Электроснабжение фермы КРС-600

Электроснабжение фермы КРС-600

Содержание

Введение

. Краткая характеристика технологического процесса объекта и источника питания

.1 Классификация электропотребителей фермы по категориям надежности электроснабжения

.2 Классификация помещений электропотребителей фермы по условиям окружающей среды

. Определение электрических нагрузок цеха и фермы в целом с применением ЭВМ

.1 Определение мощности цеховых электроприемников

.2 Выбор пусковой и защитной аппаратуры электроприемников

.3 Определение расчетных нагрузок цеха и предприятия в целом

.         Разработка силовой сети цеха с выбором силовых распределительных шкафов

.1 Расчет сечения проводов и кабелей для подключения электроприемников и ШР

.         Расчет осветительной нагрузки цеха

.         Построение картограммы электрических нагрузок и разработка схемы распределительной сети фермы

.         Расчет токов короткого замыкания и выбор коммутационной аппаратуры ВН

Заключение

Литература

Введение

Особенностями электроснабжения сельскохозяйственных потребителей являются:

рассредоточенность электроприемников небольшой мощности по большой территории; и как следствие малая плотность нагрузок;

сезонная работа большинства потребителей.

В настоящее время предприятия агропромышленного комплекса столкнулись с рядом проблем, основными из которых являются:

изношенность машинно-тракторного парка и энергооборудования;

низкий уровень автоматизации и механизации;

недостаток финансирования.

Однако, несмотря на вес трудности в настоящее время в республике введены в эксплуатацию несколько экспериментальных животноводческих комплексов на новой технической основе с применением автоматизированных поточных технологических линий с применением микропроцессорной техники на основе передовых технологий и опыта других стран. В свою очередь введение в эксплуатацию таких предприятий ставит перед энергоснабжающими организациями такие задачи как повышение надежности электроснабжения и улучшения качества электроэнергии.

В структуре АПК многие потребители поставлены на промышленную основу. Поэтому к ним предъявляют требования, как и к промышленным предприятиям.

Как уже отмечалось ранее, сельские потребители потребляют относительно небольшую мощность, однако мощность отдельных потребителей достигает нескольких МВт. К ним относятся крупные комплексы КРС, птицеводческие предприятия и т.п.

Первостепенной задачей сельского электроснабжения является доведение стоимости электроэнергии до минимума.

Крупным потребителем электроэнергии станет животноводство, т.к. прежде всего животноводство рассматривается в качестве развития отрасли сельского хозяйства. Этого можно достичь только в результате повышения уровня механизации и электрификации работ на животноводческих комплексах по производству мяса и молока на промышленной основе.

Электроснабжение предприятий и населённых пунктов в сельской местности имеет свои особенности по сравнению с электроснабжением промышленности и городов. Главная из них это необходимость подводить электроэнергию к огромному числу сравнительно маломощных объектов, рассредоточенных по территории.

В результате протяжённость сетей на единицу мощности во много раз превышает эту величину в других отраслях народного хозяйства.

Целью данного курсового проекта является систематизация и углубление знаний по курсу “Электроснабжение предприятий АПК”, а также по изученным ранее курсам “Электрическая часть станций и подстанций”, “Электрические системы и сети”, “Релейная защита” и другие.

1. Краткая характеристика технологического процесса объекта и источника питания

Животноводство - специфическая отрасль, в которой можно быстро увеличить производство мяса и молока, разумеется при наличии соответствующих условий. Эта специфика обусловлена целым рядом хозяйственно биологических особенностей.

Комплекс КРС на 600 голов предназначен для содержания шестисот голов крупного рогатого скота. На комплексе также предусмотрены: коровник на 200 голов, родильное отделение, молочное отделение с расфасовкой молока, блок вспомогательных помещений, электрокотельная и градирня.

1.1 Классификация электропотребителей фермы по категориям надежности электроснабжения

С точки зрения надежности электроснабжения электропотребителей (ЭП) делят на 3 категории.

К первой категории относят ЭП, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей или значительный ущерб народному хозяйству.

В сельском хозяйстве (по рекомендации [1],стр.190) к ЭП 1-й категории относят животноводческие комплексы и крупные фермы.

