Расчет и выбор аппаратов системы электроснабжения участка промышленного предприятия
Расчет
и выбор аппаратов системы электроснабжения участка промышленного предприятия
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время нельзя представить себе жизнь
и деятельность современного человека без применения электричества.
Электричество уже давно и прочно вошло во все отрасли народного хозяйства и быт
людей. Основное достоинство электроэнергии - относительная простота
производства, передачи, дробления и преобразования.
В системе электроснабжения объектов можно
выделить три вида электроустановок:
- по производству энергии - электрические
станции
- по передаче, преобразованию и распределению
электроэнергии - электрические сети подстанции
- по потреблению электроэнергии в
производственных и бытовых нуждах - приёмники электроэнергии
Единая энергетическая система (ЕЭС) объединяет
энергетические системы отдельных районов, соединяя их линиями электропередачи.
Часть энергетической системы, состоящая из
генераторов, распределительных устройств, повышающих и понижающих подстанций,
линий электрической сети и приёмников электроэнергии, называют
электроэнергетической системой.
Сегодня единая энергетическая система России
представляет собой уникальный электроэнергетический комплекс, объединяющий 65
энергосистем (всего их в стране 75) около 450 электростанций (из 700 по стране)
с суммарной установленной мощностью примерно 194 млн. кВт (из 216 млн. кВт), а
также более 2,2 млн. км электрических сетей всех классов напряжения (из 2,5
млн. км), в том числе около 400 тыс. км (из 440 тыс. км) линий электропередачи
напряжением 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ, трансформаторные подстанции
общей мощностью почти 470 млн. кВА (из 530 млн. кВА). В составе генерирующих
мощностей тепловые электростанции (ТЭС) составляют примерно 70%, доля
гидроэлектростанций (ГЭС) - 20% и атомных электростанций (АЭС) - около 10%. В
настоящее время вводят тепловые электростанции мощностью 6000 МВт с блоками 500
- 800 МВт.
Потребителей электроэнергии принято делить на
следующие основные группы: промышленные и приравненные к ним; производственные
сельскохозяйственные; бытовые; общественно-коммунальные.
В своем курсовом проекте я рассчитываю участок
промышленного предприятия.
1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ
.1 Исходные данные электроприемников и
характеристика по режимам работы
Исходные данные для расчетов приведены в таблице
1.
Таблица 1
|
№
приёмника по плану
|
Наименование
приёмника
|
Рном,
кВт
|
Ки
|
Cos φ
|
KI
|
Кол-во
|
|
1
|
Пресс
эксцентриковый типа КА - 213
|
2,2
|
0,06
|
0,83
|
6
|
4
|
|
2
|
Пресс
кривошипный типа К - 240
|
3
|
0,06
|
0,83
|
6
|
3
|
|
3
|
Вертикально-сверлильный
станок типа 2А 125
|
3
|
0,14
|
0,83
|
6
|
3
|
|
4
|
Преобразователь
сварочный типа ПСО - 300
|
14
|
0,25
|
0,88
|
7
|
2
|
|
5
|
Автомат
болтовысадочный
|
4
|
0,17
|
0,84
|
7
|
1
|
|
6
|
Автомат
резьбонакатный
|
5
|
0,17
|
0,85
|
7
|
1
|
|
7
|
Станок
протяжный
|
7,5
|
014
|
0,86
|
7
|
1
|
|
8
|
Автомат
гайковысадочный
|
10
|
0,17
|
0,87
|
7,5
|
2
|
|
9
|
Барабан
голтовочный
|
5
|
0,2
|
0,85
|
7
|
2
|
|
10
|
Барабан
виброголтовочный
|
5,5
|
0,14
|
0,85
|
7,5
|
1
|
|
11
|
Станок
виброголтовочный
|
8,2
|
0,17
|
0,87
|
7,5
|
1
|
|
12
|
Автомат
обрубной
|
10
|
0,17
|
0,87
|
7,5
|
1
|
|
13
|
Машина
шнекомоечная
|
5,2
|
0,4
|
0,85
|
7
|
1
|
|
14
|
Автомат
гайконарезной
|
1,2
|
0,17
|
0,83
|
5
|
10
|
|
15
|
Кран-тележка
|
2
|
0,05
|
0,83
|
6
|
1
|
|
16
|
Электроточило
наждачное
|
1,5
|
0,14
|
0,83
|
6
|
2
|
|
17
|
Автомат
трехпозиционный высадочный
|
5,8
|
0,14
|
0,86
|
7,5
|
1
|
|
18
19
|
Вибросито
Вентилятор
|
0,8
5
|
0,14
0,65
|
0,81
0,85
|
5
7
|
2
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Основная группа электроприемников, составляющая
суммарную нагрузку объекта, представляет собой электродвигатели
производственных механизмов автоматизированных технологических линий.
Для данной категории потребителей
электроснабжение можно выполнять от одного источника питания при наличии
централизованного резерва, если перерывы в электроснабжении не будут превышать
время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного
персонала, то есть по обеспечению надежности электроснабжения потребитель
относится ко второй и третьей категории надежности электроснабжения.
Электрические нагрузки промышленных предприятий
определяют выбор всех элементов системы электроснабжения: мощности
трансформаторных подстанций, питающих и распределительных сетей энергосистемы,
заводских трансформаторных подстанций и их сетей. Активные и реактивные
нагрузки бывают: суточные, годовые, летние, зимние.
Данный объект состоит, в основном, из
электроприемников, большая часть которых - асинхронные двигатели и
электронагревательные приборы. Для питания этих электроприемников выбираем
переменный ток с нормальной промышленной частотой (f=50Гц),
напряжение 0,4кВ. Цех получает питание от ГПП, расположенной в 4 км. Подвод к
подстанции осуществляется кабелем, длиной 1 км, напряжением 10кВ.
2. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
.1 Категория надежности, расчет электрических
нагрузок, компенсирующего устройства и выбор трансформатора и КТП
Для расчета силовых нагрузок по шкафам
необходимо сначала провести разбивку приемников по шкафам, выбрать количество
шкафов в соответствии с планом цеха и номинальным током приемников. Номера
шкафов и наименования, подключаемых к ним электроприемников с исходными данными
приведены в таблице 2
Таблица 2
|
№
приёмника
|
Наименование
|
Рном,
кВт
|
Ки
|
cosφ
|
К1
|
Примеч.
|
Кол-во
|
|
Силовой
распределительный пункт №1
|
|
|
1
2
|
Пресс
эксцентриковый типа КА-213 Пресс кривошипный типа К- 240
|
2,2
3
|
0,06
0,06
|
0,83
0,83
|
6
6
|
|
4
3
|
|
3
4
|
Вертикально-сверлильный
станок типа 2А125 Преобразователь сварочный типа ПСО-300
|
3
14
|
0,14
0,25
|
0,83
0,88
|
6
7
|
1-фазный
|
1
2
|
|
Силовой
распределительный пункт №2
|
|
|
3
|
Вертикально-сверлильный
станок типа 2А125
|
3
|
0,14
|
0,83
|
6
|
|
2
|
|
5
|
Автомат
болтовысадочный
|
4
|
0,17
|
0,84
|
7
|
|
1
|
|
6
|
Автомат
резьбонакатный
|
5
|
0,17
|
0,85
|
7
|
|
1
|
|
7
|
Станок
протяжный
|
7,5
|
0,14
|
0,86
|
7
|
|
1
|
|
8
|
Автомат
гайковысадочный
|
10
|
0,17
|
0,87
|
7,5
|
|
2
|
|
9
|
Барабан
голтовочный
|
5
|
0,2
|
0,85
|
7
|
|
1
|
|
12
|
Автомат
обрубной
|
10
|
0,17
|
0,87
|
7,5
|
|
1
|
|
13
|
Машина
шнекомоечная
|
5,2
|
0,4
|
0,85
|
7
|
|
1
|
|
Силовой
распределительный пункт №3
|
|
9
|
Барабан
голтовочный
|
5
|
0,2
|
0,85
|
7
|
|
1
|
|
10
|
Барабан
виброголтовочный
|
5,5
|
0,14
|
0,85
|
7,5
|
|
1
|
|
11
|
Станок
виброголтовочный
|
8,2
|
0,17
|
0,87
|
7,5
|
|
1
|
|
14
|
Автомат
гайконарезной
|
1,2
|
0,17
|
0,83
|
5
|
|
7,2
|
|
Силовой
распределительный пункт №4
|
|
14
|
Автомат
гайконарезной
|
1,2
|
0,17
|
0,83
|
5
|
|
3
|
|
15
|
Кран-тележка
|
2
|
0,05
|
0,83
|
6
|
ПВ
= 60%
|
1
|
|
16
|
Электротачило
наждачное
|
1,5
|
0,14
|
0,83
|
6
|
1-фазный
|
2
|
|
17
|
Автомат
трёхпозиционный высадочный
|
5,8
|
0,14
|
0,86
|
7,5
|
|
1
|
|
18
|
Вибросито
|
0,8
|
0,14
|
0,81
|
5
|
1-фазный
|
2
|
|
19
|
Вентилятор
|
5
|
0,65
|
0,85
|
7
|
|
2
|
Произведём расчёт нагрузок методом коэффициента
максимума на примере ПР1. Если в составе цеха имеются механизмы, работающие в
повторно-кратковременном режиме, приведем их к длительному режиму работы, кВт
, (1)
гдеРном - мощность
электроприемника, приведенного к 100% включения, кВт Тогда можно найти
суммарную активную мощность электрических приемников первого распределительного
пункта Рном, кВт
(2)
гдеРном i
-
номинальная допустимая мощность каждого электроприемника, кВт Находим суммарную
мощность электроприёмников ШР2 по формуле 2 Pном=2,2·4+3·4+42·2=104,8
Из для групп электроприемников находим
коэффициент использования Ки и коэффициент мощности cosj.
Коэффициент Ки используем для нахождения сменной мощности Рсм
за наиболее загруженную смену.
Определяем активную сменную мощность каждого
приёмника, кВт
, (3)
где Киi - коэффициент
использования электроприемника, по ([2], с.52);
Рномi -
номинальная мощность электроприемника, кВт.
Определяем активную сменную мощность
каждого приёмника по формуле 3
Pсм1=2,2×0,06=0,132
Pсм2=3×0,06=0,18
Pсм3=3×0,14=0,42
Pсм4=48×0,25=10,5
Рассчитываем общую активную сменную
мощность для ШР1, кВт
(4)
Рассчитываем общую активную сменную
мощность для ШР1 по формуле 4
Pсм=0,132·4+0,18·4+10,5·2+0,42=22,49
Находим сменную реактивную мощность
каждого приёмника, квар
,(5)
где tgj - тангенс
угла, характеризующего соотношение активных реактивных мощностей.
Находим сменную реактивную мощность
каждого приёмника по формуле 5
qсм1=0,132×0,67=0,09
qсм2=0,18×0,67=0,12
qсм2=0,42×0,67=0,3
qсм4=10,5×0,54=5,67
Производим расчёт общей реактивной
сменной мощности для ШР1, квар
(6)
Производим расчёт общей реактивной
сменной мощности для ШР1 по формуле 6
qсм=0,09·4+0,12·4+5,67·2+0,3=12,34
Для расчета максимальной нагрузки
необходимо найти коэффициент максимума
, (7)
где nэ -
эффективное (приведенное) число электроприемников;
Ки.с. - средний
коэффициент использования.
Для выбора условия которое
определяет метод нахождения эффективного числа электроприёмников nэ необходимо
знать количество электроприёмников n, показатель
силовой сборки m, средний коэффициент использования Kи.с., а так же
постоянна или не постоянна номинальная мощность электроприёмника Рном.
