|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Электроснабжение цеха1 Электроснабжение цеха 1.1 Выбор схемы электроснабжения объекта Электричество прочно вошло в жизнь и быт и используется для работы оборудования предприятий бытового обслуживания и общественного питания: применение электроприборов культурного и хозяйственного назначения, использование электроэнергии для приготовления пищи, горячей воды, отопления зданий, функционирование предприятий сферы обслуживания населения – прачечные, коммунальные, торговые и общественные предприятия Развитие белорусской экономики неразрывно связано с электрификацией всех отраслей человеческой деятельности. С увеличением производственного и жилищно-общественного строительства в городах возникает потребность в возведении дополнительных муниципальных электросетей и подстанций. При этом они должны проектироваться на основании все более жестких требований. Электроснабжение предприятий и гражданских зданий изучается в качестве учебной дисциплины. Она раскрывает сущность выработки электроэнергии и ее передачи от источника энергии к пользователю, а также электроцепей электроэнергии и элементов, входящих в эти цепи. Электроэнергия – двигатель технологий. С ее помощью приводятся в движение сотни миллионов станков и механизмов, освещаются комнаты и производственные цеха, реализуется автоматическое управление техническими процессами. В зависимости от используемого вида первичной энергии все существующие станции разделяются на следующие основные группы: тепловые, гидравлические, атомные, ветряные, приливные и другие. Совокупность электроприёмников производственных установок цеха, корпуса, предприятия, присоединённых с помощью электрических сетей к общему пункту электропитания, называется электропотребителем. Совокупность электрических станций, линий электропередачи, подстанций тепловых сетей и приёмников, объеденных общим и непрерывным процессом выработки, преобразования, распределения тепловой и электрической энергии называется энергетической системой. В современных условиях главными задачами специалистов осуществляющих проектирование и эксплуатацию современных систем энергоснабжения промышленных предприятий, является правильное определение электрических нагрузок, рациональная передача и распределение электроэнергии, обеспечение определенной степени надежности электроснабжения, экономия электроэнергии и других материальных ресурсов.
0- 1.2 Расчёт электрических нагрузок цеха Электрическая нагрузка – это значение мощности, потребляемой электроустановкой в установленный момент времени. Определение электрических нагрузок является первым этапом проектирования системы электроснабжения так как величина электрических нагрузок влияет на выбор элементов и технико-экономические показатели проектируемой системы электроснабжения. Расчёт электрических нагрузок электроприёмников до 1 кВ производится для каждого узла питания, а также по цеху в целом. Этот расчёт производится для определения нагрузки станков по всему цеху и на каждую шинную сборку или распределительный шкаф по отдельности. Рассчитаем ШР-1. Для этого необходимо рассчитать суммарную мощность каждой разновидности станка присоединённого к шине по формуле: , (1.2.1) где n – число станков, шт; – единичная мощность станка, кВт. Подставляем значения в формулу 3.2.1 Далее по типу станка определяем его коэффициент использования и коэффициент мощности Находим коэффициент реактивной мощности по формуле где tg – коэффициент реактивной мощности; – коэффициент мощности. Подставляем значения в формулу 3.2.2 Рассчитываем промежуточные коэффициенты для каждой разновидности станка
