Электроснабжение ремонтно-механического цеха
Содержание
Введение
. Краткая характеристика ремонтно-механического цеха и его
технологического процесса
. Характеристика электроприемников цеха
. Выбор напряжения цеховой электрической сети
. Определение центра электрических нагрузок и выбор места
расположения цеховой трансформаторной подстанции
. Расчет электрических нагрузок ремонтно-механического цеха
.1 Расчет нагрузок электрического освещения
.2 Расчет нагрузок цеха методом упорядоченных диаграмм
. Выбор мощности конденсаторных установок и определение их
места расположения
.1 Расчет мощности низковольтных конденсаторных установок
.2 Выбор места расположения низковольтных конденсаторных
установок
. Выбор питающего кабеля напряжением 10 кВ и конструктивного
исполнения цеховой сети
.1 Выбор и проверка питающего кабеля напряжением 10 кВ
.2 Выбор типа трансформатора и компоновки цеховой
трансформаторной подстанции
.3 Выбор шинопроводов и силовых пунктов напряжением 0,4 кВ
.4 Выбор кабелей от магистрального шинопровода
. Расчет тока короткого замыкания
. Расчетный выбор конструктивного исполнения цеховой сети
.1 Выбор защитных аппаратов питающей сети
.2 Выбор проводников и защитных аппаратов ответвлений к
электроприемникам
. Расчет расхода и потерь электроэнергии
Заключение
Список используемой
литературы
Введение
Развитие энергетики и электрификации в значительной
степени определяет уровень развития народного хозяйства страны в целом.
Электроэнергия является наиболее универсальным видом энергии, она просто и
экономично может быть преобразована в другие виды энергии. Немыслимо
предствавить современную промышленность, наш быт и все народное хозяйство
страны без использования электроэнергии.
Современное состояние энергетики и электрификации
страны определяет и уровень развития всего народного хозяйства. С развитием
уровня народного хозяйства электрификация объектов промышленности и сельского
хозяйства осуществлялась сначала от автономных источников, а затем от сложных и
разветвленных энергосистем в настоящее время.
Основными потребителями электрической энергии являются
промышленные предприятия, сельское хозяйство, коммунальные нужды. 70% всей
электроэнергии расходуется на технологические процессы предприятий. Для
передачи электроэнергии в необходимом количестве и соответствующего качества
существуют следующие энергосистемы: Цеховая - обеспечивающая энергоснабжение
потребителей, Заводская - служат для электроснабжения основных цехов и
вспомогательных объектов, Городские или Районные - служат для электроснабжения
предприятий, сельского хозяйства, коммунальных объектов.
Повышение уровня электрификации производства и
эффективности использования энергии основано на дальнейшем развитии
энергетической базы, непрерывном увеличении электрической энергии. В настоящее
время при наличии мощных электрических станций, объединённых в электрические
системы, имеющие высокую надёжность электроснабжения, на многих промышленных
предприятиях продолжается сооружение электростанций. Необходимость их
сооружения обуславливается большой удалённостью от энергетических систем,
потребностью в тепловой энергии для производственных нужд и отопления,
необходимостью резервного питания ответственных потребителей. Проектирование
систем электроснабжения ведётся в ряде проектных организаций. В результате
обобщения опыта проектирования вопросы электроснабжения предприятий получили
форму типовых решений. В настоящее время разработаны методы расчётов и
проектирования цеховых сетей, выбора мощности цеховых трансформаторов, методика
определения цеховых нагрузок и т.д. В связи с этим большое значение приобретают
вопросы подготовки высоко квалифицированных кадров, способных успешно решать
вопросы проектирования электроснабжения и практических задач.
В условиях бурного развития электроники и новейших
технологий (требующих если не непосредственного использования электроэнергии,
то использования ее для систем контроля и управления технологическими
процессами, средств обработки информации, развития систем телекоммуникаций)
неизбежен рост потребления электроэнергии, не только имеющимися в настоящее
время крупными промышленными центрами и предприятиями практически любых
отраслей, но прогнозируемыми и организующимися мелкими фирмами, организациями,
а так же бытовыми потребителями.
Большое значение приобретает внедрение в энергетику
ЭВМ, что позволит намного ускорить процессы расчетов, которые отличаются
сложностью и требуют большой точности и быстроты.
1. Краткая
характеристика цеха и его технологического процесса
Ремонтно-механический цех станкостроительного завода занимается
изготовлением различных деталей и металлоконструкций, необходимых для основного
производства, а также ремонтом станочного оборудования завода.
В состав цеха входят различные металлообрабатывающие станки, сварочное и
грузоподъёмное оборудование, вентиляторы.
Окружающая среда в цехе нормальная, поэтому всё оборудование в цехе
выполнено в нормальном исполнении. Площадь цеха составляет 2160 м2.
Исходные данные представлены в табл. 1.1, план объекта - на рис. 1.1.
Таблица 1.1 - Исходные данные для проектирования
Номер на плане цеха
|
Наименование отделения
(участка) цеха и производственного оборудования
|
Установленная мощность в
единице, кВт
|
Кол.шт.
|
Коэффициент использования
|
Коэффициент мощности
|
Участок расположения
оборудования
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
1 Механическое отделение
|
1
|
Токарно-револьверный станок
|
5,625
|
1
|
0,17
|
0,65
|
9
|
2
|
Отрезной станок
|
12,95
|
2
|
0,17
|
0,65
|
|
3
|
Токарно-револьверный
автомат
|
4,2
|
1
|
0,17
|
0,65
|
|
4
|
Одношпиндельный автомат
|
2,4
|
2
|
0,17
|
0,65
|
|
5
|
Токарный станок
|
7,0
|
1
|
0,17
|
0,65
|
|
6
|
Токарно-винторезный станок
|
3,2
|
2
|
0,17
|
0,65
|
10
|
7
|
Токарно-винторезный станок
|
4,5
|
2
|
0,17
|
0,65
|
|
8
|
Токарно-винторезный станок
|
11,125
|
2
|
0,17
|
0,65
|
|
9
|
Радиально-сверлильный
станок
|
10,0
|
1
|
0,13
|
0,5
|
|
10
|
Резьбонарезной станок
|
5,2
|
1
|
0,17
|
0,65
|
|
11
|
Вертикально-фрезерный
станок
|
10,0
|
1
|
0,17
|
0,65
|
|
12
|
Горизонтально-фрезерный
станок
|
10,0
|
1
|
0,17
|
0,65
|
1
|
13
|
Безконсольно-фрезерный
станок
|
20,0
|
2
|
0,17
|
0,65
|
|
14
|
Широкоуниверсальный
фрезерный станок
|
1,7
|
2
|
0,13
|
0,5
|
|
15
|
Горизонтально-протяжный
станок
|
20,0
|
2
|
0,2
|
0,65
|
|
16
|
Правильно-отрезной станок
|
1,7
|
2
|
0,13
|
0,5
|
|
17
|
Долбежный станок
|
2,8
|
1
|
0,13
|
0,5
|
|
18
|
Токарный многорезцовый
полуавтомат
|
7,0
|
1
|
0,17
|
0,65
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1.1 - План цеха с участками расположения оборудования
2.
