условиям (2.2) и (2.3) выбираем плавкий предохранитель ПН2-100 (или ПН2-250) с номинальным током плавкой вставки Iвс=80 А.:
Для остальных двигателей плавкие предохранители выбираем аналогично а результаты сводим в таблицу 2.2.
Для сварочных трансформаторов №44-45 Рсв=108 кВт. Iп=164 А выбор тока плавкой вставки предохранителя производится по следующему условию:
где Iп – паспортный ток сварочного трансформатора А;
ПВп – паспортная продолжительность включения (принимаем 05).
Выбираем предохранитель НПН2-63 с номинальным током плавкой вставки Iвс=16 А.:
Установку выбранных предохранителей планируется производить в распределительных шкафах или в ответвительных коробках распределительных шинопроводов к которым будут подключены все станки. Электродвигатели кран-балки будут питаться от распределительного шинопровода через ящик с автоматическим выключателем поэтому для этой группы выбирать предохранитель не требуется (в коробке шинопровода будет установлен рубильник).
Номинальные данные выбранных предохранителей
Продолжение таблицы 2.2
3 Выбор магнитных пускателей
Для управления электродвигателями станков произведем выбор нереверсивных магнитных пускателей серии ПМЛ с тепловым реле РТЛ. А для управления двигателями кран-балки следует выбирать реверсивные магнитные пускатели той же серии.
Магнитные пускатели предназначены для дистанционного управления (пуска останова реверса). В комплекте с тепловым реле пускатели выполняют нулевую защиту и защиту от перегрузок.
Магнитные пускатели следует выбирать из условия (2.7).
где – номинальный ток двигателя А;
– номинальный ток пускателя (силовых контактов) А.
Номинальный ток расцепителя теплового реле Iн.р выбираем исходя из условия:
Для примера покажу порядок выбора магнитного пускателя одного из двигателей фрезерных станков №1-4 – Рн=11 кВт (АИР132М4) Iн=2195 А
Выбираем пускатель ПМЛ210004 c номинальным током Iнп=25 А. Пускатель имеет тепловое реле типа РТЛ-102204 с Iнр= 25 A среднее значение тока теплового элемента Iс.т.э=215 A пределы регулирования тока уставки теплового реле 18 25 A.
Проверяем выбранные аппараты по условиям (2.7) и (2.8):
Магнитные пускатели и тепловые реле для остальных двигателей выбираем аналогично а результаты сводим в таблицу 2.3.
Магнитные пускатели и тепловые реле выбираются для каждого отдельного двигателя производственных механизмов.
Номинальные данные выбранных магнитных пускателей и тепловых реле
магнитного пускателя
Продолжение таблицы 2.3
3 Выбор автоматических выключателей
Для защиты питающих проводников проложенных от распределительных шкафов или шинопроводов от токов коротких замыканий и перегрузок могущих возникнуть в ходе эксплуатации электрооборудования сстанков используют автоматические выключатели. В настоящее время используются автоматические выключатели серии BA. Номинальные токи автомата Iна и его расцепителей Iнр выбираем по длительному расчетному току линии:
Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного или комбинированного расцепителя проверяется по максимальному кратковременному току линии:
Как и плавкие предохранители автоматические выключатели выбирается для всего электрооборудования станка.
Для примера покажу порядок выбора автоматического выключателя и уставки электромагнитного расцепителя для многодвигательного станка.
Для привода механизмов фрезерных станков №1-4 выбраны три двигателя Рд1=11 кВт (АИР132М4) Рд2=55 кВт (АИР112М4) Рд3=15 кВт (АИР80В4). Расчётный ток группы Iр=195 А пиковый ток – Iпик=1814 А.
Выбираем автоматический выключатель ВА51Г-25 ток которого Iна=25А Iнр=25 A Iсрэ=250 А.
Проверяем по условиям (2.9)-(2.11):
0 >125·1814=2268 A .
Остальные автоматы выбираем аналогично а их данные сводим в таблицу 2.4.
Автоматические выключатели устанавливаются в качестве входного коммутационного аппарата на каждом из станков. Для мостового крана автоматический выключатель устанавливается в ящике подключённому к шинопроводу.
Номинальные данные выбранных автоматических выключателей
Продолжение таблицы 2.4
Определение электрических нагрузок цеха
Определение расчетных нагрузок групп электроприемников и цеха в целом произведем с использованием коэффициента расчетной нагрузки согласно «Указаниям по расчету электрических нагрузок» РТМ 36.18.32.4 – 92 ВНИПИ «Тяжпромэлектропроект» (г. Москва). Данный метод разработан взамен метода упорядоченных диаграмм.
