Электроснабжение цеха

KR2009_3.dwg

ШТР4-100-32-У3 L=42м.
Конденсаторная установка
Название электроприёмника
Технологическое оборудование
распределительной сети
ШТР4-100-32-У3 L=80м.
Автоматическая линия №1
Машина дуговой сварки
Секционный выключатель
Аварийное освещение

KR2009_1.doc

1 Краткая характеристика потребителей цеха
В данном курсовом проекте рассчитывается электроснабжение электрооборудования литейного цеха металлургического предприятия предприятия.
В цехе имеются потребители с продолжительным и повторно-кратковременным (ПКР) режимами работы.
ПКР – это режим при котором температура за время включения повышается за время пауз снижается однако нагрев за время цикла этого электроприёмника не достигает установившейся температуры а за время паузы температура не достигает температуры окружающей среды.
Продолжительность включения для ПКР:
где t ц 10 мин – среднее время цикла.
В ПКР работают электродвигатели мостовых кранов транспортёров машин дуговой сварки.
Продолжительный режим – это режим при котором температура ЭП возрастает по экспоненте и через определённое время достигает установившегося значения.
ЭП продолжительного режима работы характеризуются коэффициентом включения:
В продолжительном режиме работают электроприводы насосов вентиляторов автоматических линий металлообрабатывающих станков. В продолжительном режиме но с переменной нагрузкой и кратковременным отключением работают электродвигатели станков.
2 Степень бесперебойности питания
Литейный цех можно отнести к потребителям II категории перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недоотпуском продукции простоем рабочих и различных механизмов (ЭП всех основных цехов промышленных предприятий).
В данном проекте электроснабжение осуществляется от двух независимых источников питания без устройства АВР.
3 Характеристика помещения по «Противопожарным нормам строительного проектирования промышленных предприятий» Н-101-54
Литейный цех можно отнести к категории помещений со средой опасной по коррозии т.е. – среда вызывает отрицательное влияния на сети и электрооборудование. Сети в помещениях не опасных по пожару и взрыву делают открытыми (доступными для ремонта и обслуживания). В этих помещения применяют радиальные схемы питания без устройства АВР.
4 Характеристика помещения по ПУЭ
Помещение с нормальной средой.
Таблица 1.1 – Основные данные по оборудованию цеха
Тип электроприемников
Автоматическая линия
Машина дуговой сварки*
Электропечь сопротивления
Технологическое оборудование**
Примечание: 1) Мощность машины дуговой сварки и индукционной печи дана в кВА.
) Активная мощность технологического оборудования дана расчетной 2 Выбор напряжения цеховой сети и системы питания силовой нагрузки и освещения
Цеховую сеть можно выполнить на напряжение 380 и 660В.
Напряжение 660В должно применяться на предприятиях где имеется большое количество электродвигателей в диапазоне мощностей 200 – 600кВт. В механосборочном цехе максимальная мощность электродвигателя 82кВт поэтому эффективность внедрения напряжения 660В незначительна.
Вывод: так как в цехе нет потребителей мощностью более 200кВт принимаем напряжение цеховой сети 380 трёхфазной четырёхпроходной системы переменного тока с промышленной частотой 50Гц.
Выбор схемы электроснабжения
Данное производство относится ко II категории по бесперебойности питания. В виду того что среда данного цеха является опасной по коррозии то выбирается радиальная схема электроснабжения.
Электроснабжение выполняется кабельными линиями проложенными в лотках. От РУ 04кВ питание осуществляется через распределительные щиты от распределительных щитов проводами проложенными в трубах получают питание электроприёмники цеха (насосы вентиляторы и т. д.).
Рисунок 3.1 – Схема питания электроприёмников цеха
Подбор двигателей пусковой и защитной аппаратуры
Выбор типа электродвигателей пусковой и защитной аппаратуры произведём в соответствии с характеристикой производства и средой цеха. Электроприводом станков насосов транспортёров автоматических линий являются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии АИР как наиболее простые и надёжные в эксплуатации.
Для АД выбирем блоки серии Б5130 и технические характеристики аппаратов блоков. Блоки типа Б5130 для умеренного климата – ГУХЛ4 исполнение по износостойкости – Б.
Выбор производится по выражению (4.1):
где - номинальный ток блока А;
- номинальный ток электродвигателя А.
Величины приведённые в каталогах на асинхронные электродвигатели связаны между собой следующими зависимостями:
где - номинальная полная мощность эл.двигателя кВА;
- номинальный ток АД А;
- номинальная активная мощность кВт;
- номинальный коэффициент мощности;
- КПД при номинальных нагрузке и параметрах
Пример: рассчитаем пусковую и защитную аппаратуру для токарного станка P=16 кВт.
Из таблицы П.2.1 [9] выбираем АД АИР160М42 с Рн=17 кВт; cos=091; =86.5%; 2900 обмин.
Рассчитываем по выражению (4.4):
По [11 таблица 2] выберем аппаратуру блока Б5130:
- защита силовой цепи от коротких замыканий осуществляется автоматическими выключателями – типа ВА.(Комплектация данных блоков осуществляется по запросу заказчика)
- защита двигателя от перегрузки малой продолжительности осуществляется тепловыми реле серий РТЛ в блоках с пускателями ПМЛ и РТТ – в блоках с пускателями ПМА на большие токи применяются реле РТЛ;
- защита цепей управления от коротких замыканий предусмотрена плавкими малогабаритными предохранителями ПТ–10 ПРС–25 ТК–20.
Результаты выбора сносим в таблицу 4.1.
Для электропечей сопротивления и индукционных печей устанавливаются блоки Б5000.
Машины дуговой сварки питаются через блоки БПВ-1 I н = 250 А I н. пл.вс. = 150 А.
Питание крановых троллей осуществляется через ящики Я5000.
Для каждой автоматической линии принимаем количество приводных двигателей равным 10.
Для транспортёров принимаем количество приводных двигателей равным 10.
Таблица 4.1- Результаты выбора двигателей для электроприёмников
Таблица 4.2 – Результаты выбора пусковой и защитной аппаратуры
Наименование оборудования
Уставка теплового реле
*Примечание: Мощность машины дуговой сварки и индукционной печи дана в кВА.
