Модернизация системы электроснабжения цеха по производству хлебобулочных изделий ООО «Пальмира»

Задачи выживания и эффективного функционирования в условиях рыночной экономики приводят владельцев предприятий к поиску источников дополнительной прибыли. Среди них можно выделить три основных направления: повышение цены на выпускаемую продукцию, повышение объемов выпускаемой продукции и снижение затрат на единицу продукции, что при постоянной рыночной стоимости продукции, также дает дополнительную прибыль.

Недопустимо рассматривать расходы на энергоносители в качестве накладных, что является достаточно распространенным явлением на российских предприятиях. Эти статьи расходов занимают существенную долю в себестоимости конечной продукции и требуют собственного целенаправленного менеджмента.

В российской действительности в условиях постоянного повышения цен на энергоносители этот вопрос становится все более актуальным. Это особенно важно на крупных предприятиях, которые, ввиду рыночных отношений и снижения спроса на выпускаемую ими продукцию, вынуждены значительно снижать производственные мощности, причем такое снижение в некоторых случаях достигает 90% от проектных. В этих условиях предприятия вынуждены нести дополнительные затраты по содержанию неиспользуемых мощностей.

Энергосбережение и углубление электрификации определяется обширной областью народного хозяйства, называемой электроэнергетикой. Система электроснабжения является частью этой области, которая может быть определена от границы раздела предприятия — энергосистемой до единичных электроприемников.

В последнее время проблема энергоснабжения в России стала очень актуальной. В связи с расширением производства требуется увеличивать пропускную способность линий, отключающую способность коммутационного оборудования. Возникает необходимость замены действующего технически изношенного оборудования более современным, более мощным и усовершенствования всей системы электроснабжения. В настоящее время появились более точные методы расчета электрических сетей.

В данной выпускной работе была поставлена задача модернизировать существующую систему электроснабжения цеха по производству хлебобулочных изделий ООО «Пальмира» в связи с износом оборудования и увеличением нагрузок.

1. Проектирование электрической части цеха

1.1 Краткая характеристика цеха и режим работы подстанции

1.1.1 Краткая характеристика цеха

Согласно ПУЭ цеха по производству хлебобулочных изделий не относится к пожароопасной и взрывоопасной зонам. Защита проводов и кабелей в сетях до 1 кВ и выбор сечений должны производиться по току срабатывания при перегрузке кабельной линии, току срабатывания автомата при коротком замыкании. Сечение кабеля выбираем по длительно допустимому току нагрузки и проверяем на соответствие токовой защиты. В сетях выше 1 кВ они должны быть проверены по экономической плотности тока. Выбранное сечение кабеля должно быть проверено на термическую стойкость токов К.З.

Согласно ПУЭ выбираем провода и кабели с алюминиевыми жилами, т.к. участок является не взрывоопасной зоной. Провода и кабели выполнены:

а) провода с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией;

б) кабели с резиновой, поливинилхлоридной и бумажной изоляцией в резиновой, поливинилхлоридной и металлической оболочках.

Так как маловероятны повреждения проводников, то кабели и провода будем выбирать без защитной бронированной оболочки.

1.1.2 Режим работы подстанции

Режим работы — двухсменный.

1.2 Категория потребителя по надежности электроснабжения

1.2.1 Категория потребителей по надежности электроснабжения

Перерыв в электроснабжении не приведет к опасности для жизни людей, расстройству сложного технологического процесса и оборудования, а лишь к существенному недоотпуску продукции, простою людей, механизмов, промышленного транспорта. Поэтому согласно ПУЭ выбрана II категория по надежности электроснабжения. Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для электроприемников II категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

1.2.2 Режим работы нейтрали

На низкой стороне применена глухо-заземленная нейтраль.

Сопротивление заземления нейтрали определяется из следующих условий:

а) предотвращение опасных последствий при пробое изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений трансформатора;

б) предотвращения недопустимого повышения напряжения фаз по отношению к земле и заземленных частей электроустановок низшего напряжения при замыканиях на землю.

При данном режиме работы нейтрали автоматика быстро отключает аварийные участки, изоляция проводников выполняется на фазные напряжения, что более дешево, чем при изолированной нейтрали. Глухое заземление нейтралей электроустановок не только предупреждает возникновение в них дуговых перенапряжений, но и приводит к облегчению их изоляции по отношению к земле, что дает возможность снижения уровня изоляции, следовательно, и снижение затрат, причем экономия увеличивается с ростом напряжения сети.

На высокой стороне будет использована изолированная нейтраль, так как токи короткого замыкания невелики и не требуется моментального отключения линий.

1.3 Выбор величины питающего напряжения

Для внутрицеховых электросетей наибольшее распространение имеет напряжение 380 В, основным преимуществом которого является возможность совместного питания силовых и осветительных электроприемников. Так как номинальное напряжение электроприемников равно 380 В и единичная установленная мощность не превышает 250 кВт, то уровень питающего напряжения внутри цеха принят 380/220 В, согласно номинальному напряжению потребителей цеха.