Согласно данному методу расчетная активная мощность группы электроприемников определяется по выражению
где Кр – коэффициент расчетной нагрузки;
n – число электроприемников группы.
Полученная таким образом расчетная мощность должна быть не менее чем наибольшая мощность электроприемника из рассчитываемой группы. В противном случае расчетная мощность принимается равной наибольшей мощности электроприемника из рассчитываемой группы.
Значения коэффициентов использования производственных механизмов выбирают по таблицам.
Величина Кр принимается в зависимости от эффективного числа электроприемников группы nэ и группового коэффициента использования Ки а также от постоянной времени нагрева сети То для которой рассчитывается нагрузка. Для трансформаторов (То=25 ч) расчетный коэффициент определяется по справочной таблице; для кабелей напряжением 10 кВ питающих ТП РП и КП расчетная мощность определяется при Кр=1.
Если у электроприемников группы разные режимы работы то значение среднего коэффициента использования определяется по формуле
Эффективное число электроприемников определяется по выражению
При большом числе электроприемников или при неизвестности в точном их составе допускается определять эффективное число электроприемников по выражению
Полученное по формуле (3.4) значение не должно быть меньше фактического числа электроприемников в группе. Если все электроприемники группы имеют одинаковую мощность тогда nэ=n.
Расчетная реактивная нагрузка группы электроприемников питающихся по сети до 1 кВ по линиям выполненным проводами и кабелями определяется по следующим выражениям:
где tgφi – среднее значение коэффициента реактивной мощности i-того электроприемника.
Для магистральных шинопроводов на шинах цеховых ТП а также для цеха корпуса и предприятия в целом:
Расчётные активные и реактивные нагрузки на шинах 10 кВ РП или ГПП определяются по следующим формулам
где Ко – коэффициент одновременности максимумов нагрузки.
При необходимости определяется полная мощность расчетной нагрузки и расчетный ток
Для проведения расчетов разобьем все электроприемники цеха на группы (руководствуясь планом цеха и предполагаемой схемой цеховой сети).
Для примера приведу подробный расчёт одной из групп электроприёмников – распределительный шкаф ШР1: шлифовальные станки №41-43 (Ки=014 cosφ=05 tgφ=173); сантехнический вентилятор №46 (Ки=08 cosφ=08 tgφ=075); сварочные трансформаторы №44-45 (Ки=02 cosφ=04 tgφ=229).
Определяем эффективное число электроприёмников и средневзвешенный коэффициент использования.
По таблице для найденных значений определяем коэффициент расчётной нагрузки Кр=165. Теперь определяем расчетные мощности и ток данной группы:
Пиковый ток группы электроприёмников для последующего выбора защитных аппратов:
Аналогичный расчет проведен и для других групп электроприемников цеха. Результаты представлены в таблице 3.1.
Для определения нагрузок по каждому из цехов моторного завода необходимо задаться примерным составом электроприёмников в них (таблица 3.2) а также учесть нагрузку от сети освещения.
Расчетную активную нагрузку сети освещения для цеха определяем по формуле:
где Pн.о - номинальная осветительная нагрузка кВт;
kc.о - коэффициент спроса освещения;
kпра – коэффициент учитывающий потери в ПРА.
Расчетную реактивную осветительную нагрузку для цеха определяем по формуле:
где tgφламп – коэффициент реактивной мощности ламп.
Расчетную активную и реактивную нагрузку на напряжении до 1 кВ для всего цеха определяем по выражениям:
Исходные параметры электроприемников и расчетные данные по группам и цеху в целом
сварочные трансформаторы
Продолжение таблицы 3.1
Силовая нагрузка цеха
шлифовальные станоки
Определение ориентировочного состава оборудования цехов завода
Печи сопротивления индукционные печи сушильные шкафы
Кран-балки тали и т.п.
Санитарно-техническая вентиляция
Прочее технологическое оборудование
Прессы штамповочные автоматы приводы молотов ковочные машины
Краны мостовые кран-балки и т.п.
Металлообрабатывающие станки
Конвейеры ручной инструмент
Сварочное оборудование
Продолжение таблицы 3.2
Гальванические установки
Испытательные установки стенды
Оргтехника компьютеры
Нагрузка инструментального цеха была рассчитана ранее и требует только дополнительного учёта мощности сетей освещения:
Для остальных цехов нагрузка рассчитывается также по методу расчётного коэффициента с упрощённым определением эффективного числа электроприёмников. Результаты расчёта мощности цехов сводим в таблицу 3.3. Окончательный расчёт мощности всего завода (на шинах РП) будет произведён после выбора цеховых ТП.
