В данном курсовом проекте рассматривается система электроснабжения цеха полуфабрикатов мясокомбината.

Эта работа является завершающим этапом изучения курса электроснабжения и дает возможность самостоятельного решения инженерных задач. Основными задачами проектирования электроснабжения является:

выбор сечения кабелей, проводов, коммутационной аппаратуры, трансформаторов КТП, компенсирующих устройств, расчет освещения цеха.

Выбор цехового электрооборудования производится в зависимости от условий прокладки кабелей (проводов), различных токовых нагрузок электроприемников и условий их работы, категории электроприёмников по надёжности электроснабжения.

Выполняется проверка коммутационной и защитной аппаратуры на отключающую способность и динамическую устойчивость к токам короткого замыкания, делается вывод о правильности её выбора.

Также производится расчёт потерь напряжения для сведения их к минимуму в элементах сети.

Целью курсового проекта является изучение и закрепление знаний студента по основной дисциплине «Электроснабжение промышленных предприятий».

1. Характеристика цеха

коммутационный компенсирующий защитный трансформатор

Мясная промышленность (мясоперерабатывающая промышленность), одна из наиболее крупных отраслей пищевой промышленности, осуществляющая комплексную переработку скота.

Предприятия мясной промышленности России производят заготовку и убой скота, птицы, кроликов и вырабатывают мясо, колбасные изделия, мясные консервы, полуфабрикаты, котлеты, пельмени, кулинарные изделия.

Наряду с производством пищевых продуктов в мясной промышленности вырабатываются сухие животные корма, ценные медицинские препараты (инсулин, гепарин, линокаин и др.), а также клеи, желатин и перопуховые изделия.

В мясной промышленности развито комбинированное производство. Наряду с переработкой скота на мясокомбинатах вырабатывают колбасные изделия, мясные полуфабрикаты, мясные консервы и другую продукцию. Основная продукция выпускаемая мясокомбинатами (производство): вареные колбасы, сосиски и сардельки, полукопченые колбасы, варено-копченые колбасы, деликатесная продукция, натуральные мясные полуфабрикаты.

К мясным полуфабрикатам относят изделия, подготовленные для кулинарной обработки. Основным сырьем для изготовления мясных полуфабрикатов служат мясо разных видов и субпродукты. Натуральные полуфабрикаты изготовляют преимущественно из охлажденного мяса. Для приготовления отдельных полуфабрикатов используют муку, яйца, хлеб и специи. В зависимости от способа обработки и кулинарного назначения полуфабрикаты подразделяют на натуральные, панированные и рубленые. К полуфабрикатам относят также мясной фарш, пельмени, наборы из мяса птицы.

Предприятия мясной промышленности оснащены высокопроизводительным оборудованием, конвейерными линиями, автоматами и сложными агрегатами. Все крупные и значительная часть мелких мясокомбинатов обеспечены искусственным холодом.

Предприятия мясной промышленности в основном потребители 2 категории (кроме крупных предприятий с емкостью холодильных камер 5000 т и выше, выработкой мяса в смену 300 т и выше, выработки колбасных изделий 100 т и выше).

В данном случае цех по производству мясных полуфабрикатов с емкостью морозильных камер 75 т, дополнительно упаковка полуфабрикатов и производство хлеба.

Генплан цеха полуфабрикатов представлен на рисунке1.

Ведомость электрических нагрузок электрооборудования, установленного в цехе, представлена в таблице 1.

Таблица 1 — Ведомость оборудования

2. Расчёт электрических нагрузок

Расчёт электрических нагрузок силовых электроприёмников выполняется как по отдельным узлам цеховых сетей (силовым шкафам, шинопроводам), так и для всего цеха в целом, включая расчёт осветительных нагрузок.

Расчёт электрических нагрузок по цеху необходим для выбора типа и мощности трансформатора цеховой трансформаторной подстанции.

Расчёт производится методом расчетного коэффициента. Всё оборудование цеха делится на расчетные узлы по технологическому признаку. В пределах каждого узла суммируется общее количество электроприемников, их номинальная мощность.

Расчет ведется в форме таблицы. Расчет электрических нагрузок электроприемников цеха приведен в таблице 2.

· Мясорезательная машина мощностью 2,2 кВт; К_и = 0,3; cos ц = 0,7;

Суммарная активная мощность, кВт,

P_нУ = n· P_ном, (2.1)

P_нУ = 3· 2.2 = 6,6.

· Пила ленточная 2,2 кВт; К_и = 0,3; cos ц = 0,7; P_нУ = 3· 2,2 = 6,6.

· Транспортер ленточный 1,1 кВт; К_и = 0,3; cos ц = 0,65; P_нУ = 3 · 1,1 = 3,3.

· Мясорубка 2,5 кВ, К_и = 0,3; cos ц = 0,7; P_нУ = 3 · 2,5 = 7,5.