1.4 Определение расчетной мощности цеха

Паспортные данные электродвигателей, необходимые для дальнейшего расчета, сводим в таблицу 1.1

Таблица 1.1

1.4.1 Расчет мощности для потребителей группы В

К группе В относятся электроприемники с К_и?0.6

Суммарная среднесменная активная мощность

?Р_см=?Р_уст•К_и (1.1)

где ?Р_см-суммарная среднесменная активная мощность, кВт;

?Р_уст-установленная мощность электроприемника, кВт;

К_и-коэффициент использования электроприемника [7]

?Р_см =196,28 кВт Суммарная среднесменная реактивная мощность

?Q_см=?Р_см•tgц (1.2)

где ?Q_см-суммарная среднесменная реактивная мощность, кВАр;

tgц-коэффициент реактивной мощности

?Q_см=189,63 кВАр Полная расчетная мощность по группе В

S_рВ=, (1.3)

где S_рВ-полная расчетная мощность по группе В, кВА;

Р_рВ-расчетная активная мощность по группе В, кВт;

Р_рВ=?Р_см

Q_рВ — расчетная реактивная мощность по группе В, кВАр;

Q_рВ=?Q_см

S_р= кВА

1.4.2 Расчет мощности для потребителей группы А

К группе, А относятся электроприемники с К_и<0.6

Средневзвешенный коэффициент использования К_и ср= (1.4)

К_и ср=

Суммарная среднесменная активная мощность

?Р_см=?Р_уст•К_и

?Р_см=1,25 кВт Суммарная среднесменная реактивная мощность

?Q_см=?Р_см•tgц

?Q_см =2,19 кВАр Эффективное число элекроприемников

n_э= (1.5)

n_э=

Принимаем ближайшее большее значение n_э = 3

Действительное число электроприемников N = 5

Так как N>n_э (5>3), то расчет будем вести с n_э = 5

Находим коэффициент максимума по графику или таблице К_м=1,15.

Расчетная активная мощность по группе, А Р_рА=К_м•?Р_см (1.6)

Р_рА =1,15•1,25=1,44 кВт Расчетная реактивная мощность по группе А

Q_рА=Q_см•К`_м (1.7)

где К`_м=1,1 — так как n_э<10

Q_рА= 1,1•2,19 = 2,41 кВАр Полная расчетная мощность, потребляемая по группе А

S_рА= (1.8)

S_рА= кВА

1.4.3 Нагрузка цеха без учета потерь в линиях и трансформаторах

Расчетная активная мощность для групп потребителей Р_р=Р_рА+Р_рВ (1.9)

Р_р=1,44+196,28=197,72 кВт Расчетная реактивная мощность для групп потребителей

Q_р=Q_рА+Q_рВ (1.10)

Q_р=2,41+189,63=192,03 кВАр Полная расчетная мощность для групп потребителей за наиболее загруженную смену

S_р= (1.11)

S_р= кВA

Результаты расчетов сводятся в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

1.5 Определение нагрузки цеха с учетом потерь в линиях и трансформаторах

1.5.1 Активная мощность с учетом потерь

Р_р^ґ =?Р_тр+?Р_л+Р_р=0,2•S_р+0,03•S_р+Р_р, (1.12)

где Р_р^ґ -активная мощность с учетом потерь, кВт;

?Р_тр-потери активной мощности в трансформаторе, кВт; [5]

?Р_л-потери активной мощности в линиях электропередач, кВт [5]

Р^ґ_р=0,02•275,63+0,03•275,63+197,72=211,50 кВт

1.5.2 Реактивная мощность с учетом потерь

Q^ґ_р=Q_р+?Q_тр=Q_р+0,1•S_р, (1.13)

где Q^ґ_р-реактивная мощность с учетом потерь, кВАр;

?Q_тр-потери реактивной мощности в трансформаторе, кВАр [5]

Q^ґ_р=192,03+0,1•275,63=219,60 кВАр

1.5.3 Полная расчетная мощность с учетом потерь

S^ґ_р= (1.14)

S^ґ_р= кВА

1.5.4 Коэффициенты мощности

Коэффициент активной мощности

cosц^ґ=, (1.15)

где cosц^ґ — коэффициент активной мощности с учетом потерь

cosц^ґ=

Требуемый коэффициент активной мощности по предприятию .

Коэффициент реактивной мощности

tgц^ґ= (1.16)

где tgц^ґ — коэффициент реактивной мощности с учетом потерь

tg ц^ґ=

1.5.5 Компенсация реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности (КРМ) является неотъемлемой частью задачи электроснабжения промышленного предприятия. Компенсация реактивной мощности одновременно с улучшением качества электроэнергии в сетях промышленных предприятий является одним из основных способов сокращения потерь электроэнергии.

Электрические сети предприятий по функциональным признакам работы электроустановок и средствам КРМ условно подразделяют на сети общего назначения и сети со специфическими (нелинейными, несимметричными и резкопеременными) нагрузками. В качестве средств КРМ в сетях общего назначения применяют высоковольтные и низковольтные конденсаторные батареи и синхронные электродвигатели. В сетях со специфическими нагрузками, кроме того, применяют фильтры высших гармоник, статические компенсаторы реактивной мощности, специальные быстродействующие синхронные компенсаторы, симметрирующие и фильтросимметрирующие устройства.

Количество реактивной мощности, которую необходимо скомпенсировать

(1.17)

где — расчетный коэффициент реактивной мощности

=tg ц^ґ=1,04

— требуемый коэффициент реактивной мощности.