Определяем средневзвешенный коэффициент использования по формуле где – средневзвешенный коэффициент использования. Подставляем значения в формулу 3.2.3 Рассчитываем эффективное число электроприёмников по формуле где – эффективное число электроприёмников. Подставляем значения в формулу 3.2.4 В зависимости от коэффициента использования и эффективного числа электроприёмников определяем коэффициент расчётной нагрузки. Так как и , то Далее находим активную, реактивную и полную мощности проходящие через соединительную шину. где – активная мощность, кВт; – реактивная мощность, кВар; – полная мощность, кВА. Подставляем значения в формулы 1.2.5, 1.2.6, 1.2.7 Далее рассчитываем ток проходящий по шине по формуле где – ток расчётный, А; – номинальное подводимое напряжение, В. Подставляем значения в формулу 3.2.8 По аналогии рассчитываем все остальные шинные сборки и распределительные шкафы и, взяв каждую шину и шкаф как отдельный электроприёмник, рассчитываем в общем нагрузку по цеху. Данные заносим в форму 636-92 (Приложение А). 1.3 Расчёт питающей и распределительной сети на стороне низкого напряжения Распределительные шкафы и щиты служат для распределения электрической энергии от трансформатора к отдельным электроприёмникам. Они используются в тех случаях, когда необходимо подключить отдельные группы электроприёмников (до 8 единиц), находящиеся не в ряд или в помещениях малой площади. Для примера выберем шкаф для ШР-1. Выбираем их по условию , (1.3.1) 250 А > А И по количеству предохранителей и их номинальным токам. Для защиты используются два предохранителя с номинальным током 63 А. Выбираем шкаф ШР I-20. Выбранные шкафы заносим в таблицу 1.1. Таблица 1.1 – Распределительные шкафы и щиты
Шинные сборки используются для подключение электроприёмников расположенных в ряд и в количестве больше восьми единиц. Рассчитаем ШС-1. Их выбирают по условию , (1.3.2) где – номинальный ток шинной сборки, А; – расчетный ток шинной сборки, А. 100 А > 62,3 А Выбираем для ШС-1 шинную сборку типа ШРА 4-100 с следующими показателями: · Номинальный ток 100 А; · Электродинамическая стойкость 7 кА; · Степень защиты IP44; Выбранные типы шинных сборок записываем в таблицу 1.2. Таблица 1.2 – Шинные сборки
Силовые ящики необходимы для подключения шинных к трансформатору. Рассчитаем ЯС-1 для шинной сборки ШС-1. Силовые ящики подбираются по условию (1.3.3) где – номинальный ток силового ящика, А; – расчетный ток силового ящика, А; 100 А > 62,3 А Выбираем для ШС-1 ящик типа ЯБПВУ-1м с предохранителем ПН2-100. Далее необходимо рассчитать плавкую вставку предохранителя. Для этого находим пиковый ток ШС-1 по формуле
где – максимальный пиковый ток самого мощного станка, А; – расчётный ток шинной сборки, А; – средневзвешенный коэффициент. Подставляем значения в формулу 7.4 После рассчитываем ток плавкой вставки по формуле Подставляем значения в формулу 1.3.5 Выбираем предохранитель с током плавкой вставки 63 А. Таблица 1.3 – Силовые ящики
Выбор аппаратов защиты для шкафов низкого напряжения В дальнейшем подбираем автоматические выключатели на каждую ячейку шкафа для распределительных шкафов и шинных сборок по условиям их выбора. Рассчитаем на примере ШР1. (1.3.6) 25 А > А (1.3.7) 20 А > А
Кратность отсечки тока расцепителя рассчитывается по формуле Принимаем по таблице стандартное значение кратности тока отсечки Котс.ст = 3 В этом случае ток срабатывания расцепителя определяется по формуле Проверяем невозможность срабатывания автоматического выключателя при пуске станка по условию А 29,6 А Выбираем автоматический выключатель ВА 51-31 100/40. Выбранные выключатели представлены в таблице 1.4. Таблица 1.4 – Автоматические выключатели для шкафов низкого напряжения
Выбор магнитного пускателя для ШР2.
Выбираем магнитный пускатель ПМЛ 320002. Выбранные пускатели представлены в таблице 1.5. Таблица 1.5 – Магнитный пускатель для шкафов низкого напряжения