Характеристика электроприемников цеха
В состав электрооборудования ремонтно-механического цеха
станкостроительного завода входят подъемно-транспортные устройства, сварочные
аппараты и агрегаты, электротермические установки и электродвигатели
производственных механизмов. Мощность электроприёмников составляет от 0,2 до 60
кВт.
К подъемно-транспортным устройствам относятся краны, кран-балки,
тельферы, работающие в повторно-кратковременном режиме. На всех кранах-балках и
тельферах устанавливают двигатели с короткозамкнутым ротором, а на нормальных
мостовых кранах - двигатели с фазным ротором.
В данном цехе используются сварочные аппараты для дуговой и контактной
сварки. Для дуговой сварки на переменном токе применяются сварочные
трансформаторы однофазного и трехфазного тока 380 В. Источником постоянного
тока при сварке служит статический преобразователь. Сварочные агрегаты для
контактной сварки - однофазные. Сварочные аппараты работают в
повторно-кратковременном режиме.
К электротермическому оборудованию относятся электропечи,
электротермические агрегаты и электронагревательные устройства, в которых
электрическая энергия преобразуется в тепловую. В цехе в зависимости от метода
нагрева используются электропечи сопротивления камерные, камерные со щитом
управления и шахтные, а также шкаф сушильный и печь муфельная. Электропечи
работают в длительном режиме.
Такие электроприемника как металлообрабатывающие станки и вентиляторы
работают в длительном режиме.
Электроприёмники цеха работают на переменном 3-х фазном токе
(металлообрабатывающие станки, вентиляторы, грузоподъёмное оборудование) и
однофазном токе (освещение).
3. Выбор
напряжения цеховой электрической сети
Выбор напряжения питающих и распределительных сетей зависит от мощности,
потребляемой предприятием, его удаленности от источника питания, напряжения
источника питания (особенно для небольших и средних предприятий), количества и
единичности мощности электроприемников (электродвигатели, электропечи,
преобразователи).
Внедрение напряжения 660/380 В с глухозаземленной нейтралью позволяет
снизить капитальные затраты относительно общей стоимости электроустановок
строящегося предприятия на 0,5-15%, снизить затраты на сооружение низковольтной
кабельной сети примерно на 30% и сократить потери электроэнергии в этой сети в
1,3-1,4 раза. Эффективность при внедрении напряжения 660/380 В тем выше, чем
больше доля электроприемников 380 В в общем составе устанавливаемых
электроприемников. Эффективность внедрения напряжения 660/380 В прямо
пропорциональна протяженности питающей и распределительной сети. Внедрять
напряжение 660/380 В для вновь строящихся промышленных объектов эффективно,
если основную часть электроприемников составляют низковольтные электродвигатели
переменного тока нерегулируемые мощностью выше 10 кВ, длины кабелей питающей и
распределительной сети имеют большую протяженность
В трехфазных цеховых сетях предприятий в настоящее время чаще всего
встречается напряжение 380 В. Основной причиной широкого распространения этого
напряжения является возможность применения его для питания силовых приемников
малой и средней мощности и электрического освещения.
Таким образом, для электроснабжения цеха выбираем напряжение 380/220 В в
связи с тем, что мощность электроприемников не превышает 60 кВт,
электродвигатели установок рассчитаны на напряжение 380 В, имеются однофазные
электроприемники, и учитывая удобство питания силовой и осветительной нагрузки.
4.
Определение центра электрических нагрузок цеха и выбор места расположения
цеховой трансформаторной подстанции
Центр электрических нагрузок рассчитывается для определения
месторасположения цеховой трансформаторной подстанции по следующим формулам:
; (4.1)
; (4.2)
где
Xi, Yi - центры электрических нагрузок цехов;
-
мощность i-го электроприемника цеха.