Расчёт электроосвещения
1 Выбор системы освещения и освещённости цеха
Основными электроприёмниками цеха являются вентиляторы насосы и станки. Работа со станками относится к работам высокой точности – разряд IIIв.
Минимальная освещённость при комбинированном освещении для разряда зрительных работ IIIб составляет 750 лк. При этом освещённость от общего освещения в системе комбинированного – 300 лк. .
Также в цехе предусмотрена система аварийного освещения. Наименьшая освещённость рабочих поверхностей производственных помещений к территории предприятий требующих обслуживания при аварийном режиме должна составить 5 – 10 % от освещённости рабочего освещения при системе общего освещения. Аварийное освещение выполняем лампами накаливания.
2 Выбор типа и мощности источника света
высота цеха hц= 15 м;
напряжение системы освещения 220 В;
коэффициенты отражения
минимальная освещенность
ЕРАБ = 300 лк; ЕАВ = 15 лк [5].
2.1 Расчёт рабочего освещения
Т.к. высота цеха 15 м целесообразно использовать лампы типа ДРИ со светильниками ГСП–18 и кривой силы света Д3 [5].
Располагаем светильники в шахматном порядке при этом с целью снижения пульсаций светового потока характерных при использовании этого типа ламп в каждой точке устанавливаем по 2 светильника.
Предварительно выбираем 240 светильников.
Высота подвеса светильников:
гдеhЦ – высота цеха м;
hС = 0.7 м – расстояние от светильника до перекрытия (свес).
HП = 15 – 0.7 = 14.3 м.
гдеhР – высота рабочей поверхности над полом м.
h = 14.3 – 0.8 = 13.5 м.
Отношение потока падающего на освещаемую поверхность ко всему потоку ламп называется коэффициентом использования . Зависимость от площади помещения высоты и формы учитывается индексом помещения i.
где SЦ – площадь цехам2
При i=45 и rПОТ=0.5 rСТ=0.5 rПОЛ=0.1 имеем КИ=079 [4].
Определяем световой поток одной лампы:
Выбираем лампы ДРИ -700-5 у которых стандартный световой поток равен:
Определим среднюю фактическую освещённость:
ЕСР.Ф=30668 лк > ЕМИН=300 лк
Количество светильников в цехе:
Окончательно принимаем 180 светильников
Общая установленная мощность рабочего освещения:
PОБЩ.=n×PЛ =180×700=126000 Вт (5.7)
гдеPЛ– мощность одной лампыВт.
2.2 Расчёт аварийного освещения
Аварийное освещение составляет 5% от рабочего
ЕАВ = 15 лк; КИ=0.79; КЗ=1.5; ФЛ=18600 лм.
Принимаем 30 светильников. Выбираем лампу накаливания Г215-225-1000 со светильником НСП-17. Световой поток лампы ФЛ=18600лм.
ЕСР.Ф.АВ=1533 лк > ЕМИН.АВ=15 лк.
3 Выбор кабелей питающих щитки освещения
Условие выбора сечения кабелей имеет вид:
гдеIР – расчётный ток А;
IД.Д – допустимая длительная токовая нагрузка на кабель. Т.к электросталеплавильный цех относится к помещениям со средой опасной по коррозии то
IД.Д = 09 IН.Д(5.10)
гдеIН.Д – длительно допустимый ток для кабелей при нормальных условиях прокладки [1].
3.1 Выбор кабеля питающего щиток рабочего освещения
Выбираем кабель питающий щиток рабочего освещения основного помещения электросталеплавильного цеха.
Расчётная нагрузка внутреннего освещения здания РР определяется по установленной мощности освещения РУ и коэффициенту спроса kС:
Установленная мощность РУ определяется суммированием мощности ламп всех стационарных светильников при этом для учёта потерь в пускорегулирующих аппаратах газоразрядных ламп ДРИ умножаем на 1.1:
гдеn – количество ламп шт.
РЛ – номинальная мощность лампы Вт.
РУ = 160×700×1.1 =123200 Вт
РР = 123200×0.95 =117040 Вт
QР = РР tg φ = 117040.48 = 561792 ВАр
где tg = 0.48 для ламп ДРИ [5].
Определяем полную мощность рабочего освещения:
Определяем расчетный ток для выбора кабеля:
гдеUном = 380 В – номинальное напряжение сети.
Выбираем кабель марки АВВГ четырёхжильный. Приведённые в ПУЭ допустимые длительные токи IН.Д приняты для нормальной окружающей среды (+25 оС по Цельсию). Т.к. среда в цехе опасная по коррозии то поправочный коэффициент на температуру воздуха принимаем равным 09 (К=09).
Принимаем четырёхжильный кабель 4х120 мм2 с IД.Д = 216 А.
3.2 Выбор кабеля питающего щиток аварийного освещения
Определяем установленную мощность ламп:
РУ = 30×1000 = 30000 Вт
Определяем расчётную нагрузку:
РР = РУ × kС =30000 × 0.95 = 28500 Вт
Определяем расчётный ток для выбора кабеля:
гдеcos=1 – для ЛН [5]
Принимаем четырёхжильный кабель АВВГ (4х4)
IД.Д= 675 А > IР=433 А
Результаты расчета сводим в таблицу 5.1.
Таблица 5.1 – Выбор кабелей для щитков освещения
4 Выбор схемы питания осветительной установки
Питание электрического освещения производится от общих для осветительных и силовых нагрузок трансформаторов с низшим напряжением 0.40.23 кВ (напряжение сети 380220 В).
Для питания ламп применяем осветительные шинопроводы ШОС.
Для распределения электроэнергии для рабочего и аварийного освещения а также для защиты сетей от токов короткого замыкания применяем распределительный шкаф ПР11 с трёхполюсными автоматическими выключателями типа ВА.
Осветительная сеть цеха предусматривает наличие одного группового щитка к которому групповыми линиями присоединяются светильники. В случае аварийного прекращения действия рабочего освещения предусмотрено аварийное освещение обеспечивающее возможность продолжения работы и безопасную эвакуацию людей из цеха.
