Электроснабжение металлургического производства тракторного завода

Генплан- А1.dwg

Схема электроснабжения предприятия
металлургического пр.
генплан с сетью напряжения выше 1 кВ
и картограмма нагрузок
Кузнечный цех - 2600 кВт
Компрессорная - 1800 кВт
Насосная - Ру=2000 кВт
Заводоуправление - 550 кВт
Ремонтный цех - Ру=650 кВт
Литейный цех цветных металов - Ру=3800 кВт
Термический цех - Ру=2500 кВт
Литейный цех - Ру=5000 кВт

Металургическое производство тракторного завода.doc

Белорусский национальный технический университет
кафедра: «Электроснабжение»
на тему: «Электроснабжение металлургического производства тракторного завода»
«Электроснабжение промышленных предприятий»
выполнил:Мелеховец А. В.
руководитель:Прима В. М.
Выбор электродвигателей их коммутационных и
Определение электрических нагрузок цеха
Выбор схемы и расчет внутрицеховой электрической сети
Выбор цеховых трансформаторов и расчёт компенсации
Построение картограммы электрических нагрузок
Разработка схемы электроснабжения предприятия на напряжение выше 1 кВ
Выбор сечений токоведущих элементов и электрических аппаратов
напряжением выше 1 кВ
Электрические измерения и учёт электроэнергии
Рациональное электроснабжение промышленных предприятий отдельных производственных цехов и прочих объектов является важной задачей на этапе ввода их в действие. Основную массу сетей промышленных предприятий составляют сети напряжением до 1 кВ они обслуживают большинство технологических процессов. Доля этих сетей примерно составляет 60-80 % длины всех электрических сетей. Системы электроснабжения обеспечивающие электрической энергией промышленные объекты оказывают существенное влияние на работу электроприводов осветительных преобразовательных и электротехнологических установок и в конечном счете на производственный процесс в целом. Темп времени требует постоянного повышения надежности внутрицеховых электрических сетей и сетей внутризаводского электроснабжения внедряя новые технологические решения и электрооборудование. Бесперебойное электроснабжение приемников энергией требуемого качества является важным условием для нормального функционирования промышленных предприятий.
Грамотное проектирование внутрицеховых и внутризаводских сетей промышленных предприятий не только позволит избегать непроизводственных потерь но и даст возможность в дальнейшем без значительных затрат на перепроектирование и новое электрооборудование вводить в действие новое технологическое оборудование (или демонтировать старое) производить перепланировку производственных площадей.
В данном курсовом проекте решаются следующие задачи:
выбор электродвигателей и их коммутационных аппаратов;
выбор рациональных схем и конструктивного исполнения внутрицеховой сети одного из объектов;
светотехнический расчёт одного из цехов
определение электрических нагрузок объекта на низком напряжении;
определение нагрузки всего авторемонтного завода;
поддержание требуемого качества напряжения (определение потерь напряжения);
выбор числа и мощности питающих силовых трансформаторов;
определение токов КЗ;
выбор защитных аппаратов и сечений проводников;
расчет потерь мощности и электроэнергии;
компенсация реактивной мощности;
учет потребляемой мощности и электроэнергии.
Курсовой проект выполнен по заданному плану цеха (№6) генплан производства разработан самостоятельно.
Выбор электродвигателей их
коммутационных и защитных аппаратов
1 Выбор электродвигателей
Электродвигатели для производственных механизмов (станков) выбираются по напряжению мощности режиму работы частоте вращения и условиям окружающей среды.
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.
Мощность электродвигателей производственных механизмов выбирается по условию (2.1)
где – номинальная мощность выбранного двигателя по справочнику кВт;
– механическая мощность производственного механизма кВт.
Так как выбор двигателей одинаков для всех станков то их выбор покажем на примере карусельно-фрезерного станка (№ 1 на плане цеха) а для остального оборудования выбор проведем аналогично.
У рассматриваемого горизонтально-фрезерного станка . Используя условие (2.1) выбираем двигатель АИР132М4 с номинальной мощностью как основной и двигатель АИР132S4 с номинальной мощностью Рн.дв=3 кВт как вспомогательный.
+3>10 – условие выполняется.
Тип и паспортные данные по выбранным двигателям к другим станкам приведены в таблице 2.1.