№1 - Термический цех
№3 - Механический цех
№4 - Механосборочный цех
№5 - Инструментальный цех
№6 - Гальванический цех
№7 - Инженерный корпус
Выбор схемы и расчет внутрицеховой
1 Выбор схемы электроснабжения
Для питания электроприёмников инструментального цеха следует применить смешанную схему внутрицеховой сети. С шин низкого напряжения цеховых трансформаторов (или от ТП соседнего цеха) электроэнергия поступает на распределительные шинопроводы и распределительные шкафы. Применение распределительных шинопроводов (покрывающих большую часть площади цеха) для большинства электроприёмников цеха наиболее целесообразно для такого цеха т.к. в последующем возможны значительные перестановки оборудования а шинопроводы способны обеспечить достаточную гибкость сети.
От шинопроводов и шкафов через защитные аппараты электроэнергия поступает к электроприёмникам по проводам проложенным в полу в пластмассовых трубах.
Таким образом для питания всех электроприемников цеха будут использованы три распределительных шинопровода и четыре распределительных шкафа. Для питания кран-балки будет использована троллейная линия. Для некоторого оборудования (вентиляторы сварочные трансформаторы) будут использоваться ящики с размещёнными в них коммутационными аппаратами.
2 Выбор сечений жил проводов
Проводники выбирают по следующим условиям:
по допустимому нагреву рабочим (расчетным) током нагрузки;
по допустимому нагреву током к.з.;
по механической прочности;
по допустимой потере напряжения.
В данном пункте расчета распределительной сети 04 кВ выбор проводников будем осуществлять руководствуясь только первыми тремя из перечисленных условий.
По допустимому нагреву длительным током нагрузки сечение проводников выбирается по справочным таблицам руководствуясь условием:
где – длительный расчетный ток (для одиночных электроприемников при n=1 = а для групп при n>1 =) А;
– допустимый ток при нормальных условиях прокладки А;
– поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей (при нормальных условиях прокладки =1).
Поправочный коэффициент является табличным значением и учитывает температуру воздуха в цехе (примем tцеха=20°C) он зависит от принятой нормальной температуры для проводов и допустимой температуры нагрева изоляции проводников. При этой температуре по ПУЭ поправочный коэффициент kп=106.
Выбранное по условию нагрева длительным током нагрузки сечение проводника должно соответствовать аппарату максимальной токовой защиты который установлен в начале линии. Это проверяется по следующему условию:
где – минимальная кратность допустимых токовых нагрузок на провода по отношению к номинальному току срабатывания аппарата защиты установленного в начале линии;
– ток срабатывания защитного аппарата (для предохранителей – ток плавкой вставки для автоматических выключателей – номинальный ток расцепителя) А.
По условию (4.2) следует принимать ближайшее меньшее сечение провода но не менее чем это требуется по условию нагрева длительным током.
По условию механической прочности для проводов с алюминиевыми жилами минимальное сечение жил должно быть не менее 25 мм2 при прокладке в трубе а для проводов с медными жилами – не менее 15 мм2. В данном цеху все провода будут иметь алюминиевые жилы.
Для питания всех станков будем использовать по пять проводников марки АПВ с алюминиевыми жилами в поливинилхлоридной изоляции где три провода – фазные один провод – нулевой рабочий и один – нулевой защитный.
Сечение нулевой жилы следует принимать равным или большим половины сечения жилы фазы но не меньшим чем требуется по условию механической прочности. При сечении жил фаз до 16 мм2 сечение всех пяти жил рекомендуется принимать одинаковым.
Произведём выбор проводов от распределительного устройства (шкафа или ответвительной коробки шинопровода) до вводных автоматических выключателей технологического оборудования.
Для примера покажу порядок выбора сечения жил питающих проводов для многодвигательного станка.
Используя условие (4.1) определим значение минимально допустимого тока:
По справочной таблице принимаем пять проводов АПВ-5(13) с сечением жил F=3 мм2 Iдоп=22 А.
Проверим сечение выбранных проводников по установленному аппарату (предохранителю) защиты согласно условию (4.2) для предохранителя kз=0.33. Для этого станка был выбран плавкий предохранитель ПН2-100 с номинальным током плавкой вставки Iз=80 А.
По выражению (4.2) допускается применение ближайшего меньшего сечения но не меньшего чем это требуется по условию нагрева расчётным током (4.1). Таким образом по условию (4.2) я не принимаю провода сечением 4 мм2 а беру ближайшее значение сечения т.е. 3 мм2.
Для выполнения питающей линии к данному станку от ответвительной коробки шинопровода до автоматического выключателя окончательно принимаю провод АПВ-5(13).
