Проектирование системы электроснабжения цеха

Карта селективности.cdw

ПЗ.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ
ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра электроснабжения и электротехники
Курсовой проект по дисциплине:
«Системы электроснабжения»
«Проектирование системы электроснабжения
Исходные данные для проектирования ..4
Расчетная часть проекта:
Сводная ведомость электрооборудования цеха ..4
Выбор напряжения цеховой питающей электросети ..5
Разработка принципиальной схемы внутрицехового электроснабжения 6
Расчет электрических нагрузок .6
Расчет нагрузки первого уровня электроснабжения 6
Расчет нагрузки второго уровня электроснабжения ..11
Расчет нагрузки третьего уровня электроснабжения 12
Определение пиковых нагрузок 13
Выбор типа числа и мощности силовых трансформаторов типа и места установки цеховой трансформаторной подстанции ..17
Компенсация реактивной мощности 18
Расчет силовой электрической сети цеха .19
Расчет токов короткого замыкания ..22
Выбор защитной и коммутационной аппаратуры .26
Выбор и проверка аппаратуры ячейки РУ – 10 кВ и высоковольтного
Библиографический список 34
Целью комплексного курсового проекта является овладение методикой и приобретение навыков проектирования систем внутрицехового электроснабжения с решением всего комплекса соответствующих вопросов.
Задачами курсового проекта являются:
- Выбор и расчет принципиальной схемы электроснабжения цеха
- Расчет электрических нагрузок
- Расчет электрического освещения цеха
- Выбор основного электрооборудования (ЭО) и силовых трансформаторов
- Расчет токов короткого замыкания
- Выбор и проверка аппаратов защиты и автоматики
Перед нами стоит задача выбора такого решения которое с одной стороны отвечало бы действующим правилам устройства электроустановок правилам технической эксплуатации и техники безопасности и с другой стороны отличалось бы оптимальными техническими и экономическими показателями.
Исходные данные для проектирования.
Цех относится ко второй категории надежности. Электроприёмники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Установленные мощности электроприемников приведены в «сводной ведомости электрооборудования цеха».
Габариты цеха 40м*60м общая площадь S=2400 м2.
Точка ввода имеет координаты X=0;Y=0. Масштаб: 1:1.
Расчетная часть проекта.
Сводная ведомость электрооборудования цеха.
Ведомость составлена но основании исходных данных. Тип неизвестного электрооборудования выбран по [11] на основании сведений о технологическом оборудовании.
Для наждачного станка №1 с установленной мощностью Руст=5 кВт; выбирается двигатель АИР132М4 имеющий Рном=75 кВт; ; .
Для остальных электроприемников выбор и расчет произведен аналогично. Результаты сведены в сводную ведомость электрооборудования цеха.
Наименование отделения участка технологичес-кого оборудования
Установлен-ная мощность потребителя кВт
Тип электрообо-рудования
Номинальные параметры элетрооборудования
Кузнечно-штамповый автомат
Электромеханический пресс
Компрессорные станции
-х фазные сварочные преобразователи
Перегружающее устройство
Выбор напряжения цеховой питающей электросети.
В настоящем курсовом проекте сопоставляются варианты: использования напряжения 038 кВ для общепромышленных установок и использование напряжения 63 кВ или 105 кВ для высоковольтных установок при наличии их в цехе.
При использовании для общепромышленных установок напряжения 066 кВ уменьшаются потери напряжения и потери мощности в сетях по сравнению с напряжением 038 кВ но увеличивается стоимость изоляции. Также большинство электрооборудования на напряжение 066 кВ изготавливается на заказ что существенно увеличивает стоимость. Осветительная сеть данного цеха питается от цехового трансформатора этого же цеха поэтому использование в данном цехе напряжения 066 кВ потребовало бы установку еще одного трансформатора (на освещение) или принятие каких-либо других мер. Проанализировав все вышеизложенное приходим к выводу что для общепромышленных установок данного цеха целесообразно использовать напряжение 038 кВ.
Питание цехового трансформатора будет осуществляться кабельной линией напряжением 10 кВ.
Разработка принципиальной схемы внутрицехового электроснабжения.
Цеховые сети распределения электроэнергии должны:
Обеспечить необходимую надежность электроснабжения приемников электроэнергии.
Быть удобными и безопасными в эксплуатации
Иметь конструктивное исполнение обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа.