Выбор проводов и кабелей, питающих электрооборудование Для запитывания электрооборудования цеха от трансформатора необходимо выбрать определённое сечение проводов и кабелей по нагреву. Для запитывания от трансформатора к ШР и ЯС используем кабели АВВГ по воздуху, для запитывания станков от ЯС и ШР – провода АПВ в трубах. Рассчитаем для примера кабель для ШР-1. Находим допустимый ток , А по формуле где – расчётный допустимый ток провода или кабеля, А; – температурный коэффициент. Рассчитаем кабель для распределительного шкафа ШР-1. Подставляем значения в формулу 1.3.9 Для проверки сечения проводников используем следующие соотношения , (3.3.10) где - длительно допустимый ток проводника, А; - кратность длительно допустимого тока проводника по отношению к току срабатывания защитного аппарата; - номинальный ток расцепителя автоматического выключателя или плавкой вставки предохранителя, А. Принимаем для проводников, защищенных автоматическими выключателями кратность длительно допустимого тока 1; для проводников, защищенных плавкими предохранителями – 3. Подставляем значения в формулу 3.3.10 1 100 = 100 А < 110 A Выбираем кабель АВВГ 5×50-0,66 с . По аналогии выбираем оставшиеся кабели и провода и заносим данные их в таблицу 3.5. Таблица 3.5 – Кабели для питающей и распределительной сети
3.4 Выбор числа и мощности трансформаторов Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования системы переменного тока одних параметров в систему переменного тока с другими параметрами. Известно, что передача электроэнергии на дальние расстояния осуществляется на высоком напряжении (220, 400, 500 кВ и более), благодаря чему значительно уменьшаются потери энергии в линии. Получить такое высокое напряжение непосредственно в генераторе невозможно, поэтому в начале линии электропередачи устанавливают повышающие трансформаторы, а в конце линии устанавливают понижающие трансформаторы. Выбор количества трансформаторов выполняется по: 1. Категории потребителя; 2. Экономической целесообразности; 3. Рассчитанной нагрузке Выбор мощности трансформатора осуществляется по: 1. Нагрузке; 2. Росту и модернизации; 3. Нагрузочной возможности трансформатора; 4. По удельной плотности нагрузки; Так как у цеха вторая категория надёжности электроснабжения, то необходимо использовать два независимых трансформатора и коэффициент загрузки трансформатора принимаем 0,9. Рассчитываем номинальную нагрузку трансформатора по формуле где – номинальная нагрузка трансформатора, кВА; – коэффициент загрузки; [1] – количество трансформаторов, шт. Добавляем к общей нагрузке мощности щитка освещения Подставляем значения в формулу 3.4.1 Выбираем по номинальной нагрузке два трансформатора чтобы их суммарная мощность удовлетворяла нужды цеха, а их характеристики представлены в таблице 3.6. [9] Таблица 3.6 – Технические характеристики трансформаторов
3.5 Выбор типа и мощности компенсирующего устройства Компенсация реактивной мощности – снижение реактивной мощности, циркулирующей между источником тока и потребителем, а следовательно и снижение тока в генераторе и сетях. Для компенсации реактивной мощности используют батареи конденсаторов и синхронные машины, Батареи конденсаторов (БК) — это специальные емкостные КУ, предназначенные для выработки реактивной мощности. Экономически целесообразнее компенсировать реактивную мощность непосредственно у потребителя. Для расчёта компенсации реактивной мощности надо узнать какую реактивную мощность может пропустить трансформатор по формуле где – реактивная мощность конденсаторных батарей, кВар; – коэффициент реактивной мощности до установки конденсаторной батареи; – коэффициент реактивной мощности после установки конденсаторной батареи. Коэффициент реактивной мощности до и после конденсаторной батареи установки можно определить по формуле
Подставляем значения в формулу 3.5.2
Подставляем значения в формулу 3.5.1 Так как реактивная мощность компенсирующих устройств получилась положительной, то значит применяем конденсаторную батарею УКБН-0,38-100-50 на 100 кВар. 3.6 Выбор конструкции цеховой трансформаторной подстанции Трансформаторная подстанция — электроустановка, предназначенная для приема, преобразования напряжения в сети переменного тока и распределения электроэнергии в системах электроснабжения потребителей сельских, поселковых, городских, промышленных объектов. Комплектные трансформаторные подстанции изготовляют, как правило, на заводах и доставляют на место установки в полностью собранном виде или же отдельными блоками. В инструментальном цеху цеховая