Таблица 4.1 - Расчет центра электрических нагрузок участка №1
Номер эл.установки
|
Р, кВт
|
Координаты, дм
|
|
|
Х
|
Y
|
12
|
10,0
|
38
|
318
|
13.1
|
20,0
|
38
|
301
|
13.2
|
20,0
|
38
|
385
|
14.1
|
1,7
|
38
|
269
|
14.2
|
1,7
|
38
|
253
|
15.1
|
20,0
|
80
|
318
|
15.2
|
20,0
|
80
|
301
|
16.1
|
1,7
|
80
|
385
|
16.2
|
1,7
|
80
|
269
|
17
|
2,8
|
80
|
253
|
18
|
7,0
|
80
|
238
|
19
|
4,85
|
58
|
293
|
20.1
|
1,7
|
27
|
359
|
20.2
|
1,7
|
87
|
359
|
Координаты центра
электрических нагрузок:
|
59
|
316
|
Таблица 4.2 - Расчет центра электрических нагрузок участка №2
Номер эл.установки
|
Р, кВт
|
Координаты, дм
|
|
|
Х
|
Y
|
30
|
20,0
|
145
|
326,5
|
31.1
|
2,0
|
145
|
304
|
31.2
|
2,0
|
145
|
281,5
|
32.1
|
1,0
|
213
|
326,5
|
32.2
|
1,0
|
213
|
304
|
33
|
20,0
|
213
|
281,5
|
34
|
7,725
|
145
|
259,5
|
Координаты центра
электрических нагрузок:
|
173
|
297
|
Таблица 4.3 - Расчет центра электрических нагрузок участка №3
Номер эл. установки
|
Р, кВт
|
Координаты, дм
|
|
|
Х
|
Y
|
43
|
1,95
|
278
|
317
|
44
|
2,8
|
278
|
300
|
45.1
|
2,8
|
278
|
283
|
45.2
|
2,8
|
278
|
268
|
46
|
1,7
|
320
|
268
|
47.1
|
0,7
|
320
|
317
|
47.2
|
0,7
|
320
|
300
|
47.3
|
0,7
|
320
|
283
|
48
|
20,0
|
278
|
252
|
49
|
2,5
|
320
|
252
|
50
|
2,8
|
269
|
359
|
51
|
2,8
|
349
|
292
|
Координаты центра
электрических нагрузок:
|
288
|
274
|
Таблица 4.4 - Расчет центра электрических нагрузок участка №4
Номер эл.установки
|
Р, кВт
|
Координаты, дм
|
|
|
Х
|
Y
|
58
|
4,5
|
469
|
292
|
59
|
4,5
|
398
|
60.1
|
3,3
|
398
|
300
|
60.2
|
3,3
|
398
|
282
|
61
|
12,95
|
398
|
268
|
62
|
4,5
|
398
|
252
|
63.1
|
4,5
|
440
|
317
|
63.2
|
4,5
|
440
|
300
|
64.1
|
14,0
|
440
|
282
|
64.2
|
14,0
|
440
|
268
|
65
|
4,5
|
389
|
359
|
Координаты центра
электрических нагрузок:
|
423
|
286
|
Таблица 4.5 - Расчет центра электрических нагрузок участка №5
Номер эл.установки
|
Р, кВт
|
Координаты, дм
|
|
|
Х
|
Y
|
21
|
3,0
|
518
|
333
|
22
|
6,25
|
518
|
317
|
23.1
|
2,8
|
518
|
300
|
23.2
|
2,8
|
518
|
283
|
24
|
2,8
|
518
|
268
|
25.1
|
0,6
|
560
|
333
|
25.2
|
0,6
|
560
|
317
|
25.3
|
0,6
|
560
|
300
|
26
|
5,18
|
560
|
283
|
27
|
9,6
|
518
|
252
|
28.1
|
0,6
|
560
|
268
|
28.2
|
0,6
|
560
|
252
|
28.3
|
0,6
|
560
|
237
|
29
|
9,6
|
518
|
237
|
Координаты центра
электрических нагрузок:
|
526
|
275
|
Таблица 4.6 - Расчет центра электрических нагрузок участка №6
Номер эл.установки
|
Р, кВт
|
Координаты, дм
|
|
|
Х
|
Y
|
52.1
|
21,0
|
507
|
96
|
52.2
|
21,0
|
507
|
73
|
53
|
32,0
|
507
|
50
|
54
|
5,0
|
507
|
27
|
55.1
|
25,0
|
571
|
96
|
55.2
|
25,0
|
571
|
73
|
56
|
150,
|
571
|
50
|
57
|
75,0
|
571
|
27
|
Координаты центра
электрических нагрузок:
|
557
|
54
|
Таблица 4.7 - Расчет центра электрических нагрузок участка №7
Номер эл.установки
|
Р, кВт
|
Координаты, дм
|
|
|
Х
|
Y
|
66.1
|
10,0
|
390
|
43
|
66.2
|
10,0
|
387
|
116,5
|
67
|
12,0
|
387
|
98
|
68.1
|
18,75
|
387
|
112
|
68.2
|
18,75
|
387
|
79
|
69
|
35,0
|
387
|
60
|
70
|
70,0
|
451
|
112
|
71.1
|
2,5
|
451
|
79
|
71.2
|
2,5
|
451
|
60
|
72
|
7,0
|
389
|
2
|
73
|
4,85
|
418
|
69
|
Координаты центра
электрических нагрузок:
|
413
|
89
|
Таблица 4.8 - Расчет центра электрических нагрузок участка №8
Номер эл.установки
|
Р, кВт
|
Координаты, дм
|
|
|
Х
|
Y
|
35
|
8,0
|
275
|
113
|
36.1
|
2,0
|
323
|
113
|
36.2
|
2,0
|
323
|
96
|
37.1
|
0,15
|
278
|
96
|
37.2
|
0,15
|
278
|
79
|
37.3
|
0,15
|
278
|
63
|
38.1
|
0,18
|
320
|
79
|
38.2
|
0,18
|
320
|
63
|
39
|
5,0
|
275
|
47
|
40
|
4,5
|
278
|
31
|
42.1
|
0,8
|
320
|
47
|
42.2
|
0,8
|
320
|
31
|
Координаты центра электрических
нагрузок:
|
287
|
76
|
Таблица 4.9 - Расчет центра электрических нагрузок участка №9
Номер эл.установки
|
Р, кВт
|
Координаты, дм
|
|
|
Х
|
Y
|
1
|
5,625
|
158
|
113
|
2.1
|
12,95
|
158
|
89
|
2.2
|
12,95
|
158
|
60
|
3
|
4,2
|
158
|
32
|
4.1
|
2,4
|
200
|
89
|
4.2
|
2,4
|
200
|
60
|
5
|
7,0
|
200
|
32
|
Координаты центра
электрических нагрузок:
|
168
|
69
|
Таблица 4.10 - Расчет центра электрических нагрузок участка №10
Номер эл.установки
|
Р, кВт
|
Координаты, дм
|
|
|
Х
|
Y
|
6.1
|
3,2
|
38
|
92
|
6.2
|
3,2
|
38
|
72
|
7.1
|
4,5
|
38
|
52
|
7.2
|
4,5
|
38
|
30
|
8.1
|
11,125
|
80
|
92
|
8.2
|
11,125
|
80
|
72
|
9
|
10,0
|
38
|
111
|
10
|
5,2
|
80
|
52
|
11
|
10,0
|
80
|
30
|
Координаты центра
электрических нагрузок:
|
63
|
70
|
Таблица 4.11 - Расчет картограммы нагрузок ремонтно-механического цеха
Номер эл.установки
|
Р, кВт
|
Координаты, дм
|
|
|
Х
|
Y
|
ШРС1
|
114,85
|
59
|
316
|
ШРС2
|
53,725
|
173
|
ШРС3
|
42,25
|
288
|
274
|
ШР4
|
74,55
|
423
|
286
|
ШРС5
|
45,63
|
526
|
275
|
ШРС6
|
354
|
557
|
54
|
ШРС7
|
191,35
|
413
|
89
|
ШРС8
|
23,91
|
287
|
76
|
ШРС9
|
47,525
|
168
|
69
|
ШРС10
|
62,85
|
63
|
70
|
Координаты центра
электрических нагрузок:
|
375
|
142
|
5. Расчет электрических нагрузок ремонтно-механического цеха
.1 Расчет нагрузок электрического освещения
Расчет электрического освещения производим по методу удельной мощности.
