Проектирование системы электроснабжения главного цеха завода по производству пеностекла

• Аннотация
• Перечень сокращений
• Введение
• 1. Исходные данные на проектирование
• 2. Расчет электрических нагрузок
• 2.1 Расчёт электрических нагрузок силового оборудования
• 2.2 Определение расчётных нагрузок с учётом однофазных приёмников
• 2.3 Расчёт электрических нагрузок осветительной сети
• 2.4 Разделение потребителей на группы
• 2.5 Определение пиковых токов групп потребителей
• 3. Выбор мощности компенсирующих устройств
• 4. Проектирование трансформаторной подстанции
• 4.1 Общие сведения о трансформаторных подстанциях и силовых трансформаторах
• 4.2 Проектирование подстанции
• 4.3 Выбор числа трансформаторов
• 4.4 Выбор типа и мощности силового трансформатора
• 5. Устройство и конструктивное исполнение цеховой электрической цепи
• 5.1 Выбор схемы цеховой электрической сети
• 5.2 Конструктивное исполнение цеховой электрической сети
• 6. Выбор и проверка сечений проводников силовой сети
• 7. Расчет токов короткого замыкания
• 8. Выбор коммутационно-защитной аппаратуры
• 9. Выбор конструкции РУ 0,4 кВ
• 10. Проектирование освещения
• 10.1 Системы и виды освещения
• 10.2 Выбор источников света
• 10.3 Расчёт освещения
• 10.4 Электроснабжение осветительных установок
• 11. Заземление и защитные меры безопасности
• 11.1 Расчет заземляющих устройств
• 11.2 Расчет заземлителей
• 12. Молниезащита
• 13. Защита от перенапряжения
• 14. Охрана труда и экологическая безопасность
• 15. Технико-экономические расчеты
• Заключение
• Библиографический список

Аннотация

Пояснительная записка содержит 118 страницы машинописного текста, 26 рисунков, 33 таблицы, 64 формул и библиографический список из 17 работ и 11 ссылок на ресурсы интернета.

В данном дипломном проекте рассмотрены вопросы проектирования системы электроснабжения главного цеха завода по производству пеностекла. Заданы описание и характеристики электроприемников. Выполнен выбор мощности ТП (трансформаторной подстанции) на основании технико-экономических расчетов, напряжения, режима нейтрали, схемы прокладки силовой электрической сети, расчет токов короткого замыкания и в соответствии с этим осуществлен подбор защитной аппаратуры, расчёт освещения, сечений и числа проводников, а также компенсируемой мощности. Решены вопросы заземления и молниезащиты.

Отдельным пунктом является проектирование освещения. В светотехническом разделе решаются следующие задачи: выбираются типы источников света и светильников, намечаются наиболее целесообразные высоты установки светильников и их размещение, определяются качественные характеристики осветительных установок. Электрическая часть проекта освещения включает в себя выбор схемы питания осветительных установок, рационального напряжения, сечения и марки проводов, способов их прокладки.

Перечень сокращений

СЭС — система электроснабжения;

ЦТП — цеховая трансформаторная подстанция;

ТП — трансформаторная подстанция;

АД — асинхронный двигатель;

КЗ — короткое замыкание;

ХХ — холостой ход;

ПУЭ — правила устройства электроустановок;

НН — низкое напряжение;

ВН — высокое напряжение;

ШС — шкаф силовой;

ПВ — продолжительность включения;

ТЭР — технико-экономический расчёт;

КСС — кривая силы света;

СНиП — строительные нормы и правила;

СН — санитарные нормы;

РУ — распределительное устройство;

КТП — комплектная трансформаторная подстанция;

ПП — понизительная подстанция

Задача электроснабжения промышленных предприятий возникла одновременно с широким внедрением электропривода в качестве движущей силы различных машин и механизмов и строительством электростанций. В настоящее время большинство потребителей получает электроэнергию от энергосистем. По мере развития электропотребления усложняются и системы электроснабжения промышленных предприятий. В них включаются сети высоких напряжений, распределительные сети, а в ряде случаев и сети промышленных ТЭЦ. При этом электроэнергия должна обладать соответствующим качеством. Основными показателями качества электроэнергии являются стабильность частоты и напряжения, синусоидальность напряжения и тока и симметрия напряжения. От качества электроэнергии зависит качество выпускаемой продукции и ее количество.

Электроснабжением называют обеспечение потребителей электроэнергией, системой электроснабжения — совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электроэнергией. Объект электроснабжения в данной работе — главный цех завода по производству пеностекла. Технология производства пеностекла включает в себя: подготовку стеклянного порошка заданной гранулометрии, введение и размешивание добавок пенообразователя, вспенивание смеси при повышенной температуре с получением блоков, отжиг и механическую обработку блоков пеностекла. Технология предусматривает поточное производство с высоким уровнем механизации и автоматизации, отсутствие промышленных отходов и выделений вредных веществ.

При двухстадийном способе блоки пеностекла после завершения вспенивания извлекают из форм и направляют на отжиг и охлаждение в печь отжига, аналогичную печам для стеклоизделий. Этот способ требует меньшего числа форм, облегчает автономное регулирование температурного режима вспенивания, улучшает условия отжига пеностекольного блока.