Требуемый коэффициент активной мощности, тогда

=

(1.18)

Q_комп=211,50•(1,04−0,48)=117,16 кВАр Для компенсации выбираем две конденсаторные установки типа УКБ — 0,38−50УЗ. Общая мощность компенсаторных устройств Q_к1=100 кВАр. Компенсация получается неполной. Количество не скомпенсированной мощности

Q_ост = Q^ґ_р — Q_к1

Q_ост=219,60−2•50=119,60 кВАр Полная расчетная мощность с учетом компенсации

кВАр

1.6 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Мощность силовых трансформаторов в нормальных условиях должна обеспечивать питание всех приемников электроэнергии промышленных предприятий. Выбор мощности силовых трансформаторов следует осуществлять с учетом экономически целесообразного режима их работы и соответствующего обеспечения резервирования питания потребителей при отключении одного из трансформаторов.

Намечаем два варианта расчета числа и мощности трансформаторов при равной надежности схемы электроснабжения.

Таблица 1.3

1.6.1 Вариант I

Коэффициент загрузки

в_I=, (1.19)

где S_HI — номинальная мощность трансформатора, кВА

в_I=

Потери активной мощности

?Р_I=n_I•(?P_xxI+в_I²•?P_кзI), (1.20)

где ?Р_I — потери активной мощности, кВт;

n_I — количество трансформаторов;

?Р_xxI — потери холостого хода, Вт;

?Р_кз — потери при коротком замыкании, Вт

?Р_I=2• (0,5+0,7²•2,6)=3,52 кВт

Потери реактивной мощности

?Q_I=n_I•, (1.21)

где ?Q_I — потери реактивной мощности, кВАр;

I_xx — потери тока холостого хода, %;

U_к — потери напряжения при протекании токов короткого замыкания, %;

?Q_I= кВАр

Потери активной энергии за год

?W_ГI=n_I(?P_xxI •T_B+в_I²•?P_кзI•ф_н), (1.22)

где ?W_ГI — потери активной энергии за год, кВт•ч;

Т_В — время включения оборудования в течение года, тыс. ч;

ф _Н — время потерь в режиме нагрузки, тыс. ч;

Для двухсменного режима работы:

Т_В=4000 тыс. ч [5]

ф_Н=2000 тыс. ч [5]

?W_ГI=2• (0,5•4000+0,7²•2,6•2000)=9035 кВт•ч

Потери реактивной энергии за год

?V_ГI=n_I• (1.23)

?V_ГI= кВАр

Стоимость потерь за год

C_nI=(m₁•?P_I +m₂•?W_ГI)+(n₁^ґґ•?Q_I+n₂^ґґ•?V_ГI), (1.24)

где m₁ — удельная стоимость потерь активной мощности 1 кВт;

m₁=60 [5]

m₂ — удельная стоимость потерь активной энергии 1 кВт•ч;

m₂=0,015 [5]

n₁^ґґ — удельная стоимость потерь реактивной мощности 1 кВАр;

n₁^ґґ=1,2 [5]

n₂^ґґ — удельная стоимость потерь реактивной энергии кВАр•ч;

n₂^ґґ=0,0004 [5]

C_nI=(60•3,52+0,015•9035)+(1,2•14,65+0,0004•30 807,14)=376,48 тыс. руб.

Капитальные затраты на приобретение и монтаж трансформаторов

К_I=Ц_I•n_I (1.25)

где Ц_I=90 860 тыс. руб. — номинальная стоимость трансформатора на момент установки или монтажа [5]

К_I =90 860•2=181 720 тыс. руб.,

Приведенные годовые затраты

З_ГI=0,15•K_I+6,4•+C_nI (1.26)

З_ГI=0,15•181 720+6,4•+376,48=39 264,56 тыс. руб.

Аналогично производим расчет второго варианта: четыре трансформатора мощностью 100 кВА каждый.

Результаты сводим в таблицу 1.4.

Таблица 1.4

На основании технико-экономического расчета по показателям выбираем наиболее рациональный трансформатор. Таким образом, устанавливаем на подстанции два трансформатора мощностью 160 кВА каждый.

1.7 Выбор схемы электроснабжения с разбивкой потребителей по группам, с определением расчетной мощности потребителя по группам

Разбросанные по цеху мелкие потребители объединены в группы и запитываются проводом АПВ в асбестовой трубе от распределительных пунктов (РП). Это позволяет защитить проводники от механических повреждений, кроме того, цех не будет загроможден электропроводкой, что дает возможность установления нового оборудования при расширении производства. Распределение электроэнергии происходит через распределительные шинопроводы типа ШРА. РП запитываются кабелем с шин цеховой подстанции. Кабели расположены в лотках, которые крепятся к потолку.