Ко второй категории относят ЭП, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

В сельском хозяйстве (по рекомендации [1], стр.190) к ЭП 2-й категории относят животноводческие фермы с меньшей производительностью, чем при первой категории, кормоприготовительные заводы, отдельные цеха с механизированным приготовлением кормов, картофелехранилища вместимостью более 500 т. с холодоснабжением и активной вентиляцией, ЭП наиболее ответственных систем на комплексах и фермах молочного направления, а так же ЭП установок пожаротушения, водонапорных башен, установок теплоснабжения и всех котельных.

Потребители, не отнесенные к первым двум категориям, считают потребителями третьей категории.

Согласно этим рекомендациям присваиваем объектам фермы следующие группы по надежности электроснабжения см. табл.1.1:

Таблица 1.1: Категории надежности электроснабжения ЭП фермы

1.2 Классификация помещений электропотребителей фермы по условиям окружающей среды

По условиям окружающей среды помещения классифицируют:

1. Сухие нормальные помещения - влажность воздуха не более 60%;

2. Влажные помещения - влажность 60 - 75%;

3. Сырые помещения - влажность 75 - 100%;

4. Особо сырые - влажность близка к 100%;

5. Жаркие помещения - температура окружающей среды длительно держится более 30⁰С;

6. Пыльные помещения - выделение значительного количества технологической пыли, проникающей под кожухи электрооборудования, оседающей на проводниках и т.д.;

7. C химически активной средой, содержащей газы и пары, образуются отложения разрушающие, например, изоляцию.

Согласно рекомендациям присваиваем помещениям следующие классы по условиям окружающей среды см.табл.1.2:

Таблица 1.2: Классификация помещений по условиям окружающей среды

2. Определение электрических нагрузок цеха и фермы в целом с применением ЭВМ

2.1 Определение мощности цеховых электроприемников

электрический нагрузка силовой сеть

Каждую единицу оборудования цеха заменяем эквивалентным двигателем, выбираемым по (1, стр.5, табл.1.1), по следующему условию:

, (2.1)

где: Рном - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

Руст - установленная мощность единицы оборудования.

Номинальный ток электродвигателя определяется как:

 (2.2)

Приведем пример расчета для единицы оборудования цеха.

Агрегатный станок, поз.11 на плане расчетного цеха (Руст = 12,7 кВт), из условия (2.1) по (1,стр.5,табл.1.1) выбираем двигатель 4А160S2У3 со следующими параметрами:

Рном = 15 кВт; η = 88 %, cos φ = 0,91.

По формуле (2.3) определим номинальный ток двигателя:

;

Для дальнейшего определения нагрузок необходимо по (1, стр.5, табл.1.1) для каждой единицы оборудования выбрать Ки:

Для агрегатного станка Ки = 0,12;

Результаты выбора двигателей цеха приведем ниже в таблице 2.1:

Таблица 2.1 Результаты выбора двигателей

2.2 Выбор пусковой и защитной аппаратуры электроприемников

Выбор магнитных пускателей

Для управления электродвигателями принимаем магнитные пускатели серии ПМЛ с тепловыми реле типа РТА.

Условие выбора пускателей:

 (2.3)

Тепловые реле предназначены для защиты двигателей от перегрузок, выполняются в виде реле с биметаллической пластиной. В зависимости от вида пускателя, встроенные в пускатель тепловые реле по току имеют стандартные значения.

Выбор автоматических выключателей

Согласно (4) выбор автоматов производится в соответствии со следующими общими требованиями:

·   номинальный ток расцепителя должен быть не меньше наибольшего расчетного тока нагрузки, длительно протекающего по защищаемому элементу:

  (2.4)

·   токи срабатывания автоматов при коротком замыкании и при перегрузках выбираются такими, чтобы цепь не размыкалась в нормальном режиме и кратковременных перегрузках. Ток кратковременной перегрузки - пусковой ток. Для расцепителей автоматов всех типов уставка тока мгновенного срабатывания принимается:

  (2.5)

·   Из анализа защитных характеристик расцепителей известно, что если принять ток замедленного срабатывания при перегрузке равным номинальному току расцепителя, т.е. не менее (Iр), то при токе кратковременной перегрузки

(Iп = 4Iр) отключение будет происходить довольно долго. Для исключения срабатывания расцепителя в нормальном режиме принимают:

  (2.6)

Приведем пример выбора пусковой и защитной аппаратуры для токарно-винторезного станка (поз.1 на плане цеха):

Параметры двигателя: ; ;

Из условий (2.4), (2.6) произведем выбор защитного выключателя:

;

;

Для защиты токарно-винторезного станка применим автоматический выключатель (1, стр.50, табл.5.11): АЕ2043 - 63/50.