Провода для остальных станков выбираем аналогично а результаты выбора сводим в таблицу 4.1.
Выбор проводников питающих двигатель на участке от автоматического выключателя до двигателя производится аналогично. Только в качестве аппарата защиты рассматривается автоматический выключатель. В качестве номинального тока защитного аппарата выступает ток отсечки т.к. выбранные автоматы имеют только токовую отсечку. А коэффициент минимальной кратности для автоматического выключателя только с отсечкой принимается равным kз=022.
Результаты выбора проводников питающих двигатель на участке от автоматического выключателя до двигателя сводим в таблицу 4.2.
До выбора проводников для подключения распределительных шинопроводов и шкафов необходимо выбрать аппараты защиты (плавкие предохранители) устанавливаемые в начале каждой линии – таблица 4.3.
Для подключения распределительных шкафов к ответвительным коробкам шинопроводов и шинопроводов к линейной (вводной) панели будем использовать кабели марки АВВГ. Выбор сечения жил кабелей осуществляется по тем же условиям (4.1) и (4.2) с учетом тех же требований и рекомендаций.
Результаты выбора кабелей сводим в таблицу 4.4.
Автоматический выключатель устанавливаемый на участке «шины НН ТП – РУ НН цеха» следует выбирать в зависимости от мощности трансформатора.
Проводники выбранные для питания станков на участке от ШР или РШ до автоматического выключателя
Продолжение таблицы 4.1
Проводники выбранные для питания станков
на участке от автоматического выключателя до двигателя
Продолжение таблицы 4.2
Предохранители выбранные для зашиты распределительных шкафов и шинопроводов
Наибольший ток срабатывания аппарата защиты ступенью ниже
Тип защищающего предохранителя
Ток плавкой вставки А
Кабели выбранные для подключения распределительных шкафов и шинопроводов
3 Выбор распределительных шинопроводов
Магистральные и распределительные шинопроводы выбираются таким образом чтобы номинальный ток шинопровода был не меньше расчетного тока т.е.
Если распределительный шинопровод подключается не в конце то он выбирается по расчетному току наиболее нагруженного плеча.
Выбор распределительного шинопровода покажу на примере шинопровода РШ1 питающего группу потребителей 33-40 51.
Расчетный ток шинопровода:
Выбираем распределительный шинопровод ШРА4–250 с =250 А. .
Проверяем выбранный шинопровод по условию (4.3):
Выбор двух других распределительных шинопроводов произведен аналогично результаты сведены в таблицу 4.5. Для шинопровода РШ3 который подключается не в конце принимаем что место подключения является центром нагрузки (плечи загружены на половину расчётной мощности).
4 Расчёт троллейной линии
В мостовом кране мы используем специальные крановые асинхронные двигатели с фазным ротором серии MTKF. Расчётный ток группы Iр=219 А.
Расчет троллейных линий сводится к выбору размеров угловой стали или типа троллейного шинопровода удовлетворяющих условиям нагрева и допустимой потере напряжения. Первое условие: проверяют сравнивая расчетный ток Ip с допустимым током угловой стали Iдоп или номинальным током троллейного шинопровода Iн.
В качестве троллей будем использовать угловую сталь. По таблице выбираю сечение угловой стали. Принимаю сечение угловой стали 25253 Iдоп=150 А. . Проверяем выбранное сечение на соответствие условию (4.4):
Условие выполняется.
5 Выбор распределительных шкафов
Проверка по соответствию номинального тока шкафа и расчётного тока группы осуществляется по условию:
где – номинальный ток распределительного шкафа А;
– расчетный ток группы присоединенной к данному шкафу А.
В качестве номинального тока распределительного пункта принимается номинальный ток вводного аппарата. Шкаф должен иметь необходимое число присоединений.
Выбранные распределительные шкафы для питания электроприемников приведены в таблице 4.6.
Шинопроводы РШ1 РШ2 РШ3 подключаются через силовые ящики которые содержат только рубильник. Этот силовой ящик также выбирается по условию (4.6). для подключения каждого из шинопроводов выбираем ящик ЯВЗБ–32 с номинальным током аппарата 200 А. Результаты выбора силовых ящиков сведены в таблицу 4.7.
Через силовые ящики с различными аппаратами также подключены электродвигатели механизмов открывания ворот сварочные трансформаторы троллейный токопровод мостового крана.
6 Выбор вводных и линейных панелей
Выбор линейных панелей аналогичен выбору распределительных шкафов т.е. выбор производится по расчётному току подключенной группы и по количеству присоединений.
Необходимое число присоединений: 7×250.
