Проектирование системы электроснабжения цеха промышленного предприятия

Введение

Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которого приходится более 60% вырабатываемой в стране энергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов, освещение помещений, осуществляется автоматическое управление технологическими процессами и др. Существуют технологии, где электроэнергия является единственным энергоносителем.

В связи с ускорением научно-технологического прогресса потребление электроэнергии в промышленности значительно увеличилось благодаря созданию гибких автоматизированных производств.

Энергетической программой предусмотрено создание мощных территориально-производственных комплексов (ТПК) в тех регионах, где сосредоточены крупные запасы минеральных и водных ресурсов. Такие комплексы добывают, перерабатывают, транспортируют энергоресурсы, используя в своей деятельности различные электроустановки по производству, передаче и распределению электрической энергии.

Объединение региональных ОЭС в более мощную систему образовало Единую энергетическую систему (ЕЭС). ЕЭС позволило снизить необходимую генераторную мощность по сравнению с изолировано работающими электростанциями и осуществлять более оперативное управление перетоками энергетических мощностей.

Энергетическая политика страны предусматривает дальнейшее развитие энергосберегающей программы. Экономия энергетических ресурсов должна осуществляться путем: перехода на энергосберегающие технологии производства; совершенствование энергетического оборудования, реконструкция устаревшего оборудования; сокращение всех видов энергетических потерь и повышение уровня использования вторичных энергетических ресурсов. Предусматривается также замещение органического топлива другими энергоносителями, в первую очередь ядерной и гидравлической энергией.

Кроме прямого энерго- и ресурсосбережения существует целый ряд актуальных задач, решение которых в конечном итоге приводит к тому же эффекту в самих производственных установках, в производстве в целом. Сюда, в первую очередь относится повышение надежности электроснабжения, так как внезапное, иногда даже весьма кратковременное прекращение подачи электропитания может привести к большим убыткам в производстве.

Но повышение надежности связано с увеличением стоимости системы электроснабжения, поэтому важной задачей должно считаться определение оптимальных показателей надежности, выбор оптимальной по надежности структуры системы электроснабжения.

Также важной задачей является обеспечение требуемого качества электроэнергии. Низкое качество электроэнергии приводит помимо прочих нежелательных явлений к увеличению потерь электроэнергии как в электроприемниках, так и в сети. Важное значение приобрело измерение показателей качества электроэнергии.

За последние десятилетия достигнуты значительные успехи не только в микроэлектронике, но и в электроаппаратостроении, в разработке новых электрических и конструкционных материалов, в кабельной технике. Эти достижения открывают новые возможности в способах канализации электроэнергии и в конструкции распределительных устройств (РУ). В частности, применение новых комплектных легко заменяемых узлов электрических сетей и сетевых устройств может потребоваться в быстро изменяющихся производственных условиях современных предприятий.

1. Общая характеристика проектируемого цеха

.1 Общие требования к электроснабжению объекта

электроснабжение распределительный замыкание трансформатор

При проектировании системы электроснабжения и реконструкции электрических установок должны рассматриваться следующие вопросы:

) Перспективы развития энергосистем и систем электроснабжения с учетом рационального сочетания вновь сооружаемых электрических сетей с действующими и вновь сооружаемыми сетями других классов напряжений;

) Обеспечение комплексного централизованного электроснабжения всех потребителей, расположенных в зоне действия электрических сетей, независимо от их ведомственной принадлежности;

) Снижение потерь электрической энергии;

) Ограничение токов короткого замыкания предельными уровнями, определенными на перспективу.

При этом должны рассматриваться в комплексе внешнее и внутреннее электроснабжение с учетом возможностей и экономической целесообразности технологического резервирования.

При решении вопросов развития системы электроснабжения следует учитывать ремонтные, аварийные и после аварийные режимы. При выборе независимых взаимно резервирующих источников питания, являющихся объектами энергосистемы, следует учитывать вероятность одновременного зависимого кратковременного снижения и полного исчезновения напряжения на время действия релейной защиты, а также полного длительного во время тяжелых системных аварий.