Паспортные данные выбранных электродвигателей
Наименование станков и оборудования
Количество единиц оборудования
Мощность механизма кВт
Мощность двигателя кВт
Карусельно-фрезерный станок
Специальный агрегатно- сверлильно-нарезной станок
Специальный агрегатно-расточной станок
Специальный агрегатно- сверлильно-расточной станок
Станок с двумя силовыми головками
Горизонтально-протяжной станок
Алмазно-расточной станок
Пресс гидравлический
Вертикально-сверлильный станок
Центровальный станок
Специальный токарный станок
Продолжение таблицы 2.1
Безцентрошлифовальный станок
Горизонтально-фрезерный станок
Фрезерно-центровальный станок
Универсально-резьбоналадочный станок
Шлицефрезерный полуавтомат
Круглошлифовальный станок
Радиально-сверлильный станок
Вертикально-протяжной станок
Специальный агрегатно- сверльльно-нарезной станок
Токарный станок с копировальным устройством
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 (для отдельных двигателей – это номинальный ток двигателя) А.
где – максимальный кратковременный ток (для отдельных двигателей – это пусковой ток двигателя для группы – пиковый ток) А;
– коэффициент кратковременной тепловой перегрузки: при легких условиях пуска a=25 (tпуск=2 3 с); при тяжелых a=16 20 (tпуск10 с).
Ни один из производственных механизмов не создает тяжелых условий пуска для электродвигателей поэтому при расчетах примем a=25.
Из условий (2.2) и (2.3) по расчетной величине номинального тока двигателя выбираем плавкие предохранители и стандартные значения номинального тока плавких вставок Iвс.
При выборе предохранителя для одного электродвигателя необходимо определить его номинальный ток Iн и пусковой ток Iп.
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.
При числе электродвигателей в группе больше двух пиковый ток может определяться по формуле:
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.
При выборе предохранителей для многодвигательных (двух- трехдвигательных) приводов следует определять расчетный ток а в качестве кратковременного использовать кратковременный ток группы а не одного электродвигателя. Для определения расчетных мощностей и тока группы двигателей установленных на станке следует использовать метод расчетных коэффициентов. Выбор плавкого предохранителя для трехдвигательного станка покажем на примере шлицефрезерного полуавтомата (станки № 25).
На станке установлены: двигатель АИР112М4 с номинальной мощностью для этого двигателя ; двигатель АИР100L4 с номинальной мощностью для этого двигателя ; двигатель АИР100S4 с номинальной мощностью для этого двигателя .
Для координатно-расточного станка Ku=017 cosj=065 tgj=117.
Определяем эффективное число электроприемников по формуле (3.3):
Коэффициент расчетной нагрузки принимаем k р=39.
Далее находим активную расчетную нагрузку группы электроприемников по формуле (3.1):
По формуле (3.5) находим реактивную мощность группы электроприемников:
Далее определим полную мощность расчетной нагрузки по формуле (3.6) и расчетный ток по формуле (3.7):
Находим пиковый ток по формуле (2.6):
По условиям (2.2) и (2.3) выбираем плавкий предохранитель ПН2-100 с номинальным током плавкой вставки Iвс=40 А..
Условия выполняются значит предохранитель выбран верно.
Для остальных двигателей плавкие предохранители выбираем аналогично а результаты сводим в таблицу 2.2.
Предохранители следует выбирать преимущественно ПН1-100 т.к. именно такие предохранители предусмотрены в ответвительных коробках распределительных шинопроводов ШРА4 которые планируется применять в данном цеху.
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 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:
Кроме того для обеспечения надежной защиты от перегрузок рекомендуется соблюдать следующее условие:
где Iс.т.э – среднее значение тока уставки теплового элемента А.
Покажем выбор магнитного пускателя и теплового реле для двигателя на примере двигателя АИР132М4 с номинальной мощностью Рном=11 кВт для этого двигателя I=22 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) – (2.9):
Все условия выполняются значит выбор произведен оптимально.
Магнитные пускатели и тепловые реле для остальных двигателей выбираем аналогично а результаты сводим в таблицу 2.3.
Номинальные данные выбранных магнитных пускателей и тепловых реле
магнитного пускателя
Продолжение таблицы 2.3
3 Выбор автоматических выключателей
Для коммутации и защиты двигателей от токов коротких замыканий и перегрузок при необходимости 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:
Покажем выбор автоматического выключателя для двигтрёхдвигательного шлицефрезерного полуавтомата (№ 2 на плане цеха).