Для расчета большое значение имеет изучение технологического цикла, состава электрооборудования, его особенностей. Важным в вопросе электроснабжения, способе прокладки кабелей являются также особенности архитектурного плана цеха.

Требования, предъявляемые к электроснабжению предприятий, в основном зависят от потребляемой ими мощности и характера электрических нагрузок, особенностей технологии производства, климатических факторов. При построении схем электроснабжения необходимо учитывать специфические особенности работы отдельных цехов, их технологических процессов, в частности, режимов работы, наиболее ответственных агрегатов, обеспечивающих протекание технологических процессов. Разработка основных положений проекта электроснабжения должна производиться одновременно с разработкой проекта строительной части. В строительной части учитываются возможности прокладки в производственных помещениях кабелей различных напряжений, размещения трансформаторов и электрических аппаратов.

1. Исходные данные на проектирование

В главном цехе завода располагается электрооборудование для обеспечения технологического цикла, представленное в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Мощность и количество электропотребителей цеха

Важное значение при оптимизации производства, рациональной расстановке оборудования, проектировании освещения (как рабочего, так и аварийного) имеет архитектурный план цеха. От расстановки оборудования зависят пути эвакуации сотрудников при чрезвычайных ситуациях, которые в свою очередь определяют проектирование аварийного освещения.

Территория цеха, на которой непосредственно выполняется производственный процесс представляет собой прямоугольное помещение площадью 3283 м². Потолок высотой 8 м держится на колоннах.

В боковой стене имеются оконные проемы на высоте 1.5 м и 4 м для естественного освещения и вентиляции помещения.

Рис. 1.1. Архитектурный план завода Рис. 1.2. Главный цех завода по производству пеностекла: 1.Окно. 2. Колонна. 3. Главный цех

2. Расчет электрических нагрузок

2.1 Расчёт электрических нагрузок силового оборудования

освещение трансформаторный подстанция электрический

Первым этапом проектирования системы электроснабжения является определение электрических нагрузок. По значению электрических нагрузок выбирают и проверяют электрооборудование системы электроснабжения, определяют потери мощности и электроэнергии. От правильной оценки ожидаемых нагрузок зависят капитальные затраты на систему электроснабжения, эксплуатационные расходы, надежность работы электрооборудования.

При проектировании системы электроснабжения и анализе режимов ее работы потребители электроэнергии (отдельный приемник электроэнергии, группа приемников, цех или завод в целом) рассматривают в качестве нагрузок. Различают следующие виды нагрузок: активная и реактивная мощности Р, Q, полная мощность S, ток I.

В практике проектирования систем электроснабжения применяют различные методы определения электрических нагрузок.

Определение расчетной силовой нагрузки по установленной мощности и коэффициенту спроса является приближенным методом расчета и поэтому его применение рекомендуется для предварительных расчетов нагрузок.

В данном случае этот метод выбран как наиболее простой и удобный для определения расчетной нагрузки в целом.

Для определения расчетных нагрузок по этому методу необходимо знать установленную мощность P_ном группы приемников, коэффициент мощности соs и коэффициент спроса k_с данной группы, определяемые по справочным материалам [1]:

Таблица 2.1. Коэффициенты приведения

Расчетная нагрузка (активная и реактивная) приемников определяется из соотношений [2]:

(2.1)

где Р_н — номинальная мощность приемников цеха;

к_с — средний коэффициент спроса;

tg — соответствующий характерному для приемников данного цеха средневзвешенному значению коэффициента мощности.

Расчет электрических нагрузок сведём в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

2.2 Определение расчётных нагрузок с учётом однофазных приёмников

На промышленных предприятиях наряду с трёхфазными приёмниками электроэнергии имеют место стационарные и передвижные приёмники однофазного тока, подключаемые на фазное или линейное напряжение.

; (2.3)

(2.4)

(2.5)

2.3 Расчёт электрических нагрузок осветительной сети

Расчетная нагрузка Р_р питающей осветительной сети определяется умножением установленной мощности P_уст, ламп на коэффициент спроса К_с, а для металлогалогенных ламп умножением на коэффициент К_пра, учитывающий потери мощности в пускорегулирующей аппаратуре (ПРА):

(2.6)

где К_с=1 для групповой сети и всех звеньев сети аварийного освещения, для мелких производственных зданий, торговых помещений, наружного освещения; К_с=0,95 — для производственных зданий, состоящих из отдельных крупных пролетов; К_с=0,9 — для библиотек, административных зданий и предприятий общественного питания; К_с =0,8 — для производственных зданий, состоящих из большого числа отдельных помещений; К_с = 0,6 — для складских зданий и электростанций, состоящих из большого числа отдельных помещений; К_пра=1,1 — для ламп типов ДРЛ и ДРИ; К_пра = 1,2 — для люминесцентных ламп со стартерными схемами включения; К_пра = 1,3 — 1,35 — для люминесцентных ламп с бесстартерными схемами включения.