комплектная трансформаторная подстанция располагается в отдельном помещении внутри производственного здания. В ней установлены да масляных трансформатора по 160 кBА каждый. На ввод к трансформаторной подстанции подведен кабель 10 кВ Кабели, питающие цеховые трансформаторы, проверяются по нагреву максимальным расчетным током, который определяется по выражению Подставляем значения в формулу 3.6.1 Для выбора кабеля необходимо, чтобы длительный допустимый ток кабеля, указанный в справочных таблицах, с учетом конкретных условий прокладки был не менее максимального расчетного тока. где , , - коэффициенты, соответственно учитывающие фактическую температуру окружающей среды, число работающих кабелей, проложенных в одной траншее, фактическое удельное тепловое сопротивление земли. Значение коэффициентов принимаем =1,06; =1; =1.[6] Также необходимо при выборе кабеля на 10 кВ рассматривать экономическую плотность тока через формулу где S – минимальное сечение кабеля, мм; - нормированное значение экономической плотности тока, А/мм². Принимаем = 1,4 [6] Подставляем значение в формулу 3.6.3 Выбираем кабель АСБ 3х16 - 10кВ с номинальным током кабеля 74 А. Для выбора высоковольтных аппаратов требуется произвести расчет токов короткого замыкания. Расчетным видом КЗ является трехфазное, т. к. при нем обычно получаются большие значения сверхпереходного и ударного токов, чем при двухфазном и однофазном. Для вычисления токов КЗ составляется расчетная схема, включая все элементы, по которым протекают токи к выбранным расчетным точкам. Схема питания приведена на рисунке 1. Рисунок 1 - Схема питания предприятия Составляем схему замещения заменяя каждый элемент сети на его сопротивления. Схема замещения приведена на рисунке 2. Рисунок 2 - Схема замещения Основные параметры схемы питания приведены в таблице 3.7. Таблица 3.7 – Исходные данные для расчетов токов короткого замыкания
Расчёт производим в относительных единицах, задаёмся базисной мощностью Sб = 1000 МВА, и базисным напряжением Uб = 10,5 кВ. Сопротивление энергосистемы х1, определяется по формуле х1= xс* ∙ ( Sб / Sн.с), (3.6.4) где xс* – сверхпереходное сопротивление; Sб – базисное значение мощности, МВА; Sн.с – номинальная мощность энергосистемы, МВА. х1= 0,5 ∙ (1000/ 250) = 2 Сопротивление воздушной линии х2, определяется по формуле х2= х0 ∙l ∙ ( Sб / U2ср ), (3.6.5) где х0 – индуктивное сопротивление воздушной линии, Ом/км; Uср – среднее напряжение линии, кВ. Принимаем х0 = 0,417 Ом/км; [6] х2= 0,417 ∙6 ∙ (1000 / 1152 )=0,189 Сопротивление трансформаторов х3, х4, определяется по формуле х3 = х4 = (Uк % / 100) ∙ ( Sб / Sнт) , (3.6.6) где Uк – напряжение короткого замыкания трансформатора, %; Sнт – номинальная мощность трансформатора, МВ∙А. Sб – базисное значение мощности. х3 = х4 = (11 / 100) ∙ (1000 / 100) = 1,1 Индуктивное сопротивление кабельной линии х5 определяется по формуле х5 = х0 ∙ l ∙ ( Sб / U2ср ), (3.6.7) где х0 – индуктивное сопротивление кабельной линии, Ом/км. Принимаем х0 = 0,113 Ом/км; [6] l– длина линии, км; Uср – среднее напряжение линии, кВ.
х5= 0,113 ∙2 ∙ (1000/ 10,52) = 2,05 Активное сопротивление кабельной линии R1 определяется по формуле R1 = r0 ∙ l ∙ ( Sб / U2ср ) , (3.6.8)
где r0 – активное сопротивление кабельной линии, принимаем r0 = 1,95 Ом/км; [6] l– длина линии, км. r1 = 1.95 ∙ 2 ∙ ( 1000/ 10,52 ) = 35,4 Результирующее индуктивное и активное сопротивления определяется в зависимости от типа присоединения – последовательно или параллельно. Определяем результирующее индуктивное сопротивление для точки К1 Хрез = х1 +х2 + х3/2 + х5 = 2 + 0,189 + 1,1/2 + 2,05 = 4,79 Определяем результирующее активное сопротивление Rрез = r1 = 35,4 Полное результирующее сопротивление определяется по формуле Zрез = , (3.6.9) где Хрез – результирующее индуктивное сопротивление; Rрез – результирующее активное сопротивление. Zрез = = 35,7 Базисный ток определяется по формуле Подставляем значения в формулу 3.6.10 Ток короткого замыкания Iк, А определяется по формуле Подставляем значения в формулу 3.6.11 Iк= Iпо = 57,8 / 35,7 = 1,62 кА Для расчета ударного тока изначально находим ударный коэффициент Ку по формуле