Выбираю две линейных панели Щ070М-02 с числом присоединений 4×ПН2 на каждой а также выбираем вводную панель Щ070М-19 с установленным разъединителем АВМ-4 (Iном=400 А).
Вводная панель кабельной линией рассчитанной на нагрузку цеха соединяется с питающей ТП расположенной в механическом цеху (цех №3). Данная кабельная линия защищается автоматическим выключателем установленным непосредственно около трансформаторов.
Выбранные распределительные шинопроводы
Выбранные распределительные шкафы
Номер питаемой группы
Тип вводного рубильника
Число трехполюсных групп предохранителей на отходящих линиях и их номинальные токи А
Выбранные силовые ящики
Выбор цеховых трансформаторов и расчёт компенсации реактивной мощности
В качестве источников реактивной мощности в курсовом проекте планируем использовать в первую очередь батареи статических конденсаторов напряжением до 1 кВ.
Для каждой группы трансформаторов принимается номинальная мощность и коэффициент загрузки после чего определяется минимальная мощность трансформаторов. Затем производится расчет установленной мощности батарей низковольтных конденсаторов (БНК) в сетях до 1 кВ каждой цеховой ТП а также для завода в целом. Дальнейший порядок расчёта определяет анализ баланса реактивной мощности на границе раздела предприятия и энергосистемы.
Для унификации электрооборудования внутризаводской сети следует стремиться к тому чтобы выбранные трансформаторы имели один-два типоразмера. Поэтому первоначально задаюсь мощностью трансформаторов подстанции (Sт=1000 кВА т=07-095) а затем определяю требуемое их количество:
Результаты выбора трансформаторов и БНК
Выбранные трансформаторы имеют один типоразмер что облегчает создание складского резерва трансформаторов.
Наибольшее значение реактивной мощности Qт которое может быть передано через трансформаторы в сеть 04 кВ
Мощность БНК по критерию выбора трансформаторов минимальной мощности:
Таким образом применением БНК осуществляется централизованная компенсация которая является достаточно эффективной – разгружаются силовые трансформаторы распределительные и питающие линии 10 кВ.
По значению Qн.к.1 производится выбор типа и мощности БНК после чего следует пересчитать коэффициенты загрузки трансформаторов т. Результаты выбора сведены в таблицу 3.1. Выбор осуществлялся не только по критерию способности трансформаторов пропустить реактивную мощность но и по критерию обеспечения рекомендуемого коэффициента загрузки трансформаторов (08 – для однотрансформаторных ТП 07 – для двухтрансформаторных ТП)
Целесообразность дополнительной сверх Qн.к.1 установки БНК при одновременном потреблении реактивной мощности из энергосистемы превышающем экономическое значение определяется при анализе баланса реактивной мощности на границе балансового разграничения с энергосистемой.
Анализ баланса реактивной мощности на границе балансового разграничения с энергосистемой:
где – математическое ожидание расчётной реактивной мощности потребителя на границе балансового разграничения с энергосистемой квар.
где Qр – расчетная реактивная нагрузка на шинах 10 кВ РП квар;
Ко – коэффициент приведения расчётной нагрузки к математическому ожиданию (принимается Ко=09).
Экономическое значение реактивной мощности потребляемой из сети энергосистемы в часы больших нагрузок сети Qэ можно определить следующим образом:
где – математическое ожидание расчётной активной мощности потребителя на границе балансового разграничения с энергосистемой кВт.
tgφэ – максимальное значение экономического коэффициента реактивной мощности определяемого энергоснабжающей организацией.
где Рр – расчетная активная нагрузка на шинах 10 кВ РП кВт;
Нормативное значение экономического коэффициента РМ определяем по выражению:
a – основная ставка тарифа на активную мощность a=100000 рубкВт·год;
b – дополнительная ставка тарифа на активную мощность b=7000 копкВт·ч;
tgφб – базовый коэффициент РМ принимаем равным 03;
К1 – коэффициент отражающий изменение цен на конденсаторные установки может принимается равной коэффициенту увеличения ставки двухставочного тарифа на электроэнергию Кw определяемым по формуле:
a’ – основная ставка тарифа на активную мощность на момент разработки метода расчёта a=60 рубкВт·год;
b’ – дополнительная ставка тарифа на активную мощность на момент разработки метода расчёта b=18 копкВт·ч;
Для анализа баланса реактивной мощности на границе балансового разграничения с энергосистемой необходимо определить предварительные значения расчётных нагрузок на шинах РП (расчёт должен быть произведён с учётом потерь в выбранных силовых трансформаторах и выбранных на данном этапе средств КРМ).