По /6, табл. 3.3/ выбираем требуемую освещенность равную 400 лк. Для
освещения цехов и территорий принимаем светильники типа ДРЛ. По /6, табл. 6.13/
находим удельную мощность для светильников с КСС (Г-1) Руд = 3,4
Вт/м2 (значение величины приведено для Е = 100 лк, КПД = 100%, Кз=1,5).
Произведем пересчет удельной мощности для требуемой освещенности (Етр
= 400 лк, КПДтр = 75%, Кз=1,8):
, (5.1)
.
Номинальная
мощность освещения вычисляется по формуле:
, (5.2)
где - площадь освещаемого помещения или территории, м2.
.
Тогда
расчетная активная мощность электрического освещения равна
, (5.3)
где
- коэффициент спроса осветительных нагрузок; для
многопрофильного цеха ;
-
коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре. Для
ламп ДРЛ .
.
Расчетная
реактивная мощность электрического освещения вычисляется по формуле
, (5.4)
.
Для
ЩО: ,
.
Расчетный ток равен
, (5.5)
А.
Выбираем
осветительный щиток с автоматическим выключателем на вводе типа ОЩВ-6АУХЛ4,
который имеет следующие технические данные:
- номинальное рабочее напряжения 380/220 В;
- номинальная частота 50 Гц;
- номинальное напряжение изоляции 600 В;
- номинальный ток щитка 63 А;
- номинальный рабочий ток вводного аппарата 63 А;
- номинальная отключающая способность вводного автоматического
выключателя 4,5 кА.
.2 Расчет нагрузок цеха методом упорядоченных диаграмм
Расчет нагрузок ремонтно-механического цеха произведен с помощью метода
упорядоченных диаграмм. В соответствии с этим методом все электроприемники
условно делятся на две группы:
группа А - длительный меняющийся режим работы;
группа Б - длительный маломеняющийся режим работы.
Номинальная мощность электроприемников принимается равной:
для электродвигателей продолжительного режима работы
; (5.6)
для
электродвигателей повторно-кратковременного режима работы
; (5.7)
для
сварочных машин и электропечных трансформаторов
. (5.8)
Расчетная нагрузка для электроприемников группы А определяется по
формуле:
, (5.9)
где - расчетная активная мощность, кВт;
-
средняя мощность за наиболее загруженную смену, кВт;
- коэффициент
максимума активной мощности.
Расчет среднесменных нагрузок производился по группам А и Б на основании
формул:
; (5.10)
, (5.11)
где
- среднесменная активная нагрузка, кВт;
-
среднесменная реактивная нагрузка, квар;
-
коэффициент использования активной мощности.
Значение
коэффициента максимума зависит от коэффициента использования группы
электроприемников и приведенного числа этих электроприемников. Приведенное
число электроприемников определяется по формуле
. (5.12)
Если
и > , то приведенное число электроприемников можно
определить по формуле
. (5.13)
По
значению и полученному значению определяется
значение коэффициента максимума. При этом расчетная реактивная нагрузка равна:
при
; (5.14)
при
. (5.15)
Данная
методика используется при . При < принимается
; (5.16)
. (5.17)
При
n>3, принимаем
(5.18)
Для
электроприемников группы Б допускается принять Км = 1, тогда для них
получим следующие расчетные формулы:
(5.19)
. (5.20)
Полная
расчетная мощность равна:
; (5.21)
а
расчетный ток равен
, (5.22)
где
- номинальное напряжение электроприемников.
Расчет электрических нагрузок ремонтно-механического цеха
с учетом вышеизложенного выполнен на ЭВМ, результаты расчета приведены в
приложении П1.
6. Выбор
мощности конденсаторных установок и определение их места расположения
.1 Расчет мощности низковольтных конденсаторных установок
В соответствии с «Указаниями по компенсации реактивной мощности», если
число трансформаторов не больше трех, то
, (6.1)
где
- расчетная активная мощность цеха, кВт;
-
коэффициент загрузки трансформатора (для электроприемников III
категории надежности );
- число
трансформаторов, .
По
таблице П1 : , .
Выбираем
трансформаторкВА. Трансформатор недогружен, поэтому в целях
получения необходимой загрузки трансформатора при использовании низковольтных
конденсаторных установок догружаем цеховую подстанцию частью мощности соседнего
цеха, занимающего участки территории проектируемого, не занятые его
оборудованием.
Догружаемая
мощность определяется по формулам:
, (6.2)
. (6.3)
При
этом предполагается, что догружаемой мощности равен мощности цеха, то есть .
кВт,квар.
Нагрузка
цеховой подстанции определяется как:
, (6.4)
, (6.5)
где
- расчетная реактивная мощность цеха, квар.
кВт,квар.
Реактивная
мощность, передаваемая на сторону низкого напряжения:
. (6.6)
квар.
Реактивная
мощность низковольтных конденсаторов:
. (6.7)
Составляющая
определяется по выражению:
. (6.8)
квар.
Составляющая
, учитывающая оптимальное снижение потерь мощности в
сети 0,4 кВ и цеховом трансформаторе:
. (6.9)
где
- расчетный коэффициент, зависящий от расчетных
параметров Кр1, Кр2 и схемы питания цеховой подстанции.
