Электроснабжение цеха

Тип:
Добавлен:

Введение

заземление электроснабжение подстанция трансформатор

Увеличение производства электрической энергии в стране является залогом дальнейшего роста всего материального производства. Огромное увеличение производства электроэнергии вызвано широким размахом электрификации всех отраслей промышленности. В угольной, металлургической, химической, машиностроительной и других отраслях промышленности коэффициент электрификации (т.е. отношение установленной мощности электродвигателей к общей установленной мощности двигателей всех видов, выраженное в процентах) приближается к 100%. Развитие экономики всегда основывалось на широкой электрификации всех отраслей народного хозяйства, которая обеспечивает ускорение технического прогресса, рост производительности труда и быстрейшее построение материально - технической базы коммунизма.

И в дальнейшем, экономическая политика предусматривает повышение уровня электрификации производства и эффективности использования энергии: развитие ускоренными темпами электроэнергетической и электротехнической промышленности; увеличение производства электроэнергии; строительство все более мощных тепловых, гидравлических и атомных электростанций; формирование Единой энергетической системы страны путем сооружения магистральных линий электропередач напряжением 500, 750, 1150 и 1500 тыс. В; развитие электрификации железных дорог; широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте автоматики, электроники и вычислительно техники.

1. Описательная часть

1.1 Характеристика объекта

Цех обработки корпусных деталей предназначен для механической и антикоррозийной обработки изделий.

В состав цеха входят следующие помещения:

·Станочное отделение;

·Гальванический участок;

·Сварочный участок;

·Вспомогательные, служебные и бытовые помещения.

По категории надежности электроснабжения электроприемники цеха относятся к потребителям III категории, допускающим перерыв в электропитании до 24 часов.

Количество рабочих смен - 2.

Грунт - суглинок.

Размеры цеха А х В х Н = 48 х 30 х 8 м.

Исходные данные представлены в табл. 1.

Таблица 1

Наименование электроприемниковНомер электроприемника по плануНоминальная мощность Рном, кВтКол-во, шт.Сварочные аппараты1, 2, 3, 452 (ПВ=60%)4Гальванические ванны5, 6, 7, 8, 9305Вентилятор10121Продольно-фрезерные станки13331Продольно-строгальные станки14, 1512,52Агрегатно-расточные станки16, 24, 25143Круглошлифовальные станки17, 1814,52Краны консольные поворотные19, 20, 21, 22, 239,5 (ПВ=40%)5Токарно-шлифовальные станки26111

1.2 Описание схемы электроснабжения

Электроснабжение цех обработки корпусных деталей от трансформаторной подстанции 6/0,4 кВ 1х400кВА, подключенной к ПГВ 35/6кВ с мощностью трансформаторов 2х2500 кВА, находящейся на расстоянии 0,8 км от цеховой ТП. Подстанция 35/6 кВ запитывается от энергосистемы по двухцепной воздушной линии АС-95, длинной 16 км. На стороне 6 кВ ТП 6/0,4кВ в качестве защитно - коммутационного оборудования установлены выключатели нагрузки с предохранителями серии ПКТ, на стороне 0,4 кВ - рубильники и предохранители серии ПН 2.

1.3 Конструкция силовой сети

Для приема и распределения электроэнергии в цехе обработки корпусных деталей установлено 3 распределительных шкафа (ШР). Электроприемники запитываются от ШР проводом АПВ, проложенным в трубах в подготовке пола. В качестве аппаратов защиты от токов короткого замыкания применены предохранители серии ПН − 2. Силовые сети 6 кВ выполнены кабелем АСБ, проложенным в земле.

2. Расчетная часть

.1 Расчет электрических нагрузок

Расчет нагрузок выполняем методом упорядоченных диаграмм в следующем порядке:

·Расчет электрических нагрузок выполняется по узлу нагрузки (шкаф распределительный, трансформаторная подстанция). Все электроприемники данного узла нагрузки делятся на характерные технологические группы.