С учетом мощности электроприемников и их расположения в данном цехе используется схема внутрицехового электроснабжения с использованием радиальных линий отходящих от РУ низшего напряжения ТП и питающих распределительные пункты расположенные в центре электрических нагрузок.
Расчет электрических нагрузок.
Данный расчет необходим для выбора числа и мощности силовых трансформаторов мощности и места установки компенсирующих устройств (КУ) для выбора токоведущих элементов по условию допустимого нагрева определения потерь мощности напряжения и выбора защиты. Основной метод расчета – метод упорядоченных диаграмм. Для цеховой электрической сети расчет проводится на трех уровнях электроснабжения.
I.Уровень – линии от отдельных электроприемников до РП к которому они подключены.
II.Уровень – линии от РП до ТП
III.Уровень – шины низкого напряжения цеховой ТП.
2.Расчет нагрузки 1ого уровня электроснабжения.
Расчет нагрузки первого уровня необходим для выбора проводов и кабелей идущих от отдельных электроприемников до РП.
Для электроприемников работающих в длительном режиме:
- коэффицент загрузки по активной мощности.
Для приемников питающихся в повторно кратковременном режиме (ПКР):
где ПВ – продолжительность включения.
Электроприемник №1 (наждачный станок).
Электроприемник №49 (кран-балка)
Для остальных электроприемников расчет произведен аналогично. Результаты сведены в Таблицу 1.
3. Расчет нагрузки 2ого уровня электроснабжения.
Расчет нагрузки 2ого уровня необходим для выбора кабелей соединяющих РП с цеховой ТП.
На втором уровне расчетная нагрузка определяется по методу упорядоченных диаграмм.
Определяется среднесменная мощность каждого электроприемника:
Где Ku – коэффициент использования отдельного электроприемника
tgсм – среднесменный коэффициент реактивной мощности отдельного электроприемника.
Определяется общая среднесменная нагрузка:
Определяется Кигр – коэффициент использования группы электроприемников:
Определяется nэ – такое число одинаковых по режиму работы и мощности электроприемников которое создает такой же максимум нагрузки как и n реальных разнородных (различных) по режиму работы и мощности приемников.
По Кигр и nэ (по графикам в [1]) определяется Км – коэффициент максимума по активной мощности.
Кмq – коэффициент максимума по реактивной мощности.
Кмq=1 при nэ >10 и Кмq=11 при nэ =10.
Для электроприемников с Ки>=06 Км=1 и Кмq=1 т.е. Рм2=Рсм и Qм2=Qсм.
Определяется нагрузка второго уровня
Расчет нагрузки второго уровня для РП1:
Аналогично проводим расчет для других электроприемников.
Для остальных РП расчёт ведём аналогично.
Результаты расчетов сведены в таблицу 2.
4. Расчет нагрузки 3его уровня электроснабжения.
Расчет нагрузки третьего уровня необходим для выбора мощности силового трансформатора.
где - Справочный коэффициент учитывающий избыточность технологического оборудования.
По [1] принимаем равным
где - удельная осветительная нагрузка Втм2 справочная величина; - производственная площадь объекта м2.
Расчёт нагрузки вентиляции ведём методом коэффициента спроса:
5. Определение пиковых нагрузок.
Пиковая нагрузка обусловлена пуском электродвигателей и кратковременными эксплуатационными КЗ например при электросварке. Расчет пиковых нагрузок необходим для выбора защитной аппаратуры и проверке электрической сети по потере напряжения.
Для отдельно стоящего электродвигателя:
где Кп – коэффициент кратности пускового тока.
Для группы электродвигателей:
где - максимальный пусковой ток электродвигателя в группе
- расчетный ток группы
- номинальный ток двигателя с максимальным пусковым током.
- коэффициент спроса.
Для электроприемника №1:
Для группы электроприемников (РП1) :
узел нагрузки оборудование
Мощность первого уровня P кВт
число электроприемников nэп
коэффициент использования Ки
Эффективное чило электроприемников
коэффициент максимума Км
Выбор типа числа и мощности силовых трансформаторов типа и места установки цеховой трансформаторной подстанции.
Тип трансформаторов цеховых ТП определяется условиями их установки и состояния окружающей среды. Число трансформаторов зависит от категорийности нагрузки. Трансформаторы как правило принимаются комплектного исполнения (КТП). Тип и место расположения КТП определяются характером окружающей среды и планировкой цеха.