Рассмотрим РП-1

1.7.1 Суммарная установленная мощность группы потребителей

?Р_уст=n₁•Р_ном1+ n₃•Р_ном3+ n₄•Р_ном4+ n₅•Р_ном5+ n₆•Р_ном6+ n₇•Р_ном7+ n₈•Р_ном8+ n₉•Р_ном9

?Р_уст=4•4+2•2,2+1•5,5+5•1,5+1•0,75+1•3+1•4+1•0,25=36,90 кВт

1.7.2 Среднесменная активная мощность группы потребителей

?Р_см=?Р_уст1•К_и1+?Р_уст3•К_и3+?Р_уст4•К_и4+?Р_уст5•К_и5+?Р_уст6•К_и6+?Р_уст7•К_и7+

+?Р_уст8•К_и8+?Р_уст9•К_и9

?Р_см=16•0,6+4,4•0,65+5,5•0,65+7,5•0,6+0,75•0,6+3•0,6+4•0,65+0,25•0,45=22,95кВт

1.7.3 Среднесменная реактивная мощность группы потребителей

?Q_см=Р_см1•tg₁+Р_см3•tgц₃+Р_см4•tgц₄+Р_см5•tgц₅+Р_см6•tgц₆+Р_см7•tgц₇+

+Р_см8•tgц₈+ Р_см9•tgц₉=26,9 кВт

1.7.4 Средний коэффициент использования для группы А:

К_иср=

К_иср==0,45

1.7.5 Эффективное число электроприемников для группы А

n_э=

n_э=

Принимаем n_э=1.

1.7.6 Определяем коэффициент максимума по графику

К_м=1,6 [8]

1.7.7 Расчетная активная мощность для группы А

Р_рА=К_м•?Р_см=К_м•(?Р_уст9•К_и9)

Р_рА=1,6• (0,25•0,45)=0,18 кВт

1.7.8 Расчетная активная мощность для группы В

Р_рВ=Р_смВ=?Р_уст1•К_и1+?Р_уст3•К_и3+?Р_уст4•К_и4+?Р_уст5•К_и5+?Р_уст6•К_и6+

+?Р_уст7•К_и7+?Р_уст8•К_и8

Р_рВ=16•0,6+4,4•0,65+5,5•0,6+3•0,6+0,75•0,6+3•0,65+4•0,65=22,84 кВт

1.7.9 Полная расчетная активная мощность

Р_р=Р_рА+Р_рВ

Р_р=0,18+22,84=23,02 кВт

1.7.10 Расчетная реактивная мощность для группы A

Q_pA=K_м^ґ•?Q_см=К_м^ґ•(Р_см9•tgц₉),

где К_м^ґ=1,1, т. к. n_э=1<10

Q_pA=1,1•(0,11•1,33)=0,17 кВАр

1.7.11 Расчетная реактивная мощность для группы B

Q_рВ=Р_см1•tgц₁+Р_см3•tgц₃+Р_см4•tgц₄+Р_см5•tgц₅+Р_см6•tgц₆+Р_см7•tgц₇+Р_см8•tgц₈

Q_рВ=9,6•0,88+2,86•1,02+3,58•1,02+1,8•1,98+0,45•1,52+1,95•1,52+0,11•1,73=26,75 кВАр

1.7.12 Полная расчетная реактивная мощность

Q_р=Q_рА+Q_рВ

Q_р=0,17+26,75=26,92 кВАр

1.7.13 Расчетная полная мощность

S_p=

S_p= кВА

1.7.13 Расчетный ток на группу потребителей

I_p=, (1.27)

где U_с=0,38 кВ — напряжение системы.

I_p= А Таблица 1.5

1.8 Выбор токопроводов и защитной аппаратуры для группы потребителей

Рассмотрим РП-1

1.8.1 Расчетный ток на группу потребителей

I_р=53,81 А По длительно допустимому току нагрузки I_д=60 А выбираем кабель АВВГ (316+110) с алюминиевыми жилами в поливиниловой оболочке и изоляции с прокладкой в воздухе в лотке. [2]

Сечение кабеля выбирается исходя из значения расчетного тока и соблюдения следующего условия

I_p<�К_п1•К_п2•I_д, (1.28)

где К_п1-поправочный температурный коэффициент;

К_п1=1 [2]

К_п2-коэффициент, учитывающий количество прокладываемых кабелей и расстояние между ними;

К_п2=0,9 [2]

Таким образом, получим

53,81<1•0,9•60

53,81<55

Следовательно, сечение кабеля удовлетворяет поставленному условию.

На группу потребителей выбирается шкаф навесной распределительный для силовых установок переменного тока ПР8503А-1004 с автоматическими выключателями типа ВА51−31.

Для защиты кабельной линии на группу потребителей выбирается автоматический выключатель ВА51−31 с параметрами.

I_на=100 А,

I_нр=63 А, где I_на — номинальный ток автоматического выключателя, А;

I_нр — номинальный ток расцепителя, А Должны выполняться следующие условия:

I_на>I_p, 100>53,81

I_нр>I_p, 63>53,81

Ток срабатывания автоматического выключателя ВА51−31 при перегрузке кабельной линии [6]

I_ср.пер.=1,35•I_нр (1.29)

I_ср.пер =1,35•63=85,05 А Ток срабатывания автомата при коротком замыкании в кабельной линии и проверка его на ложность срабатывания при пуске одного из двигателей при работающих остальных [6]

I_ср.кз=10•I_нр?1,25 •К•I_р, (1.30)

где К — коэффициент пускового тока К=6 [1]

10•63?1,25•6•53,81

630?403,55

Т.к. условие выполняется, то выключатель выбран правильно.

Проверка выбранного сечения кабеля на соответствие токовой защите [6]

К_п1•К_п2•I_д>К_з•I_нр, (1.31)

где К_з-коэффициент, учитывающий защиту от токов короткого замыкания и токов перегрузки [1]

1•0,9•60>0,8•63

54>50,4

Условие выполняется, значит сечение кабеля выбрано правильно и автомат защиты надежно защищает линию.