·Для каждой группы по [1, табл. 4.1] находят коэффициент использования Ки, коэффициент активной мощности cos φ и коэффициент реактивной мощности tg φ.

·Находят установленную мощность для каждой группы электропри-ёмников:

для приёмников длительного режима:

(1)

для приёмников повторно-кратковременного режима:

(2)

где: Рном - номинальная мощность одного электроприёмника, кВт;

ПВ - продолжительность включения в относительных единицах.

для сварочного оборудования:

(3)

где: cosφ - коэффициент активной мощности, отн. ед;

·Для каждой технологической группы находят среднесменную активную Рсм и среднесменную реактивную Qсммощности по формулам:

, (4)

, (5)

·По узлу нагрузки определяют общее количество приемников n, их суммарную установленную мощность , суммарные средние активную и реактивную мощности по формулам:

, (6)

, (7)

, (8)

·Находят значение группового коэффициента использования по формуле:

, (9)

·Определяют модуль нагрузки:

, (10)

где: Рном.max - номинальная мощность наибольшего электроприемника в группе, кВт;

Рном. min - номинальная мощность наименьшего электроприемника в группе, кВт.

·Рассчитывают эффективное число приёмников.

При m ≤ 3 и действительном числе электроприемников n ≥ 4 принимают, что nэ= n;

При m > 3 и К и.гр. ≥ 0,2

(11)

При m > 3 и К и.гр.< 0,2 nэ определяют в следующем порядке:

1.выбирается наибольший по мощности электроприемник рассматриваемого узла нагрузки;

2.выбираются электроприемники, мощность каждого из которых равна или больше половины мощности наибольшего по мощности электроприемника, подсчитывают их число n' и их суммарную номинальную мощность Рн';

3.находят относительные значения и , по формулам:

(12)

(13)

.по табл. 1.3 в зависимости от и , находят ;

.определяют nэ по формуле:

По табл. 2-7 [2] определяют коэффициент максимума

·Определяют расчётную максимальную активную Рм и реактивную Qммощности по формулам:

, (14)

(15)

·Вычисляют расчетную полную мощность и максимальный расчетный ток :

, (16)

где: Uном - номинальное напряжение, кВ

Результаты расчетов сведены в табл. 2

Таблица 2

Наименование узла нагрузки, группы ЭПРномодного ЭП, кВтnΣРуст, кВтКиМощность cреднесменнаяcos φ tqφРсм, кВтQсм, кВАрСварочные аппараты524112,78130,333,83477,5240,4 2,29Гальванические ванны3051500,46034,0030,87 0,57Вентилятор121120,67,25,40,8 0,75На шинах ШР 1-10274,7810,36769101,03116,928-Продольно-фрезерные станки331330,144,628,0020,5 1,73Продольно-строгальные станки12,52250,143,56,0620,5 1,73Агрегатно-расточные станки141140,141,963,3950,5 1,73Круглошлифовальные станки14,52290,144,067,0320,5 1,73Краны консольные поворотные9,5530,0420,13,00425,2030,5 1,73На шинах ШР 2-11131,0420,1308317,14429,695-Агрегатно-расточные станки142280,143,926,790,5 1,73Токарно-шлифовальные станки111110,141,542,6670,5 1,73На шинах ШР 2-3390,145,469,457-На шинах 0,38 кВ ТП-------

2.2 Выбор трансформаторов

Учитывая, что электроприемники цеха относятся к потребителям 3-ей категории по надёжности электроснабжения, на питающей подстанции можно установить один трансформатор.

В соответствии с нагрузкой намечаем 2 варианта мощности трансформаторов:

вар. - 1х400 кВА

вар. - 2х160 кВА

Расчёт покажем на примере 2-ого варианта.

·Определяем коэффициент загрузки трансформаторов:

, (18)

где: N - число устанавливаемых трансформаторов;

Sном.тр - номинальная мощность одного трансформатора, кВА

;

·Проверяем работу трансформаторов в послеаварийном режиме.