Выбор мощности трансформатора осуществляется по расчетной мощности (SмIII)
N – число трансформаторов;
K3 – коэффициент загрузки трансформатора.
Так как в цехе есть потребители II категории то устанавливаем 2 трансформатора (N = 2).
По рекомендации [3] К3 = 07
Принимаем к установке 2 трансформатора мощностью Sном. т = 1000 кВА.
По условиям надежности действия защиты от однофазных коротких замыканий в сетях напряжением до 1 кВ и возможности подключения несимметричных нагрузок предпочтительным является трансформатор со схемой соединения обмоток «треугольник-звезда». [9]
Расчёт центра нагрузок цеха:
Но для нормального прохождения технического процесса подстанция не может быть установлена в расчетном месте. Располагаем подстанцию в месте удобном для эксплуатации и обслуживания но учитывая центр нагрузок.
Компенсация реактивной мощности.
Одним из основных вопросов решаемых при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий является вопрос о компенсации реактивной мощности.
Передача значительного количества реактивной мощности из энергосистемы к потребителям нерациональна по следующим причинам: возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения обусловленные загрузкой их реактивной мощностью и дополнительные потери напряжения в питающих сетях.
Мощность компенсирующих устройств (КУ) устанавливаемых на предприятии или в цехе определяется по технико-экономическим условиям.
Определяем необходимость установки КУ и их мощность.
К – коэффициент учитывающий несовпадение по времени наибольших активной нагрузки энергосистемы и реактивной нагрузки промышленного предприятия. Кр=09.
QС – реактивная мощность выдаваемая энергосистемой предприятию.
tgφС – коэффициент реактивной мощности энергосистемы. (tgφC = 02)
РмIII – расчетная нагрузка цеха PмIII = 80343 кВт.
QмIII – расчетная реактивная мощность QмIII = 1040 кВар.
Определение мощности компенсирующих устройств в сети напряжением до 1000 В.
Находим реактивную мощность Qмт которая может быть передана через трансформатор:
Мощность конденсаторных батарей:
QНБК1 – мощность батареи конденсаторов которую необходимо установить чтобы обеспечить минимальные потери в сети 04 кВ.
QНБК2 – мощность батареи конденсаторов которую необходимо установить чтобы обеспечить минимальные потери в трансформаторе и питающей линии.
где γ – корректирующий коэффициент учитывающий напряжение высшей стороны мощность трансформатора схему питания на стороне 10 кВ сечение линий. γ =067
Трансформатор пропустит всю необходимую мощность и установка компенсирующих устройств на низкой стороне не требуется.
Определение мощности компенсирующих устройств в сети напряжением 10 кВ.
ΔQТ – потери реактивной мощности в трансформаторе цеховой ТП.
Выбираем компенсирующую установку ВАРНЕТ-Н-10-5-150 Qуст=750квар
Установка УКРМ производится на шинах 10кВ ГПП.
Расчет силовой электрической сети цеха.
Выбор типа и марки проводников цеховой электросети и способ их прокладки производится с учетом типа электроприемников их мощности и расчетов работы условий окружающей среды.
Для прокладки в помещении без повышенной опасности применяются проводники с медными жилами с полиэтиленовой поливинилхлоридной изоляцией. Принимаем способ прокладки кабеля в лотках.
Сечение проводников в общепромышленных сетях напряжением до 1 кВ выбирается по длительно допустимому току Iдд.
где Iраб.мах - максимальный рабочий ток линии
Imj - рабочий ток соответствующего уровня.
После этого электрическая сеть проверяется по потере напряжения.
Пример расчёта для 1 электроприёмника:
Выбираем кабель ВВГ 4х15; Iдд=19А
Проверяем по потери напряжения:
Следовательно условие выполняется. Расчёт остальных электроприёмников аналогичен.
Результаты расчета сведены в таблицу 3.
Расчет токов короткого замыкания.
Расчёт токов короткого замыкания необходим для выбора коммутационных и защитных аппаратов. Для этих целей рассчитываем токи трёхфазного и однофазного КЗ в характерных точках (шины 04 кВ РП и шинопроводы отдельные потребители).
Сопротивление системы рассчитывается по формуле:
где Iквн – трехфазный ток К.З. на стороне 10 кВ.