Аналогично производится выбор токопроводов и защитной аппаратуры на другие группы потребителей, и данные расчетов сводятся в таблицу 1.6.

Таблица 1.6

1.9 Выбор токопроводов и защитной аппаратуры для отдельных потребителей

Рассмотрим: Вентиляция Расчетный ток на одиночный потребитель

I_p=, (1.32)

где Р=Р_уст — установленная мощность потребителя, кВт;

?-коэффициент полезного действия отдельного потребителя;

0,875 — коэффициент запаса [1]

I_р= А По длительно допустимому току выбираем провод с алюминиевыми жилами в поливинилхлоридной изоляцией АПВ (32+12).

Необходимо соблюдение следующего условия

I_р<�К_п1•К_п2•I_д, (1.33)

где I_д=16 А — допустимый ток К_п1=1 [1]

К_п2=0,8 [1]

8,24<1•0,8•16

8,24<12,8

Для защиты провода на одиночный потребитель выбираем автомат типа АЕ 2026 с параметрами [6]

U_на=660В

I_на=16 А

I_нр=12,5 А Должны соблюдаться следующие неравенства

U_на>U_с, 660>380

I_на>I_р, 16>8,24

I_нр>I_р, 12,5>8,24

Ток срабатывания автоматического выключателя при перегрузке кабельной линии

I_ср.пер.=1,15•I_нр (1.34)

I_ср.пер =1,15•12,5=14,37 А Ток срабатывания автомата при коротком замыкании и проверка его на ложность срабатывания

I_ср.кз=12•I_нр?1,25•K•I_р^ґ (1.35)

12•16?1,25•6•8,24

150?61,77

Проверка выбранного сечения провода на соответствие токовой защите К_п1•К_п2 •I_д>K_з• I_нр (1.36)

1•0,8•16>0,8•12,5

12,8>10

Условие проверки выполняется, тогда автомат надежно защитит провод.

Аналогично производится выбор токопровода и защитной аппаратуры на другие одиночные потребители, данные расчетов сводятся в таблицу 1.7.

Таблица 1.7

Сопротивления элементов в цепи короткого замыкания в относительных единицах, приведенные к базисным величинам.

Задаемся базисными величинами [3]

S_б=100 МВА

U_б1=115 кВ Реактивные сопротивления элементов

(1.31)

гдебезразмерная величина реактивных сопротивлений элементов;

l_i — длина участка, км;

х₀ — удельное сопротивление;

х₀ = 0,4 для воздушной линии [5]

n — количество проходящих линий;

U_ср — среднее напряжение, кВ;

=0, т.к.

==

(1.32)

где S_н-номинальная мощность, МВА

(1.33)

где х₀=0,08 для кабельных линий [5]

Активные сопротивления элементов в точке 1

(1.34)

где r₀ — удельное активное сопротивление линий

r₀=0,26 [5]

(1.35)

где ?Р_кз-потери мощности при коротком замыкании, кВт Рассчитаем параметры при коротком замыкании в точке К1

Результирующее реактивное сопротивление для участка 1

Результирующее активное сопротивление для участка 1

Результирующее полное сопротивление для участка 1

Так как, то

(1.36)

Базовый ток для точки 1

I_б1=, (1.37)

где U_б=10,5B — базовое напряжение

I_б1= кА Трехфазный ток короткого замыкания для точки К1

I_по1= кА (1.38)

Ударный ток для точки К1

i_у1=, (1.39)

где к_у1 — ударный коэффициент к_у1=1,8 (без учета активного сопротивления) [1]

i_у1=кА Мощность короткого замыкания для точки К1

S_k1= МВА (1.40)

Рассчитаем параметры при коротком замыкании в точке К2

Результирующее реактивное сопротивление для участка 2

Результирующее активное сопротивление для участка 2

Результирующее полное сопротивление для участка 2

Базовый ток для точки 2

I_б2= кА Трехфазный ток короткого замыкания для точки К2

I_по2= кА Ударный ток для точки К2

i_у2=,

где к_у2=1,8 (без учета активного сопротивления) [1]

i_у2= кА Мощность короткого замыкания для точки К2

S_к2= МВА

1.11 Выбор высоковольтного кабеля

1.11.1 Расчетный ток, протекаемый в кабельной линии

I_р= (1.41)

I_р= А

1.11.2 Экономическое сечение кабеля

F_э=, (1.42)

где F_э — экономическое сечение кабеля, мм²

j_э — экономическая плотность тока, А/мм²

j_э=1,4 А/мм² [2]

F_э= мм²

По длительно допустимому току для прокладке в воздухе с t=25^оС выбираем кабель с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией в свинцовой оболочке АСБ (335), сечение которого F=35 мм² [2]

F_э

7,65<35

1.11.3 Проверка кабеля по току короткого замыкания на термическую стойкость

Минимальное сечение, устойчивое к токам КЗ

F_min=, (1.40)

где F_min — минимальное сечение, устойчивое к токам КЗ, мм²;

t_откл — время отключения кабеля при КЗ, с;

t_откл=0,12 с [5]

Т_а — постоянная затухающая для апериодического тока КЗ, с;

Т_а=0,01 с [5]

с — постоянный коэффициент;

с=85 [5]

F_min= мм Условие проверки на термическую стойкость к токам КЗ F_min<35, значит кабель, устойчив к токам КЗ.