При отключении одного трансформатора второй с учетом допустимой перегрузки (масляные трансформаторы в послеаварийном режиме допускают перегрузку на 40% номинальной мощности продолжительностью 6 часов в течение 5 суток) пропустит: 1,4 х 160 = 224 кВА.

Дефицит мощности составит 266,966 - 224 = 42,966 кВА, но т.к. электроприемники цеха относятся к потребителям третьей категории по надежности электроснабжения, допускающие перерыв в питании до 24 часов, то их на время ремонта трансформатора можно отключить.

·Проверяем трансформаторы по экономически целесообразному режиму.

Находим стоимость потерь энергии:

(19)

где: Cо - стоимость одного кВт∙ч, Cо = 2,5 руб./ кВт∙ч;

Тм - число часов использования максимума нагрузки, Тм =3000 ч [1];

∆Рхх - потери в стали трансформатора, ∆Рхх = 0,51 кВт [3, табл. 27.6];

Кип - коэффициент потерь, Кип = 0,03 кВт /квар [3];

Iхх - ток холостого хода, Iхх = 2,4% [3, табл. 27.6];

∆Рк.з. - потери в меди трансформатора, ∆Рк.з. = 2,65 кВт [3, табл. 27.6];

Uк - напряжение короткого замыкания, Uк = 4,5% [3, табл. 27.6];

·Определяем капитальные затраты:

К = N∙Стр(20)

где: Стр- стоимость одного трансформатора, Стр= 101650 руб.

К = 2∙101650 = 203300 руб.

Определяем амортизационные затраты:

Саа ∙ К (21)

где: Ка- нормативный коэффициент, учитывающий отчисления на эксплуатацию и амортизацию трансформатора, Ка = 9% [3]

Са = 0,09 ∙ 203300 = 18297 руб.

Находим приведенные затраты по формуле:

З = рК + Cп + Са(22)

где: р - нормативный коэффициент эффективности, р = 0,12 [3]

З = 0,12∙203300 + 39299,18 + 18297 = 81992,18 руб.

Для первого варианта расчет аналогичен, результаты сведены в табл. 3

Таблица 3

Наименование параметровВариант 1 ТМ 1х400 кВАВариант 2 ТМ 2х160 кВАКз0,6674150,834268Стр, руб.151620101650∆Рхх, кВт0,950,51∆Рк.з., кВт5,52,65Iхх, %2,12,4Uк, %4,54,5Cп, руб.29193,5339299,18К, руб.151620203300Са, руб.13645,818297З, руб.61033,7381992,18

Т.к. З1< З2 и К1 < К2, то выбираем первый вариант: ТМ 1х400кВА, как более экономичный.

2.3 Выбор места установки силовых шкафов

Распределительные шкафы целесообразно располагать в центре электрических нагрузок (ЦЭН). Координаты ЦЭН определяют по формулам:

, (23)

(24)

где: Хi - координата i - го электроприемника по оси абсцисс, м;

Уi - координата i - го электроприемника по оси ординат, м;

Pрi - номинальная мощность i - го электроприемника, кВт.

Покажем расчет на примере ШР - 1:

Т.к. шкаф попадает на проход, перемещаем его к стене по координатам:

Хшр = 27,9 м, Y шр = 2,94 м

Для остальных шкафов распределительных расчет аналогичен, результаты сведены в табл. 4

Таблица 4

Наименование узла нагрузкиРасчетные координаты (Х; Y), мКоординаты установки (Х; Y), мШР - 1(25,71; 2,94)(27,9; 3)ШР - 2(24,1; 16,27)(24; 16,5)ШР - 3(10,07; 27,27)(10; 30)2.4 Расчёт сети 0,38кВ

