Выбор электродвигателей, их коммутационных защитных аппаратов

1. Выбор электродвигателей, их коммутационных и защитных аппаратов

2. Расчёт групп

3. Выбор вводной панели

4. Выбор схемы и расчет внутрицеховой электрической сети

Системы электроснабжения промышленных предприятий, представляющие собой совокупность электроустановок, предназначены для обеспечения электроэнергией промышленных потребителей. Они оказывают значительное влияние на работу различных электроприёмников и, в конечном счете, на производственный процесс в целом. Потребители электроэнергии имеют свои специфические особенности, чем и обусловлены определенные требования к их электроснабжению — надежность питания, качество электроэнергии, резервирование и защита отдельных элементов. При проектировании, сооружении и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий необходимо правильно в технико-экономическом аспекте осуществлять выбор напряжений, определять электрические нагрузки предприятия в целом и его цехов в отдельности, выбирать число и мощность трансформаторных подстанций, виды их защит, системы компенсации реактивной мощности, и способы регулирования напряжения.

Надежное и экономичное снабжение потребителей электроэнергией требуемого качества — необходимое условие функционирования любого промышленного предприятия. В связи с этим специалисты в области электроснабжения должны иметь глубокие знания целого комплекса вопросов проектирования и эксплуатации электроустановок промышленных предприятий.

1. Выбор электродвигателей, их коммутационных и защитных аппаратов

Выбор электродвигателей

Электродвигатели для привода производственных механизмов выбираются по напряжению, мощности, режиму работы, частоте вращения и условиям окружающей среды.

Электродвигатель необходимо выбирать таким образом, чтобы его номинальная мощность PН соответствовала мощности приводного механизма PМЕХ, т. е.

где PН — паспортная мощность электродвигателя, кВт;

Номинальный ток электродвигателя, А определяется по выражению

где PН — номинальная мощность двигателя, кВт;

UН — номинальное напряжение, В;

Н — КПД при номинальной нагрузке;

cos номинальный коэффициент мощности.

Пусковой ток электродвигателя, А определяется:

где кпуск — кратность пускового тока по отношению к номинальному.

В данной работе применяются асинхронные электродвигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором серии АИР, с частотой вращения 1500, мин-1,UН =380 В.

Электроснабжение электропривода производственных механизмов будет осуществляться по одной из схем показанных на рис 2.1.(а, б).

В соответствии с условием (1.1) имеем

По для электроприемника № 1…10 выбираем электродвигатель АИР132S4 c

Cos н = 0,86; Н = 87,5%; IП/IН =7,5.

для электроприемника № 21…28 выбираем электродвигатель АИР160S4 c

cos н = 0,89; Н = 89,5%; IП/IН =7,0.

для электроприемника № 36…41 выбираем электродвигатель АИР132S4 c

cos н = 0,86; Н = 87,5%; IП/IН =7,5.

для электроприемника № 42…51 выбираем электродвигатель АИР112М4 c

cos н = 0,88; Н = 87,5%; IП/IН =7,0.

По формуле (1.2)

1. А;

2. А;

3. А;

4. А.

По формуле (1.3)

1. А;

2. А;

3. А;

4. А;

а) б)

Рис. 2.1. Схемы питания электроприводов: а) однодвигательного; б) трёхдвигательного.

Выбор коммутационных и защитных аппаратов

Магнитные пускатели предназначены для дистанционного управления асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями. С их помощью также осуществляется нулевая защита. Применяем магнитные пускатели серии ПМЛ с тепловым реле. В комплекте с тепловым реле пускатели выполняют защиту двигателей от перегрузки. Условие выбора магнитного пускателя где IНП — номинальный ток пускателя, А;

Iн дв — номинальный ток электроприемника, A.

Выбор теплового реле:

где Iнт реле-номинальный ток теплового реле, А;

Iн э — номинальный ток нагревательного элемента теплового реле, A.