Расчётный ток группы двигателей – 109 А; пиковый ток группы – 848 А.
Выбираем автоматический выключатель ВА51Г-25 ток которого Iна=25А Iнр=125 A Iсрэ=175 А.
Проверяем по условиям (2.10) (2.11) и (2.12):
Условия выполняются значит автоматический выключатель выбран верно.
Остальные автоматы выбираем аналогично а их данные сводим в таблицу 2.4.
В данном случае автоматические выключатели планируется устанавливать в качестве входного коммутационного аппарата на каждом из станков поэтому для многодвигательных приводов выбирается один выключатель на группу двигателей.
Номинальные данные выбранных автоматических выключателей
Продолжение таблицы 2.4
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 шинопровод ШРА-5: специальный агрегатно-расточной станок №3.2 (Ки=017 cosφ=065 tgφ=117); горизонтально-протяжной станок №7 (Ки=017 cosφ=065 tgφ=117); два универсально-резьбоналадочного станка №24.1 и 24.2 (Ки=014 cosφ=05 tgφ=173); безцентрошлифовальный станок №27 (Ки=035 cosφ=065 tgφ=117); вертикально-сверлильный станок №37 (Ки=014 cosφ=05 tgφ=173); токарный станок №40 (Ки=014 cosφ=05 tgφ=173); испытательные стенды №43.1 и 43.2 (Ки=024 cosφ=065 tgφ=117).
Определяем эффективное число электроприёмников и средневзвешенный коэффициент использования.
По таблице для найденных значений определяем коэффициент расчётной нагрузки Кр=16. 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 методом коэффициента спроса:
где Pн.о - номинальная осветительная нагрузка кВт;
kc.о - коэффициент спроса освещения;
kпра – коэффициент учитывающий потери в ПРА.
Установленную мощность освещения Рн.о примем как 5% от установленной мощности цехов (т.к. иное не задано).
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:
Пример расчёта нагрузки всего цеха покажу определив нагрузку заводоуправления:
При Ки=07 nэ=36 коэффициент расчётной нагрузки равен Кр=07.
Для остальных цехов нагрузка рассчитывается также по методу расчётного коэффициента с упрощённым определением эффективного числа электроприёмников и мощности осветительной нагрузки. Результаты расчёта мощности цехов сводим в таблицу 3.3. Окончательный расчёт мощности всего завода (на шинах РП) будет произведён после выбора цеховых ТП.
Исходные параметры электроприемников и расчетные данные по группам и цеху в целом
Продолжение таблицы 3.1
Сверлильно-нарезной станок
Агрегатно-расточной станок
Сверлильно-расточной станок
Универсально-резьбоналадочный
Сверльльно-нарезной станок
Определение ориентировочного состава оборудования цехов производства
Экспликация зданий и сооружений
Дуговые сталеплавильные печи (10 кВ)
Подъёмно-транспортные средства и механизмы
Вентиляторы санитарно-гигиеническая вентиляция
Литейный цех цветных металлов
Индукционные песи низкой частоты
Индукционные печи высокой частоты
Печи сопротивления сушильные шкафы нагревательные приборы
Штамповочные прессы автоматы
Приводы молотов ковочных маштн
Сварочные трансформаторы дуговой электросварки
Кран мостовой кран-балки тали
Двигатели компрессоров
Двигатели насосов охлаждения
Продолжение таблицы 3.2
Двигатели напорных насосов
Кондиционеры нагревательные приборы
Санитарно-гигиеническая вентиляция
Расчёт высоковольтных нагрузок по цехам
Выбор схемы и расчет внутрицеховой
1 Выбор схемы электроснабжения
Для цехов механической металлообработки являющихся вспомогательными цехами на предприятиях различного профиля характерна частая перестановка введение нового и удаление старого оборудования станочного парка.
Поэтому для электроснабжения таких цехов в качестве элементов внутрицеховой сети 04 кВ рекомендуется широко применять комплектные шинопроводы типа ШРА4. Для заданного РМЦ применим два распределительных шинопровода расположенных по двум стенам цеха и пита.щих примерно по половине станков цеха.
2 Выбор сечений жил проводов
Проводники выбирают по следующим условиям: по допустимому нагреву рабочим (расчетным) током нагрузки; по соответствию защитному аппарату; 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. Для привода выбраны три двигателя Рд1=55 кВт Рд2=40 кВт Рд3=30 кВт. Расчётный ток группы Iр=195 А пиковый ток – Iпик=1814 А.