Выбор аппаратов защиты

Выбор сечения проводника для отдельного электроприемника покажем на примере гальваничфеской ванны №9 на плане. Сечение питающего проводника выбираем по допустимому нагреву:

, (25)

где: Iдоп - допустимый ток проводника, А

·Определяем расчетный ток:

, (26)

где: η - коэффициент полезного действия, η =0,9 [1, прил. 16]

,

·Выбираем сечение провода. Данному току соответствует провод АПВ - 16 мм², Iдоп = 60 А [4, табл. 1.3.5]

·Проверяем выбранное сечение по допустимым потерям напряжения:

где: ∆Uдоп - допустимые потери напряжения, ∆Uдоп = 5% [4];

∆Uр - расчётные потери напряжения, %

(28)

где: L - длина проводника, км;

ro - активное сопротивление 1 км проводника, ro = 1,95 Ом/км, [5, табл. 2-5];

xo - реактивное сопротивление 1 км проводника, xo = 0,068 Ом/км, [5, табл. 2-5];

т.к. ∆Uр < ∆Uдоп, то сечение 10 мм² соответствует допустимым потерям напряжения.

В качестве аппарата защиты выбираем предохранитель по следующим условиям:

, (29)

, (30)

, (31)

где:Uном.пр - номинальное напряжение предохранителя, В;

Iном.пр - номинальный ток предохранителя, А;

Iпл.вс - номинальный ток плавкой вставки, А;

Iпик- пиковый ток, А;

α - коэффициент, учитывающий условия пуска, α = 2,5 [1, табл. 6.1]

, (32)

где:Кп - кратность пускового тока, Кп = 5 [1, прил. 16]

По условиям (29), (30), (31) запишем:

,

,

Выбираем предохранитель ПН-2 Uном.пр.=380В, Iном=100А, Iпл.вс=120А [1, табл. 6.2]

·Проверяем выбранный провод на соответствие выбранному предохранителю по условию:

, (33)

где: Кз - кратность допустимого тока проводника по отношению к току срабатывания аппарата защиты, Кз=1 [1, табл. 6.5];

Iз - ток срабатывания защиты, А.

Т.к. 60 < 1∙120, то провод АПВ-10мм2 не соответствует аппарату защиты, поэтому выбираем провод АПВ-50 мм2, Iдоп = 130А [4, табл. 1.3.5]

Расчёт для группы электроприёмников покажем на примере ШР-1.

Т.к. Iр = 293,896А (см. табл. 2 разд. 2.2), то по условию (27) выбираем 2 провода АПВ-70 мм2 [4, табл. 1.3.5]. Iдоп =2∙165=330 А.

Проверяем выбранный провод по допустимым потерям напряжения в соответствии с условием (27).

По формуле (28) определяем расчетные потери напряжения на участке ТП - ШР 1:

Суммарные потери напряжения от ТП до электроприемника №1 составят:

Провод 2 х АПВ - 70 мм² удовлетворяет допустимым потерям напряжения.

В качестве аппарата защиты примем к установке предохранитель, который выбираем по условиям (29), (30), (31)

Находим пиковый ток:

Iпик = Iр - Ки ∙ Iр.нб + Iпуск.нб. (34)

где: Iр.нб - ток наибольшего по мощности двигателя, питающегося от данного ШР, А;

Iпуск.нб - пусковой ток наибольшего по мощности двигателя, питающегося от данного ШР, А

Iпик= 293,896 - 0,6 ∙25,322 + 126,612 =405,314А

По условиям (29), (30), (31) запишем:

,

,

Выбираем предохранитель ПН - 2 Uном.пр=380В, Iном=400А, Iпл.вс=200А [1, табл. 6.2]

·Проверяем предохранитель по селективности.

Номинальный ток плавкой вставки на вводе ШР для выполнения селективности должен быть больше на две ступени номинального тока наибольшей плавкой ставки отходящих линий - условие не выполняется, предохранитель на вводе селективен.