· Куттер 25,3 кВ, К_и = 0,3 cos ц = 0,7; P_нУ = 2 · 25,3 = 50,6.

· Фаршемешалка с подъемником 5,5 кВт; К_и = 0,3; cos ц = 0,7; P_нУ = 2 · 5,5 = 11.

· Волчек с подъемником 13,2 кВт; К_и = 0,3; cos ц = 0,7; P_нУ = 2 · 13,2 = 26,4.

· Клипсатор полуавтоматический 3,4 кВт; К_и = 0,3; cos ц = 0,7; P_нУ = 1 · 3,4 = 3,4.

Итого по узлу 1 (СП 1), кВт:

У P_н = 6,6+6,6+3,3+7,5+50,6+11+26,4 = 115,4.

Средневзвешенный коэффициент использования, о.е.,

K_и =, (2.2)

K_и .

Эффективное число электроприемников:

n_эф, (2.3)

n_эф.

В зависимости от эффективного числа электроприёмников определяется коэффициент расчетной мощности из табличных данных:

n_эф=3; K_и=0,34; K_р=1,51.

Определение расчетных нагрузок по расчетному узлу 1:

активная мощность, кВт:

Р_р= К_р?К_иР_н (2.4)

Р_р=1,51· 39,68= 59,92.

реактивная мощность, квар:

Q_р=1,1? К_иР_нtgц, при nэ ?10, (2.5)

Q_р=? КиРнtgц, при nэ>10,

Q_р= 40,62;

полная мощность, кВА:

; (2.6)

S_р=.

Расчётный ток узла 1, А:

(2.7)

.

(2.8)

где = 0,9;

;

— пусковой ток наибольшего электроприёмника, А,

(2.10)

где K_п — кратность пускового тока наибольшего электроприёмника, о.е.,

K_п = 57 — для асинхронного электродвигателя с к.з. ротором или синхронного двигателя;

K_п? 2.5 — для двигателя постоянного тока или асинхронного с фазным ротором;

K_п? 3 — для печных и сварочных трансформаторов без приведения к ПВ₁₀₀ %;

;

.

Расчёт электрических нагрузок для других силовых узлов проводится аналогично, результаты расчёта сведены в таблицы 2.1 — Расчет электрических нагрузок по силовым пунктам, 2.2 — Расчет электрических нагрузок третьего уровня для 1 секции шин, 2.3 — Расчет электрических нагрузок третьего уровня для 2 секции шин.

3. Расчет электрического освещения

3.1 Светотехнический расчёт

Для отделения выработки полуфабрикатов светотехнический расчёт выполняется методом коэффициента использования светового потока.

В нормальном помещении с малым выделением пыли, с разрядом зрительных работ VII, с размерами 18×9×5 необходимо достичь освещенности, используются светильники ЛСП02 со следующими параметрами:

— степень защиты — IР20;

— тип кривой силы света (КСС) — Д₂;

— КПД светильника — _с =0,72.

Индекс помещения:

(3.1)

где, А и В-длина и ширина помещения, м;

h_расч. — высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м;

(3.2)

где H — высота помещения, равная 5 м;

h_c. — высота свеса светильника, равная 0,8 м;

h_р — высота рабочей поверхности равнаяй 0 м.

.

Коэффициент использования светового потока, о.е.,

(3.3)

где _п — коэффициент использования помещения, определяется в зависимости от индекса помещения, от сочетания коэффициентов отражения поверхностей помещения, от КСС светильника. Для i=1,43, _п =0,5, _с = 0,3, _р =0,1 и КСС типа Д_{2 п} =56,071%

.

Расстояние между рядами светильников, м,

(3.4)

где _с — относительное расстояние между светильниками, принимается равным 1,2 [1, таблица 4,9], о.е.;

Число рядов светильников в помещении, шт.:

(3.5)

Принимается .

Расстояние по ширине от крайнего светильника до стены, м:

(3.6)

Расчётный световой поток одной лампы, лм,

(3.7)

где Е_н — нормативная минимальная освещённость, лк;

k_зап — коэффициент запаса, равный 1,5;

S — площадь помещения, м², ,

z — коэффициент, характеризующий неравномерность освещения, равный 1,1 о.е.;

.

Примем лампу ЛД₆₅ с Р_н = 65 Вт, Ф_с =3390 лм.

Число светильников в ряду, шт.:

(3.8)

.

Определение возможности размещения полученного числа светильников Длина ряда, м:

(3.9)

где — длина светильника, м,

.

Расстояние от крайнего в ряду светильника до стены:

(3.10)

где — расстояние между светильниками, примем L_A=0,9.

Суммарное значение светового потока расчетного и действительного, лм.

(3.11)

(3.12)

.

Отличия действительного потока от расчетного составляет -1%, что допустимо (от -10% до +20%).