Качество электроэнергии определяется совокупностью ее характеристик, при которых приемники могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции. Качество электроэнергии в значительной степени влияет на технологический процесс промышленного производства и качества выпускаемой продукции, на расход электроэнергии и зависит от питающей ЭС и от потребителей снижающих качество электроэнергии.

Из всех показателей качества электроэнергии наибольшее влияние на режимы работы электроприемников оказывает отклонение и колебание напряжения.

Под отклонением напряжения понимают разность между фактическим и номинальным значением напряжения. В условиях нормальной работы приемников электроэнергии отклонение напряжения от номинального значения допускается в пределах -5÷+10% на зажимах электродвигателей и аппаратов для их пуска и управления; -2,5÷+5% на зажимах приборов рабочего освещения; - 5÷+5% на зажимах другого оборудования.

Отклонение напряжения вызывает наибольший ущерб среди всех показателей качества. Колебания напряжения оцениваются размахом изменения напряжения и частотой изменения напряжения. Колебания напряжения обусловлены резкими толчками потребляемой мощности при работе приемников с ударной нагрузкой (сварочные аппараты, электрические печи, двигатели прокатных станков и др.). Ограничить колебания напряжения можно построением рациональных схем электроснабжения, применение специальных технических устройств и агрегатов с минимальным влиянием на систему электроснабжения.

Несимметрия напряжений и токов. Это неравенство фазных или линейных напряжений (токов) по амплитуде и углом сдвига между ними. Различают аварийные и эксплуатационные, вызванные применением потребителей (индукционные печи, сварочные аппараты). Для симметрирования напряжения и токов применяют равномерное распределение однофазных нагрузок по фазам, нагрузки подключают на отдельный трансформатор.

Отклонения и колебания частоты. Величину равную разности между действующим значением и заданным значением частоты называют отклонением частоты. В нормальном режиме работы допускается отклонение частоты в пределах ±0,1 Гц. Кратковременные отклонения частоты могут достигать ±0,2 Гц. Причиной изменения частоты в системе электроснабжения является дефицит активной мощности. Характеристикой колебаний частоты является размах колебаний, который не должен превышать 0,2 Гц. Основной причиной возникновения колебаний частоты являются мощные приемники электроэнергии с радиопеременной активной нагрузкой, тиристорные преобразователи главных приводов прокатных станов.

Несинусоидальность кривой тока и напряжения. Источником является: синхронные генераторы, силовые трансформаторы, работающие при повышенных значениях магнитной индукции в сердечнике (повышенном напряжении на выходах), преобразователи переменного тока в постоянный ток и потребители с нелинейно ВАХ.

Несинусоидальные токи перегружают конденсаторные батареи, емкостные сопротивления которых обратно пропорциональны порядку гармоник. Наличие высших гармоник в напряжении и токах неблагоприятно действует на изоляцию электрической машины, трансформаторов, конденсаторов и кабелей. Коэффициент искажения кривой напряжения не должен превышать 5% на зажимах любого приемника электрической энергии.

Потери электроэнергии в трансформаторах, электродвигателях и другом оборудовании неизбежны, что связано с принципом работы этих электроустановок. Однако за счет мероприятий по экономии электроэнергии потери должны быть сведены к минимуму.

.2 Описание объекта электроснабжения

Цеховые сети промышленных предприятий выполняют на напряжение до 1 кВ (наиболее распространенным является напряжение 380 В). На выбор схемы и конструктивное исполнение цехов сетей оказывают влияние такие факторы, как степень ответственности приемников электроэнергии, режимы их работы и размещение по территории цеха, номинальные токи и напряжения.

Инструментальный цех предназначен для изготовления и сборки различного измерительного, режущего, вспомогательного инструмента, а также штампов и приспособлений для горячей и холодной штамповки. Поэтому его непрерывная работа должна быть полностью обеспечена системой электроснабжения. Этот цех является вспомогательным цехом завода по изготовлению механического оборудования и станков.