Согласно
/2/ определим значение Кр1 и Кр2. По таблице 4.6 /2, с.
108/ для Северного Кавказа при двухсменной работе Кр1 = 13. По
таблице 4.7 /2, с. 109/ для мощности трансформатора 1000 кВА и длине питающей
линии до 0,5 км Кр2 = 3.
Значение
найдем по рис 4.9а /2, с. 107/. Для найденных значений
Кр1 и Кр2 .
.
квар.
квар квар. Принимаем УК2-0,38-100 УЗ.
квар квар. Принимаем УК-0,38-150 УЗ.
квар квар. Принимаем УК2-0,38-100УЗ.
.2
Выбор места расположения низковольтных конденсаторных установок
Для
определения места расположения низковольтных конденсаторных установок
воспользуемся формулой:
, (6.10)
где
- наибольшие реактивные нагрузки шинопровода перед
узлом h и после него соответственно.
7.
Выбор питающего кабеля напряжением 10 кв и конструктивного исполнения цеховой
сети
.1
Выбор и проверка питающего кабеля напряжением 10 кВ
Выбор
сечения кабельных линий 10 кВ, питающих цеховую трансформаторную подстанцию,
производим по условиям экономической плотности тока.
Определим
расчетный ток питающего кабеля по формуле (5.22):
А. (7.1)
Экономическое
сечение определим по формуле:
, (7.2)
где
- экономическая плотность тока, по /1, табл. 1.3.36/
для кабелей с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами при числе часов использования
максимумов нагрузки от 3000 до 5000 в год .
Полученное
значение округляем до ближайшего стандартного значения. Принимаем мм2 с А.
Проверяем
кабель по нагреву в нормальном режиме работы, при этом должно выполняться
следующее условие:
. (7.3)
Допустимый
длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами с бумажной, пропитанной
маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией в свинцовой или алюминиевой
оболочке, прокладываемых в земле, согласно /1, табл.1.3.16/ равен А. -
условие (7.3) выполняется.
Проверяем
кабель на термическую стойкость к токам короткого замыкания (КЗ). Термически
стойкие к токам КЗ сечение определяют по формуле:
, (7.4)
где
- установившееся значение тока КЗ, для вводного
кабеля кА;
- приведенное время КЗ, равное времени срабатывания
выключателя, с;
-
температурный коэффициент, для кабелей с бумажной изоляцией по /2, табл.3.4/ о.е.
мм2.
Выбранное
сечение мм2 не удовлетворяет условию термической
стойкости, поэтому выбираем сечение мм2.
Принимаем кабель АСБ(3х35).
7.2 Выбор типа трансформатора и компоновки цеховой
трансформаторной подстанции
Тип и исполнение трансформатора рекомендуется выбирать в зависимости от
условий установки и характера окружающей среды. В электроремонтном отделении
характер окружающей среды является нормальным, трансформатор устанавливаем
возле колонны в мертвой рабочей зоне.
Выбор мощности трансформатора производим на основании расчетной нагрузки
предприятия в нормальном режиме работы с учетом режима энергосберегающей
организации по реактивной мощности. Выбираем КТП с трансформатором типа
ТМЗ-630/10 с масляным охлаждением. Кроме трансформатора в КТП входят вводной
шкаф напряжением 10 кВ, распределительные комплектные шкафы. КТП изготовлена
ОАО «Укрэлаппарат», Украина, г. Хмельницкий.
Технические данные трансформатора:
- номинальная мощность 630 кВА;
- потери ХХ 1,31 кВт;
- потери КЗ 7,6 кВт;
- напряжение КЗ 5,5%;
- ток ХХ 1,8%.
.3 Выбор шинопроводов и силовых пунктов напряжением 0,4 кВ
Выбор магистральных (ШМ) и распределительных (ШР) шинопроводов проводим
по условию
, (7.5)
где
- номинальный ток шинопровода.
Результаты
сведены в таблицу 7.1.
Таблица
7.1 - Выбор шинопроводов
Наименование шинопровода по
плану цеха
|
, А, АТип выбранного
Шинопровода
|
|
|
ШМ1
|
308,58
|
1250
|
ШМА4-1250
|
ШМ2
|
557,02
|
1250
|
ШМА4-1250
|
ШР1
|
63,45
|
100
|
ШРА4-100-44-IУЗ
|
ШР2
|
44,67
|
100
|
ШРА4-100-44-IУЗ
|
ШР3
|
54,18
|
100
|
ШРА4-100-44-IУЗ
|
ШР4
|
25,47
|
100
|
ШРА4-100-44-IУЗ
|
ШР5
|
32,75
|
100
|
ШРА4-100-44-IУЗ
|
ШР6
|
35,61
|
100
|
ШРА4-100-44-IУЗ
|
ШР7
|
43,14
|
100
|
ШРА4-100-44-IУЗ
|
Выбор силовых распределительных шкафов (ШРС) производится исходя из
количества оборудования в отделении по току вводного аппарата. Результаты
сведены в таблицу 7.2.
Таблица 7.2 - Выбор силовых распределительных шкафов
Наименование узла по плану
цеха
|
Тип шкафа
|
Степень защиты
|
, А,
АЧисло отходящих линий и ном. токи предохранителей, А
|
|
|
ШРС1
|
ШРС1-50 УЗ
|
IР54
|
200
|
62,42
|
5х60
|
ШРС2
|
ШРС1-53 УЗ
|
IР54
|
320
|
256,6
|
8х60
|
ШРС3
|
ШРС1-53 УЗ
|
IР54
|
320
|
236,4
|
8х60
|
.4 Выбор кабелей от магистрального шинопровода
Выбор кабелей от магистрального шинопровода к шкафам и распределительным
шинопроводам производим по соответствующим нагрузкам шкафов или шинопроводов по
таблице 1.3.7 /1, с.22/. Результаты расчета сведены в таблицу 7.3.