Уточнённое значение установленной мощности освещения, кВт,

(3.13)

.

Расчетная нагрузка для сварочного отделения, кВт:

(3.14)

где — коэффициент спроса осветительной нагрузки, равный 0,85 для производственных зданий, состоящих из отдельных помещений; =0,95 — для производственных зданий состоящих из отдельных крупных пролетов;

К_пра — коэффициент, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре:

К_пра = 1,25 — для ЛЛ;

К_пра = 1,1 — для ДРЛ мощностью? 400 Вт;

К_пра = 1,05 — для ДРЛ мощностью > 400 Вт;

.

Расчетная реактивная нагрузка освещения, квар,

(3.15)

где tgц = tg (arccosц), о.е.,

где cosц — коэффициент активной мощности освещения, о.е.:

cosц = 0,9 — для ЛЛ,

cosц = 0,57 — для ДРЛ.

tgц = tg (arccos0,9)=0,48,

Расчёт осветительных нагрузок для остальных отделений производится аналогично, все расчеты сведены в таблицу 6.

3.2 Расчет освещения КТП

Расчет освещения КТП выполняется точечным методом. Светильники располагаются на стенах на высоте 2,5 метра.

Контрольной точкой принимается средина помещения (точка А) для которой должна быть обеспечена освещенность Е_А= 100 лк.

(3.16)

где Ф — световой поток светильника, для ЛСПД02 80 Вт, Ф = 4960 лм;

м — коэффициент, учитывающий действие удаленных источников света и отраженную составляющую, [3];

Уe — сумма освещенностей в контрольной точке от рассматриваемых источников света, лк;

к — коэффициент запаса, к =1,5.

Для определения Уe рассматриваются 3 ближайшие точки светильников к контрольной точке.

Освещенность в контрольной точке от одного светильника, лк.;

(3.17)

где е₁₀₀ — горизонтальная освещенность, выбранная в зависимости от h и d, лк;

Й_а — сила света, выбранная в зависимости от Ь и КСС по /3/, кд.

При h=2,5 м, и d=6 м, d=5 м:

Таблица 3 — Расчет освещенности в точке, А от рассматриваемых источников света

Суммарная освещенность для точки А, лк:

(3.18)

.

Освещенность в точке А, лк:

.

Данное расположение светильников удовлетворяет требованиям, предъявляемым к общему освещению.

3.3 Расчет аварийного освещения

электроснабжение кабель защитный трансформатор Аварийное освещение подразделяется на освещение безопасности и эвакуационное.

Освещение безопасности — освещение для продолжения работы при аварийном отключении рабочего освещения.

Освещение безопасности предусматривается для производственных помещений, в которых не допустимо прекращение работы из-за опасности вызвать взрыв, пожар, отравление людей; длительное нарушение технологического процесса и работы ответственных потребителей.

Светильники освещения безопасности и светильники рабочего освещения должны питаться от независимых источников питания.

В цехе должно предусматриваться эвакуационное освещение и световые указатели «Выход», поскольку одновременно может находиться в этом помещении 20 человек.

Эвакуационное освещение в помещениях следует предусматривать по основным проходам и лестницам производственных помещений.

Для эвакуационного освещения над выходами предусмотрены световые указатели «Выход» марки НББ 02−25, технические характеристики приведены в таблице 4, в качестве светильников эвакуационного освещения применяются светильники НСП02 с лампами накаливания (мощностью лампы 100 Вт).

Эвакуационное освещение и освещение безопасности в цехе питаются от 2 секции шин КТП.

Таблица 4 — Технические характеристики светильников ННБ «Выход»

Эвакуационное освещение должно обеспечивать освещенность 0,5 лк на полу основных проходов и на ступенях лестниц.

Освещенность определяется точечным методом. Метод описан в п. 3.2 для расчета освещения КТП.

Расчет производится для наибольшего помещения, где размещены сырьевое и упаковочное отделения.

(3.16)

где Ф — световой поток светильника, для НСП02 мощностью100 Вт, Ф = 1350 лм;

м — коэффициент, учитывающий действие удаленных источников света и отраженную составляющую, [3];

Уe — сумма освещенностей в контрольной точке от рассматриваемых источников света, лк;

к — коэффициент запаса, к =1,5.

Для определения Уe рассматриваются 3 ближайшие точки светильников к контрольной точке.

Освещенность в контрольной точке от одного светильника, лк.;

(3.17)

Расчеты сведены в таблицу 5.

Таблица 5 — Расчет аварийного освещения сырьевого и упаковочного отделений

Суммарная освещенность для точки А, лк:

Освещенность в точке А, лк:

.

Данное расположение светильников удовлетворяет требованиям, предъявляемым к общему освещению.

На рисунке 2 приведено расположение светильников рабочего и аварийного освещения.