По категории надежности электроснабжения (ЭСН) разделяются на 2 и 3 категории:

) приемники 2 категории - перерыв электроснабжения, которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовому простою рабочих, механизмов. Приемники 2 категории рекомендуется обеспечивать электроснабжением от двух независимых источников питания;

) приемники 3 категории - остальные приемники, неподходящие под определение 1 и 2 категории. Перерыв электроснабжения этих приемников не приводит к существенным последствиям, простоям и другим неблагоприятным последствиям. Для таких электроприемников достаточного одного источника питания при условии, что перерыв электроснабжения, необходимый для замены поврежденного элемента СЭС, не превышает 1 суток.

Все электроприемники инструментального цеха можно отнести ко 2 категории надежности электроснабжения, кроме шлифовальных станков, которые относятся к 3 категории.

При проектировании системы электроснабжения необходимо правильно установить характер среды, которая оказывает влияние на степень защиты применяемого оборудования.

Электрооборудование работает при нормальных условиях окружающей среды.

В помещениях с нормальной средой электрооборудование должно быть защищено от механических повреждений, а также от случайных прикосновений к голым токоведущим частям.

Инструментальный цех по степени взрыво- и пожаробезопасности можно отнести к безопасному, так как он не имеет помещений, где бы содержались опасные вещества.

По электробезопасности цех относится к классу ПО (повышенной опасности), так как в цехе очень много токоведущих частиц (пыли, стружки и т.д.) металла, которые оседают на ЭО. Также возможно соприкосновение обслуживающего персонала одновременно с корпусом ЭО и конструкциями, связанными с землей.

Все приемники по режиму работы разделяются на 3 основных типа: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

Продолжительный режим является основным для большинства ЭО. Это режим, при котором превышение температуры нагрева электроприемника над температурой окружающей среды достигает определенной величины τ_уст. Установившаяся температура считается такой, если она в течение часа не изменялась. В этом режиме работают все станки, печи, насосы, компрессоры и вентиляторы.

Кратковременный режим работы характеризуется небольшими включениями и длительными паузами. В этом режиме работают вспомогательные механизмы станков и другого оборудования.

Повторно-кратковременный режим - это кратковременные периоды работы, чередующиеся с паузами, при этом периоды включения не на столько велики, чтобы температура превысила установившееся значение, но и при паузах не успевает остыть, в конечном итоге достигая средней величины.

В этом режиме работают грузоподъемные механизмы, прокатные станы и сварочные аппараты.

2. Расчетная часть

.1 Составление схемы электроснабжения цеха

Магистральные схемы применяются при равномерном распределении нагрузки по площади цеха. Различают главную магистраль и распределительные магистрали.

Распределительные магистрали предназначенные для питания приемников малой и средней мощности, которые равномерно распределены вдоль линии магистрали. Такие схемы выполняют с помощью комплектных шинопроводов типа ШРА на токи до 630А. Питание их осуществляют от главных магистралей или РУ низшего напряжения цеховых ТП.

Широко применяют магистральные схемы типа блока трансформатор-магистраль (БТМ), где отсутствует РУ низшего напряжения на цеховой ТП, а магистраль подключается непосредственно к цеховому трансформатору через вступительный автоматический выключатель (АВ). При двотрансформаторной ТП и схеме БМТ между магистралями для взаимного резервирования устанавливают перемычку с АВ.

В больших цехах с трансформаторами мощностью 1600 и 2500 кВт и рассредоточенными нагрузками применяют магистральные схемы с несколькими магистралями, которые питаются от одного трансформатора. Цеховая ТП при этом должна иметь РУ низшего напряжения с АВ для каждой магистрали.

При равномерном расположении электропремников цеха рекомендуется для их подключения применять магистрали, которые проходят вдоль их рядов.

Радиальная схема электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, которые отходят от РУ низшего напряжения ТП и предназначенные для питания мощных приемников или небольших групп приемников от распределительных пунктов (РП), расположенных в разных местах цеха. Радиальные схемы электроснабжения применяют в тех случаях, когда невозможно применить магистральные схемы.

Распределение электроэнергии к отдельным потребителям при радиальных схемах осуществляется самостоятельными линиями от РП, расположенных в центре электрических нагрузок данной группы потребителей. Рекомендуется использовать как наиболее дешевые РП с предохранителями (типов СП, СПУ, ШРСУЗ).