1.11.4 Проверка выбранного сечения кабеля по потерям напряжения

?U=, (1.41)

где ?U — потери напряжения, %;

l — длина кабельной линии, км

?U=

Условие проверки? U д выполняется, т. к. 0,084%<5%.

Окончательно выбираем кабель АСБ (335).

1.12 Выбор выключателя и выключателя нагрузки

1.12.1 Выбор вакуумного выключателя

Таблица 1.8

Выбираем BB/TEL-6−4/400-У2

1.12.2 Выбор выключателя нагрузки

Для коммутации электрических цепей в номинальном режиме перегрузки используется выключатель нагрузки, имеющий облегченную конструкцию дугогасительной камеры и меньшую стоимость.

Таблица 1.9

Выбираем ВНПу-6/80−17УЗ где П — пружинный у — с усиленной контактной схемой;

УЗ — климатическое исполнение Выбираем предохранитель ПК-101−6-10−31.5−40УЗ [6]

Таблица 1.10

Произведенный расчет выполнен в соответствии с действующими нормативными документами и инструкциями по ПТЭ и ПТБ.

2. Расчет защитного заземления и заземляющих устройств

Заземляющим устройством называют совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлителем называют металлический проводник или группу проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей. Заземляющими проводниками называют металлические проводники, соединяющие заземляемые части электроустановок с заземлителем.

Заземляющие устройства должны удовлетворять требованиям обеспечения безопасности людей и защиты электроустановок, а также обеспечения эксплуатационных режимов работы. Все металлические части электрооборудования и электроустановок, которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции, заземляют. Каждый элемент установки, подлежащий заземлению, присоединяют к заземлителю или к заземляющей магистрали с помощью отдельного заземляющего проводника.

Сопротивление заземляющего устройства согласно ПУЭ не должно превышать 4 Ом, а в электроустановках с суммарной мощностью параллельно работающих генераторов и трансформаторов 100 кВА и ниже оно не должно быть больше 10 Ом. Расчет заземляющих устройств сводится главным образом к расчету собственно заземлителя, т.к. заземляющие проводники в большинстве случаев принимаются по условиям механической прочности и устойчивости к коррозии. Исключение составляют лишь установки с выносным заземляющим устройством. В этих случаях рассчитывают последовательно сопротивление соединительной линии и сопротивление заземлителя, чтобы суммарное не превышало расчетного.

2.1 Расчет сопротивления заземлителя

Устанавливается необходимое по ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства R_з. Если заземляющее устройство является общим для нескольких электроустановок, то расчетным сопротивлением заземляющего устройства является наименьше из требуемых.

(2.1)

где расчетное напряжение на заземляющем устройстве принято равным 125 В, т.к. заземляющее устройство используется также для установок подстанции до 1000 В.

I=42 А — наибольший ток через заземление при замыкании на землю со стороны 6 кВ.

Ом Согласно ПУЭ R_з4 Ом; 2,974

2.2 Заземляющие устройства

Заземляющее устройство выполним в виде контура, проложенного на глубине 0,7 м, состоящего из вертикальных электродов диаметром 20 мм длиной 2 м и приваренных к их верхним концам горизонтальных электродов из стали диаметром 20 мм на расстоянии друг от друга 4 м.

Общая длина полосы l= м, предварительное количество стержней 46.

2.3 Расчет удельного сопротивления грунта

Определения удельного сопротивления грунта с учетом повышающих коэффициентов, учитывающих высыхание грунта летом и промерзание его зимой.

С_расч=к_с•с, (2.2)

где с_расч — расчетное удельное сопротивление грунта, Ом•м;

с — удельное сопротивление грунта, измеренное при нормальной влажности, Ом•м;

с=100 Ом•м для суглинка [6]

к_с — коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта;

к_с=1,15−1,45 — для вертикальных электродов [6]

к_с=2,0−3,5 — для горизонтальных электродов [6]

2.3.1 Расчетное удельное сопротивление грунта для вертикальных электродов

с_расч.в=1,25•100=125 Ом•м

2.3.2 Расчетное сопротивление грунта для горизонтальных электродов

с_расч.г=3•100=300 Ом•м

2.4 Сопротивление растекания одного вертикального электрода

(2.3)

где r_в — сопротивление одного вертикального заземлителя, Ом;

l — длина заземлителя, м;

d — диаметр электрода, м;

t — глубина заложения, равная расстоянию от поверхности земли до середины заземлителя, м

Ом Определяется необходимое количество стержней.

(2.4)

где n_в — количество вертикальных стержней;

?_в — коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящих от расстояния между ними а, их длины l и количества [7]

?_в=0,55 для а/l=2 и n=46

Определяется сопротивление горизонтальных заземлителей

(2.5)

где l — длина полосы, м

r_г= Ом Определяется сопротивление полосы в контуре

(2.6)

где з_г — коэффициент использования соединительной полосы в контуре из вертикальных электродов; [7]

з_г=0,29 при а/l=2 и n=46

Ом

Определятся необходимое сопротивление вертикальных заземлителей

Ом

2.5 Уточнение количества стержней

Т.о. окончательно принимаем n^ґ_в=42.

Произведенный расчет выполнен в соответствии с действующими нормативными документами и инструкциями по ПТЭ и ПТБ ООО «Пальмира».