Таблица 6 — Расчёт осветительных нагрузок

3.4 Электротехнический расчёт освещения

В осветительных установках общего освещения применяется преимущественно напряжение 380/220 В переменного тока при заземленной нейтрали.

Схема питания осветительной установки состоит из питающих и групповых линий. Питающие линии выполняются пятипроводными, а групповые в зависимости от нагрузки и протяженности бывают двухпроводными, трёхпроводными и четырёхпроводными.

В данной курсовой работе питающие линии выбираются пятипроводными, а групповые — трехпроводными. Питающие линии выполняются по радиальной схеме.

Для светильников аварийного освещения устанавливается отдельный щиток. Так как нет высоких требований к технологическому процессу в данном цехе и категория по бесперебойности питания III и II, то аварийный щиток будет питать только светильники эвакуационного освещения, которые присоединяются к сети, не зависящей от рабочего освещения. Эвакуационное освещение предусматривается по основным проходам и лестницам производственных помещений, в которых может одновременно находится 20 и более человек, а выход людей из помещения связан с опасностью травматизма из-за продолжения работы производственного оборудования. Эвакуационное освещение должно обеспечивать освещённость не менее 0,5 лк на полу основных проходов и на ступенях лестниц.

В качестве источников света для эвакуационного освещения принимаются лампы накаливания мощностью 60 Вт.

На рисунке 2 показано размещение групповых щитков освещения (ГЩО) и прокладка трасс осветительной сети.

Расчёт сечения проводников осветительной сети выполняется по допустимой потере напряжения.

Сечение проводника, мм²,

(3.18)

где М — сумма моментов рассчитываемого и всех последующих по направлению потока энергии участков с тем же числом проводов, что и рассчитываемый участок, кВт· м.

Момент нагрузки i_того участка сети, кВт· м,

(3.19)

где Р_i — мощность i_того участка сети, кВт;

L_i — длина i_того участка сети, м;

m — сумма моментов всех ответвлений, питаемых через рассчитываемый участок, но имеющих другое число проводов, кВтм;

— коэффициент приведения моментов, когда ответвления имеют иное число проводов, чем рассчитываемый участок [1, таблица 4.15], о.е.;

— коэффициент, зависящий от системы сети, рода тока, материала проводника [1, таблица 4.14], о.е.;

— допустимая потеря напряжения осветительной сети [1, таблица 4.13], равная 7,0% при S_тр = 630 кВА и K_з =0,6.

Схема осветительной сети представлена на рисунке 3.

Для питающей и групповой сети выбирается кабель марки АВВГ.

Пример расчёта производится для питающей линии от РУ НН до МЩО (1−2).

Сумма моментов, кВт· м,

m₇₋₂₆=0,91· (16,5/2+5)=12,1, m₇₋₂₇=0,91· (16,5/2+3)=10,28, m₈₋₂₈=0,24· (7,5/2+5)=2,08,

m₈₋₂₉=0,24· (7,5/2+3)=0,89, m₉₋₃₀=0,39· (7,5/2+5)=3,39, m₉₋₃₁=0,39· (7,5/2+3)=2,61,

m₁₀₋₃₂=0,26· (6/2+5)=2,08, m₁₀₋₃₃=0,26· (6/2+5)=1,56, m₁₁₋₃₄=0,24· (10/2+5)=2,4,

m₁₁₋₃₅=0,24· (10/2+3)=1,92, m₁₂₋₃₆=0,12· (7/2+5)=1,02, m₁₂₋₃₆=0,12· (7/2+3)=0,78.

Сечение проводника, мм², по (34):

.

Полученное значение округляется до ближайшего стандартного F ₁₋₂ = 10 мм².

Проверка по допустимому токовому нагреву:

(3.20)

где — расчетный ток линии,

— допустимый длительный ток на кабели данного сечения [1, приложение П6].

(3.21)

— допустимы табличный ток,

0,92 — коэффициент, учитывающий ток для кабелей с числом жил более трех,

— поправочный коэффициент на условия прокладки.

(3.22)

где — поправочный коэффициент, зависящий от температуры окружающей среды = 1,

— поправочный коэффициент на число работающих кабелей [1, приложение П6],

— коэффициент на способ прокладки, равный 1.

.

.

Условие не выполняется. Поэтому выбираем для участка 1−2 питающей сети кабель АВВГ 5×10 мм² с I_доп = 42•0,92 = 38,64 >35,43 А.

Действительная потеря напряжения на участке 1−2, %,

(3.23)

.

Допустимая потеря напряжения на оставшихся участках, %,

(3.24)

.

Дальнейший расчёт выполняется аналогично, результаты расчёта сводятся в таблицу 4.

Рисунок 3 — Схема осветительной сети цеха Таблица 4 — Расчёт сечения проводников осветительной сети

Прокладка трасс проводников освещения выполняется по строительным конструкциям и тросам на высоте 4 м от пола.