В случае с лампами ДРИ необходимо производить расчёт согласно формуле (2.3)

2.4 Разделение потребителей на группы

Для удобства электроснабжения приёмники электрической энергии разбивают на группы, от того насколько качественно этот вопрос будет решён зависит надёжность, удобство канализации и эксплуатации цеховых сетей. В нашем случае разделение будет осуществляться в зависимости от расположения оборудования и технологического процесса.

На заводе по переработке пеностекла находится 125 единиц оборудования, которые можно разбить на 6 групп.

Расчётная активная и реактивная нагрузки для каждой из шести групп составят:

(2.7)

(2.8)

Результаты сведём в таблицу 2.3.

Таблица 2.3. Групповые мощности потребителей

2.5 Определение пиковых токов групп потребителей

При проектировании систем электроснабжения в качестве пиковой нагрузки рассматривают пиковый ток.

Пиковый ток группы приемников, работающих при отстающем токе, определяют как арифметическую сумму наибольшего из пусковых токов двигателей, входящих в группу, расчетного тока всей группы приемников за вычетом расчетного тока двигателя, имеющего наибольший пусковой ток:

п.max+(Iр- (2.9)

где Iп. max — наибольший из пусковых токов двигателей группы приемников, определяемый по паспортным данным; I_р — расчетный ток группы приемников; k_{и, а} — коэффициент использования, характерный для двигателя, имеющего наибольший пусковой ток; i_ном.mах — номинальный ток двигателя (приведенный к ПВ = 1) с наибольшим пусковым током. В качестве наибольшего пикового тока одного приемника принимают: для двигателей — пусковой ток, для печных и сварочных трансформаторов — пиковый ток, которые принимают по паспортным данным. При отсутствии паспортных данных пусковой ток асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и синхронных двигателей принимают равным 5-кратному номинальному току, пусковой ток двигателей постоянного тока и асинхронных двигателей с фазным ротором—2—2,5-кратному номинальному, пиковый ток печных и сварочных трансформаторов— не менее 3-кратного номинального (Iпик=3*Iном).

При самозапуске группы двигателей в качестве пускового тока принимают сумму пусковых токов этих двигателей.

Пиковые токи имеют важное значение при выборе средств защиты. Определять их будем в соответствие со следующим алгоритмом [2]:

1. Определяем эффективное число приемников в двух группах; это обусловливается тем, что все потребители разбиты на две группы и будут питаться от двух силовых шкафов (силовые шкафы имеют по восемь ячеек, шесть из которых используются, а две находятся в резерве):

(2.10)

Результаты сведём в таблицу 2.4.:

Таблица 2.4. Эффективное число приёмников в группах электрооборудования

2. Находим групповые коэффициенты использования:

(2.11)

;

;

;

;

;

.

3. Расчетные токи групп приемников, подключенных к силовым пунктам, составят:

= (2.12)

где К_{м, а} — коэффициент максимума, определенный по кривым рис. 2.1 в зависимости от n_эф и К_и. В нашем случае К_{м, а}=1.

Рис2.2. График зависимости К_макс от К_и и n_эф

4. Определяем пусковой ток для каждого двигателя и печи по формуле:

где k_п— кратность пускового тока.

Результаты вычислений занесем в таблицу 2.5 для первой и второй групп соответственно.

Таблица 2.4. Расчётные, пусковые и пиковые токи групп приёмников

3. Выбор мощности компенсирующих устройств Большая часть промышленных электроприемников в процессе работы кроме активной мощности потребляют и реактивную мощность. Для уменьшения потерь и компенсации реактивной мощности применяют компенсирующие устройства.

В зависимости от вида используемого оборудования нагрузка подразделяется на активную, индуктивную и емкостную. Наиболее часто потребитель имеет дело со смешанными активно-индуктивными нагрузками. Соответственно, из электрической сети происходит потребление как активной, так и реактивной энергии.

Реактивный ток дополнительно нагружает линии электропередачи, что приводит к увеличению сечений проводов и кабелей и соответственно к увеличению капитальных затрат на внешние и внутриплощадочные сети. Реактивная мощность наряду с активной мощностью учитывается поставщиком электроэнергии, а следовательно, подлежит оплате по действующим тарифам, поэтому составляет значительную часть счета за электроэнергию (Рис. 10.1).

Потребление предприятием полной мощности с учётом и без учёта компенсации реактивной энергии.

Наиболее действенным и эффективным способом снижения потребляемой из сети реактивной мощности является применение установок компенсации реактивной мощности (конденсаторных установок).

Использование конденсаторных установок позволяет:

— разгрузить питающие линии электропередачи, трансформаторы и распределительные устройства;

— снизить расходы на оплату электроэнергии;

— при использовании определенного типа установок снизить уровень высших гармоник;

— подавить сетевые помехи, снизить несимметрию фаз;

— сделать распределительные сети более надежными и экономичными.

На практике коэффициент мощности после компенсации находится в пределах от 0,93 до 0,99.