Потери активной и реактивной мощности в двухобмоточных трансформаторах:
где DРх – потери холостого хода кВт;
DРк – потери короткого замыкания кВт;
Uк – напряжение КЗ %;
I0 – ток холостого хода %.
Номинальные данные выбранных силовых трансформаторов и потери активной и реактивной мощности в них даны в таблице 2.3.
Данные по выбранным силовым трансформаторам
Суммарные потери мощности в трансформаторах
Произведём определение расчётных нагрузок для РП:
Рассчитав нагрузки на шинах 10 кВ заводского РП проведём баланс реактивной мощности на границе балансового разграничения с энергосистемой:
уравнение баланса квар.
Так как после анализа баланса реактивной мощности проведение дополнительной КРМ не потребовалось то расчёты нагрузки РП (10 кВ) можно считать окончательными.
Построение картограммы электрических нагрузок
Картограмму нагрузок строят с целью иметь информацию о величине и распределении электрических нагрузок по территории промышленного объекта. На картограмме электрические нагрузки всех цехов будут изображены в виде кругов. Площади ограниченные этими окружностями в выбранном масштабе отражают расчетные нагрузки объектов.
Радиус окружности для каждого объекта определяется по выражению:
где m – масштаб площади круга кВтмм2.
Будем считать что нагрузка на напряжении 04 кВ распределена равномерно по площади каждого из цехов и поэтому центр окружности будет совпадать с центром масс той плоской геометрической фигуры которую образует граница каждого объекта.
Каждый круг разделяется на секторы соответствующие осветительной и силовой нагрузкам. Углы секторов осветительной нагрузки в градусах вычисляется по формуле:
Величины осветительной и силовой нагрузок указываются внутри или в непосредственной близости соответствующих секторов.
Координаты УЦЭН определяются по следующим формулам:
где xi и yi – координаты цехов мм.
Принимаем масштаб площади круга m= кВтмм2.
Данные для построения картограмма электрических нагрузок
Расчётные мощности цеха кВт
Координаты центра нагрузок м
Определим координаты центра электрических нагрузок предприятия:
Разработка схемы электроснабжения предприятия на напряжение выше 1 кВ
Блок цехов моторного завода для которого проектируется схема сети электроснабжения состоит из восьми цехов с различной расчётной мощностью. При выборе трансформаторов понизительных подстанций уже была заложена предварительная структура размещения ТП по территории цехов.
Потребители завода относятся к третьей и второй категориям надёжности по электроснабжению поэтому возможно применение магистрального питания подстанций (для уменьшения общей протяженности кабельных сетей). Трансформаторы двухтрансформаторных подстанций должны быть подключены к различным секциям шин РП завода.
Все кабельные линии проложены в земле. Структурная разработанная схема электроснабжения 10 кВ представлена на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Схема сети внутреннего электроснабжения 10 кВ.
Для выбора электрооборудования аппаратов шин кабелей 10 кВ необходимо знать токи короткого замыкания. При этом определить ток трёхфазного КЗ в характерных точках схемы (на шинах разных уровней электроснабжения). При расчёте определяют периодическую составляющую тока КЗ для наиболее тяжёлого режима который может возникнуть при работе сети. Учёт апериодической составляющей производят приближённо допуская при этом что она имеет максимальное значение в рассматриваемой фазе. Для решения поставленной задачи расчёт ведётся с рядом упрощениё. В частности не учитывается активное сопротивление кабелей хотя оно и не равно нулю. Перед началом расчёта необходимо составить расчётную схему сети:
Рис. 8.1. Расчётная схема токов КЗ.
Произведём расчёт в относительных величинах при котором все расчётные данные приводятся к базисному напряжению и мощности. За базисное напряжение Uб=105 кВ. В качестве базисной мощности принимаем Sб=1000 МВА.
Приведение сопротивлений к базисным условиям:
индуктивное сопротивление кабельных линий:
где X0 – индуктивное сопротивление одного километра линии X0=004 Омкм для ВЛЭП 110 кВ и X0=008 Омкм для КЛЭП 10 кВ;
L – длинна кабельной линии км.
индуктивное сопротивление трансформаторов подстанции 11010:
Определим базисный ток:
При питании от энергосистемы ток трёхфазного фазного КЗ определяется по формуле:
где X - суммарное сопротивление последовательно соединенных элементов до точки КЗ.
По (8.5) ток КЗ в каждой из точек:
Ударный ток КЗ рассчитываем по формуле:
где kУ – ударный коэффициент.
Рассчитанные значения токов короткого замыкания используются в дальнейших расчетах для выбора питающих кабелей выключателей и другого оборудования напряжением 10 кВ.