По условию (2.5) проверяем электромагнитный расцепитель:

,

максимальное значение тока для данного автомата:

;

Выбранный автомат удовлетворяет всем поставленным условиям.

По условию (2.3) произведем выбор магнитного пускателя:

;

Для управления принимаем магнитный пускатель серии ПМЛ-263102 со встроенными тепловыми реле типа РТА - 80 (1, стр.18, табл.3.1);

Результаты выбора защитных аппаратов приведём в таблице 2.2:

Таблица 2.2 Результаты выбора пусковой и защитной аппаратуры

2.3 Определение расчетных нагрузок цеха и предприятия в целом

Одним из основных универсальных методов определения расчётных электрических нагрузок является метод упорядоченных диаграмм, предложенный Каяловым Г.М.

Согласно методу упорядоченных диаграмм, расчётная нагрузка для группы электроприёмников определяется по формуле:

 (2.7)

где: Рном - групповая номинальная мощность, определяемая как сумма номинальных мощностей, приведённых к длительному режиму работы;

Рср - средняя нагрузка группы электроприёмников;

Ки - групповой коэффициент использования по активной мощности, определяемый по индивидуальным справочным коэффициентам использования для отдельных электроприёмников (Ки) по формуле:

 (2.8)

Кмах - коэффициент максимума по активной мощности, определяемый по справочным таблицам или специальным кривым, в зависимости от эффективного числа приёмников электроэнергии (Nэ) и группового коэффициента использования по активной мощности ().

Эффективным числом электроприёмников называется такое число электроприёмников одинаковой мощности, которое обуславливают ту же величину расчётной нагрузки, что и группа электроприёмников различных по мощности и режиму работы. Эффективное число электроприёмников есть отношение квадрата суммы мощностей электроприёмников к сумме их квадратов:

 (2.9)

Расчётная реактивная нагрузка электроприёмников определяется по формуле:

 (2.10)

где:  коэффициент максимума по реактивной мощности;

 тангенс, соответствующий коэффициенту мощности, для характерных групп электроприёмников.

Расчётная силовая нагрузка определяется по формуле:

;  (2.11)

Для конкретного цеха (в соответствии с вариантом задания) необходимо произвести расчёт электрических нагрузок. В данном цеху известны основные

электрические параметры и расположение каждой единицы оборудования, а также известна специализация цеха. При таких исходных данных можно сделать вывод, что метод упорядоченных диаграмм наиболее оптимален для решения задачи по определению нагрузок.

Задачу определения расчётных нагрузок для облегчения рутинных вычислений возложим на программный пакет Excel, результаты вычислений приведены в приложении.

На стадии проектирования при неизвестных мощностях электроприёмников для определения расчётной максимальной силовой нагрузки узла СЭС (отдельный цех, предприятие в целом) пользуются методом коэффициента спроса.

Метод базируется на применении укрупнённых показателях коэффициента спроса ( Кс ) и коэффициента мощности ( ) для данной характерной группы электроприёмников или отдельных отраслей промышленности:

 (2.12)

где: Кс - коэффициент спроса.

Это отношение максимальной активной мощности группы электроприёмников к номинальной мощности той же группы:  принимаем (2, с.11-33, табл.24-2 - 24-в).

Приведём ниже расчёт силовой нагрузки одного из цехов, а результаты расчёта остальных цехов и фермы в целом приведём в виде таблицы 2.3.

Дом животновода:

Рном = 21 кВт; Кс = 0,9; .

;

 кВАр ( );

 кВА;

Таблица 2.3 Результаты расчёта силовой нагрузки цехов

N цеха по плану  Наименование цеха           Рном, кВт              Кс           Ррасч,

кВтQном,

кВАрSном,

Осветительную нагрузку цехов и фермы в целом определяем по методу удельной мощности. Удельная мощность W [вт/ м²] есть частное от деления всей мощности ламп на площадь помещения или здания. Она зависит от весьма многих факторов, но в общем довольно устойчива для определённых групп помещений, что позволяет использовать систематизированные значения W по выполненным проектам для предварительного определения мощности на стадии проектного задания. Значения удельной мощности выбираются в зависимости от типа помещения, нормы освещённости и площади по (8, стр.159, табл.5.38).