Для предприятий с изменяющейся потребностью в реактивной мощности постоянно включенные батареи конденсаторов не приемлемы, т. к. при этом может возникнуть режим недокомпенсации или перекомпенсации. В этом случае конденсаторная установка оснащается специализированным контроллером и коммутационно-защитной аппаратурой. При отклонении значения сos от заданного значения контроллер подключает или отключает ступени конденсаторов. Преимущество централизованной компенсации заключается в следующем: включенная мощность конденсаторов соответствует потребляемой в конкретный момент времени реактивной мощности без перекомпенсации или недокомпенсации.

Передача значительного количества реактивной мощности из энергосистемы к потребителям нерациональна по следующим причинам: возникают дополнительные потери активной мощности и энергия во всех элементах системы электроснабжения, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью, и дополнительные потери напряжения в питающих сетях.

Компенсация реактивной мощности с одновременным улучшением качества электроэнергии непосредственно в сетях промышленных предприятий является одним из основных направлений сокращения потерь электроэнергии и повышения эффективности электроустановок предприятий.

Ввод источника реактивной мощности приводит к снижению потерь в период максимума нагрузки в среднем на 0,081 кВт/кВар. В настоящее время степень компенсации в период максимума нагрузки составляет 0,25 кВар/кВт, что значительно меньше экономически целесообразной компенсации, равной 0,6 кВар/кВт. Поэтому решение этой проблемы даст большой экономический эффект. Следует отметить, что с точки зрения экономии электроэнергии и регулирования напряжения компенсацию реактивной мощности наиболее целесообразно осуществлять у ее потребителей.

Для реализации задачи компенсации реактивной мощности на стороне 0,4 кВ рекомендуется использовать конденсаторные установки типа УК, УКМ58, УКМ70 и УКМФ71, на стороне 6,3 и 10,5 кВ — установки типа УКЛ (П)-56. Данные конденсаторные установки являются наиболее адаптированными к требованиям российских энергосетей и потребителей. На протяжении длительного срока эксплуатации они зарекомендовали себя как качественное, надежное оборудование, позволяющее решать любые задачи компенсации реактивной мощности.

В зависимости от типоисполнения установки изготавливаются в различном конструктивном исполнении и комплектации.

Преимущества установок обуславливаются использованием:

— самовосстанавливающихся сегментированных конденсаторов, что обеспечивает их надежность, долговечность и низкую стоимость при профилактических и ремонтных работах;

— специальных контакторов опережающего включения, увеличивающих срок службы контакторов;

— специальных контроллеров нескольких типов, обеспечивающих автоматическое регулирование cosф, в том числе с возможностью передачи данных на PC и возможностью контроля в сети высших гармоник тока и напряжения;

— индикации при неисправностях;

— фильтра высших гармонических;

— устройства терморегуляции;

— эмалевой или порошковой окраски (по желанию заказчика).

Расшифровка цифробуквенного кода регулируемой конденсаторной установки низкого напряжения.

Назначение: для повышения коэффициента мощности электрооборудования промышленных предприятий и распределительных сетей на напряжение 0,4 кВ частоты 50 Гц путем автоматического регулирования реактивной мощности.

Установки предназначены для эксплуатации в регионах с умеренным климатом в закрытых помещениях (вид климатического исполнения У3 по ГОСТ 156 150–69). При этом номинальные значения климатических факторов внешней среды составляют:

· верхнее значение температуры окружающего воздуха — 40 °C;

· нижнее рабочее значение температуры окружающего воздуха — минус 20 °C;

Степень защиты — IP21 по ГОСТ 14 254–96.

Комплектуются конденсаторами типа КПС или конденсаторными блоками на основе конденсаторных элементов для конденсаторов типа КПС. Конденсаторы типа КПС и их элементы не содержат пропитывающей жидкости («сухие»), пожаро-взрывобезопасны.

Диэлектрическая система конденсатора выполнена на основе металлизированной полипропиленовой пленки, восстанавливающей свои диэлектрические свойства после местного пробоя диэлектрика (самовосстановление).

Конденсаторы типа КПС и их элементы удовлетворяют требованиям ГОСТ 1282–88 и МЭК 831—1,2. Конденсаторные установки комплектуются цифровыми микропроцессорными регуляторами реактивной мощности, осуществляющими регулирование по заданному значению cos и специальными магнитными пускателями.

Магнитные пускатели снабжены дополнительными контактами опережающего включения через токоограничивающие резисторы, увеличивающими срок службы магнитных пускателей и конденсаторных элементов. Электрическая износостойкость контактов магнитных пускателей составляет более 200 000 циклов, а частота включения — не более 120 циклов в час.

Аварийное отключение ступеней регулирования при перегрузке по току (при необходимости — и напряжению) обеспечивается регулятором реактивной мощности. Контроль токов конденсаторных установок производится одним или тремя амперметрами в зависимости от мощности.

Установки обеспечивают кабельный ввод сверху или снизу. Монтируются на вертикальные стены. Комплектуются конденсаторными блоками на основе конденсаторных элементов для конденсаторов типа КПС. Установка состоит из каркаса, съемных конденсаторных модулей и регулятора реактивной мощности. В состав съемного конденсаторного модуля входят конденсаторный блок, предохранители и магнитный пускатель.