Примерами радиальных схем являются сети питания насосных или компрессорных станций, а также сети огнеопасных, взрывоопасных и пыльных производств. Распределение энергии в них ведется радиальными линиями от распределительных пунктов, вынесенных к отдельным помещениям.

Цеховую трансформаторную подстанцию целесообразно размещать близ центра электрических нагрузок (ЦЕН) цеха, координаты которого х и у определяются соответственно выражениям

;   ;                               (1)

где -расчетная мощность и-го ПЕЕ цеха;

x_и, y_и - координаты и-го ПЕЕ цеха.

Как расчетную мощность при определении ЦЕН для одиночных ПЕЕ с продолжительным режимом работы используется его номинальная (установленная) мощность, т.е. . Для ПЕЕ с повторно-кратковременным режимом

.

В данное время цеховые ТП выполняются комплектными (КТП) и во всех случаях, когда этому не препятствуют условия окружающей среды и обслуживание, устанавливаются открыто.

План расположения электропотребителей цеха и ЦЕН

Электрическая схема питания потребителей цеха

2.2 Расчет электрических нагрузок

Создание любого промышленного объекта начинается с его проектирования. Не простое суммирование установленных (номинальных) мощностей ЭП предприятия, а определение ожидаемых (расчетных) значений электрических нагрузок является первым и основополагающим этапам проектированием СЭС. Расчетная максимальная мощность, потребляемая электрприемниками предприятия, всегда меньше суммы номинальных мощностей этих ЭП.

Завышение ожидаемых нагрузок приводит к удорожанию строительства, перерасходу проводникового материала и неоправданному увеличению мощности трансформаторов и прочего оборудования. Занижение может привести к уменьшению пропускной способности электросети, к лишним потерям мощности, перегреву проводов, кабелей и трансформаторов, а, следовательно, к сокращению срока их службы.

Существующие методы определения расчетных нагрузок основаны на обработке экспериментальных и практических данных об электрических нагрузках действующих промышленных предприятий.

При определении расчетных нагрузок предприятия в основном производят методом упорядоченных диаграмм (метод коэффициента максимума). Метод применяется в тех случаях, когда известны номинальные данные всех ЭП предприятия и их расположения на плане цеха.

Определение средней активной и реактивной мощности за наиболее загруженную смену:

Для расчета нагрузок разделим все ЭП цеха на 6 групп распределенных по силовым шкафам.

Определение средней активной и реактивной мощности за наиболее загруженную смену:

, ,                                             (2)

где - средняя активная мощность, кВт;

- суммарная установленная мощность группы электроприемников, кВт;

- средняя реактивная мощность, кВАР;

- среднее значение коэффициента реактивной мощности за наиболее загруженную смену.

Для ПЕЕ (или группы ПЕЕ) с продолжительным режимом работы

 или ,                                                         (3)

Для ПЕЕ с повторно-кратковременным режимом

,                                                                         (4)

При наличии в группе электроприемников разных режимов работы

,                                      (5)

Определение коэффициента использования и коэффициента мощности для группы ПЕЕ:

,                                    (6)

Определение эффективного числа электроприемников :

                                                        (7)

Если  больше действительного числа электроприемников , берем =.

Эффективное число электроприемников определяется для групп с коэффициентами использования <0.6 и  отдельно.

Определение коэффициента максимума активной мощности  за справочными таблицами (приложение табл. Д1.1)

                                                               (8)

Определение расчетной активной мощности

                                                                      (9)

Определение реактивной расчетной нагрузки :

, если ,

, если                                                 (10)

Определение полной расчетной мощности  и расчетного тока :

,                                     (11)

Расчетная мощность электрического освещения определяется по удельной мощности:

,                                                                (12)

где - расчетная мощность, необходимая для освещения цеха, кВт;

- удельная норма освещенности цеха, кВт/м²;

- коэффициент спроса осветительной нагрузки;

F - площадь цеха, обусловленная по плану цеха, м².

При расчете можно взять =0.005 кВт/м², =0.9.