Сопротивление трансформатора определяем по формулам:
Расчет токов КЗ в сетях напряжение до 1000 В имеет ряд особенностей:
учитываются активные и индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой сети включая сопротивления контактов токовых катушек электрических аппаратов и т.д.;
сопротивление Rд в месте КЗ;
Расчет трехфазных токов короткого замыкания.
Короткое замыкание в точке К1(на шине 04 кВ трансформатора):
Для нахождения токов К.З. в данной точке необходимы значения сопротивлений автоматического выключателя QF1. Сначала его необходимо выбрать. Выбор номинального тока QF1 производится по следующей формуле: IнQF1 > 14*IнТ где IнТ - номинальный ток трансформатора. Тогда получаем расчетный ток IQF1 = а номинальный принимаем равным IнQF1=2500 А.
Следовательно из [10] : rQF1 = 013 мОм xQF1 = 007 мОм.
Сопротивление контактов до точки К1 (от ЦТ до РУ-04 ) принимается равным
Тогда получим значения общих сопротивлений:
Значение периодической составляющей тока трехфазного К.З. получится следующее:
Значение ударного тока КЗ:
Отношение по кривым приведённым в [10] Куд=147
Короткое замыкание в точке К2(на РП1):
Для нахождения токов К.З. в данной точке необходимы значения сопротивлений автоматического выключателя QF2 с номинальным током IнQF2 =400 А.
Из [2] : rQF2 = 065 мОм xQF2 = 017 мОм.
Сопротивление контактов до точки К2 (от шин 04кВ до РП ) принимается равным
rк =1+01+001=111 мОм.
Сопротивления линии W56: rW56 = 516 мОм xW56 = 402 мОм
Отношение по кривым приведённым в [10] Куд=11
Короткое замыкание в точке К3(у электроприёмника):
Сопротивление контактов до точки К3 (от шин РП до эл. приёмника ) принимается равным rк =1+001=101 мОм.
Сопротивления линии W1: rW1 = 26174 мОм xW1 = 268 мОм
Для остальных РП и электроприёмников расчёт аналогичен.
Результаты расчета представлены в таблице 5.
Расчет однофазных токов короткого замыкания.
Так как соединение обмоток трансформатора треугольник-звезда с нулём то
Значение периодической составляющей начального тока однофазного К.З. :
где r11 = 324мОм; x11 = 1022 мОм.
Сопротивление нулевой последовательности кабелей принимаем r0=10r1 x0=4x1
Для остальных РП и электроприёмников расчёт аналогичен.
Результаты расчета представлены в таблице 4.
Сопротивление схемы замещения
Ток короткого замыкания
действующее значение кА
Выбор защитной и коммутационной аппаратуры
Защиту электроприемников в цеховой электросети от коротких замыканий осуществляем плавкими предохранителями.
Плавкие предохранители выбираются по условиям:
Пример для 1 электроприёмника:
Выбираем предохранитель типа ПР2 с характеристиками:
Для остальных электроприёмников выбор аналогичен.
Для защиты электрической сети устанавливаем на отходящие линии к РП автоматические выключатели.
Выбор номинальных параметров защитных аппаратов производится
по двум трём условиям:
где- номинальный ток автомата
- номинальный ток расцепителя автомата
-уставка расцепителя автомата
Кз=115-коэффициент запаса для расцепителя с биметаллической пластинкой
К=12-коэффициент с обычным эм расцепителем
Пример расчёта для РП1:
Устанавливаем автоматический выключатель ВА55-41 с характеристиками:
Для остальных случаев расчёт аналогичен.
Выбираем вводной выключатель выбор производится по следующим условиям:
Выбираем автоматический выключатель ВА50 45Про с характеристиками:
Выбранные коммутационные аппараты проверяем на отключающую способность. Защитные аппараты проверяем по чувствительности и селективности.
Проверка предохранителей:
Для эл. приёмника №1:
След. предохранитель проходит по чувствительности для остальных приёмников проверка аналогична.
Проверка автоматических выключателей:
Для ВА55 41 на РП1:
След. автоматический выключатель проходит по чувствительности для остальных приёмников проверка аналогична.
Сведения о выбранных автоматах сведены в таблицу 5.
Принимаем к установке на РП щиты серии ПР8000.
Выбор представлен в таблице 6.
Кол-во авт. выключателей
В качестве ЩО и ЩАО принимаем к установке щиты серии ОЩВ-6.