где Та – постоянная времени затухания апериодического тока, с. Принимаем Та = 0,01 с [6] Подставляем значения в формулу 3.6.12 Далее находим ударный ток по формуле Подставляем значения в формулу 3.6.13
Проверяем кабель по нагреву током КЗ. Находим тепловой импульс от тока КЗ, кА2 с по формуле где tотк – время отключения короткого замыкания, с. Принимаем tотк =0,6 с; [6] Ta – постоянная затухания апериодической составляющей, с. Принимаем Ta = 0,01 с.[6] Далее находим расчётное сечение кабеля по формуле где Вк – тепловой импульс тока короткого замыкания, А2∙с; С – коэффициент, зависящий от допустимой температуры при коротком замыкании и материала проводника. Принимаем С = 100. [6] Кабель проходит по нагреву током КЗ. Выбор высоковольтной аппаратуры и шины 10 кВ Шина - проводник с низким сопротивлением. В высоковольтных установках шинами, как правило, соединяют друг с другом высоковольтные устройства в тех местах, где требуется низкое активное и реактивное сопротивление; это позволяет существенно сократить площадь установки, расход материала и трудозатраты. В открытых установках — электрических подстанциях и высоковольтных распределительных устройствах — шины могут эксплуатироваться на открытом воздухе без защитных кожухов. Жёсткие шины изготавливают из меди, стали или алюминия, в форме пластин (полосок), прутков и профилей трубчатого, прямоугольного или иного сечения. Шины могут выпускаться оголёнными или в защитной оболочке. Выбор высоковольтной шины производится исходя из условия Iр ≤ Iдоп. , (3.6.16) где Iр – расчетный ток, А; Iдоп. – значение длительно допустимой токовой нагрузки шины, А.
Выбираем алюминиевую шину 3х25 мм, из алюминия марки АДО, σдоп = 82 МПа.[9] Шина расположена плашмя. Номинальный ток шины 265 А Проверяем соответствие условию 3.6.16 11,56 А ≤ 265 А Выбранную шину необходимо проверить на электродинамическую и термическую стойкость. Момент сопротивления сечения шины, при шине, лежащей «плашмя» определяется по формуле. w = ( b∙h2 ) / 6, (3.6.17) где b и h – размеры поперечного сечения шины, см. w = (0,3 ∙ 2,52) / 6 = 0,31 см3; Максимальное усилие на шинную конструкцию определяется по формуле F = ∙ l/a ∙ 2 ∙ 10-1 , (3.6.18) где a – расстояние между фазами, м. Принимаем а = 0,5 м; [6] - ударный ток короткого замыкания, кА; l – расстояние между изоляторами шинной конструкции, м. Принимаем l= 1,2 м. [6] F = ∙ (1,2/0,4) ∙ 3,22 ∙ 0,1 = 5,32 Н Изгибающий момент М, Н∙м, определяется по формуле М =(F ∙ l)/10, (3.6.19) где F – максимальное усилие на шинную конструкцию, Н. М = (5,32 ∙1,2) /10 = 0,64 Н Расчетное механическое напряжение в материале определяется по формуле σрасч = М / w (3.6.20) σрасч = 0,64 / 0,31 = 2,06 МПа Проверка на электродинамическую стойкость производится по условию σрасч ≤ σдоп 2,06 МПа ≤ 82 МПа Согласно условию шина электродинамически стойка. Тепловой импульс тока короткого замыкания Вк, А2∙с, определяется по формуле Вк = I2по ∙ (tотк +Ta), Вк = 1,622 ∙ (0,6 +0,01) = 1,6 кА2∙с Минимально допустимое сечение по нагреву определяется по формуле fмин = , (3.6.21) fмин = = 12,65 мм2 Сечение шины fш, мм2, определяется по формуле fш= b ∙ h (3.6.22) fш= 3 ∙ 25 =75 мм2 Проверка на термическую стойкость производится по условию fмин < fш 12,65 мм2 < 60 мм2 Шина термически стойкая. Выбор высоковольтного выключателя показываем в виде таблицы 3.8 Таблица 3.8 – Выбор высоковольтного выключателя
Выбираем вакуумный выключатель по справочным данным BB/TEL-10 630/12,5 Выбор разъединителя показываем в виде таблицы 3.9 Таблица 3.9– Выбор разъединителя
Выбираем разъединитель марки РВ-10/400 Выбор трансформатора тока показываем в виде таблицы 3.10 Таблица 3.10 – Выбор трансформатора тока
Выбираем трансформатор тока ТВЛМ-10-0,5/10Р-10/15-75/5. Выбор высоковольтного выключателя показываем в виде таблицы 3.11 Таблица 3.11 – Выбор трансформатора напряжения
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|