Находим показатель силовой сборки
для ШР1
где Рномmax
- наибольшая мощность электроприемника, кВт;
Рномmin
- наименьшая мощность электроприемника, кВт.
Находим показатель силовой сборки для ШР1 по
формуле 8
m=14/2,2=6,36
Средний коэффициент использования для ШР1
, (9)
где åРсм - суммарная сменная
мощность электроприемников, кВт;
åРном - суммарная номинальная мощность
электроприемников, кВт.
Находим средний коэффициент
использования для ШР1 по формуле 9
Ки.с.=22,49/104,8=0,21
В зависимости от количества
электроприемников, рассчитанных показателя силовой сборки m и среднего
коэффициента использования Kи.с.
определяется метод расчета эффективного числа электроприёмников nэ.
При n ≥ 5; Kи.с.≥0,2;
m ≥3; Рном
≠ const,
эффективное число электроприемников находится по формуле, шт
(10)
При n ≥ 5; Kи.с. ≥
0,2; m ≥ 3; Рном
≠ const,
эффективное число электроприемников находится по формуле, шт
(11)
В данном случае выполняются следующие условия: n≥5;
Ки.с.≥0,2; m≥3;
Pном≠const,
т.е расчёт эффективного числа электроприёмников для ПР1 производим по формуле
11
nэ=2×104,8/14=14,97
Следовательно, в период максимального (30 мин)
потребления электрической энергии работают 14,97 станка со средним
коэффициентом использования 0,21.
Используя найденные эффективное количество
электроприемников и средний коэффициент использования из ([2], с.54) находим
коэффициент максимума, исходя из условий формулы 7
Кmax=1,61
После нахождения коэффициента максимума находим
максимальные нагрузки. Находим активную максимальную мощность для ШР1, кВт
(12)
Находим активную максимальную
мощность для ШР1 по формуле 12
Pmax=22,49×1,61=36,21
Рассчитываем реактивную максимальную
мощность для ШР1, квар
(13)
Рассчитываем реактивную максимальную
мощность для ШР1 по формуле 13 Qmax=12,34
Определяем полную максимальную
мощность для ШР1, кВ×А
(14)
Определяем полную максимальную мощность для ШР1
по формуле 14
Рассчитываем максимальный ток
нагрузки для ШР2, А
,(15)
где Uном -
номинальное напряжение питания электроприемников, В
Рассчитываем максимальный ток
нагрузки для ШР1 по формуле 15
Imax=38,25/(1,73×0,38)=57,95
Расчет максимальных мощностей и
максимального тока электроприемников подключенных к шкафу ШР1 на этом закончен.
Аналогичным образом определяем максимальные мощности по ШР2, ШР3, ШР4, а также
находим общие значения для всего участка.
Полученные данные по расчету установленной и
сменной мощности систематизируем и заносим в таблицу 3, которая наглядно
показывает нагрузку в наиболее загруженную смену.
Определяем коэффициент реактивной мощности
Определяем коэффициент реактивной мощности по
формуле 16
Cosφср.вз.=49,86/58,03=0,9
Так как полученный cosjср.вз.=0,9
входит в условия энергоснабжающей организации т.е. cosφср.вз.=0,9-0,95,
то предприятию не требуется компенсация реактивной мощности.
2.2 Расчет и выбор элементов электроснабжения
Приёмники II
и III категории
потребляют 83% мощности, суммарное время максимальной загрузки( перегрузки ) t2=4
часа, температура окружающей среды Өокр.ср.=10С.
Так как на предприятии есть потребители II
и III категории
электроснабжения то поэтому выбираем на подстанции 2 трансформатора
По принимаем рекомендуемый коэффициент загрузки βT=0,9.
Производим расчёт мощности трансформатора, кВт
где Рсм - общая активная сменная
мощность, кВт;
βT -
коэффициент загрузки.
Производим расчёт мощности трансформатора по
формуле 17
Sтр-ра=
49,86/(2·0,9·0,9)=30,77
Следовательно выбираем 2 трансформатора
мощностью 160 кВт с масленым охлаждением.
Производим расчёт максимальной мощности
трансформатора в период загрузки, кВт
где Рmax
-
активная максимальная мощность, кВт;
Производим расчёт максимальной мощности
трансформатора в период загрузки по формуле 18
S’тр-ра=88,06/(2·0,9·0,9)=54,35
Определяем мощность электроприёмников II
и III категории
РсмII,III
=
0,83·49,86 = 41,38
РmaxII,III
=0,85·88,06=
74,85
В нормальном режиме работы при t2=4
часа по ([1]таблица 4.8) определяем максимальную систематическую нагрузку βT2=
1,32
Производим расчёт максимальной мощности трансформатора
в период нормального режима работы
S’тр-ра=54,35/160=0,33<1,32
Производим расчёт мощности при аварийном выходе
из строя одного трансформатора
Β’т=
74,85/160=0,46
По ([1] таблица 4.8) аварийная перегрузка при t2=4
часа составляет
βT2авар.=
1,5>0,46
Следовательно трансформатор выбран верно.
С учетом мощности выбираем марку трансформатора
ТМФ - 160/10 ([6], с.120, таблица 3.3).
Потребители относятся ко второй и третьей
категории надёжности, следовательно, необходимо два трансформатора.
С учетом марки трансформаторов выбираем 2
КТП-160/10 ([6], с.120 таблица 3.4) с защитной аппаратурой на высокой и низкой
стороне А3710Ф, А3720Ф, ПК - 10.
ток замыкание выключатель
электрический
Таблица 3
|
Макс.