В комплект каждой технологической единицы входит магнитный пускатель. Он служит для управления приводами от асинхронных двигателей. В настоящее время наиболее широкое распространение имеют магнитные пускатели серии ПМЛ. Защита двигателей и сети к ним от перегрузок в пускателях серии ПМЛ осуществляется при помощи тепловых реле с биметаллической пластинкой типа РТЛ.
Выбор магнитных пускателей производится по номинальному напряжению и току электрооборудования типу исполнения с учетом режима работы и условий окружающей среды.
Рном до 4 кВт ПМЛ-110004 (10 А)
Рном = 4-11 кВт ПМЛ-210004 (25 А)
Рном = 11-15 кВт ПМЛ-310004 (40А)
Рном = 15-30 кВт ПМЛ-410004 (63 А)
Рном = 30-45 кВт ПМЛ-510004 (100А)
Выбор и проверка аппаратуры ячейки РУ – 10 кВ и высоковольтного кабеля.
Питание цеховой ТП осуществляется от ГПП предприятия по кабельной линии длина которой составляет 100м.
Мощность трансформаторов ЦТП составляет 1000 кВА.
Максимальный рабочий ток через трансформатор:
-трехфазный ток КЗ на стороне 10 кВ.
Сечение высоковольтной кабельной линии выбирается по условиям допустимого нагрева экономической плотности тока термической стойкости к токам КЗ с учётом числа принятых параллельных линий и условий прокладки.
Выбор высоковольтного кабеля
)По условию длительно-допустимого тока:
Предварительно выбираем кабель ПвБВ 3х10мм2
) По экономической плотности тока:
Jэк=31 Амм2 для кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией и медными жилами при Tmax=3000 .5000 часов в год
Предварительно выбираем кабель ПвБВ 3х25мм2 Iдд=150А
) По термической стойкости
где с – масштабный коэффициент пересчитывающий термический импульс в площадь поперечного сечения (для кабеля с медными жилами и полиэтиленовой изоляцией на 10 кВ С=98 (А*с2)мм2 ) tn-приведенное время действия тока КЗ
tср – время действия релейной защиты tо – собственное время действия выключателя.
Предварительно выбираем кабель ПвБВ 3х70мм2 Iдд=275А
ПвБВ - медная жила изоляция из сшитого полиэтилена в бронепокрове в оболочке из ПВХ пластиката
На стороне 10 кВ принимаем к установке шкафы КРУ: К-63.
Номинальное напряжение: 10 кВ
- сборных шин: 1000 А
В ячейке устанавливаем вакуумный выключатель ВВ TEL-10-20630У2
Справочные данные выключателя
Расчётные параметры сети
Параметры выключателя удовлетворяют всем условиям поэтому принимаем его к установке.
Библиографический список.
Справочник по проектированию электроснабжения. Под. ред. Ю.Г. Барыбина и др.-М.: Энергоатомиздат 1990.
Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования. Под. ред. Ю.Г. Барыбина и др.- М.: Энергоатомиздат 1991.
Фёдоров А.А. Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий.- М.: Энергоатомиздат1987.
Системы электроснабжения. Методические указания к практическим занятиям для студентов специальности 100400. Составитель: Енин А.С.-Тверь ТГТУ 2002.
Системы электроснабжения. Методические указания к комплексному курсовому проектированию для студентов дневного и заочного обучения специальности 100400. Составитель: Енин А.С. – Тверь ТГТУ 2005.
Правила устройства электроустановок. – М.: Кнорус 2010.
Методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 1004 «Электроснабжение» дневного и заочногол факультетов. Составители: Енин А.С. Макаров А. Н. Араратьян Л. С..-Тверь ТГТУ 2001.
Технический каталог автоматические выключатели Протон 25 Протон 40.
Ополёва Г. Н. Справочник схемы и подстанции электроснабжения. – М.: Форум-инфра-М 2006.
ГОСТ 28249-93 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчёта в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ»

Схема ЦТП1.cdw

аппарат отходящий (ввода):
распредустройство или
количество и сечение
Системы электроснабжения
Принципиальная схема КТП
схемы питающей и распределительной сети
Измерительные приборы
Схема питающей электрической сети
Схема распределительной электрической сети (для РП1)
наименование чертежа
Принципиальная схема ЦТП

Схема цеха.dwg

Вакуумный выключатель ВВЭЛ-110-201000 У1
Системы электроснабжения