3. Тепловые расчеты

3.1 Определение теплопотерь через ограждения цеха по производству хлебобулочных изделий

3.1.1 Определение теплопотерь через наружные стены

В данной работе при определении тепловых потерь через наружные стены рассматриваем участок цеха по производству хлебобулочных изделий. Здание цеха является одноэтажным. Расчетную температуру наружного воздуха принимаем равной t_нар=-22⁰С; расчетную температуру воздуха внутри помещения принимаем равной t_вн=25⁰С.

Боковые наружные стены помещения изготовлены из кирпича на тяжелом растворе; с внутренней стороны стены покрыты известковой штукатуркой, с внешней — цементной штукатуркой.

_нар=0,025 м _нар=1,16 Вт/(м⁰С)

_к=0,64 м _к=0,81 Вт/(м⁰С)

_вн=0,015 м _вн=0,7 Вт/(м⁰С) Степень черноты наружной поверхности =0,9.

Высота здания h=7 м. Скорость ветра W=15 м/с.

Термическое сопротивление многослойной стенки

(3.1)

Термическое сопротивление у внутренней поверхности стенки Принимаем температуру внутренней поверхности стенки t_вн.ст=7,416 ⁰С При внутренней температуре имеем следующие физические свойства воздуха: t_вн=25⁰С — Число Прандтля Pr=0,7036.

Коэффициент кинематической вязкости воздуха =14,79•10^-6 м²/⁰С.

Коэффициент теплопроводности воздуха =2,566•10^-2 Вт/(м⁰С).

Критерий Грасгофа:

(3.2)

где _в-коэффициент объемного расширения воздуха

_в=1/(273+t_вн)

t — перепад температур t=t_вн — t_вн.ст

l=h — высота здания Произведение критерия Грансгофа на число Прандтля равно:

При (Gr•Pr)10⁹ имеем турбулентный режим.

Определим конвективный коэффициент теплоотдачи при естественной циркуляции воздуха

(3.3)

где h — высота здания.

Термическое сопротивление на внутренней поверхности стенки

(3.4)

Термическое сопротивление на наружной поверхности здания Коэффициент теплоотдачи

_нар=_к.нар+_л, (3.5)

где _к.нар — конвективный коэффициент теплоотдачи

_л — коэффициент теплоотдачи излучением Пусть температура наружной поверхности стены t_нар.ст= - 21.164 ⁰С

_к=f (Re)

Критерий Рейнольдса:

Re = (W•L)/, (3.6)

где W — скорость ветра, W=15 м/с;

L — высота здания, L=7 м.

Физические свойства воздуха при t_нар= - 22⁰С:

коэффициент кинематической вязкости воздуха =11,704•10^-6 м²/с;

коэффициент теплопроводности воздуха =2,264•10^-2 Вт/(м²•С).

Число Прандтля Pr=0,7174

(3.7)

(3.8)

(3.9)

При Re > 5•10⁵ критерий Нуссельта можно определить по формуле:

где С=5,7 Вт/(м²К⁴) — коэффициент излучения абсолютно — черного тела

=0,9 — степень черноты стены.

Проверка температуры наружной и внутренней поверхности стенки

R=R_вн+R+R_нар

R=0,28+0,8331+0,024=1,138 (м²•С)/Вт

Температура наружной поверхности стенки

t_нар.п=t_нар+((t_вн-t_нар)•R_нар)/R

t_нар.п=-22+((25+22)•0,024)/1,138=-21,177⁰С

t — расхождение в заданной и полученной температуре не превышает 0,5⁰С, следовательно дальнейших приближений делать не надо.

t_вн.п=t_вн — ((t_вн — t_нар)•R_вн)/R

t_вн.п=25 — ((25+22)•0,28)/1,138=7,404⁰С

t — расхождение в заданной и полученной температуре не превышает 0,5 ⁰С, следовательно дальнейшие приближения делать не надо.

Общие теплопотери для цеха

Q=(F•t)/R

где F — поверхность боковых стен цеха, соприкасающихся с наружным окружающим воздухом; F=519,345 м²

t — перепад температур; t=25 — (-22)=47 ⁰С

R — общее термическое сопротивление; R=1,138 (м²•С)/Вт

Q=(519,345•47)/1,138=17 798,29 Вт Общие теплопотери через стены цеха составляют Q_ст=17 798 кВт

3.2 Расчет теплопотерь через окна

3.2.1 Термическое сопротивление воздушной прослойки

В данном случае мы имеем дело с трехслойной плоской стенкой. Два слоя стекла имеют толщину 1,5 мм. Ввиду весьма малой толщины стекол их термическим сопротивлением пренебрегаем, а учитываем только воздушную прослойку, толщина которой =0,08 м. Ради облегчения расчета сложный процесс конвективного теплообмена в воздушной прослойке заменяется на элементарное явление теплопроводности, вводя при этом понятие эквивалентного коэффициента теплопроводности _экв.

Если разделить _экв на коэффициент теплопроводности воздуха, то получим безразмерную величину =_экв/, которая характеризует собой влияние конвекции и называется коэффициентом конвекции.