ток I, А
|
|
|
|
|
|
57,9
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
32,5
|
|
|
|
|
Максимальная
расчетная мощность
|
Smax,
кВА
|
|
|
|
|
|
38,25
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21,43
|
|
|
|
|
Qmax,
кВар
|
|
|
|
|
|
12,34
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6,86
|
|
|
|
|
Рmax,
кВт
|
|
|
|
|
|
36,21
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20,3
|
|
|
|
|
Коэффициент
максимума Kmax
|
|
|
|
|
|
1,61
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,75
|
|
|
|
|
Эффективное
число электроприемников nэ
|
|
|
|
|
|
14,97
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12,54
|
|
|
|
|
Средняя
максимальная мощность за смену
|
ΣQсм
|
|
|
|
|
|
12,34
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6,86
|
|
|
|
|
ΣРсм
|
|
|
|
|
|
22,5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11,6
|
|
|
|
|
Тригонометрическая
функция cosφ/tgφ
|
|
0,83/0,67
|
0,83/0,67
|
0,83/0,67
|
0,88/0,54
|
|
|
0,83/0,67
|
0,84/0,65
|
0,85/0,62
|
0,86/0,59
|
0,87/0,57
|
0,85/0,62
|
0,87/0,57
|
0,85/0,62
|
|
|
0,85/0,62
|
0,85/0,62
|
|
Коэффициент
использования Кис
|
|
|
|
|
|
>0,2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
>0,2
|
|
|
|
|
Модуль
силовой сборки m
|
|
|
|
|
|
>3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
>3
|
|
|
|
|
при
ПВ=100%
|
ΣРном
кВт
|
|
|
|
|
|
48,8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
62,7
|
|
|
|
|
Рном,
кВт
|
|
2,2
|
3
|
3
|
14
|
|
|
3
|
4
|
5
|
7,5
|
10
|
5
|
10
|
5,2
|
|
|
5
|
5,5
|
|
Кол-во
ЭП
|
|
4
|
3
|
1
|
2
|
10
|
|
2
|
1
|
1
|
1
|
2
|
1
|
1
|
1
|
10
|
|
1
|
1
|
|
Наименование
узлов питания и групп ЭП
|
ШР1
(ПР8501-072)
|
Пресс
эксцентриковый
|
Пресс
кривошипный
|
Станок
вертикальносверлильный
|
Преобразователь
сварочный
|
Всего
по ШР1
|
ШР2
(ПР8501-067
|
Станок
вертикальносверлильный
|
Автомат
болтовысадочный
|
Автомат
резьбонакатный
|
Станок
протяжный
|
Автомат
гайковысадочный
|
Барабан
голтовочный
|
Автомат
обрубной
|
Машина
шнекомоечная
|
Всего
по ШР2
|
ШР3
(ПР8501-067)
|
Барабан
голтовочный
|
Барабан
виброголтовочны
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определяем номинальные токи электроприемников Iном,
А
(19)
гдеРном - номинальная
мощность электроприемника, кВт;
номинальное напряжение
электроприемника, кВ;
η -
коэффициент полезного действия электроприемника;
сosφ -
коэффициент мощности электроприемника.
Определим номинальный ток
электроприёмника №1 по формуле 19
Iном=2,2/(1,73×0,38×0,8×0,83)=5,04
Аналогично определяем номинальные
токи других электроприёмников. После того как токи электроприемников
определены, выбираем из ([5], с. 21, таблица 1.3.7) сечения проводов для прокладки
в трубах.
По найденному току выбираем провод
типа АПРТО.
Для электроприёмника №1 выбираем
провод АПРТО5 (1×2)
Аналогичным образом производим
расчет номинальных токов и сечения проводов для остальных электроприемников.
Расчет питающих сетей высокого напряжения
сводится к определению токов.
Напряжение на стороне высокого напряжения
трансформатора составляет 10 кВ, подвод от ГПП до трансформатора осуществляется
кабелем в земле.
Номинальный ток трансформатора на стороне
высокого напряжения определяем по формуле, А.
(20)
гдеSТ
-
мощность трансформатора, кВ×А;
Uном
-
номинальное напряжение, В.
Номинальный ток трансформатора на стороне
высокого напряжения определяем по формуле 20
Iном=160/(1,73×10)=9,24
Сечение кабеля с аллюминивыми жилами по
экономической плотности тока,мм2.
Сечение кабеля с аллюминиевыми жилами по
экономической плотности тока определяем по формуле 21
Fээ=9,24/1,4=6,6
В соответствии с ПУЭ сечение кабеля должно быть
не менее 25 мм2, поэтому выбираем кабель от ГПП до
трансформатора ААшв 3×10+1×6
([4], с 472, таблица П 2.1).
Проверяем выбранное сечение кабеля по потере
напряжения с учётом номинальной нагрузки трансформатора по формуле,В
(22)
гдеIном
-
номинальный первичный ток трансформатора ;
l
-
длина кабельной линии, км;
z0 -
удельное активное сопротивление, Ом/км;
x0
- удельное индуктивное сопротивление, Ом/км.
Принимаем cosφ
= 0.9 и sinφ = 0.44.
По ([1], таблица П 2.1и П.2.3) определяем r0
=1,84 Ом/км и x0
= 0,11 Ом/км. Проверяем выбранное сечение кабеля по потере напряжения с учётом
номинальной нагрузки трансформатора по формуле 22
U=
1,73×9,24×1,2(1,84×0,9+0,11×0,44)
= 32,69 В, что меньше 5%Uном.
.3 Расчет токов короткого замыкания и проверка
элементов сети
В электроустановках могут возникать различные
виды коротких замыканий, сопровождающихся резкими бросками тока.
Электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения должно
выбираться с учетом этих токов. Поэтому рассчитаем их по схеме электроснабжения
Рисунок 1
Выбираем точки расчёта токов короткого
замыкания.
Точка К1 - шины 10 кВ подстанции
Точка К2 - на шинах низкого напряжения 0,4 кВ
Точка К3 - у шкафов распределительных.