Таблица 7.3 - Выбор кабелей, питающих ШР, ШРС и ШТ
Наименование питающего
уст-ва по плану цеха
|
, А,мм2, АМарка кабеля
|
|
|
|
Ввод
|
913,96
|
35
|
130>25,8
|
АСБ(3х35+1х25)
|
ШР1
|
63,45
|
16
|
75>42,3
|
АВВГ (3х16+1х10)
|
ШР2
|
44,67
|
10
|
60>40,94
|
АВВГ (3х10+1х6)
|
ШР3
|
54,18
|
10
|
60>38,75
|
АВВГ (3х10+1х6)
|
ШР4
|
25,47
|
4
|
31>22,76
|
АВВГ (3х4+1х2,5)
|
ШР5
|
32,75
|
6
|
38>24,76
|
АВВГ (3х6+1х4)
|
ШР6
|
35,61
|
6
|
38>24,11
|
АВВГ (3х6+1х4)
|
ШР7
|
43,14
|
10
|
60>29,9
|
АВВГ (3х10+1х6)
|
ШРС1
|
62,42
|
16
|
75>62,42
|
АВВГ (3х16+1х10)
|
ШРС2
|
256,6
|
120
|
295>399,15
|
АВВГ (3х120+1х70)
|
ШРС3
|
236,4
|
95
|
250>196,84
|
АВВГ (3х95+1х50)
|
ШТ1
|
16,38
|
2,5
|
23>16,38
|
АВВГ (3х2,5+1х1,5)
|
ШТ2
|
16,38
|
2,5
|
23>16,38
|
АВВГ (3х2,5+1х1,5)
|
|
|
|
|
|
|
|
8. Расчет токов короткого замыкания
Сети
промышленных предприятий напряжением до 1 кВ характеризуются большой
протяженностью и наличием большого количества коммутационно-защитной
аппаратуры. При напряжении до 1 кВ даже небольшое сопротивление оказывает
существенное влияние на ток короткого замыкания (КЗ). Поэтому в расчетах
учитываем все сопротивления короткозамкнутой цепи, как индуктивные, так и
активные. Кроме того, учитываем активные сопротивления всех переходных
контактов этой цепи. По /2/ принимаем переходные сопротивления контактов:
- 0,015 Ом - для распределительных устройств на станциях и
подстанциях;
- 0,02 Ом - первичных цеховых распределительных пунктов (РП),
а также на зажимах аппаратов, питаемых радиальными линиями от щитов подстанций
или главных магистралей;
- 0,025 Ом - для вторичных цеховых РП, а также на зажимах
аппаратов, питаемых от первичных РП;
- 0,03 Ом - для аппаратуры, установленной непосредственно у
приемников электроэнергии, получающих питание от вторичных РП.
Расчет токов КЗ производим в именованных единицах. Исходная схема для
расчета приведена на рис. 8.1. Рассчитаем токи КЗ за защитными аппаратами на
самой приближенной и самой отдаленной линиях.
Для выбора коммутационной аппаратуры необходимо рассчитать токи короткого
замыкания в следующих точках:
за защитными аппаратами на отходящих от магистрального шинопровода линиях
(точки К2 и К4);
за защитными аппаратами на линиях ответвлений от распределительных
шинопроводов к электродвигателям (точки К3 и К5).
Рассчитаем сопротивление системы до Ру-10 кВ:
, (8.1)
Активное сопротивление в соответствии с /8/ для энергосистемы допускается
принимать
(8.2)
Ом, Ом.
Рисунок 8.1 - Исходная схема для расчета токов КЗ
Сопротивление кабельной линии электропередач 10 кВ
определим по формуле:
; (8.3)
. (8.4)
Определим
суммарное сопротивление элементов схемы электроснабжения высшего напряжения до
цехового трансформатора по формулам:
; (8.5)
. (8.6)
Ом;
Ом.
Приведем
это сопротивление высшего напряжения к напряжению 0,4 кВ по формулам:
; (8.7)
, (8.8)
где
- коэффициент трансформации.
Ом;
Ом.
Сопротивления
трансформатора рассчитаем по формулам
. (8.9)
Трансформатор ТМЗ-630/10 имеет следующие паспортные данные:
= 8,5
кВт;
= 5,5 %.
СледовательноОм,
Ом.
Суммарные сопротивления до точки К1 равны
; (8.11)
. (8.12)
Ом;
Ом.
Трехфазный
ток КЗ в точке К1 составит:
; (8.13)
кА.
Ударный
ток КЗ в точке К1 определим по формуле:
, (8.14)
кА.
Однофазный
ток КЗ в точке К1 составит:
; (8.15)
где
- суммарное активное и реактивное сопротивления прямой
последовательности элементов схемы;
-
суммарное активное и реактивное сопротивления обратной последовательности
элементов схемы.
Для
линии по /7/ принимаем и .
Для
трансформатора по /7/ принимаем и .
Аналогично
рассчитываем токи КЗ в других точках цеховой сети. При этом учитываем
сопротивления шинопроводов, кабельных линий и переходные сопротивления
контактов. Результаты расчетов приведены в табл. 8.1.
Таблица
8.1 - Расчет токов КЗ
Точка
|
, Ом, Ом, Ом, кА, кА, кА
|
|
|
|
|
|
К1
|
0,0097
|
0,015
|
0,0174
|
11,59
|
16,39
|
4,84
|
К2
|
0,00976
|
0,02
|
0,037
|
5,96
|
8,43
|
1,96
|
К3
|
0,0098
|
0,02
|
0,038
|
5,95
|
8,41
|
1,95
|
К4
|
0,00988
|
0,02
|
0,038
|
5,92
|
8,38
|
1,93
|
К5
|
0,01
|
0,02
|
0,038
|
5,88
|
8,32
|
1,9
|
К6
|
0,01
|
0,02
|
0,038
|
5,86
|
8,28
|
1,89
|
К7
|
0,01
|
0,02
|
0,038
|
5,84
|
8,25
|
1,87
|
К8
|
0,00976
|
0,02
|
0,037
|
5,96
|
8,43
|
1,96
|
К9
|
0,0098
|
0,02
|
0,038
|
5,945
|
8,41
|
1,95
|
К10
|
0,00995
|
0,02
|
0,038
|
5,9
|
8,35
|
1,92
|
К11
|
0,00998
|
0,02
|
0,038
|
5,9
|
8,34
|
1,91
|
К12
|
0,01
|
0,02
|
0,038
|
5,84
|
8,26
|
1,875
|
К13
|
0,01
|
0,02
|
0,038
|
5,83
|
8,24
|
1,87
|
К14
|
0,01
|
0,02
|
0,038
|
5,81
|
8,22
|
1,86
|
К15
|
0,01
|
0,02
|
0,038
|
5,79
|
8,2
|
1,85
|
9. Расчетный выбор конструктивного исполнения цеховой сети
.1 Выбор защитных аппаратов питающей сети
В
качестве аппарата ввода на отходящей линии цеховой трансформаторной подстанции
в комплектации с ТМЗ-630/10 устанавливается выключатель серии АВМ-10С с А.