Электрические сети и электроприемники необходимо защищать от токов короткого замыкания и от длительных токовых перегрузок.

В качестве аппаратов защиты от коротких замыканий следует широко применять плавкие предохранители. Автоматы должны устанавливаться только в следующих случаях:

необходимость автоматизации управления;

необходимость обеспечения более скорого по сравнению с предохранителями восстановления питания, если при этом не имеют решающего значения вероятность неселективных отключений и отсутствие эффекта ограничения тока короткого замыкания;

частые аварийные отключения.

Проанализировав все выше изложенное, принимаем решение выполнить защиту электродвигателей предохранителями с наполнителем типа НПН2 и ПН2 (табл.П2.2)[1], которые выбираются по следующим условиям:

где Iвс — номинальный ток плавкой вставки, А;

Iкр — максимальный кратковременный (пиковый) ток, А;

б — коэффициент кратковременной тепловой перегрузки, который при легких условиях пуска принимается равным 2,5, при тяжелых — 1,6 …2,0.

Для подключения электроприемников к распределительным шинопроводам необходимо обеспечить защиту отходящих линий, которая осуществляется плавкими предохранителями или автоматическими выключателями.

При числе электроприемников в группе больше одного расчетный ток IР может быть определен по методу расчетных коэффициентов. Исходной информацией для выполнения расчетов по данному методу является перечень электроприемников с указанием их номинальных мощностей PН. Для каждого электроприемника по справочной литературе подбираются средние значения коэффициентов использования ки, активной (cos ???и реактивной (tg мощности.

Расчетная активная нагрузка группы электроприемников определяется по выражению

где кР — коэффициент расчетной нагрузки.

Величина кР принимается по в зависимости от эффективного числа электроприемников nЭ и группового коэффициента использования ки.

Эффективное число электроприемников определяется по формуле

где PНi — номинальная мощность i-го электроприемника, кВт;

n — действительное число электроприемников. Для группы электроприемников различных категорий (т.е. с разными ки) средневзвешенный коэффициент использования находится

.

Расчетная реактивная нагрузка группы электроприемников определяется следующим образом

где кР` - расчетный коэффициент, при кР` =1,1; при кР` =1.

Расчетный ток для группы электроприемников

электроснабжение промышленный коммутационный защитный

где UH — номинальное напряжение сети, В.

Пиковый ток группы определяется по формуле

где IПМ — наибольший из пусковых токов приемников в группе, А;

IНМ — номинальный (при ПВ = 100%) ток электроприемника, имеющего максимальный пусковой ток, А;

ки — коэффициент использования, характерный для приемников с IПМ.

По селективности номинальные токи плавкой вставки предохранителей, расположенных последовательно по направлению потока мощности, должны различаться не менее, чем на одну-две ступени.

Произведем выбор пусковых и защитных аппаратов для электроприемника № 1…10.

В соответствии с условием (1.4) по выбираем магнитный пускатель ПМЛ 221 002 с IНП = 25 А

А.

По условию (1.5) и (1.6) выбираем тепловое реле РТЛ-102 104 с Iн реле=25 А и током нагревательного элемента теплового реле Iэ=16 А

А.

Произведем выбор пусковых и защитных аппаратов для электроприемника № 21…28.

В соответствии с условием (1.4) по выбираем магнитный пускатель ПМЛ 321 002 с IНП = 40 А

А.

По условию (1.5) и (1.6) выбираем тепловое реле РТЛ-205 504 с Iнт реле=40 А и током нагревательного элемента теплового реле Iэ=35 А

А.

Произведем выбор пусковых и защитных аппаратов для электроприемника № 36…41.

В соответствии с условием (1.4) по выбираем магнитный пускатель ПМЛ 221 002 с IНП = 25 А

А.

По условию (1.5) и (1.6) выбираем тепловое реле РТЛ-102 104 с Iнт реле=25 А и током нагревательного элемента теплового реле Iэ=16 А

А.