На КТП на стороне низкого напряжения 0,4 кВ
имеется выключатель автоматический с током отключения Iоткл=30
кА
Определяем сопротивление системы
электроснабжения, Ом
(23)
где UБ - базисное
напряжение на линии
UБ=Uср=10×1,05=10,5
кВ
Определяем сопротивление системы
электроснабжения по формуле 23
Xc=10,52/1,73·30·10,5=0,2
Для расчета токов короткого замыкания в точке К1
составим схему замещения участка цепи до этой точки
Рисунок 2
где ХС - реактивное сопротивление
системы;
RЛВ
- активное сопротивление линии высокого напряжения;
ХКВ - индуктивное сопротивление линии
высокого напряжения.
Определяем активное сопротивление кабеля на
высокой стороне, Ом
(24)
где r0 - активное
сопротивление кабеля на 1 км
По ([1], табл. П2.1, ст.510) для
кабеля ААШв 3×10+1×6/10 r0=1,84 Ом/км
Определяем активное сопротивление
кабеля на высокой стороне по формуле 24
Rлв=1,84·8=14,72
Определяем индуктивное сопротивление
кабеля на высокой стороне, Ом
(25)
где х0 - реактивное
сопротивление кабеля на 1 км
По ([1], табл. П2.3,с.512)для кабеля
ААШв
3×10+1×6/10 х0=0,11
Ом/км
Определяем индуктивное сопротивление
кабеля на высокой стороне по формуле 25
Хлв=0,11·8=0,88
Определяем результирующее
сопротивление линии в точке К1, Ом
(26)
Определяем результирующее
сопротивление линии в точке К1 по формуле 26
ZЛВ=
=14,81
Определяем трёхфазный ток короткого замыкания
в точке К1, кА
(27)
где Uср.ном -
номинальное напряжение линии + 5%, кВ
Uср.ном=10×1,05=10,5
Определяем трёхфазный ток короткого
замыкания в точке К1 по формуле 27
I(3)К1 =10,5/(1,73·14,81)
=0,4
Определяем мгновенное значение
ударного тока короткого замыкания с учётом ударного коэффициента Ку,
кА
(28)
Находим ударный коэффициент по
кривым Ку=1,01 ([4], c.72, рис.7.4).
Определяем мгновенное значение
ударного тока короткого замыкания с учётом ударного коэффициента Ку
по формуле 28
iу.к1=0,4·1,41·1,01=0,56
Для расчётов токов короткого
замыкания в точке К2 составляем схему замещения рисунок 3
Рисунок 3
где rт - активное
сопротивление трансформатора;
xт -
индуктивное сопротивление трансформатора;
ra - активное
сопротивление аппаратуры защиты;
xa -
индуктивное сопротивление аппаратуры защиты;
rтт - активное
сопротивление трансформатора тока;
xтт -
индуктивное сопротивление трансформатора тока;
rк - активное
сопротивление кабеля на высокой стороне.
Активное сопротивление
трансформатора определяем по формуле, мОм
(29)
где ΔРк
- потери трансформатора в меди, кВт;
Потери трансформатора в меди
определяем по ([8], c. 215, таб. 2.1), кВ
ΔР=2,65
Uср.ном - среднее
номинальное напряжение на низкой стороне, т.е. +5% от Uном, кВ; Uср.ном=0,4
Sном -
номинальная мощность трансформатора, кВА.
Определяем активное сопротивление
трансформатора по формуле 29
Rт=2,65×4002/1602=16,56
Индуктивное сопротивление
трансформатора, мОм
(30)
где Uк - потери
напряжения в трансформаторе, %; Uк=4,5
Потери напряжения в трансформаторе
определяем по ([8], c. 215, таб. 2.1)
Определяем индуктивное сопротивление
трансформатора по формуле 30
Определяем полное сопротивление
трансформатора, мОм
(31)
Определяем полное сопротивление
трансформатора по формуле 31
Номинальный ток силового
трансформатора на низкой стороне, А
(32)
Определяем номинальный ток силового
трансформатора на низкой стороне по формуле 32
Выбираем активные и реактивные
сопротивления для автоматических выключателей и трансформатора тока
Rтт = 0,42 мОм; Xтт = 0,67 мОм;
Rа = 0,36 мОм;
Xа = 0,28 мОм.
Рассчитываем суммарные активные
сопротивления от точек К1 и К2, мОм
(33)
где RК - активное
сопротивление контактов трансформатора
Активное сопротивление контактов
трансформатора определяем по ([6] с.120 таблица 3.3).
Определяем суммарное активное
сопротивление от точек К1 и К2 по формуле 33
ΣRК2=16,56+0,36+0,42+15=32,34
Определяем суммарное индуктивное
сопротивление от точек К1 и К2, мОм
(34)
Определяем суммарное индуктивное
сопротивление от точек К1и К2 по формуле 34
ΣXК2=48,8+0,28+0,67=49,75
Определяем полное результирующее
сопротивление в точке К2, мОм
(35)
Определяем полное результирующее сопротивление в
точке К2 по формуле 35
Zрез=
=59,33
Определяем трёхфазный ток короткого
замыкания в точке К2, кА
(36)
Определяем трёхфазный ток короткого
замыкания в точке К2 по формуле 36
Определяем значение ударного тока по
формуле 32, кА, учитывая ударный коэффициент Ку=1,01.
iу К2 =3,897×1,41×1,01=5,54
Для расчётов тока короткого
замыкания в точке К3 составляем схему замещения
Рисунок 4
где rлн
- активное сопротивление линии низкого напряжения, мОм;
хлн- индуктивное сопротивление линии
низкого напряжения, мОм
Определяем активное и индуктивное сопротивление
кабеля на низкой стороне по формуле 28 и 29, мОм
Rлн=
17,93·0,01= 0,17;
Хл.н= 0,6·0,01=0,006;
Определяем результирующие значения сопротивлений
в точке К3, мОм
(37)
(38)
Определяем результирующие значения
сопротивлений в точке К3 по формулам 37 и 38
ΣRК3=
0,17+32,34=32,51
ΣХК3=
0,006+49,75=49,756
Определяем полное результирующее
сопротивление в точке К3 по формуле 39, мОм
ZрезК3=
Определяем ток трёхфазного короткого
замыкания в точке К3 по формуле 40, кА
I(3)к3
=400/1,73·59,43=3,8
Определяем значение ударного тока по
формуле 33, кА, учитывая ударный коэффициент Ку=1,01.
iуК3=3,8·1,41·1,01=5,41
Определяем значение однофазного тока
короткого замыкания, кА
(39)
где Uф - фазное
напряжение сети, В;
Zпетли -
полное сопротивление петли фаза-нуль кабеля.