Светильники аварийного освещения автоматически включаются при аварийном отключении рабочего освещения.
Управление рабочим освещением осуществляется автоматическими выключателями установленными на групповом щитке. Для удобства эксплуатации и безопасности производства ремонтных работ и замены отдельных элементов схемы электроосвещения необходимо предусмотреть возможность отключения группового щитка. Эту функцию выполняет выключатель установленный у ввода в здание.
5 Выбор типа и расположения группового щитка компоновка сети и её выполнение
В качестве осветительных щитков применяем распределительные пункты серии ПР8501 с трёхполюсными автоматическими выключателями. Шкафы серии ПР8501 предназначены для распределения электрической энергии для защиты электрических установок напряжением до 660 В переменного тока частоты 50 Гц при перегрузках и коротких замыканиях для нечастых включений и отключений электрических цепей а также для защиты людей и животных от поражения электрическим током и предотвращения пожаров от электрического тока.
5.1 Выбор аппаратов рабочего освещения
Светильники рабочего освещения расположены в 6 рядов по 30 светильников (рисунок 3). В каждом ряду лампы присоединяют к фазам А В и С по порядку
Нагрузка распределена равномерно по 30 светильников на фазу.
гдеРЛ – мощность одной лампы Вт;
n – количество светильников на фазе шт.;
kд.п.=1.1 – коэффициент добавочных потерь.
РНБЗ=1000301.1=33000 Вт
Определяем расчётный ток для наиболее загруженной фазы
гдеUФ=220 В – фазное напряжение;
Cosφ=0.9 – для ламп ДРИ [5].
Для рабочего освещения выбираем кабель марки ВВГнг 4х70мм2 с IДД=175 [11].
Для распределения электроэнергии и защиты сетей от токов короткого замыкания применяем распределительный шкаф ПР85-01 с автоматическими выключателями. Расчётный ток нагрузки:
Выбираем распределительный пункт ПР85-01-3-090-21 IНОМ=250А [11] с автоматическими выключателями. Количество выключателей на фидерах – 6 трёхполюсных. Выключатели на отходящих линиях ВА51-31 IН.В.=250А IН.Р=250А. Вводной выключатель ВА52-31 IН.В.=400А IН.Р=400А.
5.2 Выбор аппаратов аварийного освещения
Светильники аварийного освещения расположены в 5 рядов по 6 светильников в ряду (рисунок 3).
Определяем расчётную мощность наиболее загруженной фазы в одном ряду. Нагрузка по фазам распределена равномерно
n – количество светильников на фазе шт;
РНБЗ=100015=15000 Вт.
Cosφ=1 – для ламп накаливания [5].
Для аварийного освещения выбираем кабель марки ВВГнг 4х35мм2 с IДД=72А [11].
Для распределения электроэнергии и защиты сетей от токов короткого замыкания применяем распределительный шкаф ПР85-01с автоматическими выключателями. Расчётный ток нагрузки:
Выбираем распределительный пункт ПР85-01-3-099-21 IНОМ=100А [11] с автоматическими выключателями. Количество выключателей на фидерах – 4 трёхполюсных. Выключатели на отходящих линиях ВА51-25 IН.В.=25А IН.Р=63А. Вводной выключатель ВА52-31 IН.В.=100А IН.Р=80А
Выбранное оборудование сводим в таблицу 5.2.
Таблица 5.2 – Осветительные шинопроводы и групповые щитки
Помещение (вид освещения)
Фидерные выключатели
Основное (аварийное)
План расположения светильников представлен на рисунке 5.2. На рисунке:
– светильник с лампой ДРИ–250–5 рабочего освещения;
– светильник с лампой накаливания Г215–225–500 аварийного освещения;
– щит рабочего освещения;
– щит аварийного освещения;
– сеть рабочего освещения выполненная кабелем ВВГнг 4х70 мм2
– сеть аварийного освещения выполненная кабелем ВВГнг 4х25 мм2
Расчёт электрических нагрузок
1 Расчёт электрических нагрузок машин дуговой сварки
Расчёт ведём по формуле:
гдеk З = 0.7 - коэффициент загрузки [6];
n – число машин шт.;
S ном – мощность сварочного трансформатора (из задания) кВА;
ПВ - продолжительность включения (из задания) %;
Находим активную и реактивную нагрузки:
гдеcos φ = 0.35 [6].
Рр.д.с.= 1485×0.35 = 5197 кВт;
Qр.д.с. = 5197×268 = 1393кВАр.
3 Расчёт электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм
Разобьём все электроприёмники по группам со сходными характеристиками. Для каждой группы электроприёмников определим активную нагрузку по формулам:
гдеm – число электроприёмников в группе.
Для приёмников работающих в ПКР:
гдеn – число групп электроприёмников.
Результаты расчётов приведены в таблицу 6.1.
Таблица 6.1 – Расчёт средней нагрузки за максимально загруженную смену
Находим групповой коэффициент использования:
гдеn – число групп электроприёмников;
mi – число электроприёмников в группе.
Эффективное число электроприёмников:
где n – число групп электроприёмников;
Принимаем nЭФ =31Так как nЭФ>10 то коэффициент максимума
Расчётные максимумы активной и реактивной нагрузки:
Полная расчётная нагрузка
4 Расчёт дополнительной нагрузки
Расчёт дополнительной нагрузки производим исходя из формул:
где Рр – расчётная активная мощность технологического оборудования кВт;
tgφ – тангенс угла диэлектрических потерь принимаем tgφ=08.
5 Распределение нагрузки по ПР
Производим разделение электроприёмников цеха по распределительным шинопроводам. Для этого условно разделим цех на 4 части – зоны действия распределительных пунктов и рассчитаем нагрузку каждого из них. Расчёт ведём по формулам:
Для примера рассчитаем нагрузки для первой группы электроприемников. В нее входят 1 кран(Рном=1897кВт; Ки=01 cosj=05) 2 печи сопротивления (Рном=105 кВт; Ки=07 cosj=095) 2 транспортера (Рном=24 кВт; Ки=04 cosj=075) 1 насос(Рном=15кВт; Ки=07 cosj=08).