Произведем выбор пусковых и защитных аппаратов для электроприемника № 42…51.

В соответствии с условием (1.4) по выбираем магнитный пускатель ПМЛ 221 002 с IНП = 25 А

А.

По условию (1.5) и (1.6) выбираем тепловое реле РТЛ-102 104 с Iнт реле=25 А и током нагревательного элемента теплового реле Iэ=16 А

А.

По условиям (1.7) и (1.8) по таблице П12 для № 1…10

выбираем плавкий предохранитель F1 ПН2−100/63 с IВС =63 А

А;

А.

Предохранитель F2, которым присоединяется линия, отходящая к электроприемнику, к распределительному шинопроводу (шкафу), выбираем с плавкой вставкой на две ступени выше, чем у предохранителя F1—ПН2−100/100 (рис. 2.1,а).

По условиям (1.7) и (1.8) по таблице П12 для № 21…28 автоматы ВА-51Г-31 (номинальный ток расцепителя Iн.расц.= 31,5 А, номинальный ток выключателя Iн.выкл.= 100 А, кратность К=14) и ВА-51−31 (номинальный ток расцепителя Iн.расц.=50 А, кратность К=7).

По условиям (1.7) и (1.8) по таблице П12 для № 36…41

выбираем плавкий предохранитель F1 ПН2−100/63 с IВС =16 А

А;

А.

Предохранитель F2, которым присоединяется линия, отходящая к электроприемнику, к распределительному шинопроводу (шкафу), выбираем с плавкой вставкой на две ступени выше, чем у предохранителя F1—ПН2−100/100 (рис. 2.1,а).

По условиям (1.7) и (1.8) по таблице П12 для № 42…51

выбираем плавкий предохранитель F1 ПН2−100/40 с IВС =40 А

А;

А.

Предохранитель F2, которым присоединяется линия, отходящая к электроприемнику, к распределительному шинопроводу (шкафу), выбираем с плавкой вставкой на две ступени выше, чем у предохранителя F1—ПН2−100/63 (рис. 2.1,а).

2. Расчёт групп

Для станков № 1…20 определяем коэффициент использования ки

По формуле (1.10) определяем эффективное число электроприемников

.

Принимаем nЭ =10.

По таблице П3.5 определяем коэффициент расчетной нагрузки при ки = 0,13 и nЭ =10, принимаем kР =1,86.

По выражению (1.9) определяем расчетную активную нагрузку

кВт.

По выражению (1.12) определяем расчетную реактивную нагрузку

квар Полная расчётная нагрузка силовых электроприемников по распределительному пункту, магистрали или цеху находится из выражения

кВ· А.

Расчетный ток группы электроприемников по (1.13)

А.

По формуле (1.14) определим кратковременный ток

А.

По условиям (1.7), (1.8) и селективности по выбираем плавкий предохранитель ПН2−250/125 с IВС =125 А А,

А.

Для станков № 21…28 определяем коэффициент использования ки

По формуле (1.10) определяем эффективное число электроприемников

.

Принимаем nЭ =8.

По таблице П3.5 определяем коэффициент расчетной нагрузки при ки = 0,13 и nЭ =9, принимаем kР =2.02.

По выражению (1.9) определяем расчетную активную нагрузку

кВт.

По выражению (1.12) определяем расчетную реактивную нагрузку

квар Полная расчётная нагрузка силовых электроприемников по распределительному пункту, магистрали или цеху находится из выражения

кВ· А.

Расчетный ток группы электроприемников по (1.13)

А.

По формуле (1.14) определим кратковременный ток

А.

Выбираем автоматический выключатель ВА-51−31/80 с Iн.расц. =80 А.

А, Аверно.

Для станков № 29…41 определяем коэффициент использования ки

По формуле (1.10) определяем эффективное число электроприемников

.

Принимаем nЭ =10.