Определяем полное сопротивление
трансформатора току однофазного короткого замыкания на корпус с учётом
сопротивлений прямой и нулевой последовательности по ([1], с. 407) Zтр= 160 мОм.
Определяем удельное сопротивление
петли по ([10], c. 127, таблица 7)
Zо= 5,92
мОм/м;
Определяем значение однофазного тока
короткого замыкания по формуле 43, кА
IК3(1)=220/(43/3+0,045)=15,3
Все данные сводим в таблицу 4
Таблица 4
|
№
точки
|
Трёхфазное
КЗ
|
Однофазное
КЗ
|
|
Хлв,
мОм
|
Zрез, мОм
|
IКЗ, кА
|
Ку
|
iy, кА
|
Zпетли
|
I(1)кз
|
|
1
|
0,88
|
14,72
|
14,81
|
0,4
|
1,01
|
0,56
|
|
|
|
2
|
49,75
|
32,34
|
59,33
|
3,897
|
1,01
|
5,54
|
|
|
|
3
|
49,756
|
32,51
|
59,43
|
3,8
|
1,01
|
5,41
|
1,78
|
15,3
|
Расчёт выключателей автоматических для каждого
станка произведём на примере электроприёмника №1.
Определяем номинальный ток электроприёмника по
формуле 32
Iном=2,2/(1,73×0,38×0,8×0,83)=5,05
По ([5], с. 16, таб. 1.3.7) выбираем провод с
алюминиевыми жилами сечением 4 мм2, у которого длительно допустимый
ток Iдоп.пров.=15
По ([13], с.106, таб. 11) выбираем провод
АПРТО5(1×25).
При номинальном токе станка Iном=5,05
по ([10], с.67, таб. 2.3) выбираем выключатель автоматический ВА51-25 с
номинальным током выключателя Iном.авт.=25А.
Для выбора номинального тока расцепителя
выключателя Iном.расц.выкл.
находим номинальный ток расцепителя, А
(40)
Определяем номинальный ток
расцепителя по формуле 40
Iном.расц.=1,25·5,05=6,31
Выбираем ближайшее значение
номинального тока расцепителя по ([10], с.67, таб. 2.3)
Iном.расц=8
Проверяем выбранное сечение провода
по допустимому нагреву: 15>1×8. Неравенство выполняется,
следовательно, выбор сечения провода по допустимому нагреву сделан верно.
Проверяем выключатель автоматический
ВА51-25.
Проверяем выключатель по
(41)
Проверяем выключатель по
номинальному току по формуле 41
Iном.авт.=1,25·8=10;
то есть 25>10.
Неравенство выполняется,
следовательно, выключатель автоматический номинальному току и номинальному току
расцепителя выбран правильно.
Для проверки выключателя на
срабатывание отсечки определяем пиковый ток, А
(42)
где К1 - коэффициент
кратности тока.
По ([4], с.36, таб. 4) определяем
коэффициент кратности тока для электроприёмника №1. К1=6
Определяем пиковый ток по формуле 42
Iпик=6·5,05
=30,3
Проверяем выключатель на
срабатывание отсечки с учётом пиковых токов, А
(43)
Проверяем выключатель на
срабатывание отсечки с учётом пиковых токов по формуле 43
Iсраб.отсечки=1,25·30,3=37,87
По ([10], с.67, таб. 2.3) определяем
коэффициент срабатывания отсечки
Кс.о.=7
Проверяем выключатель на
срабатывание отсечки, А
(44)
Проверяем выключатель на
срабатывание отсечки по формуле 44
Iсраб=7·8=56; то
есть 56>37,87
Неравенство выполняется,
следовательно, выключатель выбран правильно. Аналогично рассчитываются
остальные выключатели автоматические для каждого приёмника электроэнергии.
Расчёт вводного автомата для шкафов
распределительных произведём на примере ШР1. От шкафа ШР1 запитаны
электроприёмники, у которых
Iном1=5,05А; К1=7
Iном2=6,71А
Iном3=6,71А
Выбираем силовой шкаф по числу электроприёмников,
по суммарному номинальному току всех электроприёмников и параметрам
выключателей на отходящих линиях.
Определяем суммарный номинальный ток
всех электроприёмников, подключенных к ШР1, А
(45)
Определяем суммарный номинальный ток
всех электроприёмников, подключенных к ШР1 по формуле 45, А
ΣIном=5,05·4+6,71·3+6,71=145
По результатам расчётов по ([9],
с.83, таб. 1.6) выбираем силовой шкаф типа ПР8501-072 с выключателем на вводе
ВА51-35 с номинальным током выключателя Iном.выкл.=250А .
В результате расчётов электрических
нагрузок ШР1 имеем Iрасч.макс=57,95.
Определяем номинальный ток
расцепителя, А
(46)
Определяем номинальный ток
расцепителя по формуле 46
Iном.расц.=1,25∙57,95=72,44
Выбираем ближайшее стандартное
значение номинального тока расцепителя по ([10], с.67, таб. 2.3) Iном.расц.=100А
Проверяем выключатель по
номинальному току по формуле 41
Iном.авт.=1,25·100=125,
то есть 250>125
Неравенство выполняется, следовательно,
выключатель по номинальному току выбран верно.