Среднесменная нагрузка:
где n – число электроприёмников в группе шт.
гдеm – число групп электроприёмников;
ni – число электроприёмников в группе.
Определяем коэффициент максимума:
Расчётная величина тока:
Результаты распределения нагрузки по ПР приведены таблице 6.2.
2- Результаты распределения нагрузки по ПР
Уст. .мощн. прив. к ПВ=.
Сред нагруз. за максимально загруженную смену
Продолжение таблицы 6.2
6 Выбор распределительных и троллейных шинопроводов
Выбор распределительных и магистральных шинопроводов выполняется по условию:
IД.Д – допустимая длительная токовая нагрузка на шинопровод. Т.к механосборочный цех относится к помещениям с нормальной средой то
гдеIН.Д – длительно допустимый ток для шинопроводов при нормальных условиях прокладки [1].
Для примера выберем ПР-1.
Расчётный ток первой группы электроприёмников равен Iр = 4384А. Выбираем кабель ВВГ 2(3х120+1х50)с номинальным током
Iр = 4384 А I ДД = 520 А.
Условие выполняется следовательно кабель ВВГ 2(3х120 +1х50 )мм2 выбран правильно. Выбор кабелей сводим в таблицу 6.3.
7 Выбор троллейных линий
Выбираем троллейную линию для мостового крана со средним режимом работы грузоподъёмностью 20 т. На кране установлено 3 двигателя серии АИР с номинальными мощностями 21кВт;53кВт;53 кВт.
Максимальный расчетный ток троллеи при работе одного крана
Выбираем троллейный шинопровод ШТР4 – 100 с I ном = 100 А [3].
Таблица 6.3 – Выбор шинопроводов
Группы электроприёмников
Тип кабеляшинопровода
8 Ответвления к электроприёмникам
Участок электросети питающий отдельный приёмник электроэнергии называется ответвлением. Ответвления к электроприёмникам от шинопроводов выполняем кабелем АВВГ в трубе (согласно ПУЭ в производственных помещениях при наличии опасности механических повреждений в эксплуатации прокладка небронированных кабелей допускается при условии их защиты от механических повреждений).
Выбор сечения кабелей выбираем по условию допустимого нагрева:
гдеIДД – допустимая длительная токовая нагрузка на кабель А
В ПУЭ для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией приводятся допустимые длительные токи I н. д. при температурах: окружающего воздуха +25оС жил +65 оС. [1].
Для ответвлений к отдельным электроприёмникам длительного режима работы в качестве расчётного тока принимаем номинальный ток электроприёмника:
Для примера выберем кабель питающий станок P=17 кВт:
Выбираем четырёхжильный кабель АВВГ(3х16 + 1х10) с Iн.д =55 А [1]. Проводим проверку по условию I ном I н. д
I ном = 328 А I Д. Д = 55 А
кабель проходит по длительно допустимому току нагрева. Выбранные кабели сводим в таблицу 6.4.
Таблица 6.4 – Выбор кабелей к потребителям
Автоматическая линия
Машины дуговой сварки
Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов
Т.к. по составу и характеру нагрузки электропотребителей цех относится ко второй категории по бесперебойности электроснабжения необходимо установить двухтрансформаторную подстанцию.
Мощность трансформаторов ТП цеха определяется по формуле:
гдеSР.Ц – полная расчётная мощность цеха кВА;
n – количество трансформаторов шт.;
кз – коэффициент загрузки трансформаторов.
Принимаем кз = 0.8 (для потребителей второй категории по бесперебойности электроснабжения) [6].
где РМЦ QМЦ – максимальные расчётные (активная и реактивная) мощности силовой нагрузки цеха кВт кВАр;
РД.С QД.С – суммарные (активная и реактивная) мощности машин дуговой сварки кВт кВАр;
РРО QРО – расчётная (активная и реактивная) мощности освещения кВт кВАр;
РДОП QДОП – расчётная (активная и реактивная) дополнительные мощности кВт кВАр.
Максимальные расчётные мощности силовой нагрузки цеха:
Максимальные расчётные мощности машин дуговой сварки:
Расчётная мощность освещения:
Мощность дополнительной нагрузки:
Полная расчётная мощность цеха:
Мощность трансформаторов цеха:
На основании SТР выбираем два трансформатора ТМЗ – 250010 [7].
Справочные данные трансформатора: UВН =10 кВ; UНН = 0.4 кВ; РХХ = 385 кВт; РКЗ = 235 кВт; IХХ = 1. % UКЗ = 5.5 %.
Реальный коэффициент загрузки:
Выбранная ТП пристроена к помещению цеха. Подстанция кроме двух трансформаторов содержит вводные шкафы на напряжение 10 кВ и комплектные распределительные шкафы при помощи которых собрана схема КРУ напряжением 0.4 кВ.
Расчёт необходимой компенсирующей мощности выбор компенсационного оборудования и его размещение в цеховой сети
Передача реактивной мощности вызывает дополнительные затраты на увеличение сечения проводников сетей и мощностей трансформаторов создаёт дополнительные потери электроэнергии. Кроме того увеличиваются потери напряжения за счёт реактивной составляющей пропорциональной реактивной нагрузке и индуктивному сопротивлению что снижает качество электроэнергии по напряжению.
Поэтому важное значение имеет компенсация реактивных нагрузок и повышения коэффициента мощности в системах электроснабжения предприятия. Под компенсацией подразумевается установка местных источников реактивной мощности благодаря которой повышается пропускная способность сетей и трансформаторов а также уменьшаются потери электроэнергии.
Суммарная мощность компенсирующего устройства:
гдеQР.Ц РР.Ц – активная и реактивная мощности цеха кВт кВАр;
гдеtgφЭ – коэффициент мощности заданный системой о. е
В качестве источников реактивной мощности используем комплектные конденсаторные установки с размещением их в КРУ 04 кВ
На каждый каждую секцию КРУ 04 кВ устанавливаем конденсаторную установку УКМ58–0.4–536–25–У3 мощностью 536 кВАр минимальный шаг ступеней регулирования 25 кВАр
Уточнение расчётных нагрузок и мощности трансформаторов с учётом компенсации реактивной мощности
1 Уточнение мощности трансформаторов с учётом компенсации
Расчётная реактивная нагрузка после установки комплектных конденсаторных установок:
Пересчитываем полную расчётную мощность:
Определяем расчётную мощность трансформатора:
С учетом компенсации выбираем трансформатор: UВН =10 кВ; UНН = 0.4 кВ; РХХ = 385 кВт; РКЗ = 235кВт; IХХ = 1 % UКЗ = 5.5 %.[7].