Полная расчетная мощность цеха (на шинах 0.4 кВ ТП) , кВА:

, , ,      (13)

где  - суммарная активная расчетная мощность цеха, кВт;

 - суммарная реактивная расчетная мощность цеха, кВАР;

 - коэффициент соединения расчетных максимумов отдельных групп электроприемников цеха (=0,8…1,0).

.3 Определение количества, мощности и типа силовых трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности

Правильный выбор числа и мощности трансформаторов на цеховых трансформаторных подстанциях является одним из основных вопросов рационального построения СЭС.

Двухтрансформаторные подстанции применяют при значительном числе потребителей 1 и 2-й категории. Целесообразно применение двухтрансформаторной подстанции при неравномерном суточном и годовом графиках нагрузки предприятия, при сезонном режиме работы. Как правило, предусматривается раздельная работа трансформаторов для уменьшения токов КЗ.

Выбор мощности трансформаторов производится исходя из расчетной нагрузки объекта электроснабжения, числа часов использования максимума нагрузки, темпов роста нагрузок, стоимости электроэнергии, допустимой перегрузки трансформаторов и их экономической загрузки.

Наивыгоднейшая (экономическая) загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории ЭП, от числа трансформаторов и способов резервирования.

Совокупность допустимых нагрузок, систематических и аварийных перегрузок определяет нагрузочную способность трансформаторов, в основу расчета которой положен тепловой износ изоляции трансформатора. Допустимые систематические нагрузки и аварийные перегрузки не приводят к заметному старению изоляции и существенному сокращению нормальных сроков службы.

Допустимые аварийные перегрузки трансформаторов при выборе их номинальной мощности зависят от продолжительности перегрузки в течении суток, от температуры окружающей среды и системы охлаждения трансформатора.

Номинальную мощность трансформатора  без учета компенсации реактивной мощности выбирают из условия:

,                                                     (14)

где К_з - коэффициент загрузки трансформатора;

N_т - количество трансформаторов на ТП;

 - полная расчетная мощность цеха, кВА.

Рекомендуется брать следующие коэффициенты загрузки трансформаторов:

если преобладают потребители первой группы для двух трансформаторной ТП принимают К_з=0.65-0.7;

если преобладают потребители второй группы для двух трансформаторной ТП принимают К_з=0.7-0.8;

если преобладают потребители второй группы для двух трансформаторной ТП принимают К_з=0.9-0.95.

В первых двух случаях значения коэффициентов загрузки трансформаторов определенные из условия их взаимного резервирования в аварийном режиме с учетом допустимой перегрузки трансформатора, который остался в работе.

Мощность трансформаторов цеховых ТП может быть снижена при компенсации реактивной мощности на стороне низшего напряжения.

Определим мощность конденсаторной установки по критерию снижения мощности цеховых трансформаторов. Необходимая мощность трансформатора для питания заданной максимальной активной нагрузки цеха  должна отвечать условию

,                                                 (15)

где К_з - коэффициент загрузки трансформатора;

N_тр - количество трансформаторов на ТП;

 - активная расчетная мощность цеха, кВА;

 - коэффициент соединения расчетных максимумов отдельных групп электроприемников цеха, который был принят раньше.

Если номинальная мощность трансформатора, выбранного по условию (15) снизилась сравнительно с номинальной мощностью трансформатора, выбранного по условию (14), установление компенсационных устройств на стороне 0.4 кВ целесообразная.

Так как в цехе преобладают приемники 2-й категории, то целесообразно выбрать 2 трансформатора для установки на цеховую трансформаторную подстанцию

) Определяем номинальную мощность трансформаторов без учета компенсации реактивной мощности:

) Определяем номинальную мощность трансформаторов при компенсации реактивной мощности:

Принимаем к установке трансформатор с номинальной мощностью 400 кВА.

) Проверяем перегрузочную способность трансформатора в аварийном режиме по условию_ав.п. < 1,4 - коэффициент аварийной перегрузки.

) По условию коэффициент загрузки трансформатора К_з питающего приемники 2 и 3-й категории надежности электроснабжения должен составлять 0,5 - 0,7

Условие по загрузке трансформатора выполняется.

Таким образом, принимаем к установке на цеховую трансформаторную подстанцию 2 трансформатора мощностью 400 кВА марки ТМ-400/6-10-68.