=f (Gr•Pr)

Критерий Грасгофа где _в-коэффициент объемного расширения воздуха

_в=1/(273+t_ср)

t — перепад температур t=t_вн.п — t_нар.п

=0,08 м — толщина воздушной прослойки

g=9,81 м/с² — ускорение свободного падения Допустим, что температура наружной поверхности окна t_нар.п= - 20,938 ⁰С, а температура внутренней поверхности окна t_вн.п=4,115 ⁰С, тогда средняя температура воздушной прослойки.

t_ср=0,5 (t_нар.п+ t_вн.п)=0,5 (-20,938+4,115)= - 8,4115 ⁰С При этой температуре физические свойства воздуха:

коэффициент теплопроводности воздуха =2,373•10^-2 Вт/(м⁰•С) коэффициент кинематической вязкости воздуха =12,57•10^-6 м²/с Число Прандтля Pr=0,7112

Произведение критерия Грасгофа на число Прандтля равно:

При (Gr•Pr)10³

(3.10)

Эквивалентный коэффициент теплопроводности воздушной прослойки

_экв=6,89•2,373•10^-2=0,163 Вт/(м⁰•С) Термическое сопротивление воздушной прослойки

R_пр=/_экв

R_пр=0,08/0,163=0,49 (м²•⁰С)/Вт

3.2.2 Термическое сопротивление у внутренней поверхности окна

Внутри здания всегда наблюдается естественная циркуляция воздуха. Известно, что конвективный коэффициент теплоотдачи при естественной циркуляции воздуха:

_к.вн=f (Gr•Pr)

Найдем эти критерии при температуре воздуха в помещении t_вн=25⁰С и высоте окна l=3 м.

Критерий Грасгофа где _в-коэффициент объемного расширения воздуха

_в=1/(273+t_вн)

t — перепад температур t=t_вн — t_вн.п

l=3 м — высота окна При температуре t_вн=25⁰С коэффициент кинематической вязкости воздуха

=14,79•10^-6 м²/с Ускорение силы тяжести g=9,81 м/с²

Критерий Прандтля при t_вн=25⁰С равен Pr=0,7036

Произведение критерия Грасгофа на число Прандтля равно:

При (Gr•Pr)10⁹ имеем турбулентный режим Определим конвективный коэффициент теплоотдачи при естественной

(3.11)

где l — высота окна.

Коэффициент теплопроводности воздуха при t_вн=25⁰С =2,566•10^-2 Вт/(м²•⁰С) Термическое сопротивление на внутренней поверхности стенки

3.2.2 Термическое сопротивление на наружной поверхности здания

Коэффициент теплоотдачи

_нар=_к.нар+_л

где _к.нар — конвективный коэффициент теплоотдачи

_л — коэффициент теплоотдачи излучением Пусть температура наружной поверхности стены t_нар.ст= - 20.938 ⁰С

_к=f (Re)

Критерий Рейнольдса:

Re =(W•L)/

где W — скорость ветра, W=15 м/с

L — высота окна, L=3 м Физические свойства воздуха при t_нар= - 22⁰С:

коэффициент кинематической вязкости воздуха =11,704•10^-6 м²/с коэффициент теплопроводности воздуха =2,264•10^-2 Вт/(м²•С) Число Прандтля Pr=0,7174

При Re > 5×10⁵ критерий Нуссельта можно определить по формуле:

где С=5,7 Вт/(м²•К⁴) — коэффициент излучения абсолютно — черного тела =0,937 — степень черноты гладкого стекла

3.2.3 Проверка наружной и внутренней поверхности окна

Общее термическое сопротивление

R=R_вн+R+R_нар

R=0,252+0,49+0,021=0,763 (м²•С)/Вт Температура наружной поверхности стенки

t_нар.п=t_нар+((t_вн-t_нар)•R_нар)/R

t_нар.п=-22+((25+22)•0,021)/0,763=-20,927 ⁰С

t — расхождение в заданной и полученной температуре не превышает 0,5⁰С, следовательно дальнейших приближений делать не надо.

t_вн.п=t_вн — ((t_вн — t_нар)•R_вн)/R

t_вн.п=25 — ((25+22)•0,252)/0,763=4,12 ⁰С

t — расхождение в заданной и полученной температуре не превышает 0,5 ⁰С, следовательно дальнейшие приближения делать не надо.

3.2.4 Общие теплопотери для цеха

Q=(F_ок •t)/R

где F_ок — поверхность окон цеха; F_ок=90 м²

t — перепад температур; t=25 — (-22)=47 ⁰С

R — общее термическое сопротивление; R=1,138 (м²•С)/Вт

Q=(90•47)/0,763=4600,26 Вт Общие теплопотери через окна цеха составляют Q_ок=4,6 кВт

3.3 Расчет теплопотерь через потолок

Потолок изготовлен из бетонных плит, покрытых сверху двойным слоем рубероида на битумной мастике.

Для бетонной плиты коэффициент теплопроводности ₁=1,28 Вт/(м•⁰С), толщина ₁=300 мм. Для битумной мастики ₂=0,23 Вт/(м•⁰С), ₂=2 мм.

Для рубероида ₃=0,174 Вт/(м•⁰С), ₃=4 мм.

Степень черноты наружной поверхности =0,9, скорость ветра W=15 м/с;

Температура наружного воздуха t_нар=-22⁰С, температуру воздуха под чердачным перекрытием принимаем на 3⁰С выше, чем в рабочей зоне (t_раб=25⁰С) t_вн=28 ⁰С.

3.3.1 Термическое сопротивление многослойной стенки