По таблице П3.5 определяем коэффициент расчетной нагрузки при ки = 0,23 и nЭ=10, принимаем kР =1,77.

По выражению (1.9) определяем расчетную активную нагрузку

кВт.

По выражению (1.12) определяем расчетную реактивную нагрузку

квар Полная расчётная нагрузка силовых электроприемников по распределительному пункту, магистрали или цеху находится из выражения

кВ· А.

Расчетный ток группы электроприемников по (1.13)

А.

По формуле (1.14) определим кратковременный ток

А.

По условиям (1.7), (1.8) и селективности по выбираем плавкий предохранитель ПН2−250/100 с IВС =100 А А, А.

По литературе таблица П 2.5 выбираем линейную панель ЩО70М-02, с номинальным током и количеством присоединений (1004), коммутационные защитные аппараты? рубильники с предохранителями ПН2.

3. Выбор вводной панели

Электрические нагрузки промышленных предприятий определяют выбор всех элементов системы электроснабжения: линий электропередачи, трансформаторных подстанций (ТП), питающих и распределительных сетей.

Расчет электрических нагрузок для группы электроприемников производят по каждому электрическому узлу, от которого питается данная группа. В электрических сетях до 1 кВ в качестве такого узла рассматриваем распределительные шкафы и шинопроводы.

Произведем расчет электрических нагрузок электроприемников.

По формуле (1.11) определяем групповой коэффициент использования:

По формуле (1.10) определяем эффективное число электроприемников:

.

Принимаем nЭ = 30.

По определяем коэффициент расчетной нагрузки при ки = 0,15, nЭ = 30: kР = 1,21.

По выражению (1.9) определяем расчетную активную нагрузку:

кВт.

По выражению (1.12) определяем расчетную реактивную нагрузку:

квар

Полная расчётная нагрузка силовых электроприемников по распределительному пункту, магистрали или цеху находится из выражения

кВ· А.

Расчетный ток группы электроприемников по (1.13)

А.

По формуле (1.14) определим кратковременный ток

А.

По условиям (1.7), (1.8) и селективности по выбираем плавкий предохранитель ПН2−250/160 с IВС =160 А

А,

А.

По литературе таблица П 2.5 выбираем вводную панель ЩО70М-19, номинальный ток 400(А), разъединитель АВМ-4.

4. Выбор схемы и расчет внутрицеховой электрической сети

Внутрицеховые сети условно делят на питающие и распределительные. К первым относят провода и кабели, отходящие непосредственно от распределительных устройств трансформаторных подстанций к первичным силовым пунктам и щитам, ко вторым — отходящие от пунктов, щитов, или шинопроводов к электроприемникам. Питающие сети могут выполняться по радиальным или магистральным схемам. Распределительные сети чаще всего бывают радиальными.

Для питания значительного числа электроприемников небольшой мощности, расположенных компактно по площади цеха, следует применять распределительные шинопроводы серии ШРА 4, присоединяемые к шинам до 1 кВ ТП с помощью аппаратов защиты и управления.

Радиальные схемы распределительных сетей с силовыми пунктами следует предусматривать в тех случаях, когда применению распределительных шинопроводов препятствуют условия среды, территориальное размещение электроприемников, наличие кранов и другие местные условия. При этом рекомендуется использовать силовые распределительные шкафы серии ШР1, ШРС1, СПУ62, а также ШР11 с трехфазными группами плавких предохранителей ПН2 и НПН2 для защиты отходящих линий.

При построении схем необходимо стремиться к тому, чтобы длина линий была минимальной. Следует также исключать или сводить к минимуму случаи обратных перетоков мощности.

Выбор сечений жил проводов и кабелей.

Сечения жил проводов и кабелей напряжением до 1кВ по нагреву определяются по таблицам допустимых токов:

IдопIрКп, (4.1.1)

где Iррасчётный ток проводника;

Кп — поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей (при нормальных условиях прокладки Кп=1).