Технические данные выбранного трансформатора

Тип трансформатора          P_н кВА   Номинальное напряжение обмоток, кВ     Потери, кВт        

Так как номинальная мощность трансформатора, выбранного по условию (15) не снизилась сравнительно с номинальной мощностью трансформатора, выбранного по условию (14), установление компенсационных устройств на стороне 0.4 кВ нецелесообразно.

.4 Расчет распределительных линий

Проводники электросетей от проходящего по ним тока согласно закону Джоуля-Ленца нагреваются. Количество выделенной тепловой энергии пропорционально квадрату тока, сопротивлению и времени протекания тока Q = I²Rt. Нарастание температуры проводника происходит до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие между теплом, выделяемым в проводнике с током и отдачей в окружающую среду.

Чрезмерно высокая температура нагрева проводника может привести к преждевременному износу изоляции, ухудшению контактных соединений и пожарной опасности. Поэтому устанавливаются предельнодопустимые значения температуры нагрева проводников в зависимости от марки и материала изоляции проводника в различных режимах.

Длительнопротекающий по проводнику ток, при котором устанавливается наибольшая длительно-допустимая температура нагрева проводника, называется предельно допустимым током по нагреву.

Значение допустимых длительных токовых нагрузок составляем для нормальных условий прокладки проводников: температура воздуха +25°С, температура земли +15°С и при условии, что в траншее уложен только один кабель. Если условие прокладки проводников отличается от идеальных, то допустимый ток нагрузки определяется с поправкой на температуру (k_п1) и количество прокладываемых кабелей в одной траншее (k_п2).

                                                         (16)

Выбор кабеля по потере напряжения:

                         (17)

где L - длина кабельной линии, км;₀ - активное сопротивление кабеля, Ом/км (принимается в зависимости от сечения кабеля);

х₀ - индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км.

Выбор сечения кабеля для силовых шкафов

1) Определяем сечение кабеля для силового шкафа №1

Расчетный ток СШ1 равен I_р=60,7А. Выбираем четырехжильный кабель с медными жилами с бумажной пропитанной изоляцией в свинцовой оболочке прокладываемый в воздухе сечением S=16 мм² и допустимым током I_д=80 A.

) Проверяем выбранный кабель по условию нагрева

По условию I_д≥I_д^/, следовательно, условие выполняется.

) Проверяем кабель по потере напряжения:

К остальным силовым шкафам расчет сечения кабелей ведется аналогично.

Расчетные данные заносим в таблицу

Выбор силовых шкафов

По рассчитанным токам для групп электроприемников выбираем распределительные силовые шкафы.

Технические данные выбранных распределительных шкафов

Выбор кабелей и расчет токов к электроприемникам

Расчет производится исходя из мощности электроприемников к которым подводятся кабеля. Исходя из экономии применение кабелей с алюминиевыми жилами целесообразнее, чем применение кабелей с медными жилами. Условия окружающей среды не требуют применения кабелей с медными жилами, так как помещение взрыво- и пожаробезопасно.

) Определяем расчетный ток для станка №1

где Р - мощность установки, Вт;

Выбираем провод серии АПВ четырехжильный с алюминиевыми жилами сечением 35 мм².

) Проверяем выбранный кабель по потере напряжения

Для остальных приемников расчет ведется аналогично.

Результаты расчетов заносятся в таблицу:

2.5 Выбор аппаратов защиты

Согласно ПУЭ от перегрузок необходимо защищать силовые и осветительные сети, выполненные внутри помещений открыто проложенными изолированными незащищенными проводниками с горючей изоляцией; силовые сети, когда по условию технологического процесса или режима их работы могут возникать длительные перегрузки; сети взрывоопасных помещений или взрывоопасных наружных установок независимо от условий технологического процесса или режима работы сети.

Для защиты электрических сетей напряжением до 1 кВ применяют плавкие предохранители, автоматические выключатели, тепловые реле магнитных пускателей.