Выбор сечений токоведущих элементов и электрических аппаратов напряжением выше 1 кВ
Сечения жил кабелей выбираются по экономической плотности тока и проверяются по нагреву и термической стойкости при КЗ.
Сечения жил кабеля по экономической плотности тока:
где jэ – экономическая плотность тока Амм2. Принимаем для кабелей с пластмассовой изоляцией при Тмакс=4500 ч jэ=17 Амм2;
Iрл – расчётный ток кабеля в нормальном режиме работы A.
где – расчётная нагрузка линий с учётом потерь и компенсации реактивной мощности.
При этом для магистральных участков схемы для участков линии питающих несколько ТП расчётная нагрузка линий равна сумме нагрузок питаемых ТП:
Минимальное допустимое сечение кабеля по термической стойкости:
где Bk – тепловой импульс от тока КЗ;
С – расчётный коэффициент принимаем С=100.
Результирующий тепловой импульс тока КЗ:
где Iп – действующее значение периодической составляющей тока КЗ в начале линии;
tотк – время отключения КЗ;
Ta – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ. В распределительных сетях 10 кВ можно принять Ta=001с.
Из двух найденных сечений (по экономической плотности тока и термической стойкости) принимаем большее.
Далее необходимо произвести проверку по нагреву максимальным расчётным током линии Iрmax:
Выбранное сечение кабеля должно удовлетворять условию:
где Кп – поправочный коэффициент учитывающий фактическую температуру окружающей среды число работающих кабелей проложенных в одной траншее фактическое удельное тепловое сопротивление земли.
Покажем пример выбора кабеля для ТП1.1 (радиальная линия Л1):
Выбираем кабель ААШвУ-370 с Iдоп=165 А.
Произведем выбор кабеля по термической стойкости. Результирующий тепловой импульс тока КЗ:
Минимальное сечение жил по термической стойкости:
Окончательно по термической стойкости выбираем кабель для линии Л1 — ААШвУ-395 с Iдоп=205 А.
Производим проверку по нагреву максимальным расчётным током линии:
Кабель по условию нагрева проходит.
Результаты расчётов для кабелей питающих остальные ТП аналогичны и сведены в таблицу 9.1.
Выбор кабелей питающих заводской РП производим по полной расчётной нагрузке блока цехов.
Результаты расчета выбора сечения кабелей
2. Выбор электрических аппаратов
Среди условий эксплуатации электрических аппаратов можно выделить три основных режима: длительный (номинальный) перегрузки и короткого замыкания.
В длительном режиме надёжная работа аппаратов обеспечивается правильным выбором их по номинальному току и напряжению. В режиме перегрузки надёжная работа аппаратов обеспечивается ограничением величины и длительности повышения напряжения или тока в таких пределах при которых гарантируется нормальная работа за счёт запаса прочности. В режиме короткого замыкания надёжная работа аппаратов обеспечивается их термической и электродинамической устойчивостью.
Выбор электрических аппаратов определяется условиями:
где Uном Iном – соответственно номинальное напряжение и ток аппарата;
Uраб Iраб – напряжение и ток сети в которой установлен аппарат;
Вт=I2tk – тепловой импульс аппарата А2с;
Вк=I2tср – тепловой импульс расчётный А2с.
Вводную ячейку КСО выбираем по расчётному току завода линейную ячейку – по току самого мощного присоединения.
Выбор вводной ячейки КСО
Выбор линейной ячейки КСО
Шины выбираются по номинальным значениям тока и напряжения и проверяются на электродинамическую и термическую устойчивость.
где sдоп sр – соответственно допустимое и рабочее напряжения возникающее в металле шины МПа.
где Smin - минимальное сечение шины мм2.
Выбираем алюминиевые шины АДО сечением 405 мм2 с Iдоп=540 А. Расстояние между фазами а=250 мм расстояние между изоляторами l=1000 мм момент сопротивления шин:
где h и b –соответственно высота и ширина сечения шины.
Расчётное напряжение в металле шин:
sдоп=42 МПа – для алюминиевых шин марки АДО. Выбранные шины проходят по электродинамической и термической устойчивости.
4. Выбор автоматических выключателей на ТП
Номинальные токи секционных выключателей выбираются на ступень ниже чем номинальные токи вводных автоматов установленных за трансформаторами подстанции.
Для однотрансформаторных подстанций мощностью 1000 кВА:
Выбираем автомат ВА55-41 с Iна=1600 А.
Для двухтрансформаторных ТП мощностью по 1600 кВА:
Выбираем автомат ВА53-43 с Iна=4000 А секционный ВА53-41 с Iна=3000А.
Произведём выбор выключателей в цепи конденсаторных установок:
Для установки АКУ04-260-20У3:
Выбираем выключатель ВА51-37 с Iна=500А.