Коэффициент загрузки:
Выбор питающих кабелей
1 Выбор питающих кабелей от ГПП до КТП
Кабельная линия по которой трансформаторная подстанция получает питание прокладывается в земле. Выбираем кабель марки ААШв на напряжение 10 кВ трёхжильный.
1.1 Выбор сечения кабеля по нагреву
Основное условие выбора кабеля по нагреву
где IД.Д - длительно допустимая токовая нагрузка на кабель А;
IР – расчётный ток А.
Согласно ПУЭ проводники должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учётом не только нормальных но и послеаварийных режимов режимов после ремонта. Т. к. цеховая двухтрансформаторная подстанция получает питание по двум кабелям и при отключении одного из них (в ремонтном или послеаварийном режимах) нагрузка другого возрастает то
Принимаем трёхжильный кабель ААШв 3х185 мм2 с IДД=270 А. [1].
IР = 2021 А IД.Д = 270 А.
1.2 Выбор сечения кабеля по экономической плотности тока
Определяем экономическую плотность тока для кабеля ААШв в зависимости от продолжительности использования максимума нагрузки по данным ПУЭ. При ТМ от 4355 до 5880 чгод для предприятия работающего в одну смену:
Экономически выгодное сечение:
где IР – расчётный ток линии который принимается из условий нормальной работы и при его определении не учитывается увеличение тока в линии при авариях или ремонтах в каком-либо элементе сети.
FЭК = 1155 1.2 = 9623 мм 2
Ближайшее стандартное сечение 120 мм2.
1.3 Выбор сечения кабеля по термической стойкости
Сечение обеспечивающее термическую устойчивость проводника к току короткого замыкания определяется по выражению:
гдеα – расчётный коэффициент (для кабелей с алюминиевыми жилами α = 12);
I– установившийся ток короткого замыкания ( задано) кА;
tф – фиктивное время срабатывания релейной защиты (возможное время прохождения тока через кабель складывается из времени действия релейной защиты и времени отключения выключателя) задано.
На основании расчётов для питания цеховой двухтрансформаторной подстанции принимаем два кабеля марки ААШв 3х240 мм2 с IДД=340 А.
Выбор аппаратуры ячейки КРУ на ГПП
РУ-10 кВ ГПП выполняется с помощью шкафов КРУ. Выберем ячейки КРУ для присоединения к нему двух линий отходящих к трансформаторной подстанции цеха.
гдеIН – номинальный ток главных цепей шкафов КРУ А;
Ударный ток к.з. определяется по выражению:
гдеI” – ток короткого замыкания на шинах источника питанияА;
kУ – ударный коэффициент(1.8-1.9).
Та=0.1 – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания с;
Тепловой импульс тока к.з.:
Выбираем 2 шкафа (для присоединения двух отходящих линий) серии КМ–1–У3 Uном=10кВ Iном.шкафа=630А со встроенными маломасляными выключателями ВКЭ-10-20630У3[6] и с трансформаторами тока типа ТЛК-10У3.
Выбор аппаратов оформим в виде таблицы 11.1.
Таблица 11.1 – Выбор аппаратуры ячейки КРУ
Наименование и тип аппарата
Технические характеристики
Выключатель ВКЭ-10-20630У3
IТЕРМ2tТЕРМ = 2023=1200 А2с
IТЕРМ2tТЕРМ = 31.523= 2976.75 А2с
Построение карты селективности защиты
Строим карту селективной защиты для двигателя станка.
1 Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания
Расчётная схема и схема замещения представлена на рисунках 12.1 и 12.2. Определяем сопротивления элементов схемы.
Рисунок 12.1 – Расчётная схема электроснабжения станка
Рисунок 12.2 – Схема замещения электроснабжения станка
1.1 Определение сопротивления элементов схемы
Определяем индуктивное сопротивление системы приведённое к стороне 0.4 кВ.
Определяем активное и индуктивное сопротивления высоковольтной кабельной линии длиной l = 250 м и S = 3х240 мм2:
Определяем активное сопротивление трансформатора ТМЗ–250010:
Определяем полное сопротивление трансформатора:
Определяем реактивное сопротивление трансформатора:
Определяем активное и индуктивное сопротивление ПР-6 l = 48 м:
RРЩ-1 = Rо l = 0.03 48 = 144мОм(12.7)
ХРЩ-1 = Хо l = 0.014 48 = 0.672 мОм(12.8)
Определяем активное и индуктивное сопротивление кабеля питающего токарный станок АВВГ (3х16 + 1х10) l = 32 м:
RК.Л. = Rо l = 195 32 = 624 мОм(12.9)
ХК.Л. = Хо l = 0.0675 32 = 02 мОм (12.10)
Сопротивления автоматических выключателей выбираем из [9] исходя из номинального тока выключателя.
Номинальный ток для А1 – ток АД:
I ном = 328 А I ном. А1 = 100 А;
Номинальный ток для А2 – ток ПР-6:
I ном = 2413 А I ном. А2 = 400 А;
Номинальный ток длявыбираем по расчётному току трансформатора:
I ном = 38177 А I ном.= 4000 А;
Расчёт начального действующего значения периодической составляющей тока трёхфазного короткого замыкания без учёта сопротивления электрической дуги производится по формуле:
гдеUНОМ – среднее номинальное линейное напряжение в сети кВ;
RΣ ХΣ – суммарные активное и индуктивное сопротивления до точки КЗ без учёта сопротивления электрической дуги мОм.;
Сопротивление дуги RД в месте КЗ принимается активным и его определяют по выражению:
гдеUД – падение напряжения на дуге В;
ЕД = 1.6 В – напряжение в стволе дуги В [9];
IП.О. – наибольшее действующее значение периодической составляющей тока КЗ при металлическом КЗ (т. е. без учёта сопротивления дуги).