Проверяем выключатель на
срабатывание отсечки. Для этого определяем пиковый ток, с учётом того, что
количество электроприёмников ≥3, А
(47)
Определяем пиковый ток по формуле
51, А
Iпик=57,95+7∙48,95-(48,95∙57,95/145)=381,04
Определяем ток срабатывания отсечки
по формуле 47, А
Iсраб.отсечки=1,25·381,04=476,3
Рассчитываем уставку срабатывания
отсечки
(48)
Рассчитываем уставку срабатывания
отсечки по формуле 48
Ко=476,3/100=4,76
Выбираем ближайшее большее значение
уставки срабатывания отсечки по ([10], с.67, таб. 2.3)
Ко=12
Проверяем выбор уставки срабатывания
отсечки, А
(49)
Проверяем выбор уставки срабатывания
отсечки по формуле 49
Ic.o.=12∙381,04=4572,48;
то есть 4572,48>476,3
Неравенство выполняется,
следовательно, выключатель автоматический выбран верно. Аналогично
рассчитываются выключатели остальных ШР и данные расчётов заносятся в таблицу
5.
Таблица 5
|
Линиик
ЭП тип автомата
|
Расчётный
ток линии; (А)
|
Номин.
ток расцепителя; (А)
|
Ток
мгновенного срабатывания отсечки; (А)
|
Коэф КЗ
|
Допустимая
токовая нагрузка на кабель; (А)
|
Марка
и сечения кабеля мм
|
|
|
Iном.
|
Iпуск
|
Iрасч.р
|
Iном.р
|
Iпик
|
Iс.о.
|
Кз
|
Iрасч.теп
|
Iпров.
|
|
|
|
ШР1
(ПР 8501-072)
|
|
|
ЭП1 ВА51-25
|
5,05
|
30,3
|
6,31
|
8
|
37,87
|
56
|
1
|
8
|
15
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
ЭП2 ВА51-25
|
6,71
|
40,26
|
8,39
|
10
|
50,32
|
70
|
1
|
10
|
19
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
ЭП3 ВА51-25
|
6,71
|
40,26
|
8,39
|
10
|
50,32
|
70
|
1
|
10
|
19
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
ЭП4
ВА51-31
|
48,95
|
342,65
|
61,19
|
63
|
428,31
|
441
|
1
|
63
|
70
|
АПРТО5
(1×25)
|
|
|
Линия
к ШР1
|
59,95
|
381,04
|
72,44
|
80
|
476,3
|
4572,5
|
1
|
80
|
103,4
|
АВВГ
(4×50)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЭП3
ВА 51-25
|
6,71
|
40,26
|
8,39
|
10
|
50,32
|
70
|
1
|
10
|
19
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
ЭП5
ВА 51-25
|
8,62
|
60,34
|
10,77
|
12
|
75,42
|
84
|
1
|
12
|
19
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
ЭП6
ВА 51-25
|
10,47
|
73,29
|
13,09
|
16
|
91,61
|
112
|
1
|
16
|
19
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
ЭП7
ВА 51-31
|
15,16
|
122,92
|
20,49
|
25
|
153,66
|
175
|
1
|
25
|
27
|
АПРТО5
(1×5)
|
|
|
ЭП8
ВА 51-31
|
19,98
|
149,85
|
24,97
|
25
|
187,31
|
250
|
1
|
25
|
27
|
АПРТО5
(1×5)
|
|
|
ЭП9
ВА 51-25
|
10,47
|
73,29
|
13,09
|
16
|
91,61
|
112
|
1
|
16
|
19
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
ЭП12
ВА 51-31
|
19,98
|
149,85
|
24,97
|
25
|
187,31
|
250
|
1
|
25
|
27
|
АПРТО5
(1×5)
|
|
|
ЭП13
ВА 51-25
|
10,88
|
76,16
|
13,6
|
16
|
95,2
|
112
|
1
|
16
|
19
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
Линия
к ШР2
|
32,47
|
167,3
|
40,59
|
50
|
209,12
|
389,64
|
1
|
50
|
82,8
|
АВВГ
(4×35)
|
|
|
ШР3
(ПР8501-073)
|
|
|
ЭП9
ВА 51-25
|
10,47
|
73,29
|
13,09
|
16
|
91,61
|
112
|
1
|
16
|
19
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
ЭП10
ВА 51-25
|
11,51
|
86,32
|
14,39
|
16
|
107,9
|
112
|
1
|
16
|
19
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
ЭП11
ВА 51-31
|
16,39
|
122,92
|
20,49
|
25
|
153,66
|
175
|
1
|
25
|
27
|
АПРТО5
(1×5)
|
|
|
ЭП14ВА
51-25
|
2,86
|
14,3
|
3,57
|
6,3
|
17,87
|
44,1
|
1
|
6,3
|
19
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
ШР4
(ПР8501-066)
|
|
|
ЭП14
ВА 51-25
|
2,86
|
14,3
|
3,57
|
6,3
|
17,87
|
44,1
|
1
|
6,3
|
19
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
ЭП15
ВА 51-25
|
3,56
|
21,3
|
4,44
|
6,3
|
26,62
|
44,1
|
1
|
6,3
|
19
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
ЭП16
ВА 51-25
|
6,07
|
36,42
|
7,57
|
8
|
45,52
|
56
|
1
|
8
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
ЭП17
ВА 51-25
|
11,72
|
85,9
|
14,65
|
16
|
109,87
|
112
|
1
|
16
|
19
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
ЭП18
ВА 51-25
|
3,46
|
31,5
|
4,32
|
6,3
|
39,37
|
44,1
|
1
|
6,3
|
19
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
ЭП19
ВА 51-25
|
10,47
|
73,29
|
13,09
|
16
|
91,61
|
112
|
1
|
16
|
19
|
АПРТО5
(1×2,5)
|
|
|
Линия
к ШР4
|
32,89
|
261,36
|
41,11
|
50
|
326,7
|
3136,3
|
1
|
50
|
82,8
|
АВВГ
(4×35)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.4 Проверка автоматических выключателей
Высоковольтные аппараты, шины трудно подаются
расчётам и поэтому заводы-изготовители указывают предельный сквозной ток К.З
(его амплитудное значение)- iпр.скв
.(iдин),
которые не должны быть определенного в наших расчётах ударного тока при
трёхфазном токе К.З. и проверка на электродинамическую стойкость сводится к
условию iпр.скв .(iдин)>iу.