Расчётная осветительная нагрузка определяется по формуле:

 (2.13)

где: площадь помещения где выбирается освещение;

 удельная мощность для определения расчетной осветительной нагрузки.

Приведём ниже расчёт осветительной нагрузки одного из цехов, а результаты расчёта остальных цехов и фермы в целом приведём в виде таблицы 2.4.

Дом животновода:= 420 м2; W = 11,5 Вт/ м2; ;

кВт;

 кВАр ( );

 кВА;

Таблица 2.4 Результаты расчёта осветительной нагрузки

Для расчёта осветительной нагрузки коэффициент мощности принимаем:

Суммарная нагрузка цехов и предприятия в целом определяется по формуле:

 (2.14)

Приведём ниже расчёт суммарной нагрузки одного из цехов, а результаты расчёта остальных цехов и предприятия в целом приведём в виде таблицы 2.5.

Дом животновода:

 кВт;

 кВАр;

 кВА;

Таблица 2.5 Результаты расчёта суммарной нагрузки

Суммарная нагрузка завода по таблице 2.5 рассчитана без учёта разновременной работы цехов. Учёт данного фактора можно произвести введя коэффициент разновременности максимумов нагрузок Кр.

Тогда расчетная нагрузка по заводу определяется по формуле:

 (2.15)

где: Кр - коэффициент разновременности максимумов нагрузок (0,75-0,85); Ррi - активная мощность i-го цеха; Qрi - реактивная мощность i-го цеха.

Расчетная нагрузка фермы КРС:

3. Разработка силовой сети цеха с выбором силовых распределительных шкафов

3.1 Расчет сечения проводов и кабелей для подключения электроприемников и ШР

Выбор сечений проводникового материала в системах до 1000 В осуществляется исходя из тепловых нагрузок. При этом должен обеспечиваться учет защитных характеристик аппаратов электрической сети, учет прокладки и температурного режима, при котором работает проводниковый материал. Выбор производится по формулам:

, (3.1)

где Кз - коэффициент, учитывающий требования к конструкции систем электроснабжения (если защита производится автоматами, то Кз = 0,66);

Iср.защ.ап - ток срабатывания защитного аппарата;

Кп и Кt - коэффициенты учитывающие тип прокладки и температурный режим среды.

,  (3.2)

где Iр - расчетный ток, протекающий в номинальном режиме.

Результаты выбора проводов и кабелей по всем участкам приведём в таблице 3.1:

Таблица 3.1 Результаты выбора проводов и кабелей

Примечание: На всех участках цеховой сети провода проложены в трубах в полу. Кабели проложены по стенам на кронштейнах.

Основным назначением сети напряжением до 1000 В на промышленных предприятиях является распределение электроэнергии внутри цехов и непосредственное питание большинства видов электроприемников.

Схемы цеховых сетей должны удовлетворять следующим требованиям:

1) Иметь оптимальные технико-экономические показатели;

2) Обеспечивать необходимую надежность электроснабжения в зависимости от категории электроприемников;

3) Быть удобными в эксплуатации;

4) Допускать применение индустриальных методов монтажа;

5) Учитывать перспективу роста нагрузки и возможность изменения мест расположения электроприемников на плане цеха.

На участках цеха для распределения электроэнергии, поступающей по питающим линиям, между группами силовых электроприемников, устанавливаются распределительные силовые шкафы.

Для управления отдельными электроприемниками, например, кранами, устанавливаются ящики управления.

В этих устройствах (силовые шкафы и ящики управления) сосредоточена коммутационно-защитная аппаратура (рубильники, предохранители, автоматические выключатели), предназначенная для управления электроприемниками напряжением до 1000 В, и их защиты от коротких замыканий и перегрузки.

Выбор распределительных силовых шкафов производим по каталогу «Иносат» в зависимости от:

·   расчетного тока группы электроприемников;

·   количества присоединяемых ответвлений;

·   значений пиковых токов присоединений.

Силовая сеть проектируемого цеха представлена следующим образом:

Питание в проектируемый цех заводится через КТП, от которой запитываются силовые шкафы и шкафы питания освещения. От силовых шкафов электрическая энергия расходится по проводам (согласно плана цеха, см. графическую часть), сами потребители непосредственно запитываются от силовых шкафов. Имеются также потребители, запитываемые непосредственно от КТП по кабельным линиям.