Щиты располагаются в стенных нишах на высоте 1,5 м от пола.

При защите трёхфазных осветительных питающих линий однополюсными автоматическими выключателями при любых источниках света сечение нулевого рабочего и защитного проводника принимается равным сечению фазных проводников.

4. Выбор силовых трансформаторов и компенсирующих устройств

Как правило, применяются однои двухтрансформаторные подстанции (ТП) напряжением 6−10/0,23−0,4 кВ без сборных шин на стороне ВН, что дает простейшие конструктивные решения СЭС. В данной курсовой работе проектируется двухтрансформаторная подстанция для электроприёмников II категории надёжности.

Состав нагрузок КТП представлен в таблице 4.

Таблица 4 — Состав нагрузок на КТП

Выбор числа и мощности трансформаторов производится по средней мощности за наиболее загруженную смену S_см. В этом случае число и мощность трансформатора можно определить по S_см из того предложения, что в сети НН осуществляется полная компенсация реактивной мощности до cos = 1, и тогда S_см = Р_см:

(4.1)

где N — число трансформаторов;

К_З — коэффициент загрузки трансформатора, который принимается в зависимости от категории электроприёмников, К_З = 0,7 при преобладании нагрузок II категории для двухтрансформаторных ТП.

Р_см -суммарная среднесменная мощность цеха из таблицы 4, кВт.

.

Для установки выбираются трансформаторы ТМЗ₆₃₀/6 со схемой соединения обмоток треугольник — звезда номинальной мощностью 630 кВА.

Предварительная проверка по допустимой перегрузке выбранных трансформаторов:

(4.2)

где Р_р расчетная активная мощность по КТП, кВт:

.

Условие по допустимой перегрузке выбранных трансформаторов выполняется.

Действительный коэффициент загрузки

(4.3)

.

После выбора мощности трансформатора необходимо произвести компенсацию реактивной мощности, целесообразно определять мощность конденсаторных батарей отдельно для каждой секции шин.

Таблица 5 — Распределение нагрузки по секциям

Требуемая мощность конденсаторных батарей для одной секции по пропускной способности трансформатора, квар,

(4.4)

где Q₁ — реактивная мощность, которую можно передать с учетом требуемого коэффициента загрузки, квар;

(4.5)

Требуемая мощность конденсаторных батарей для одной секции шин по второму условию (, квар,

(4.6)

где Q_э — часть экономической реактивной мощности, потребляемой в часы максимальных нагрузок энергосистемы для данной трансформаторной подстанции, квар,

(4.7)

где tgц_э — коэффициент мощности на шинах КТП, о.е., при котором потребление реактивной мощности не выходит за пределы экономических значений.

Принимается допущение, что для выполнения баланса реактивной мощности в целом по цеху значение коэффициента мощности на шинах данной КТП должно быть tgц_э=0,3.

Для первой секции шин:

;

;

;

.

Для второй секции шин:

;

;

;

.

Таким образом, первой секции шин 0,4 кВ устанавливаются регулируемые конденсаторные установки ККУ — 0,4−150 мощностью Q_ку = 250, на второй секции шин 0,4 кВ устанавливаются регулируемые конденсаторные установки ККУ — 0,4−150 мощностью Q_ку = 150 квар.

Полная расчетная мощность с учетом компенсации:

(4.8)

Первая секция шин:

;

Действительный коэффициент загрузки трансформатора для первой секции шин после компенсации реактивной мощности, о.е.:

.

Вторая секция шин:

.

Действительный коэффициент загрузки трансформатора для второй секции шин после компенсации реактивной мощности, о.е.:

.

Проверка по допустимой перегрузке КТП после компенсации:

.

Условие по допустимой перегрузке выбранных трансформаторов выполняется.

Коэффициент мощности загрузки трансформаторов при условии компенсации реактивной мощности, о.е.:

(4.9)

.

Действительный коэффициент загрузки трансформаторов при условии полной компенсации реактивной мощности, о.е.:

(4.10)

.

При проектировании целесообразно отдавать предпочтение комплектным трансформаторным подстанциям (КТП). КТП состоит из трех узлов: шкафа ввода ВН, силового трансформатора, РУ НН. Шкаф ввода ВН предназначен для глухого присоединения трансформатора к линии или через выключатель нагрузки, или через разъединитель с предохранителем. Трансформатор КТП может быть один из марок ТМЗ, ТНЗ, ТНГ или ТС. РУ НН состоит из набора металлических шкафов, в которых устанавливают автоматические воздушные выключатели.

Для установки в КТП в данной курсовой работе принимаются: шкаф ввода ВН марки ВВ₁, трансформатор марки ТМЗ₆₃₀/10, шкаф ввода НН марки ШНВ_3У3 и шкаф отходящих линий марки ШНЛ_3У3. Электрическое соединение обмоток цехового трансформатора выполняется по схеме треугольник-звезда с глухим заземлением нейтрали, группа 11, что обеспечивает выполнение четырёхпроводной сети НН напряжением 0,38/0,22 кВ для совмещенного питания силовой и осветительной нагрузки.