При определении сопротивления системы ранее был
принят маломасляный выключатель.
Его данные по ([1] таблица П.4.1); ([7] таблица
5.1 с.228); ([8] таблица 3.7 с.132-133). Для напряжения 10кВ выбираем
выключатель ВМПЭ-10-200-31,5У3, Iном=200
А, Iном.откл.=0,4
кА, iпр.скв.=80
кА, ток и время термической стойкости кА/С-31,5/4 по [7] или [12 таблица 2.75].
Определяем тепловой импульс трёхфазного тока
К.З-Iк1
где tоткл
= tзощ
+ tвык =
2+0,1=2,1;
tзощ
- время действия основной защиты;
Та - постоянная затухания
аппериадической составляющей тока К.З. ; Тa=3
Определяем тепловой импульс трёхфазного тока К.З-Iк1
по формуле 50
Вк1=0,42(2+0,1+0,01)=0,33
кА2с или 330000А2с
По данным выключателя: Вкв= I2тер
· tтер=31,52
·4 = 3969кА2с
|
Расчётные
данные
|
Данные
выключателя
|
|
Uном =10 кВ Iном = 9,24 А iу = 0,56 кА Iк(3)= 0,4 кА
Вкв = 0,09 кА2с
|
Uном =10 кВ Iном = 200 А iу = 80 кА Iк(3)= 31,5 кА
Вкв = 3969 кА2с
|
Выключатель проходит по всем показателям.
Выбираем и проверяем выключатель нагрузки на
стороне 10кВ. По ([14] таблица П.4.1)- выключатель нагрузки ВНПЭ-20-10-Uном-
10кВ; Iном =
200 А, Iоткл=20, ток и
время термической стойкости кА/с - 31,5/4, iпр.скв.-80,
Вкв=31,52·4=3969кА2с.
Сравним данные выключателя и расчётные
|
Расчётные
данные
|
Данные
выключателя
|
|
Uном =10 кВ Iном = 9,24 А iу = 0,56 кА
Вкв = 0,33кА2с
|
Uном =10 кВ Iном = 200 А iу = 80 кА Вкв
= 3969 кА2с
|
Выключатель ВНПЭ-20 по своим параметрам
проходит.
Выбираем и проверяем высоковольтный
предохранитель, совмещенный с выключателем.
Для силового трансформатора, согласно
директивным материалам, номинальный ток предохранителя выбирается по величине 2Iном
с рекомендуемым разбросом в 20%.
Iпр=18,48·1,2=22,176
По ([8]таблица 2.84 с.188) или по ([8]таблица
3.13 с.142) выбираем токоограничивающий предохранитель ПКТ-101У, на Iном=12А.
Сравним данные расчётов и предохранителя с
учётом мощности отключения и тока К.З.
|
Расчётные
данные
|
Данные
выключателя
|
|
Uусш.с =10 кВ Iном = 9,24 А, Iк1=0,33 Sотк=√3·Uнс ·Ir1(3) Sотк
=1,73·10·0,33 =5,7
|
Uном =10 кВ Iном = 12 А S’отк=√3·Uнс ·Iотк Sотк=1.73·10·60=1038
Iотк= 60кА
|
Проверяем кабель АСБ 3×35+1×16
по
тепловому импульсу
где Вк - тепловой импульс трёхфазного
тока К.З.;
Ст - коэффициент, зависящий от
допустимой температуры при К.З. и материала токоведущей шины, кабеля, провода,
аппарата.
Проверяем кабель ААШв
3×10+1×6
по
тепловому импульсу по формуле55
/ 85 = 5,75
Кабель и предохранители проходят.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В курсовом проекте выполнен расчет и выбор
аппаратов системы электроснабжения участка промышленного предприятия. В проекте
выбраны выключатели серии ВА с различными номинальными токами и токами
расцепителя. Электроснабжение оборудования осуществляется в трубах с помощью
проводов марки АПРТО и кабелей ААШв различных сечений. Был произведен расчет
токов короткого замыкания в трех точках: первая точка на стороне высокого
напряжения трансформатора, вторая на низкой стороне напряжения и третья на
распределительных пунктах, а также был произведен расчет заземления по
периметру было забито уголки длинной 3 м. Расчет система электроснабжения
произведен с учетом современных требований к современные аппаратам
электроснабжения. Это очень актуальная тема, так как в последнее время большое
число предприятий и цехов обанкротились или заброшено. Часть жилых цехов,
зданий переходят в частные руки и пересдаются в перепрофилировании и
реконструкции.
В проекте выбраны системы электроснабжения с
учетом современных требований и установлены современные аппараты
электроснабжения.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1.
Барыбин Ю.Г. Справочник по проектированию электроснабжения. М.:
Энергоатомиздат, 2012. - 574 с.
.
Белорусов И. В. Электрические кабели, провода, шнуры. М.: Энергоатомиздат,
1980. - 562 с.
.
Беляев А.В.Выбор аппаратуры защиты и кабелей 0,4 кВ. Ленинград;
Энергоатомиздат, 2008.- 208 с.
.
Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию. М.: Высшая школа, 2009.
- 60 с.
.
Коновалова Л.Л. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.:
Машиностроение, 1986 - 526 с.
.Липкин
Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.: Высшая школа, 2011.
- 364 с.