Для защиты электрических сетей от токов КЗ служат плавкие предохранители. Они являются простейшими аппаратами токовой защиты, действие которых основано на перегорании плавкой вставки. Предохранители являются токоограничивающими аппаратами, так как в них обеспечивается околодуговое пространство и отключение цепи настолько быстро, что при больших кратностях тока в предохранителе ток не успевает достигнуть предельного значения.

Магнитные пускатели предназначены главным образом для дистанционного управления асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором до 100 кВт; для пуска непосредственным подключением к сети и остановки электродвигателя и реверса. В исполнении с тепловым реле пускатели также защищают управляемый электродвигатель от перегрузки. Магнитный пускатель представляет собой трехполюсный контактор переменного тока с прямоходовой магнитной системой, в который дополнительно встроены два тепловых реле защиты, включенных последовательно в две фазы цепи ЭД.

Автоматические выключатели предназначены для автоматического размыкания электрических цепей при анормальных режимах (КЗ и перегрузки), для редких оперативных включений (3-5 в час) при нормальных режимах, а также для защиты цепей от недопустимых снижениях напряжения. Для защиты от токов КЗ в автоматическом выключателе применяется электромагнитный расцепитель мгновенного действия. Тепловой (обычно биметаллический) расцепитель предназначен для защиты от перегрузок, за счет изгибания биметаллической пластины. Расцепитель минимального напряжения срабатывает при недопустимом снижении напряжения в сети (30-50%). Такие расцепители применяют для ЭД, самозапуск которых нежелателен при самопроизвольном восстановлении питания.

Выбор аппаратов защиты устанавливаемых у силовых шкафов

Произведем выбор аппаратов защиты устанавливаемых у силовых шкафов.

) К силовым шкафам примем к установке автоматические выключатели, так как они защищают одновременно от токов КЗ и перегрузок одновременно.

) Произведем расчет для силового шкафа №1

I_р = 60,7 А - расчетный ток силового шкафа;

I_н.а.≥ I_н.р.

I_н.р.≥ I_р=60,7 А

Выбираем автоматический выключатель серии АЕ2046

Аналогично выбираем автоматические выключатели ко всем силовым шкафам. Результаты расчетов заносим в таблицу.

Автоматические выключатели

Выбор аппаратов защиты устанавливаемых у электро-приемников

Аналогично выбираем автоматические выключатели для отдельных потребителей. Результаты расчетов заносим в таблицу

2.6 Расчет токов короткого замыкания

При проектировании СЭС учитываются не только нормальные, продолжительные режимы работы ЭУ, но и их аварийные режимы. Одним из аварийных режимов является короткое замыкание.

Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек ЭУ между собой или землей, при котором токи в ветвях ЭУ резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

В системе трехфазного переменного тока могут возникать замыкания между тремя фазами - трехфазные КЗ, между двумя фазами - двухфазное КЗ. Чаще всего возникают однофазные КЗ (60 - 92% от общего числа КЗ).

Как правило, трехфазные КЗ вызывают в поврежденной цепи наибольшие токи, поэтому при выборе аппаратуры обычно за расчетный ток КЗ принимают ток трехфазного КЗ.

Причинами коротких замыканий могут быть механические повреждения изоляции, падение опор воздушных линий, старение изоляции, увлажнение изоляции и др.

Короткие замыкания могут быть устойчивыми и неустойчивыми, если причина КЗ самоликвидируется в течении безтоковой паузы коммутационного аппарата.

Последствием КЗ являются резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств. Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающих к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы, на обмотки электрических машин. Прохождение больших токов вызывает повышенный нагрев токоведущих частей и изоляции, что может привести к пожару.

Снижение напряжения приводит к нарушению нормальной работы механизмов, при напряжении ниже 70% номинального напряжения двигателя затормаживаются, работа механизмов прекращается.

Для уменьшения последствий КЗ необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени.

) Для расчетов токов КЗ составляется расчетная схема - упрощенная однолинейная схема электроустановки, в которой учитываются все элементы линии. Расчетная схема представлена на рисунке 2.6.

) По расчетной схеме составляется схема замещения, в которой указываются сопротивления всех элементов и намечаются точки для расчета КЗ (рис.). Все сопротивления указаны в именованных единицах.