Для остальных электроприемников и шкафов распределительных расчёт аналогичен, результаты сведены в табл. 5

Таблица 5

ТрассаПроводникПредохранитель№ линииоткудакудамаркаСечение, мм²Кол - во жилДлина, мТипIном, АIпл.встА1ТП 35/6ТП 6/0,4АСБ3х70800ПКТ4002502ТП 6/0,4ШР-1АПВ2х70325,7ПН-210006003ТП 6/0,4ШР-2АПВ35336,26ПН-210007504ТП 6/0,4ШР-3АПВ6335,11ПН-24002505ШР-11АПВ95318,69ПН-22502006ШР-12АПВ95314,64ПН-22502007ШР-13АПВ95310,61ПН-22502008ШР-14АПВ9536,51ПН-22502009ШР-15АПВ1634,31ПН-225012010ШР-16АПВ1638,81ПН-225012011ШР-17АПВ16311,75ПН-225012012ШР-18АПВ16314,7ПН-225012013ШР-19АПВ16318,37ПН-225012014ШР-110АПВ16316,59ПН-21006015ШР-213АПВ50314,02ПН-240025016ШР-214АПВ1038,54ПН-210010017ШР-215АПВ1031,48ПН-210010018ШР-216АПВ1635,05ПН-210010019ШР-217АПВ16314,19ПН-210010020ШР-218АПВ16321,33ПН-210010021ШР-219АПВ10318,61ПН-21008022ШР-220АПВ10310,72ПН-21008023ШР-221АПВ1032,64ПН-21008024ШР-222АПВ10349,69ПН-21008025ШР-223АПВ10318,71ПН-21008026ШР-324АПВ1637,7ПН-210010027ШР-325АПВ1631,14ПН-210010028ШР-326АПВ1036,51ПН-210080

2.5 Расчет сети напряжением 6 кВ

Находим экономическое сечение:

(35)

где:Jэ - экономическая плотность тока, Jэ=1,3 [1, табл. 6.8].

По формуле (17) находим расчетный ток:

Выбираем ближайшее стандартное сечение 35. Выбираем кабель АСБ сечением (3х35).

Проверяем выбранный кабель по термической стойкости к току короткого замыкания (к.з.).

(36)

где:I - установившееся значение периодической составляющей тока КЗ,

I= 2824,997 (см. разд. 2.6);

С - коэффициент характеризующий разность выделенного тепла до ипосле к.з., С = 95 [1, с. 200];

tпр - приведенное (фиктивное) время к.з., при tg =1,5 с, = 1,5, tпр =1,6с [1, рис. 15.10.].

Кабель АСБ - 3х35 мм² термически неустойчив к токам к.з. Выбираем кабель АСБ - 3х70 мм².

Составляем расчетную схему и схему замещения. Расчетная схема и схема замещения приведены на рис. 3.

Расчет ведем в относительных единицах при базисных условиях, принимаем, что базисная мощность Sб = 100 МВА, базисное напряжение Uб = 6,3 кВ.

Рис. 3

Рассчитываем сопротивление отдельных элементов цепи к.з.

Сопротивление воздушной линии:

(37)

где:Uср.ном. - среднее номинальное напряжение ступени, кВ.

Сопротивление трансформатора:

, (38)

Находим реактивное сопротивление кабельной линии по формуле (34):

Определяем активное сопротивление кабельной линии:

(39)

Используя признаки параллельного и последовательного соединения сопротивлений, определяем результирующие сопротивление цепи к.з.:

Так как Rрез*б рез*б / 3, то полное результирующее сопротивление до точки К определяем по формуле:

(40)

Определяем ток к.з. в точке К:

(41)

где: Iб - базисный ток, определяется по формуле (17)

Определяем ударный ток:

у= 2,55 Iкз (42)

Находим мощность к.з.:

(43)

2.7 Выбор оборудования подстанции

Выключатель нагрузки выбирают по условиям:

ном.в ≥ Uном., (44)

Iном.в ≥. Iр, (45)

ia ≥ iу, (43)

I²t ∙ t ≥ I² кз ∙ tпр, (46)

где: Uном.в-номинальное напряжение выключателя, кВ;

Iном.в-номинальный ток выключателя, А;

ia - амплитудное значение предельного сквозного тока к.з., кА;

It - предельный ток термической стойкости, кА;

t - допустимое время действия предельного сквозного тока термической стойкости, с.