Длина дуги определяется в зависимости от расстояния а между фазами проводников в месте КЗ [9]:
LД = 2а при 3 мм а 30 мм;
LД = а при а > 30 мм
Ток КЗ с учётом сопротивления электрической дуги определяется по выражению:
1.2 Расчёт тока к.з. в точке К-3
Определим суммарное активное сопротивление до точки к.з.:
RΣ3 = RВС + RТ + RА3 (12.16)
RΣ3 = 0.061 + 06 + 0.1 =0761 мОм
Определим суммарное индуктивное сопротивление до точки к.з.:
ХΣ3 = ХС + ХВС + ХТ + ХА3 (12.17)
ХΣ3 = 0.374 + 0036 + 347 + 0.05 = 3903 мОм.
Определяем ток КЗ без учёта сопротивления дуги :
Расстояние между фазами проводников в месте короткого замыкания
а = 180 мм (шины КТП)[9].
Определяем активное сопротивление дуги:
Определяем ток КЗ с учётом сопротивления дуги
1.3 Расчёт тока к.з. в точке К-2
RΣ2 = RΣ3 + RА2+ RКЛ РЩ (12.18)
RΣ2 = 0761+ 065+144 = 2851мОм
ХΣ2 = ХΣ3 + ХА2 + ХКЛ РЩ (12.19)
ХΣ2 = 3903+ 0.17+0672= 4745мОм
а = 48 мм (кабель питающий ПР-6)[9].
1.4 Расчёт тока к.з. в точке К-1
RΣ1 = RΣ2 + RА1 + RКЛ(12.20)
RΣ1 = 2851 + 215 + 622 = 672 мОм
ХΣ1 = ХΣ2 + ХА1 + ХКЛ
ХΣ1 = 4745 + 12 + 02= 6145 мОм(12.21)
а = 24 мм (кабель сечением 16-35 мм2)[9].
2 Расчёт токов однофазного короткого замыкания
В электрической сети напряжением до 1000 В под однофазным коротким замыканием подразумевается замыкание между фазным и нулевым проводниками в схеме электроснабжения. Поэтому величина тока однофазного замыкания зависит от величины фазного напряжения и сопротивления петли «фаза – нуль» от цехового трансформатора до расчётной точки КЗ.
Расчёт однофазных токов КЗ проводим по выражению:
гдеUф = 220 В – фазное напряжение сети;
RФ-ОΣ ХФ-ОΣ – суммарные сопротивления току однофазного КЗ мОм.
Рисунок 12.3 – Схема замещения для расчёта однофазного т.к.з
2.1 Определение сопротивления элементов схемы
– сопротивления силового трансформатора ТМЗ–250010 току однофазного короткого замыкания:
RТ.Ф-О = 192 мОм; ХТ.Ф-О = 1038 мОм.
– сопротивления кабеля питающего ПР-6 току однофазного короткого замыкания:
RУД.Ф-О = 0.54 мОмм; ХУД.Ф-О = 0.34 мОмм [9];
RКЛРЩ1 Ф-О = RУД.Ф-О l(12.23)
Х КЛРЩ1 Ф-О = ХУД Ф-О l(12.24)
R КЛПР= 0.54 48 = 2592 мОм Х КЛПР= 034 48 = 1632 мОм
– сопротивления четырёхжильного кабеля АВВГ (3х16 + 1х10) току однофазного короткого замыкания:
RУД.Ф-О = 507 мОмм; ХУД.Ф-О = 0194 мОмм [9];
RКЛ Ф-О = RУД.Ф-О l(12.25)
ХКЛ Ф-О = ХУД.Ф-О l(12.26)
RКЛ Ф-О = 507 32 = 16224 мОм ХКЛ Ф-О = 0.194 32 = 6208 мОм
2.2 Однофазный ток к.з. в точке К-3
RФ-ОΣ3 = RТ Ф-О3 + RА3 (12.29)
RФ-ОΣ3 = 1923 + 01 = 164 мОм
ХФ-ОΣ3 = ХТ Ф-О3 + ХА3 (12.30)
ХФ-ОΣ3 = 10383 + 005 = 351 мОм
Определяем ток короткого замыкания без учёта сопротивления электрической дуги:
Определяем ток короткого замыкания с учётом сопротивления электрической дуги:
2.3 Однофазный ток к.з. в точке К-2
RФ-ОΣ2 = RФ-ОΣ3 + RА2 + R КЛПР(12.31)
RФ-ОΣ2 = 164+ 065 + 2595 = 2824 мОм
ХФ-ОΣ2 = ХФ-ОΣ3 + ХА2 + Х КЛПР(12.32)
ХФ-ОΣ2 = 351 + 017 + 1632 = 20 мОм
2.4 Однофазный ток к.з. в точке К-1
RФ-ОΣ1 = RФ-ОΣ2 + RА1 + RКЛ Ф-О(12.35)
RФ-ОΣ1 = 2824+ 215 + 16224 = 19263 мОм
ХФ-ОΣ1 = ХФ-ОΣ2 + ХА1 + ХКЛ Ф-О(12.36)
ХФ-ОΣ1 = 20 + 12 + 6208 = 27408 мОм
Таблица 12.1 – Результаты расчётов токов короткого замыкания
Точка короткого замыкания
3 Карта селективности защиты
Автоматические выключатели выбираем из [8].
3.1 Выключатель у станка
РНОМ = 17 кВт IНОМ = 328 А.
Выбираем ВА 52-31 с Iном. выкл = 100 А Iном. расц. = 40 А Iо = 6 кА;
Определим ток срабатывания отсечки:
Iсо = 10 Iном. расц.= 10 40 = 400А(12.37)
I со I К1(3) I со I К1(1).
Определим ток уставки:
I6 = 6 I ном. расц.= 6 40 = 240 А(12.38)
t6 = 2 c; Iмгн. сраб.= 5 кА;
Определим ток срабатывания выключателя в зоне перегрузки:
I СП = 1.25 I ном. расц.= 1.25 40 = 50 А(12.39)
Коэффициент чувствительности к токам однофазного КЗ:
3.2 Выключатель у ПР - 6
Выбираем ВА51–37 с Iном. выкл = 400 А Iном. расц. = 320 А Iо = 47.5 кА;
Iсо = 10 Iном. расц.= 10 320 = 3200А
I со I К1(3)I со I К1(1).