Выбранные проводники должны соответствовать их защитным аппаратам.

Iдоп, (4.1.2)

где Кз — кратность длительного допустимого тока провода или кабеля по отношению к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата (для предохранителя Кз=0,33; выключателя Кз=1),

Iз — номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата.

Выберем сечение жил проводов:

1.Номинальный ток электродвигателя станка Iр=14,4 А.

Аппарат защиты станка — предохранитель ПН2−63/63;

Iвс=63 А; Iдоп14,4 А; Iдоп0,3363=20,79 А.

Выбираем провод АПВ5(13) с Iдоп=22 А.

2. Номинальный ток электродвигателя станка Iр=7,9 А.

Аппарат защиты станка — предохранитель ПН2−63/25;

Iвс=25 А; Iдоп7,9 А; Iдоп0,3325=8,25 А.

Выбираем провод АПВ5(12) с Iдоп=18 А.

3.Номинальный ток электродвигателя станка Iр=27,2 А.

Аппарат защиты станка — автоматический выключатель ВА-51−31/80 с Iн.расц.=80 А; Iдоп27,2 А; Iдоп180=80 А.

Выбираем провод АПВ5(125) с Iдоп=80 А.

4.Номинальный ток электродвигателя станка Iр=4,7 А.

Аппарат защиты станка — предохранитель ПН2−63/16;

Iвс=16 А; Iдоп4,7 А; Iдоп0,3316=5,28 А.

Выбираем провод АПВ5(12) с Iдоп=18 А.

5.Номинальный ток электродвигателя станка Iр=14,4 А.

Аппарат защиты станка — предохранитель ПН2−63/63;

Iвс=63 А; Iдоп14,4 А; Iдоп0,3363=20,79 А.

Выбираем провод АПВ5(13) с Iдоп=22 А.

Выберем сечение жил кабелей:

1.Номинальный ток Iр=60,4 А.

Аппарат защиты станка — предохранитель ПН2−100/63;

Iвс=63 А; Iдоп60,4 А; Iдоп=0.3363=20,79 А.

Выбираем кабель АВВГ 5(125) с Iдоп=75 А.

2.Номинальный ток Iр=65,8 А.

Аппарат защиты станка — автоматический выключатель ВА-51−31/80 с Iн.расц.=80 А;

Iдоп65,8 А; Iдоп=180=80 А.

Выбираем провод АВВГ 5(135) с Iдоп=90 А.

3.Номинальный ток Iр=135 А.

Аппарат защиты станка — предохранитель ПН2−250/160;

Iвс=31,5 А; Iдоп135 А; Iдоп=0,33 160=52,8 А.

Выбираем провод АВВГ 5 (170) с Iдоп=140 А.

Выбор шинопроводов.

Распределительные и магистральные шинопроводы выбирают по расчётному току Iр:

IнIр, (4.2.1)

В питающем шинопроводе потеря напряжения не должна превышать 1,5…1,8%.

Потери напряжения в шинопроводе рассчитываются по формуле

(4.2.3)

где IР и lШ — расчетный ток и длина наиболее нагруженного плеча шинопровода;

Выбираем распределительный шинопровод для станков № 1…20 ШРА4−100 Iн. ш=100;

Найдем потери напряжения в шинопроводах:

;

Выбираем распределительный шинопровод для станков № 21…29 ШРА4−100 Iн. ш=100;

Найдем потери напряжения в шинопроводах:

;

Для станков № 29…41 ШРА4−100 с Iн. ш=100 А ;

Найдем потери напряжения в шинопроводах:

;

?U<1,5…1,8%

Шинопровод ШРА4 комплектуется ответвительными коробками: У2031 (предохранитель ПН2−100, IН = 100 А).

Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. «Электроснабжение промышленных предприятий. «Королёв О. П. и др. Мн.:РНПО, 1995 г.