Мощность КУ на стороне 0,38 кВ определим из выражения:

(10.1)

где — оптимальное значение ;

— расчетное значение .

Определим мощность компенсирующего устройства:

ц1=397/926=0,42, кВар.

кВар.

Выбираем компенсирующие устройства УКМ58−0,4−150−25 У3.

С учетом компенсации определим расчетную мощность.

кВа

S_р (до компенсации) = 1007,5 кВА

S_р (после компенсации) = 961 кВА

кВа

S_р (до компенсации) = 934,6 кВА

S_р (после компенсации) = 886,7 кВА С использованием выбранного компенсирующего устройства УКМ58−0,4−150−25 У3 удалось сократить потребление полной мощности на 7,5%.

Определим срок окупаемости данной установки:

мес. (10.2),

где — затраты на приобретение компенсирующей установки, руб;

— затраты на электроэнергию без компенсации, руб/мес;

— затраты на электроэнергию с учётом компенсации, руб/мес.

Рыночная стоимость установки УКМ70−0,4−150−25 У3 в ноябре 2011 года составляет 36 000 руб. Цена 1квар реактивной мощности в ноябре 2011 составляет для промышленных предприятий 2,972 руб. Согласно вышеуказанным данным можно произвести расчёт окупаемости данного устройства, принимая количество рабочих дней равным 28.

Из расчёта видно, что период окупаемости данной установки составляет чуть больше полугода, что свидетельствует о выгодности приобретения и установки компенсирующего устройства УКМ58−0,4−150−25 У3.

4. Проектирование трансформаторной подстанции

4.1 Общие сведения о трансформаторных подстанциях и силовых трансформаторах

Подстанцией называется электроустановка, состоящая из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительных устройств напряжением до 1000 В и выше, служащая для преобразования и распределения электроэнергии.

В зависимости от назначения подстанции выполняются трансформаторными (ТП) или преобразовательными (ПП).

Трансформаторные подстанции являются основным звеном системы электроснабжения. В зависимости от положения в энергосистеме, назначения, значения первичного и вторичного напряжения их можно подразделить на районные подстанции, подстанции промышленных предприятий, тяговые подстанции, подстанции городской электрической сети и т. д.

Конструктивно ЦТП подразделяют на внутрицеховые, которые размещают в многопролетных цехах; встроенные в контур цеха, но имеющие выкатку трансформаторов наружу; пристроенные к зданию; отдельно расположенные на территории предприятий, которые применяют при возможности размещения внутри цеховых, встроенных или пристроенных подстанций по условиям производства.

Трансформаторные подстанции должны размещаться вне цеха только при невозможности размещения внутри его или при расположении части нагрузок вне цеха. Внутрицеховые ТП, в том числе и КТП, применяют только в цехах I и II степени огнестойкости с нормальной окружающей средой (категории Г и Д по противопожарным нормам). [6]

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов для ЦТП промышленных предприятий должен быть технически и экономически обоснован, так как это оказывает существенное влияние на рациональное построение схем промышленного электроснабжения. При выборе числа и мощности силовых трансформаторов учитывают такие показатели, как надежность электроснабжения потребителей, потребная трансформаторная мощность. [12]

Выбор типа трансформаторов производится с учетом условий их установки, температуры окружающей среды и т. п. Основное применение на промышленных предприятиях находят двухобмоточные трансформаторы.

По конструктивному исполнению трансформаторы делят на масляные и сухие. В масляных трансформаторах активная часть (обмотки и магнитная система) помещается в бак, наполненный трансформаторным маслом. Активная часть сухих трансформаторов охлаждается непосредственно окружающим воздухом.

Трансформаторы сухого исполнения выпускаются в диапазоне мощностей от 10 до 1600 кВА, напряжения: ВН — 380, 500, 660, 10 000В; НН — 230 и 400 В.

Для ЦТП с высшим напряжением 6−20 кВ применяют масляные трансформаторы типов ТМ, ТМ3, сухие трансформаторы типа ТС3 (с естественным воздушным охлаждением) и трансформаторы типа ТН3 с негорючей жидкостью (совтол). Масляные трансформаторы цеховых ТП при Sном, т < 2500 кВА устанавливают на открытом воздухе и внутри зданий.

4.2 Проектирование подстанции

Проектируемая подстанция должна занимать минимум полезной площади цеха, удовлетворять требованиям электрической и пожарной безопасности и не должна создавать помех производственному процессу. Ограждение ЦТП следует применять в цехах, насыщенных оборудованием, или в цехах с интенсивным движением.

В нашем случае имеем помещение I степени огнестойкости с нормальной окружающей средой категории Г по противопожарным нормам.

Таким образом, спроектируем подстанцию, встроенную в контур цеха, с выкаткой трансформатора наружу для облегчения вывоза поврежденного трансформатора и ввоза складского резерва. Также в целях обеспечения безопасности производственного процесса, отсутствия помех для транспорта, и передвижения рабочих по площади цеха, следует выполнить подстанцию огражденной от основной рабочей площади цеха.