Для установки АКУ04-420-20У3:
Выбираем выключатель ВА53-41 с Iна=1000 А.
Электрические измерения и учёт электроэнергии
Так как установленная мощность предприятия более 500 кВА необходимо применить полную схему учета с использованием 3-х трансформаторов тока и трансформаторы напряжения с вторичной обмоткой звезда с нулем цепи расчетного учета должны питаться от отдельных обмоток. Трансформаторы тока должны иметь класс точности 02s или 05sтрансформаторы напряжения 02 или 05. Следует применять электронные многотарифные счетчики активной энергии прямого включения класса точности 05 или 1 в соответствии с измерительным трансформатором полные счетчики электрической энергии с цифровым выходом и графиком нагрузки хранящемся 45 суток.
В системе энергоснабжения промышленного предприятия следует измерить текущие значения величин тока напряжения и мощности характеризующие режим работы как самой схемы так и её элементов а также осуществлять учёт потребляемой и вырабатываемой электроэнергии.
Амперметры устанавливаются в цепях в которых необходим контроль тока (ввода РП трансформаторы отходящие линии перемычки между секциями сборных шин конденсаторные установки).
Напряжение измеряется на каждой секции сборных шин РП и ТП. На ТП допускается измерять напряжение только на стороне низшего напряжения если установка трансформатора напряжения на первичной стороне не требуется для других целей. В трёхфазных установках обычно производится измерение одного междуфазного напряжения. Вольтметры используются также для контроля изоляции (U=10 кВ) для этой цели применяют три вольтметра (или один вольтметр с переключателем) включаемые на фазные напряжения через измерительный трансформатор присоединённый к секциям РТП.
Трансформаторы тока выбираются по номинальному току и напряжению первичной цепи классу точности номинальному току вторичной цепи и номинальной мощности вторичной обмотки.
где rприб и rкон – сопротивления проводов и контактов Ом;
I2 – ток вторичной обмотки А;
Sприб – мощность потребляемая приборами ВА.
Принимаем rкон=01 Ом I2=5 А.
Условие электродинамической устойчивости:
Условие термической устойчивости:
Трансформаторы напряжения выбираются по номинальным параметрам классу точности и нагрузке.
где РS=Sприбcosjприб – суммарная активная мощность потребляемая катушками приборов;
QS=Pприбtgjприб – суммарная реактивная мощность потребляемая катушками приборов.
Устанавливаем на каждую секцию РП трансформаторы напряжения ЗНОЛ-10-66 с Sном=120 ВА в классе точности 05 через предохранители ПКН001-10 и разъединитель с ножами заземления РВФЗ-10630У3.
Наиболее нагруженными являются трансформаторы тока фаз А и С. Выбираем трансформаторы тока типа ТПОЛ-10-У3 Sн=10 ВА.
Параметры трансформатора: Iн1=250 А Iн2=5 А Кдин=250 кА Кt=34.
Проверяем трансформатор РП по условиям электродинамической и термической стойкости:
Выбранный трансформатор тока проходит по условиям электродинамической и термической стойкости. Номинальный ток первичной обмотки выбирается по максимальному току нагрузки.
Наиболее загруженные фазы А и С. Выбираем трансформаторы тока типа ТПОЛ–10–У3 с номинальным током первичной обмотки соответствующим расчётному току линии.
Учёт электроэнергии на промышленном предприятии подразделяется на расчётный и технический.
Расчётный учёт электроэнергии предназначен для учёта выработанной а также отпущенной потребителям электроэнергии для денежного расчёта за неё.
Устанавливаемые для этой цели счетчики называют расчетными. Технический учёт предназначен для контроля расхода электроэнергии внутри предприятий – все установленные счётчики проектируемого участка являются техническими.
Вторичная нагрузка трансформаторов напряжения
Счётчик активной энергии
Счётчик реактивной энергии
Вторичная нагрузка трансформаторов тока вводных ячеек
Вторичная нагрузка трансформаторов тока линейных ячеек
Князевский Б. А. Липкин Б. Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. – М.: Высшая школа 1989. – 400 с.
Королев О. П. Радкевич В. Н. Сацукевич В. Н. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебно-методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию. – Мн.: БГПА 1998. – 140 с.
Неклепаев Б. Н. Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. – М.: Энергоатомиздат 1989. – 608 с.
Правила устройства электроустановок. 6-е изд. – М.: Энергоатомиздат 1985. – 640 с.
Радкевич В. Н. Проектирование систем электроснабжения: Учеб. пособие. – Мн.: НПООО «ПИОН» 2001. – 292 с.