I6 = 6 I ном. расц.= 6 320 = 1920 А
t6 = 4 c; Iмгн. сраб.= 25 кА;
I СП = 1.25 I ном. расц.= 1.25 320= 400 А
3.3 Выключатель на шинах КТП трансформатор ТМЗ–250010
Выбираем ВА53–43 с Iном. выкл =4000 А Iном. расц. = 4000 А Iо = 60 кА;
Iсо = 3 Iном. расц.= 3 4000= 12000 А
I6 = 6 I ном. расц.= 6 4000 = 24000 А
t6 = 4 c; Iмгн. сраб.= 36 кА;
IСП = 1.25 Iном. расц.= 1.25 4000 = 5000 А
гдеIном. выкл. – номинальный ток выключателяА;
Iном. расц. – номинальный ток расцепителяА;
IСП – ток срабатывания выключателя в зоне перегрузкиА;
tСП – время срабатывания выключателя в зоне перегрузкис;
t6 – время срабатывания уставкис;
Iсо – ток срабатывания отсечкиА;
tсо – время срабатывания отсечкис.
3.4 Секционный выключатель
Выбираем ВА53-41с Iном. выкл =2500 А Iном. расц. = 2000 А Iо = 475 кА;
Iсо = 3 Iном. расц.= 3 2000= 6000 А
I6 = 6 I ном. расц.= 6 2000 = 12000 А
t6 = 4 c; Iмгн. сраб.= 31 кА;
IСП = 1.25 Iном. расц.= 1.25 2000 = 2500 А
Таблица 12.2 – Данные для построения карты селективности
Зона срабатывания при перегрузке
Зона шестикратного тока
На рисунке 12.4 показано построение карты селективности защиты станка.
Рисунок 12.4 Карта селективности защиты токарного станка.
Расчёт показателей качества электрической энергии
1 Расчёт уровня напряжения на зажимах наиболее удалённого электроприёмника для режима максимума нагрузки
Наиболее удалённый от источника питания приёмник цеха – токарный станок расположенный на ПР-6.
Рисунок 13.1 – Схема электроснабжения электроприемников
Расчёт отклонения напряжения проверим в период максимума нагрузки.
U2= U1 – ΔUТП – ΔUВС + Uдоб – ΔUКЛ-ПР – ΔUКЛ(13.6)
где U1’ – уровень напряжения на шинах 10кВ РП питающей цех в период максимума нагрузки%;
ΔUТП’ – потеря напряжения в цеховом понижающем трансформаторе%;
ΔUВС’– потеря напряжения в линии высокого напряжения от РП до цеховой ТП%;
ΔUКЛПР’ – потеря напряжения в кабеле питающем ПР-6%;
ΔUКЛ’ – потеря напряжения в кабельной линии %;
Uдоб’– добавка напряжения которая создается ПБВ цехового трансформатора%;
Найдём потерю напряжения в высоковольтной кабельной линии:
RВС = 0.061 10 –3 Ом ХВС = 0.036 10 –3 Ом (пункт 12.1.1)
Сопротивление трансформатора:
RТ = 06 10 –3 Ом; ХТ= 347 10 –3 Ом (пункт 12.1.1)
Сопротивление кабеля питающего ПР-6:
Rо = 0.03 мОмм Хо = 0.014 мОмм l = 48 м.
RПР-6 = Rо l = 0.03 48 = 144мОм(12.7)
ХПР-6 = Хо l = 0.014 48 = 0672 мОм(12.8)
Сопротивление кабеля АВВГ (3х6 + 1х4)
Rо = 195 мОмм Хо = 0.0675 мОмм l = 32 м.
RКЛ = Rо l = 195 32 = 624 мОм(12.11)
хКЛ = хо l = 0.0675 32 = 02 мОм(12.11)
QР = QНОМ = РНОМ tgφ = 17 0.46 = 782 кВАр(6.2)
U2= U1 – ΔUТП – ΔUВС + Uдоб – ΔUКЛПР – ΔUКЛ (13.6)
U2 = 3 – 0068 +5– 17 – 151 – 0736 = 3986%
U2 = 3986% Uдоп" = 5%
Отклонение напряжения в период максимума нагрузки не превышает допустимого значения.
2 Расчёт уровня напряжения на зажимах ближайшего к источнику питания электроприёмника
Ближайший к источнику питания приёмник цеха – насос расположенный на РЩ-2.
Расчёт отклонения напряжения проверим в период минимума нагрузки. Минимальную нагрузку принимаем равной 27 % (задание) от расчётной нагрузки.
U2" = U1" – ΔUТП" – ΔUВС"– ΔUКЛ РЩ" – ΔUКЛ" + Uдоб"(13.2)
где U1" – уровень напряжения на шинах 10кВ РП питающей цех в период минимума нагрузки%;
ΔUТП" – потеря напряжения в цеховом понижающем трансформаторе%;
ΔUВС"– потеря напряжения в линии высокого напряжения от РП до цеховой ТП%;
ΔUКЛ РЩ" – потеря напряжения в кабеле питающем ПР %;
ΔUКЛ" – потеря напряжения в кабельной линии%;
Uдоб"– добавка напряжения которая создается ПБВ цехового трансформатора%;
RВС = 0.061 10 –3 Ом; ХВС = 0.036 10 –3 Ом (пункт 12.1.1)
Найдём потерю напряжения в трансформаторе:
RТ = 343 10 –3 Ом; ХТ= 1397 10 –3 Ом (пункт 12.1.1)
Сопротивление кабеля питающего ПР-5:
Rо = 0.032 мОмм Хо = 0.0142 мОмм l = 32 м.
RПР-5 = Rо l = 0.015 32 = 048мОм(12.7)
ХПР-5 = Хо l = 0.007 32 = 0224 мОм(12.8)
U2" = U1" – ΔUТП" – ΔUВС" + Uдоб" – ΔUКЛРЩ– ΔUКЛ"(13.2)
U1" = 3% (задание); UдобТП" = +5%.