ЦТП следует располагать вблизи основного помещения цеха в целях экономии электрических проводов, кабелей и шин.

4.3 Выбор числа трансформаторов

Основными требованиями при выборе числа трансформаторов цеховых ТП являются надежность электроснабжения потребителей (учет категории приемников электроэнергии в отношении требуемой надежности), а также минимум приведенных затрат на трансформаторы с учетом динамики роста электрических нагрузок.

Выбор числа трансформаторов связан с режимом работы цеховой подстанции. Важными факторами, наиболее существенно влияющими на выбор номинальной мощности трансформатора и, следовательно, на его экономически целесообразный режим работы, являются температура охлаждающей среды в месте его установки и график нагрузки потребителя (изменения нагрузки в течение суток, недели, месяца, сезона и года). График нагрузки может быть таким, при котором по экономическим соображениям необходимо установить не один, а два трансформатора. Такие случаи, как правило, имеют место при плохом коэффициенте заполнения графика нагрузки (0,5 и ниже).

На данном участке цеха расположены потребители только третьей категории, которые могут получать питание от однотрансформаторной подстанции и допускающие перерыв электроснабжения для доставки складского резерва в случае выхода из строя трансформатора.

4.4 Выбор типа и мощности силового трансформатора

Мощность силовых трансформаторов выбирают с учетом экономически целесообразного режима работы и соответствующего обеспечения резервирования питания потребителей при отключении одного трансформатора и того, что нагрузка трансформаторов в нормальных условиях не должна (по нагреву) вызывать сокращения его естественного срока службы. Аппаратуру и ошиновку в цепях трансформаторов выбирают по расчетным параметрам с учетом установки в перспективе трансформаторов следующей по шкале ГОСТ номинальной мощности.

Номинальной мощностью трансформатора называют мощность, на которую он может быть нагружен непрерывно в течении всего своего срока службы (примерно 20 лет) при нормальных температурных условиях охлаждающей среды согласно ГОСТ 14 209–69 и 11 677−75 [6]:

а) температура окружающей среды должна быть равна 20^о С;

б) отношение потерь КЗ к потерям ХХ должно быть пятикратным (принимают наибольшее значение для обеспечения запаса по нагреву изоляции);

в) во время переходных процессов в течении суток наибольшая температура верхних слоев масла не должна превышать 95^о С и наиболее нагретой точки металла обмотки 140^о С.

Эти условия справедливы только для эквивалентной температуры окружающей среды, равной 20^о С.

Микроклимат на механическом участке нормальный, т. е. температура не превышает +30 °С, отсутствуют технологическая пыль, газы и пары, способные нарушить нормальную работу оборудования.

Исходными данными для выбора являются расчетные нагрузки соответствующего участка.

Для ориентировочного выбора мощности цеховых трансформаторов используют удельную плотность нагрузок, кВА/м² которую определяют для каждого цеха по соотношению:

= S_max/F, (4.1)

где S_max — расчетная нагрузка цеха; Fплощадь цеха.

В нашем случае:

На крупных энергоемких предприятиях при плотности нагрузок >0,3 кВА/м² применяют трансформаторы 1600−2500 кВА. Следовательно, для данного случая используется трансформатор мощностью менее 1600 кВА.

Номинальная мощность трансформатора ТП определяется по формуле

(4.2)

где К_з — коэффициент загрузки трансформатора.

Наивыгоднейшая загрузка цеховых трансформаторов зависит от категории надежности потребителей электроэнергии, от числа трансформаторов и способа резервирования. Рекомендуется принимать следующие коэффициенты загрузки трансформаторов:

— при преобладании нагрузок I категории для двухтрансформаторных ТП К_з=0,65−0,7;

— при преобладании нагрузок II категории для однотрансформаторных подстанций в случае взаимного резервирования трансформаторов на низшем напряжении К_з =0,7−0,8;

— при преобладании нагрузок II категории и наличии централизованного (складского) резерва трансформаторов, а также при нагрузках III категории К_з = 0,9−0,95.

В первых двух случаях значения коэффициентов загрузки трансформаторов определены из условия взаимного резервирования трансформаторов в аварийном режиме с учетом допустимой перегрузки оставшегося в работе трансформатора.

В данном случае расчетная мощность в соответствии с выше приведенными вычислениями равна S_p= 1942.1 кВА.

Правильное определение мощности цеховых трансформаторов производят на основании ТЭР.

Дополнительный выбор номинальной мощности трансформаторов делают с помощью графиков нагрузочной способности по ГОСТ 14 209–69. Если не принимать во внимание перегрузочную способность трансформатора, то можно завысить его номинальную мощность. Перегрузочную способность трансформатора определяют в зависимости от заданного графика нагрузки потребителя. Перегрузка трансформатора — нагрузка, при которой расчетный износ изоляции обмоток, соответствующий установившимся превышением температуры, превосходит износ, соответствующий номинальному режиму работы. Перегрузки трансформатора могут быть аварийными и систематическими.

Аварийная перегрузка трансформатора предусматривается в случае выхода из строя одного из трансформаторов. Так как в нашем случае имеется всего один трансформатор, то «наброса» на него дополнительной нагрузки не предусмотрено и расчет на аварийную перегрузку производить не нужно.