Номинальные данные выключателя нагрузки находим по [3, табл. 31.5].

Предохранители выбираются по условиям:

(47)

(48)

, (49)

, (50)

где: Uном.пр - номинальное напряжение предохранителя, кВ;

Iном.пр. - номинальный ток предохранителя, А;

Iотк - номинальный ток отключения предохранителя, кА;

Sотк - номинальная мощность отключения предохранителя, МВА.

(51)

Номинальные данные предохранителя находим по табл. 31.14 [3].

Результаты выбора сведены в табл. 6

Таблица 6

Выключатель нагрузки ВН-16 УЗПредохранитель ПКТ101-6-20 УЗРасчетные данныеКаталожные данныеРасчетные данныеКаталожные данныеU ном.в= 6кВI ном.в= 400А

2.8 Расчет сети заземления

Находим расчетное удельное сопротивление грунта по формуле:

, (52)

где: - коэффициент сезонности,= 1,7 [3, табл. 9.1];

- измеренное удельное сопротивление грунта, для чернозема [5, с. 157].

В качестве вертикальных электродов принимаем к установке сталь круглую диаметром 12 мм длиной = 5 м, расположенных на расстоянии а = 10 м друг от друга по периметру здания цеха.

Находим сопротивление одиночного вертикального электрода:

(53)

В соответствии с периметром намечаем число электродов N:

Находим суммарное сопротивление вертикальных электродов по формуле:

(54)

где: η - коэффициент использования вертикальных электродов, для N=16 шт. и а/ℓ = 2 η = 0,69 [5, табл. 9.2].

Т.к. для сети 0,38 кВ нормированное сопротивление заземляющего устройства [3] и < 4 Ом, то конструкция заземляющего устройства выполнена верно.

Заключение

При проектировании получены следующие результаты:

.В соответствии с силовыми нагрузками с учетом экономических показателей для электроснабжения цеха необходимо установить трансформаторную подстанцию 6/0,4 кВ с одним трансформатором мощностью 400 кВА.

.На стороне 6 кВ ТП 6/0,4 кВ нужно установить выключатель нагрузки ВН - 16 УЗ в комплекте с предохранителями серии ПКТ.

.Для приема и распределения электроэнергии в цехе следует установить 3 распределительных шкафа с рубильниками и предохранителями ПН 2 на вводе и отходящих линиях.

.Силовые сети 0,38 кВ целесообразно выполнить проводом марки АПВ, проложенным в трубах в подготовке пола, силовые сети 6 кВ - кабелем марки АСБ сечением 3х70 мм², проложенным в земле.

Спецификация на оборудование представлена в табл. 7, спецификация на материалы - в табл. 8

Таблица 7

Наименование электрооборудованияМарка, типКол-во, шт.Трансформатор масляный мощностью 400 кВАТМ-400/61Выключатель нагрузки Uном=6кВ, Iном=400АВН-16 УЗ1Предохранитель Uном=6кВ, Iном=250А,ПКТ 101-6-20 УЗ3Предохранитель Uном=380В, Iном=100А, Iпл.вст =60АПН-23То же, Iном. =100А, Iпл.вст =80АПН-218То же, Iном. =100А, Iпл.вст =100АПН-221То же, Iном. =250А, Iпл.вст =120АПН-215То же, Iном. =250А, Iпл.вст =200АПН-212То же, Iном. =1000А, Iпл.вст

Copyright © 2018 WorldReferat.ru All rights reserved.