5. Выбор кабеля 10 кВ

Выбор сечений для кабельных линий 10 кВ выбирают по экономической плотности тока, мм²:

(5.1)

где — плотность тока для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией алюминиевыми жилами при Т_М — числе часов использования максимума нагрузки 3080 ч, равна 1,4.

Предварительно выбирается кабель ААБ₃×25.

Расчетный ток кабеля ГПП-КТП к одному из трансформаторов рассчитываем по номинальной мощности трансформатора, А:

(5.2)

Выполняется проверка по допустимому токовому нагреву в нормальном режиме:

где (5.3)

57,78<107,64 условие выполняется.

Нагрузка на кабель в послеаварийном режиме для линий, идущих к КТП, А:

(5.4)

Допустимая на период ликвидации послеаварийного режима перегрузка кабеля, А:

(5.5)

где К_{доп.пер} — коэффициент кратковременной перегрузки кабелей 1,35.

113,72 > 51,58.

Потери напряжения, %:

(5.6)

Выбранное сечение жил кабеля удовлетворяет экономическому условию и условию нагрева длительным расчетным током в нормальном и послеаварийном режимах даже с некоторым запасом.

Окончательно выбираем трехжильный кабель напряжением 10 кВ марки ААБ (3×25). Буквенные символы в марке кабеля означают: А — алюминиевые жилы, — бумажная пропитанная изоляция, А — алюминиевая оболочка, Б — броня из стальных или оцинкованных стальных лент.

6. Выбор схемы и конструктивное выполнение внутрицехового электроснабжения

Сети до 1000 В подразделяются на питающие, прокладываемые от трансформаторной подстанции до силовых пунктов, и распределительные, к которым присоединяются электроприёмники. Питающие и распределительные сети могут быть выполнены по радиальным, магистральным и смешанным схемам.

Радиальные схемы используются наиболее часто для питания отдельных относительно мощных электроприёмников, а также в случаях, когда мелкие по мощности приёмники распределяются по цеху неравномерно и сосредоточены группами на отдельных участках.

Магистральные схемы применяются для питания приёмников, обслуживающих один агрегат и связанных единым технологическим процессом.

На практике наибольшее распространение находят смешанные схемы, сочетающие в себе элементы радиальных и магистральных схем. В данной курсовой работе применяется смешанная схема (рисунок 4).

Рисунок 4 — Схема внутрицехового электроснабжения до 1кВ Расположение распределительных силовых пунктов (СП) по территории цеха показано на рисунке 5.

Конструктивно сети в проектируемом цехе выполняются:

— питающие сети — кабели, проложенными в полу,

— распределительные сети — кабелями и проводами в трубах от СП до станков.

Распределительные пункты (шкафы) устанавливаются в местах, удобных для обслуживания, крепятся на стенах.

Питание осуществляется от силовых пунктов типа ПР8501 с автоматическими выключателями на отходящих линиях.

7. Выбор сечений проводов, кабелей по допустимому длительному току и потере напряжения

7.1 Выбор сечения кабелей для питающей сети

Сечение кабелей и цеховых сетей напряжением до 1кВ выбирается сравнением расчётного тока линии с допустимым длительным током принятых марок проводов, кабелей с учётом условий их прокладки и температуры окружающей среды.

Должно выполняться условие

(7.1)

где I_р — расчётный ток линии, А;

I_доп — допустимый длительный ток на кабели данного сечения, А;

К_п — поправочный коэффициент на условия прокладки, о.е.;

(7.2)

где К₁ — поправочный коэффициент на число работающих кабелей, о.е.;

К₂ — поправочный коэффициент на температуру окружающей среды, о. е;

К₃ — поправочный коэффициент на способ прокладки [8; с. 158], о.е.

=1 (7.3)

Выбранные сечения проводов и кабелей проверяют по допустимой потере напряжения.

Потеря напряжения в сети определяется по формуле, %,

(7.4)

где I_р — расчётный ток линии на данном участке, А;

L — расстояние от точки питания до точки приложения равнодействующей нагрузки, км;

r_о, x_о — активное и индуктивное сопротивление 1 км линии [8, таблица П6.10], Ом/км;

cos — коэффициент мощности данного участка, о.е.;

U_л — линейное напряжение, равное 380 В.

Пример расчёта приводиться для линии КТП — СП1.

Расчётный ток I_р = 110,01А (значение берётся из таблицы 2).

Поправочный коэффициент 0,92 — учитывает четырехжильный кабель.

Для прокладки принимается кабель с алюминиевыми жилами сечением 70 мм².