Номинальную мощность трансформаторов целесообразно определять с учетом их нагрузочной способности. Все силовые трансформаторы допускают систематические перегрузки, которые зависят от характера суточного графика нагрузки.

Для определения систематической перегрузки по суточному графику нагрузки потребителя устанавливается продолжительность максимума нагрузки t (ч) и коэффициент заполнения графика [2]:

(4.3)

где S_cp, S_макс— средняя и максимальная нагрузки трансформатора.

В нашем случае S_макс=1942.1 кВА, t=8 ч.

S_ср определяется при помощи коэффициента использования:

; (4.4)

; (4.5)

; (4.6)

Kз.гр.=0,57

По значениям k₃ и t определяется коэффициент кратности допустимой нагрузки (рис. 4.2.) [5]:

Рис. 4.2. Кривые кратностей допустимых нагрузок трансформаторов Определяем, что коэффициент кратности допустимой нагрузки k_н=1,12.

Тогда номинальную мощность трансформатора выбираем из следующих соображений:

. (4.7)

Определим значение допустимой перегрузки, возможной для трансформатора ежедневно в часы максимума нагрузки, по соотношению:

; (4.8)

S=961(1−0.57)0.3=123

Видно, что трансформатор может быть перегружен в течение 8 часов на 123 кВА.

В нашем же случае:

S1=961−860=101кВА S2=934−833=101кВА, а так как трансформаторы будут перегружаться на 101 кВА, то S_ном = 1000 кВА Для выбора типа трансформатора помимо его номинальной мощности, способа и места установки, климатических условий, необходимо также учесть напряжение, на котором работает оборудование.

На участке холодной штамповки прессового цеха с мощностями и приемниками, указанными выше, применяется переменный ток промышленной частоты с напряжением 380 В.

По справочным данным определяем, что наилучшим образом соответствует всем требованиям трансформатор ТСЗГЛ-160/10 — трехфазный трансформатор сухого защищенного исполнения.

В таблице 4.1. приведены его справочные данные.

Таблица 4.1.Справочные данные трансформатора ТСЗ-160/6

5. Устройство и конструктивное исполнение цеховой электрической цепи

5.1 Выбор схемы цеховой электрической сети

Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

· обеспечивать необходимую надежность электроснабжения приемников электроэнергии в зависимости от их категории;

· быть удобными и безопасными в эксплуатации;

· иметь оптимальные технико-экономические показатели (минимум приведенных затрат);

· иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа.

Схемы цеховых сетей делят на магистральные и радиальные. Линию цеховой электрической сети, отходящую от распределительного устройства низшего напряжения цеховой ТП и предназначенную для питания отдельных наиболее мощных приемников электроэнергии и распределительной сети цеха, называют главной магистральной линией (или главной магистралью). Главные магистрали рассчитывают на большие рабочие токи (до 6300 А); они имеют небольшое количество присоединений.

В ряде случаев в крупных цехах и рассредоточенными нагрузками применяют магистральные схемы с несколькими магистралями, питающимися от одного трансформатора. Цеховая ТП при этом должна иметь РУ низшего напряжения с числом линейных автоматических выключателей, равным числу присоединенных магистралей.

Распределительные магистрали предназначены для питания приемников малой и средней мощности, равномерно распределенных вдоль линий магистрали. Такие схемы выполняют с помощью комплектных распределительных шинопроводов серии ШРА на токи до 630 А. Питание их осуществляют от главных магистралей или РУ низшего напряжения цеховой подстанции.

Магистральные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения, обладают универсальностью и гибкостью (позволяют заменять технологическое оборудование без особых изменений электрической сети). Поэтому их применение рекомендуется во всех случаях, если этому не препятствуют территориальное расположение нагрузок, условия среды и технико-экономические показатели.

Радиальная схема электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, отходящих от РУ низшего напряжения ТП и предназначенных для питания небольших групп приемников электроэнергии, расположенных в различных местах цеха. Радиальные схемы электроснабжения применяют в тех случаях, когда невозможно применить магистральные схемы.

Распределение электроэнергии к отдельным потребителям при радиальных схемах осуществляют самостоятельными линиями от силовых пунктов, располагаемых в центре электрических нагрузок данной группы потребителей. Рекомендуется использовать как наиболее дешевые силовые пункты с предохранителями (типов СП, СПУ, ШРСУЗ). Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения. Однако они требуют больших затрат на электрооборудование и монтаж, чем магистральные схемы.

5.2 Конструктивное исполнение цеховой электрической сети

В зависимости от принятой схемы электроснабжения и условий окружающей среды цеховые электрические сети выполняют шинопроводами, кабельными линиями и проводами.

Магистральные сети выполняют открытыми, защищенными или закрытыми шинопроводами.

Открытые шинопороводы применяют, как правило, для магистралей, к которым непосредственно приемники электроэнергии не подключаются. Они выполняются алюминиевыми шинами, закрепленными на изоляторах, и прокладываются по фермам и колоннам цеха на недоступной высоте. Питание РП от открытых шинопроводов выполняют кабелем или проводом, проложенным в трубах. Такое исполнение сети характерно для литейных и прокатных цехов металлургических заводов, сварочных цехов механосборочных заводов, кузнечно-прессовых цехов.