Используя условие (4.1) определим значение минимально допустимого тока:
По справочной таблице принимаем пять проводов АПВ-5(13) с сечением жил F=25 мм2 Iдоп=19 А.
Проверим сечение выбранных проводников по установленному аппарату (предохранителю) защиты согласно условию (4.2) для предохранителя kз=033. Для этого станка был выбран плавкий предохранитель ПН2-100 с номинальным током плавкой вставки Iз=40 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) также подходит провод с сечением жил 25 мм2.
Для выполнения питающей линии к данному станку от ответвительной коробки шинопровода до автоматического выключателя окончательно принимаю провод АПВ-5(125).
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 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
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 ШРА-1.
Расчетный ток шинопровода:
Выбираем распределительный шинопровод ШРА4–250 с =250 А. .
Проверяем выбранный шинопровод по условию (4.3):
Выбор четырёх других распределительных шинопроводов произведен аналогично результаты сведены в таблицу 4.5.
Результаты выбора распределительных шинопроводов
5 Выбор силовых ящиков вводных и линейных панелей
Шинопроводы ШРА-1 и ШРА-2 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 4.6.
Выбор линейных панелей аналогичен выбору распределительных шкафов т.е. выбор производится по расчётному току подключенной группы и по количеству присоединений.
Необходимое число присоединений: 5×250.
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).
Результаты выбора силовых ящиков
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 а затем определяю требуемое их количество:
Результаты выбора трансформаторов и БНК
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 5.1. 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 т.к. завод питается от подстанции системы 110 кВ;
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 5.2.
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.
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=02 кВтмм2.
Данные для построения картограмма электрических нагрузок
Расчётные мощности цеха кВт
Координаты центра нагрузок 10=м
Определим координаты центра электрических нагрузок предприятия:
Характерной особенностью металлургического производства является наличие мощных дуговых сталеплавильных печей которые могут значительно ухудшать качество электрической энергии как в внутризаводской сети 10 кВ так и в прилегающих элементах энергосистемы.
Поэтому всех потребителей большой мощности с резкопеременной ударной нагрузкой разумно подключить к одной секции шин РП (но с другой стороны это отрицательно сказывается на надёжности электроснабжения этих потребителей). Все остальные нагрузки с нормальным режимом следует подключить черезтрансформаторы подстанций на вторую секцию шин РП. Месторасположение РП принимаем согласно построенной картограмме нагрузок с учётом места подведения линии из энергосистемы.
Все линии внутризаводской сети выполнены кабельными с прокладкой в земле в траншеях в местах пересечения КЛЭП с автомобильными дорогами кабели проложены в асбоцементных трубах.
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 трансформаторов подстанции 11010:
Определим базисный ток:
При питании от энергосистемы ток трёхфазногофазного 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 произвети проверку по нагреву максимальным расчётным током линии Iрmax:
Покажем пример выбора кабеля для ТП3 (радиальная линия Л1):
Выбираем кабель минимального сечения 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-3120 с Iдоп=240 А.
Результаты расчётов для кабелей питающих остальные ТП аналогичны и сведены в таблицу 9.1. Выбор кабелей питающих заводской РП производим по полной расчётной нагрузке цехов предприятия.
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 ВА75-47 с Iна=4000 А секционный ВА75-45 с Iна=2500А.
Произведём выбор выключателей в цепи конденсаторных установок:
Для установки АКУ04-260-20У3:
Выбираем выключатель ВА53-39 с Iна=630 А.
Для установки АКУ04-420-20У3:
Выбираем выключатель ВА53-41 с Iна=1000 А.
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
Коновалова Л. Л. Рожкова Л. Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. – М.: Энергоатомиздат 1989. – 528 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.
Кудрин Б. И. Прокопчик В. В. Электроснабжение промышленных предприятий. – Мн.: Высшая школа1988. – 357 с.
Неклепаев Б. Н. Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. – М.: Энергоатомиздат 1989. – 608 с.
Пособие по курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов. 2-е изд. Под ред. В. М. Блок и др. – М.: Высшая школа 1990 – 383 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.
Федоров А. А. Старкова Л. Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования. – М.: Энергоатомиздат 1987. – 368 с.

План цеха- А1.dwg

План цеха с силовой распределительной
металлургического пр.
сетью и расчетной схемой
копировальным устройством