Для данного сечения:

; (7.5)

I_доп =140· 0,92=128,8 А;

Условие (7.1) выполняется:

128,8А<110,01А.

Далее определяются cos и sin нагрузки данного кабеля, о.е.,

(7.6)

.

Принимается кабель АВВГ 3×70+1×35, имеющий следующие параметры: r₀ = 0,447 Ом/км, x₀ = 0,082 Ом/км. Длина кабеля L = 42 м.

Потеря напряжения на данном участке, %,

.

Расчёт для остальных линий производиться аналогично, результаты расчёта сводятся в таблицу 5.

Таблица 5 — Выбор сечений кабелей питающей сети

7.2 Выбор сечений проводов и кабелей для распределительной сети

Размещение электроприёмников на участке показано на рисунке 5.

Расчётный ток электроприёмника, А,

(7.7)

где S_ном, Р_ном — номинальная полная и активная мощность электроприёмника из таблицы 1, кВт; cos — коэффициент мощности нагрузки из таблицы 3, о.е.

Результаты расчета сводятся в таблицу 6.

Таблица 6 — Выбор сечений кабелей (проводов) распределительной сети

Напряжение на зажимах наиболее удалённого от КТП электроприемника, %, определяется по формуле:

U_дв = U_х — U_т — U_c, (7.8)

где U_х — напряжение холостого хода на зажимах вторичной обмотки трансформатора

КТП, равное 105%;

U_c — потеря напряжения в сети (как в питающей, так и в распределительной), %.

U_т — потеря напряжения в трансформаторе КТП, %,

(7.9)

где U_а — активная составляющая напряжения КЗ, %,

(7.10)

где Р_к — потери опыта КЗ для трансформатора [2, таблица 2.110], кВт;

U_р — реактивная составляющая напряжения КЗ, %,

(7.11)

где U_к — напряжение КЗ для выбранного трансформатора [2, таблица 2.110], %.

= 0,63· (1,159·0,7+5,45·0,71)=2,95%

Наиболее электрически удалённым электроприёмником является клипсатор автоматический (14.3). Напряжение на его зажимах, %, по (44):

U_дв = 105 — 2,95 — 0,716−0,61−0,06=100,66%.

Таким образом, напряжение на зажимах наиболее удалённого электроприёмника находиться в допустимых пределах [не выше и не ниже -5% от номинального].

7.3 Выбор кабелей для конденсаторной установки

(7.12)

(7.13)

Для первой секции шин, А:

(7.14)

Выбирается кабель АВВГ 3х (3×120+1×70) с суммарным допустимым током, А:

552 > 493,922.

Условие (7.10) выполняется.

Для второй секции шин, А:

.

Выбирается кабель АВВГ 2х (3×95+1×50) с суммарным допустимым током, А:

312,8 > 299,35.

Условие (7.12) выполняется.

8. Предварительный выбор автоматических выключателей

Автоматические выключатели (автоматы) предназначены для автоматического отключения электрических цепей при КЗ или ненормальных режимах (перегрузках, снижении или исчезновении напряжения), а также для нечастого включения и отключения токов нагрузки. Отключение выключателя при КЗ и перегрузках выполняется встроенным в выключатель автоматическим устройством — расцепителем. Автомат может иметь комбинированный расцепитель (электромагнитный + тепловой), полупроводниковый максимальный расцепитель или только электромагнитный расцепитель, отключающий ток КЗ.

Предварительный выбор автоматических выключателей производится по следующим условиям:

1) Защита от токов КЗ и перегрузок:

а) I_н.в. I_р,

где I_н.в. — номинальный ток выключателя по [1, таблицы 9.3], А;

б) I_н.р. I_р,

где I_н.р. — номинальный ток расцепителя по [1, таблицы 9.3], А;

в) I_ср.р. k_н· I_кр,

где I_ср.р. — ток срабатывания расцепителя, А;

I_кр — кратковременный максимальный ток, А,

I_кр = I_пуск — для ответвлений и одиночных электроприёмников;

I_кр = I_пик — для группы электроприёмников;

k_н — коэффициент надёжности по [1, таблица 10.1], о.е.,

k_н = 2,1 — для автоматов с комбинированным расцепителем;

k_н = 1,5 — для автоматов с полупроводниковым расцепителем;

2) Согласование выбранных сечений кабелей с уставками автоматов:

I_доп k_з· I_з,

где k_з — кратность допустимого тока проводника току аппарата защиты, равная 1 для ВА51 (52) о. е;

I_з = I_н.р.;

I_доп — длительно допустимый ток проводника, А.

Пример выбора автомата QF5 (рисунок 4):

Принимается к установке автомат серии ВА 04−36 [1, таблица 9.3].

1) Защита от токов КЗ и перегрузок:

а) I_н.в. I_р,

250 > 110,01;

б) I_н.р. I_р,

125 > 110,01;

в) I_ср.р. k_н· I_кр,

1000 > 620.24;

2) Согласование выбранных сечений кабелей с уставками автоматов:

I_доп k_з· I_з,

128,8 > 1· 125.