Защищенный шинопровод представляет собой открытый шинопровод, огражденный, от случайного прикосновения к шинам и попадания на них посторонних предметов сеткой или коробом из перфорированных листов. В настоящее время широко используют закрытые шинопроводы, изготовляемые заводским способом. Такой шинопровод называют комплектным, так как он поставляется в виде отдельных сборных секций, которые представляют собой три или четыре шины, заключенные в оболочку и скрепленные самой оболочкой или изоляторами-клещами.

Для выполнения прямых участков линий служат прямые секции, для поворотов — угловые, для разветвлений — тройниковые и крестовые, для ответвлений — ответвительные, для присоединений — присоединительные, для компенсации изменения длины при температурных удлинениях— компенсационные и для подгонки длины — подгоночные. Соединение секций на месте их монтажа выполняют сваркой, болтовыми или штепсельными креплениями. Для главных магистралей выпускают комплектные шинопроводы типов ШМА73УЗ, ШМА73ПУЗ и ШМА68-НУЗ. Когда этому не препятствуют местные условия, магистральные шинопроводы крепят на высоте 3−4 м над полом помещения на кронштейнах или специальных стойках. Это обеспечивает небольшую длину спусков к распределительным магистралям, силовым РП или мощным приемникам электроэнергии.

Кабели применяют в основном в радиальных сетях для питания мощных сосредоточенных нагрузок или узлов нагрузок. При прокладке кабелей внутри зданий их располагают открытым способом по стенам, колоннам, фермам и перекрытиям, в трубах, проложенных в полу и перекрытиях, каналах и блоках.

Открытую прокладку кабелей внутри зданий выполняют бронированными и чаще небронированными кабелями без наружного джутово-битумного покрова (из условий пожароопасности). Трасса кабелей должна быть по возможности прямолинейной и удаленной от различных трубопроводов. Если прокладывают одиночный кабель по стенам и перекрытиям, то его крепят при помощи скоб. При прокладке нескольких кабелей применяют опорные конструкции заводского изготовления, собираемые из отдельных деталей — стоек и полок.

Наиболее распространенной в производственных помещениях является прокладка кабелей в специальных каналах, если в одном направлении прокладывают большое число кабелей. В этом случае в полу цеха сооружают канал из железобетона или кирпича, который перекрывают железобетонными плитами или стальными рифлеными листами. Кабели внутри канала укладывают на типовые сборные конструкции, установленные на боковых стенах.

Преимущества такой прокладки кабелей заключаются в защите их от механических повреждений, удобстве осмотра и ревизии в процессе эксплуатации, а недостатки — в значительных капитальных затратах.

Прокладка бронированных кабелей в каналах допустима в помещениях с любым характером среды.

В проекте будем рассматривать способ непосредственного распределения электроэнергии к приемникам: кабельный радиальный.

6. Выбор и проверка сечений проводников силовой сети

Выбор сечений проводов, жил кабелей и шин произведем по нагреву расчетным током.

По справочным данным в зависимости от расчетного тока определяют ближайшее большее стандартное сечение. Оно приводится для конкретных условий окружающей среды и способа прокладки проводов и кабелей в справочниках и ПУЭ.

Определим расчетный ток для каждого приёмника:

(6.1)

Результаты вычислений заносим в таблицу 5.1.

Должно соблюдаться следующее условие [2]:

Iдоп=Iр/Кн.с. (6.2)

При нормальных условиях прокладки k_н.с.=1.

Используя радиальный метод подведения электроэнергии необходимо определить сечение и тип кабеля для каждого электроприёмника.

Из [7, табл.1.3.7.] выбираем пятижильные силовые кабели с алюминиевыми и медными жилами с поливинилхлоридной изоляцией, с отсутствием защитных покровов поверх оболочки (АВВГ), для пятижильных данные аналогично трёхжильным с учётом коэф. 0,9

Результаты выбора заносим в таблицу 6.1.:

Таблица 6.1. Параметры питающих отдельные приёмники кабелей

7. Расчет токов короткого замыкания Расчёт токов КЗ позволяет получить необходимые данные для выбора электрооборудования СЭС, средств защиты и ограничения токов КЗ. При анализе режимов КЗ большое значение имеет определение вида короткого замыкания и его места. Различают следующие виды КЗ: трёхфазное или симметричное; двухфазное — две фазы соединяются между собой без соединения с землёй; однофазное — одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю. Все виды КЗ сопровождаются резким увеличением силы тока.

Основными причинами возникновения КЗ в сети могут быть повреждение изоляции отдельных частей электроустановок, неправильные действия обслуживающего персонала, т.д.

Электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения, должно быть устойчиво к токам КЗ. Основными причинами возникновения токов КЗ в сети могут быть: повреждение изоляции отдельных частей электроустановок, их перегрузка, неправильные действия обслуживающего персонала, т.д.