В
качестве аппаратов ввода на отходящих линиях, где это необходимо в соответствии
с ПУЭ, устанавливаем комплектуемые с ШМА4 автоматические выключатели серии
ВА52.
Выбор автоматических выключателей производится исходя из соблюдения
селективности по условиям:
; (9.1)
; (9.2)
, (9.3)
где
- суммарный рабочий ток защищаемых присоединений, А;
если
, то для электромагнитного расцепителя
, (9.4)
-
пиковый ток, А
; (9.5)
-
номинальный рабочий ток самого большого двигателя, А
; (9.6)
- КПД
электродвигателя, ;
-
пусковой ток наибольшего двигателя, А
, (9.7)
здесь принимаем, что двигатели всех
электроприемников - серии 4А, тогда Кп=5;
-
суммарный рабочий ток защищаемых присоединений.
Для
выбранных аппаратов должно выполняться соответствие тока уставки расцепителя
кратности однофазного КЗ:
. (9.8)
Произведем проверку самого отдаленного от КТП автомата ЯА1:
А -
условие выполняется.
Произведем
проверку самого приближенного к КТП автомата ЯА11:
А -
условие выполняется.
Таким
образом, все выбранные аппараты удовлетворяют условию соответствия тока уставки
расцепителя кратности однофазного КЗ.
Результаты расчета представлены в таблице 9.1.
Таблица 9.1 - Выбор защитных аппаратов питающей сети
Место установки
|
, А, АТип
защитного аппаратаААА
|
|
|
|
|
|
ШР1
|
63,45
|
326,39
|
ВА52-31
|
100>63,45
|
80>79,31
|
560>407,98
|
ШР2
|
44,67
|
79,28
|
ВА52-31
|
100>44,67
|
63>55,84
|
189>99,1
|
ШР3
|
54,18
|
112,78
|
ВА52-31
|
100>54,18
|
80>67,73
|
240>141
|
ШР4
|
25,47
|
107,53
|
ВА52-31
|
100>25,47
|
40>31,84
|
280>134,4
|
ШР5
|
32,75
|
91,99
|
ВА52-31
|
100>32,75
|
50>40,94
|
150>114,98
|
|
|
|
ВА52-33
|
160>32,75
|
80>40,94
|
800>115
|
ШР6
|
35,61
|
206,61
|
ВА52-31
|
100>35,61
|
50>44,51
|
350>258,3
|
|
|
|
ВА52-33
|
160>35,61
|
80>44,51
|
800>258,3
|
ШР7
|
43,14
|
192,00
|
ВА52-31
|
100>43,14
|
63>53,93
|
441>240
|
|
|
|
ВА52-33
|
160>43,14
|
80>53,93
|
800>240
|
ШРС1
|
62,42
|
62,42
|
ВА52-31
|
100>62,42
|
80>78,03
|
240>78,03
|
ШРС2
|
256,6
|
256,60
|
ВА52-37
|
400>256,6
|
400>320,75
|
4000>320,75
|
|
|
|
ВА52-39
|
630>256,6
|
500>320,75
|
5000>320,75
|
ШРС3
|
236,4
|
368,45
|
ВА52-37
|
400>236,4
|
320>295,5
|
3200>460,56
|
|
|
|
ВА52-39
|
630>236,4
|
400>295,5
|
4000>460,56
|
ШТ1
|
16,38
|
110,99
|
ВА52-31
|
100>16,38
|
25>20,48
|
175>138,7
|
ШТ2
|
16,38
|
110,99
|
ВА52-31
|
100>16,38
|
25>20,48
|
175>138,7
|
|
|
|
ВА52-33
|
160>16,38
|
25>20,48
|
250>138,7
|
9.2 Выбор
проводников и защитных аппаратов ответвлений к электроприемникам
Выбор осуществляется по условиям:
-
для проводников ; (9.9)
для
плавкой вставки:
а)
если нет пиковой нагрузки
; (9.10)
б) при пиковой нагрузке
, (9.11)
где а) для однодвигательного привода
; (9.12)
б) для многодвигательного привода - пиковый ток наибольшего двигателя
, (9.13)
где
- суммарный ток всех двигателей;
-
пусковой ток наибольшего двигателя. Для двигателей серии 4А
; (9.14)
-
номинальный ток наибольшего двигателя
; (9.15)
Для
двигателей серии А4 , .
Условие
согласования выбранных проводников и защитных аппаратов
, (9.16)
где
= 0,33 - коэффициент защиты сетей, для которых не
предусмотрена перегрузка;
-
номинальный ток плавкой вставки или расцепителя;
-
предельно допустимый ток проводника;
-
поправочный коэффициент:
= 1 - для
нормальных условий среды;
= 0,74 -
жаркой среды.
Рассмотрим выбор проводников и защитных аппаратов для однодвигательного
намоточного станка (№ 42).
= 10
кВт; А
Принимаем
провод марки АВВГ, проложенный в лотке. По /1, с. 20/ принимаем сечение
проводника F = 10 мм2. Условие (9.10) соблюдается: 42>35,54 А.
Окончательно принимаем марку провода АВВГ (3х10+1х6).пик = 5 ×35,54= 177,7 А;
Iном.предохр.
= 100 А, по (9.12) находим А.
Принимаем
=80 А, выбираем предохранитель ПН2-100-80.