) Определяем сопротивления для трансформатора

 (18)

, (19)

,         (20)

где u_к(%) - напряжение короткого замыкания, %;

- номинальная мощность трансформатора, кВА;

- потери короткого замыкания в трансформаторе, кВт;

- номинальное напряжение на стороне низкого напряжения трансформатора, кВ.

R_т=5,5 мОм, Х_т=17,1 мОм

) Сопротивление шинопровода равно:

R_ш=0,5 мОм; Х_ш=2,25 мОм

) Сопротивление катушек расцепителей максимального тока автоматических выключателей:_а1=0,12 мОм

Х_а1=0,094 мОм_а4=0,12 мОм

Х_а4=0,094 мОм_а14=0,74 мОм

Х_а14=0,55 мОм

) Переходное сопротивление контактов автоматических выключателей:_к1=0,25 мОм_к4=0,25 мОм_к14=0,65 мОм

) Определяем сопротивление кабельных линий_0кл1=0,61 мОм/м; Х_0кл1= 0,086 мОм/м_0кл2= 0,769 мОм/м; Х_0кл2= 0,06 мОм/м

R_кл= R_0кл L                                                 (21)

X_кл= X_0кл L                                                 (22)

_кл1=0,61*16=9,76 мОм

Х_кл1= 0,086*16=1,376 мОм_кл2= 0,769*10=7,69 мОм

Х_кл2= 0,06*10=0,6 мОм

) Суммарное переходное сопротивление

∑R_пер=15 мОм

) Определяем суммарное сопротивление

_к=R_т+ R_ш+R_а1+ R_а4+R_а14+ R_к1+ R_к4+R_к14+ R_кл1+R_кл2+∑R_пер =5,5+0,5+0,12+0,12+0,74+ +0,25+0,25+0,65+9,76+7,69+15=40,58 мОм

X_к=Х_т+Х_ш+Х_а1+Х_а4+Х_а14+Х_кл1+Х_кл2=17,1+2,25+0,094+0,094+0,55+1,376+0,6=22,064 мОм

) Определяем 3-фазные токи КЗ

                                        (23)

) Определяем ударные токи КЗ

                                   (24)

где к_у - ударный коэффициент к_у=1,2

) Определяем действующее значение ударного тока

                                           (25)

где q - коэффициент действующего значения ударного тока

Заключение

В данной пояснительной записке произведен расчет электроснабжение инструментального цеха, целью которого являлось выбор наиболее оптимального варианта схемы, параметров электросети и ее элементов, позволяющих обеспечить необходимую надежность электропитания и бесперебойной работы цеха.

В ходе выполнения курсового проекта был произведен расчет электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм. Было выбрано количество и мощность трансформаторов, с учетом оптимального коэффициента их загрузки и категории питающихся электроприемников. Выбрали наиболее надежный вариант сечения проводов и кабелей питающих и распределительных линий. Произвели расчет токов короткого замыкания. Произвели расчет релейной защиты.

На основе произведенных расчетов можно сделать вывод, что выбран наиболее оптимальный и рациональный вариант электроснабжения инструментального цеха.

Литература

1.  Федоров А.А., Старков Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. -368 с.

2.  Князевский Б.А., Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1986. -400 с.

3.  Федоров А.А., Каменева В.В. Учебник для вузов. Основы электроснабжения промышленных предприятий. - М.: Энергия, 1984. -472 с.

4.  Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети /Под ред. А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского. - М.: Энергия, 1980.

5.  Справочник по электроснабжению промышленных предприятий: Проектирование и расчет /А.С. Овчаренко и др. - К.: Техніка, 1985. -279 с.

6.  Справочник по электроснабжению промышленных предприятий /Под общ. ред. А.А. Федорова, Г.В. Сербиновского: В 2 кн. Кн.1. - М.: Энергия, 1973; Кн.2. - М.: Энергия, 1974.

7.  Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. - М.: Энергоатомиздат, 1995.

8.  Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Самовера. - М.: Энергия, 1980. - 456 с.

9.  Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов: Учебное пособие / Под ред В.М. Блока. - М.: ВШ, 1990. -383 с.