U2" = 4 – 0018 – 046 + 5 – 014 – 0.736 = 7648%
U2" = 7648% > Uдоп" = 5%
Отклонение напряжения в период минимума нагрузки превышает уровень допустимого следовательно ПБВ нужно перевести на ступень -5% тогда
В период максимума нагрузки
U2 = 3 – 0068 +0– 17 – 151 – 0736 = - 1014%
U2 = - 1014% Uдоп" = 5%
Отклонение напряжения в период максимума нагрузки не превышает уровень допустимого.
В период минимума нагрузки
U2" = 4 – 0018 – 046 + 0 – 014 – 0.736 = 2648%
U2" =2648% Uдоп" = 5%
Отклонение напряжения в период минимума нагрузки не превышает уровень допустимого.
Расчёт заземляющего устройства
Для установок имеющих напряжение до 1000 В и выше получаются два значения нормативных сопротивлений заземляющего устройства:
R ЗУ = 4 Ом – для стороны до 1000 В;
– для стороны выше 1000 В.
За расчётное значение должно быть принято меньшее из этих двух значений как обеспечивающее безопасность. Определяем сопротивление заземляющего устройства:
гдеIЗ = 15 А (из задания)
Таким образом определяющим для расчёта является требование:
Заземляющее устройство выполняем в виде выносного контура (прямоугольника 15 15 м) из горизонтальных и вертикальных заземлителей. В качестве вертикальных электродов используем стальные стержни диаметром 12 мм и длиной L = 5 м. Верхний конец электрода находится ниже уровня земли на 0.7 м.
Рисунок 14.1 – Конструкция заземляющего устройства
Горизонтальные электроды выполняем из полосовой стали 60 4 мм. Общая длина полосы L = 80 м. Определяем сопротивление растеканию горизонтальных электродов:
гдеb=0.06– ширина полосым;
t=0.7 – глубина заложения полосым;
ρр = kс ρ – расчётное сопротивление грунта;
kс = 2.5 для горизонтальных электродов длиной 15 м [13];
ρ =190 Омм (из задания);
Предварительно принимая в контуре 8 вертикальных заземлителя по таблице 7.4 [13] для al=3 находим коэффициент использования полосы г=0.6 тогда сопротивление полосы в контуре из 8 вертикальных заземлителей
Необходимое сопротивление вертикальных заземлителей:
Сопротивление одного вертикального заземлителя
гдеρр – kС ρ = 1.15 190 – расчётное сопротивление грунта Омм;
kС = 1.15 [13] – коэффициент сезонности учитывающий промерзание и пересыхание грунта;
ρ=110 Омм – удельное сопротивление грунта измеренное при нормальной влажности;
L=5 м – длина электрода;
d=0.02 м – внешний диаметр электрода;
– расстояние от поверхности земли до середины электродам;
Количество вертикальных заземлителей находим приняв коэффициент использования В=0.8 по таблице 7.5 [13]:
Окончательно принимаем в контуре 12 вертикальных заземлителей.
Найдём сопротивление заземляющего устройства из 12 вертикальных электродов
Основные технические показатели проекта
«Электроснабжение сборочного цеха»
Установленная мощность362373 кВт
Число электроприёмников переменного тока 45
с частотой 200 – 100000 Гц (отличной от 50 Гц) 0
Напряжение цеховой электрической сети 380 В
Расчётная мощность (максимальная) 334894 кВА
Коэффициент мощности:
до компенсацииtgφ = 0.77; cosφ = 0.79;
после компенсации tgφ = 0.36; cosφ = 0.94
Тип число и мощность трансформаторов
цеховой подстанцииТМЗ – 250010 2 шт.
Коэффициент загрузки трансформаторов кз = 0.56
Расход электрической энергии за год:
активнойWА = Р Тм.а = 265621 4355 = 1156779455 кВтч;
реактивнойWР = Q Тм.р. = 96759 5880= 56894292кВАрч
Удельная плотность нагрузки
РУД = Р F = 265621 (168 96) = 0.165 кВтм2
Напряжение питания цеховых подстанций10 кВ
Список использованных источников
Правила устройства электроустановок – М.: Энергоатомиздат 1998 г.
«Электрическая часть станций и подстанций» справочные материалы под ред. Б. Н. Неклепаева - М.: Энергия 1978 г.
Б. А. Князевский Б. Ю. Липкин «Электроснабжение промышленных предприятий» М.: «Высшая школа» 1986 г.
Специальные вопросы электроснабжения. Составитель – А. И. Гардин - НГТУ 1988 г.
Г. М. Кнорринг «Справочник для проектирования электроосвещения» - Л.: «Энергия» 1968 г.
Справочник по проектированию электроснабжения под ред. Ю. Г. Барыбина и др. – М.: «Энергоатомиздат» 1990 г.
«Электроснабжение и электрооборудование цеха» Методические указания – Н. Н. 2002 г.
А. В. Беляев «Выбор аппаратуры защит и кабелей в сетях 04 кВ» - Л.: «Энергоатомиздат» 1988 г.
«Расчеты токов короткого замыкания в электрических сетях» Методические указания – Н. Н. 1991 г.
ГОСТ 13109 – 97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения»
«Характеристики электрооборудования напряжением 0.4 кВ» Справочное пособие – Н.Н. 2002 г.
Крановое оборудование: Справочник Алексеев Ю.В. Богословский А.П. и др. – М.: Энергия 1979.
Козулин В.С. РожковаЛ.Д. Электроснабжение -М.: Энергоатомиздат 1993

KR2009_2.dwg

с нанесением силовой
распределительной сети
Электропечь индукционная
Машина дуговой сварки
Автоматическая линия
Электропечь сопротивления
Дополнительное оборудование
Крепление шинопровода к колонне
Прокладка кабеля в металлорукаве
Прокладка кабеля в трубе
Прокладка кабеля в кабельном коробе
Прокладка кабеля в траншее
Прокладка кабеля в кабельном канале
Ответвительная коробко
Пост распределительный
Условные обозначения