Условие
согласования проводников с защитным аппаратом:
,33
× 80 < 42 × 1, А
,4<
42, А Условие выполняется.
Рассмотрим выбор проводников и защитных аппаратов для многодвигательного
широкоуниверсального фрезернного станка (№ 14).
= 1,7
кВт; = 1,0 кВт; = 0,7
кВт;
А
Принимаем
провод марки АПВ, проложенный в лотке. По /1, с. 21/ принимаем сечение
проводника F = 2,5 мм2. Условие (9.10) соблюдается: 6,04<19 А.
Окончательно принимаем марку провода АВВГ (3х2,5+1х1,5).
А;пик
= 5 × 3,55+6,04 - 0,13 × 3,55 = 23,35
А;ном.предохр. = 100 А, по (8.11) находим А.
Принимаем
=30 А, выбираем предохранитель ПН2-100-30.
Условие
согласования проводников с защитным аппаратом:
,33
× 30 < 19 × 1, А
,9
< 19, А Условие выполняется.
Выбор проводников и защитных аппаратов для оборудования, не имеющего
двигателей, рассмотрим на примере выбора проводника для электрической печи
сопротивления камерной (№ 67).
А.
По
/1, с. 21/ принимаем F = 2,5 мм. Условие (9.10) соблюдается: 18,8 < 19, А.
Выбираем
провод АВВГ (3х2,5+1х1,5). Номинальный ток предохранителя принимаем = 30 А.
Выбор
плавкой вставки осуществляем по условию (9.11): 30 > 18,8, А.
Условие согласования с защитными аппаратами
,33 × 30 <
0,74 × 19, А;
,9 < 14,06, А Условие выполняется.
Таким образом, выбирается предохранитель ПН2-100-30. Выбор остальных
проводников и защитных аппаратов аналогичен. Результаты представлены на листе 2
графической части.
10. Расчет расхода и потерь электроэнергии
Потребленное в целом количество электроэнергии в год:
, (10.1)
, (10.2)
где
- количество активной и реактивной электроэнергии,
потребляемой за год;
-
количество активной и реактивной электроэнергии для силовых потребителей за
год;
-
количество активной и реактивной электроэнергии для осветительных установок;
- потери
активной и реактивной электроэнергии в трансформаторах;
- потери
активной и реактивной электроэнергии в линиях электропередачи.
Количество
электроэнергии для силовых потребителей:
, (10.3)
, (10.4)
где
- годовое число часов использования максимума
нагрузки, по /4, табл.2.4/ ч/год.
Количество
электроэнергии для осветительных установок:
, (10.5)
, (10.6)
где
- годовое число часов использования максимума нагрузки
для осветительных установок, по /4, табл.2.4/ ч/год.
Потери
электроэнергии в трансформаторе:
, (10.7)
, (10.8)
где
- приведенные потери мощности холостого хода (ХХ)
трансформатора:
; (10.9)
;
-
коэффициент загрузки трансформатора по мощности:
; (10.10)
-
приведенные потери мощности КЗ трансформатора:
; (10.11)
- полное
число часов присоединения трансформатора с электросети, по /4, табл.2.4/ ч/год;
- время
наибольших потерь:
, (10.12)
-
постоянная составляющая потерь реактивной мощности ХХ трансформатора:
; (10.13)
- постоянная
составляющая потерь реактивной мощности КЗ трансформатора:
. (10.14)
,
Потели
в линиях электропередачи:
, (10.15), (10.16)
где
- эквивалентное активное и реактивное сопротивления:
для
кабельной линии электропередач
, (10.17)
, (10.18)
для
шинопровода с распределенной электрической нагрузкой
, (10.19)
, (10.20)
- число
приемников, подключенных к данному шинопроводу.
Для
кабеля АСБ(3х35) длиной 0,103км по /8/ Ом/км;Ом/км.
Ом,
Ом.
Для
шинопровода магистрального ШМА4-1250 длиной 0,0571км:
Ом/км; Ом/км.
Потребленное в целом количество электроэнергии за год:
электрический трансформаторный подстанция конденсаторный
Заключение
1. В качестве питающего кабеля напряжение 10 кВ выбран кабель АСБ (3х35).
. В качестве схемы внутреннего электроснабжения напряжением до 1000 В
принята радиальная схема. Выбор напряжения 380/220 кВ обусловлен наличием
электродвигателей установок небольшой мощности, рассчитанных на данное
напряжение, однофазных электроприемников, а также удобством питания силовой и осветительной
нагрузки.
. Для электроснабжения ремонтно-механического цеха предусматривается
сооружение магистрального и радиальных шинопроводов, а также установка силовых
распределительных шкафов.
. Произведен расчет электрических нагрузок ремонтно-механического цеха, а
также определены ЦЭН и место расположения КТП с трансформатором типа
ТМЗ-630/10УЗ.
. Произведен расчет компенсации реактивной мощности, а также выбор
мощности низковольтных конденсаторных установок и определено место их
расположения.
. Произведен выбор защитных аппаратов питающей сети и ответвлений к
электроприемникам. В результате выбраны автоматические выключатели серии ВА52 и
предохранители типа ПН2.
. Произведен расчет расхода и потерь электроэнергии
Список используемой литературы
1 Правила устройства электроустановок. /Минэнерго СССР. - М.:
Энергоатомиздат, 1986. - 648 с.
Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и
дипломного проектирования. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 368 с.
Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. -
М.: Энергия, 1973.
Справочник по проектированию электроснабжения /Под ред. Ю.Г.
Барыбина и др. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 576 с.
Электротехнический справочник. Производство, передача и
распределение электрической энергии. ТЗ, кн.1 /Под ред. В.Г. Герасимова и др. -
М.: Энергоатомиздат, 1988.
Справочная книга для проектирования электрического освещения/
Под ред. Г.М. Кнорринга. - Л.: Энергоатомиздат, 1990.
Пособие по курсовому и дипломному проектированию для
электроэнергетических специальностей: Учебное пособие для студентов вузов /В.М.
Блок, Г.К. Обушев, Л.Б. Паперно и др.; Под ред. В.М. Блок. - М.: Высш. Школа,
1981
Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для
вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989