Выбор защитных аппаратов ШР и ТП

Для защиты электроприёмников в распределительных шкафах имеются вводные выключатели, выбор которых основан на тех же принципах, что и выбор выключателей автоматов приемников электроэнергии, но с условием - уставки должны отличаться не менее чем в 1,5 раза от уставок присоединяемого к шкафу оборудования.

Таблица 3.2 Результаты выбора защитных аппаратов ШР

Примечание: для питания цехов применяются КТП (комплектные трансформаторные подстанции), в которых предусмотрена защита при помощи предохранителей. Расчет последних с выбором КТП производится далее.

Выбор типов ШР

Выбор распределительных силовых шкафов производим по каталогу «Иносат» (7) в зависимости от:

·   расчетного тока группы электроприемников;

·   количества присоединяемых ответвлений;

·   значений пиковых токов присоединений.

Результаты выбора ШР представим ниже в виде таблицы 3.3:

Таблица 3.3 Результаты выбора ШР

Расчет сечения проводов и кабелей для подключения ШР

Результаты выбора кабелей по всем участкам приведём в таблице 3.4:

Таблица 3.4 Результаты выбора проводов и кабелей

Примечание: На всех участках сети от ШР к ТП кабели проложены открыто на кронштейнах по стене.

Выбор труб

Согласно (3) применение пластмассовых труб позволяет экономить стальные трубы, а также снизить трудоемкость трубных электропроводок. Пластмассовые трубы применяются из винипласта, полиэтилена и полипропилена. Винипластовые трубы жесткие, их применяют для скрытых и открытых прокладок во всех средах, кроме взрывоопасных и пожароопастных, а также для прокладок в горячих цехах.

Диаметр трубы для прокладки в ней провода, производится по формуле:

 (3.3)

где D - диаметр трубы;

d - наружные диаметры проводов;

n - число проводов и кабелей данного диаметра.

Выбор труб приведем в спецификации.

Результатом расчетов данного пункта стал выбор проводникового материала на всех участках проектируемого цеха, начиная от отдельных электроприемников до цеховой ТП. Для каждой группы потребителей были выбраны типовые силовые шкафы фирмы “Иносат”. Было произведено согласование защитных аппаратов различных “уровней” цеховой сети. Разработанная схема цеховой сети представлена в графической части проекта.

4. Расчет осветительной нагрузки цеха

Выбор источников света в помещениях осуществляется на основании сопоставления достоинств и недостатков существующих источников света (лампы накаливания (ЛН), газоразрядные лампы низкого давления (ЛЛ), газоразрядные лампы высокого давления (ДРЛ)).

Достоинства люминесцентных ламп низкого давления (ЛЛ):

Высокая световая отдача.

Значительный срок службы.

Цветность излучения близка к дневному свету.

Малая яркость.

Незначительность изменения светового потока при колебании напряжения.

Недостатки ЛЛ:

Требуется применение пускорегулирующей аппаратуры.

Ограниченные величины мощностей и большие габариты.

Невозможность переключения с переменного на постоянный ток и наоборот.

Зависимость зажигания лампы от температуры и влажности окружающей среды.

Значительный коэффициент пульсации светового потока.

Значительное снижение светового потока к концу срока службы.

При выборе источников света предпочтение следует отдавать газоразрядным лампам, как наиболее экономичным.

Произведём выбор нормированной освещённости и коэффициентов запаса для всех имеющихся помещений, а результаты выбора сведём в таблицу 4.1:

Таблица 4.1 Нормированная освещенность и коэффициенты запаса

Тип светильника определяется:

условиями окружающей среды;

требованиями и характеристикой светораспределения;

·   экономической целесообразностью.

Помещение цеха имеет значительные габаритные размеры, а также не относится к пожароопасному (нет выделения волокон, образующих с воздухом легко воспламеняющиеся смеси), а относится к помещению с нормальной средой, то для него принимаем светильники типа MDK -400 IC (аналог РСП 05 Г03) с лампами Philips HPI-T 400 Вт (ДРИ).

Выбор типов светильников для остальных помещений сведем в таблицу 4.2:

Таблица 4.2 Типы светильников в помещениях