Выбор остальных автоматов аналогичен, результаты выбора представлены в таблице 7.

Пример выбора автомата распределительной сети для линии СП1−37.3:

Принимается к установке автомат серии ВА 51−25 [1, таблица 9.3].

1) Защита от токов КЗ и перегрузок:

а) I_н.в. I_р,

25 > 17,05;

б) I_н.р. I_р,

25 > 17,05

в) I_ср.р. k_н· I_кр, где

(8.1)

где — пусковой ток наибольшего электроприемника данной магистрали;

— сумма номинальных токов остальных электроприемников питающихся от данной магистрали.

4· 25 = 100 1,5· 39,76 = 59,64.

2) Согласование выбранных сечений кабелей с уставками автоматов:

I_доп k_з· I_з,

17,48 < 20 поэтому, выбираем провод марки АПВ4 (1×6) I_доп=30,36 А.

Выбор остальных автоматов аналогичен, результаты выбора представлены в таблице 7.

Таблица 7 — Выбор автоматов

Как видно из таблицы 7, выбранные ранее сечения кабелей и проводов не согласуются с уставками автоматов (QF9, QF16, QF18, QF11, СП8−37.3).

Для данных линий принимаются следующие сечения:

9. Расчёт токов КЗ в сети напряжением до 1 кВ

Расчет токов КЗ необходим для проверки выбранного электрооборудования, коммутационных аппаратов, выбора уставок релейной защиты.

Для выбора и проверки электрооборудования по условиям КЗ необходимо рассчитать:

1) начальное значение периодической составляющей тока КЗ;

2) апериодическую составляющую тока КЗ;

3) ударный ток КЗ.

При расчетах токов КЗ необходимо учитывать:

1) индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи;

2) активные сопротивления элементов КЗ цепи;

3) активные сопротивления различных контактов и контактных соединений;

4) активное сопротивление электрической дуги в месте КЗ (при учете сопротивления дуги получается минимальное значение тока КЗ).

Расчет токов КЗ в трехфазных сетях переменного тока напряжением до 1 кВ выполняется в именованных единицах (мОм).

Расчёт начинается с составления расчетной схемы с нанесением на ней точек КЗ. Расчётная схема представлена на рисунке 6.

Затем составляется схема замещения, на которой указываются активные и реактивные сопротивления в мОм, приведенные к ступени напряжения сети точки КЗ. Схема замещения представлена на рисунке 7.

Расчет сопротивлений различных элементов схемы замещения ведется в следующем порядке:

Эквивалентное индуктивное сопротивление энергосистемы, приведенное к ступени НН, мОм,

(9.1)

где U_срНН — среднее напряжение ступени НН трансформатора, В;

U_срВН — среднее напряжение ступени ВН, к которой подключен трансформатор, В;

I_{откл.ном} — номинальный ток отключения выключателя, А;

Активные и индуктивные сопротивления прямой последовательности силового трансформатора по [1, таблица 8.1], мОм,

.

Активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности силового трансформатора по [8, таблица 8.1], мОм,

.

Активные и индуктивные сопротивления прямой последовательности кабелей, мОм:

R_1кб = r_кб l, (9.2)

где — погонное активное сопротивление прямой последовательности кабелей по [2], таблица 8.8, мОм/м;

l — длина кабельной линии, м;

(9.3)

где — погонное индуктивное сопротивление прямой последовательности кабелей по [8], таблица 8.8, мОм/м; Активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности кабелей, мОм,

(9.4)

(9.5)

где , — погонные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности кабелей по [8], таблица 8.8, мОм/м;

Активные и индуктивные сопротивления прямой последовательности проводов, мОм, Активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности проводов, мОм,

.

Активное и индуктивное сопротивление прямой последовательности расцепителей вводного выключателя по [2], таблица 8.3, мОм,

R_КВ = 0,14.

Х_КВ = 0,08.

Можно считать, что R_1КВ = R₀, Х_1КВ = Х₀.

Сопротивления остальных автоматических выключателей приведены в таблице 9.1.

Таблица 9.1 — Активные и индуктивные сопротивления автоматических выключателей

Активные сопротивления контактных соединений автоматов и кабелей по [8], таблицы 8.4, 8.6 приводятся в таблице 9.2, мОм:

Таблица 9.2 — Активное сопротивление контактов и контактных соединений для разных точек КЗ

Сопротивлением трансформаторов тока с первичным током более 500 А пренебрегают. Сопротивления выбираются в зависимости от номинального тока первичной обмотки трансформатора тока по [8], таблица 8.2. Все сопротивления трансформаторов тока приводятся в таблице 9.3.

Таблица 9.3 — Сопротивления трансформаторов тока