Проектирование системы электроснабжения ОАО «Тульский патронный завод»

проектирование системы электроснабжения ОАО «Тульский патронный завод»

• Введение
• 1. Выбор системы электроснабжения
• 1.1 Общие сведения о предприятии
• 1.2 Технологические данные
• 1.3 Оценка влияния внезапных перерывов электроснабжения на технологический процесс
• 1.4 Механизация процесса производства
• 1.5 Внутризаводской транспорт
• 1.6 Электрические нагрузки по цехам предприятия
• 1.7 Характеристика потребителей электроэнергии и их влияние на качество электроэнергии
• 1.8 Сведения о характере окружающей среды в цехе № 2
• 2. Электроснабжение предприятия
• 2.1 Электроснабжение цехов предприятия
• 2.2 Выбор источников питания и схемы электроснабжения цеха № 2
• 2.3 Выбор режима работы нейтрали электрической сети
• 2.4 Определение расчётных электрических нагрузок цеха
• 3. Расчёт системы электрического освещения
• 3.1 Светотехнический расчёт
• 3.1.1 Определение общей мощности установки Р_общ
• 3.1.2 Выбор напряжения и источников питания
• 3.1.3 Выбор мест ввода и установки щитков
• 3.1.4 Компоновка осветительной сети
• 3.1.5 Определение расчётных параметров осветительных щитков
• 4. Расчёт мощности трансформатора и выбор подстанции
• 4.1 Расчёт групп электроприёмников, подсоединённых к секциям I и II
• 4.2 Расчёт мощности трансформатора и выбор трансформаторной подстанции
• 5. Выбор сечений проводов и жил кабелей силовых приемников электроэнергии
• 5.1 Прокладка кабельных линий.
• 5.2 Выбор сечений проводов и жил кабелей силовых приемников электроэнергии
• 5.3 Расчёт потерь напряжения в сети
• 6. Расчёт компенсации реактивной мощности и выбор компенсирующего устройства цеха № 2
• 7. Выбор электрооборудования и электрических аппаратов системы электроснабжения
• 7.1 Выбор автоматических выключателей
• 7.2 Выбор пунктов распределения (РП)
• 8. Расчет токов КЗ
• 9. Внешнее электроснабжение
• 9.1 Конструкция РУ ВН и НН ГПП
• 9.2 Расчёт токов КЗ на понизительных подстанциях и выбор коммутационно-защитной аппаратуры
• 10. Автоматизация системы электроснабжения
• 10.1 Релейная защита в системе электроснабжения завода.
• 10.2 Релейная защита силовых трансформаторов
• 11. Охрана труда и окружающей среды
• 11.1 Анализ вредных производственных факторов при эксплуатации оборудования
• 11.2 Анализ и устранение потенциальных опасностей в цехе
• 11.3 Разработка автоматической системы оповещения о пожаре
• 11.4 Расчёт заземляющего устройства силового трансформатора и цехового оборудования
• 11.5 Расчет вентиляции
• 11.6 Охрана окружающей среды
• 12 Технико-экономический расчет схем внешнего электроснабжения
• Заключение
• БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

электроснабжение расчет подстанция Цель данного дипломного проекта — систематизация, закрепление и расширение теоретических знаний в области проектирования систем электроснабжения, полученных за время обучения по специальности 140 610 «Электротехника и электрооборудование предприятий, организаций и учреждений», развитие у студентов навыков применения полученных знаний для решения реальных инженерных и научно-исследовательских задач, позволяющих оценить степень подготовленности студента и самостоятельность инженерной деятельности.

При исследовании, проектировании и эксплуатации системы электроснабжения городского хозяйства и промышленных предприятий должны решаться следующие основные задачи: оптимизация структуры и параметров схемы путём правильного выбора напряжений; определения электрических нагрузок и выполнения требований к бесперебойности электроснабжения; рациональный выбор числа и мощности трансформаторов, конструкций городских и промышленных сетей; определение эффективных средств компенсации реактивной мощности и регулирование напряжения.

При дипломном проектировании системы электроснабжения ОАО «Тульский патронный завод» будут решаться следующие задачи:

— определение расчетных электрических нагрузок по подразделениям и в целом для городского хозяйства промышленного предприятия;

— выбор рационального варианта электроснабжение внутрицеховой сети напряжением до 1 кВ, а также электроэффективного оборудования этой сети.

1. Выбор системы электроснабжения

1.1 Общие сведения о предприятии

Тульский завод ОАО «ТПЗ» — одно из ведущих машиностроительных предприятий военно-промышленного комплекса Российской Федерации. В настоящее время ОАО «ТПЗ» имеет в своем составе патронное производство. А также производство по изготовлению сильфонов и сильфонных компенсаторов, низковольтной аппаратуры, цепное и инструментальное производства.

Современное оборудование, высокая квалификация кадров позволили значительно расширить номенклатуру, повысить качество и конкурентоспособность изготавливаемой продукции, стать единственным производителем ряда изделий. Сегодня 750 специалистов предприятия производят свыше 800 наименований изделий.

Наличие в структуре предприятия специализированного конструкторского бюро, аккредитованной центральной заводской лаборатории, участка по изготовлению пресс-форм, оснастки и нестандартного оборудования обеспечивают полный цикл изготовления изделия: от его разработки до выпуска, в соответствии с требованиями заказчика. Специалисты завода ведут работу по сертификации продукции. Завод сотрудничает со всеми регионами России, а так же выпускаемая продукция экспортируется в 11 стран Ближнего и Дальнего зарубежья.

Коллектив завода успешно следует традициям тульских промышленников, оставаясь развивающимся и рентабельным предприятием.

На территории завода расположены: 1, 2, 3, 4а, 4б цеха, транспортный цех, участок переработки отходов, строительный цех, бытовой (административный) корпус, столовая, насосная, склад, автостоянки и контрольно-пропускной пункт.

1.2 Технологические данные

На территории предприятия имеются только автомобильные подъездные пути к корпусам, поэтому все погрузочно-разгрузочные работы выполняются при помощи дизельных погрузчиков и электропогрузчиков. На предприятии имеется парк автомобилей, при помощи которых осуществляется перевозка продукции. Для стоянки и поддержания в работоспособном состоянии этого автопарка, а также для его ремонта, предназначен транспортный цех предприятия.

В каждом цехе предприятия изготавливают определённую номенклатуру изделий, что связано с наличием соответствующего оборудования в цехе и наиболее эффективной организацией производства. Технологическая связь между основными производственными цехами в основном отсутствует. Связь между цехами осуществляется посредством транспортного цеха, осуществляющего транспортные перевозки при помощи дизельных погрузчиков между цехами.

На территории рассматриваемого цеха № 2 основными потребителями электроэнергии являются асинхронные двигатели различного технологического оборудования: станков, прессов, вальцев и т. д. Эти двигатели переменного тока с промышленной частотой 50 Гц, напряжением 380 В. Асинхронные двигатели просты в устройстве, надежны, не требуют высокой квалификации обслуживающего персонала.

Электроснабжение всего предприятия осуществляется от двух подстанций № 218 и № 41 городских электрических сетей, внутризаводским напряжением 10 кВ. Электроснабжение всех цехов осуществляется от двух центральных распределительных подстанций напряжением 10 кВ, рассматриваемого цеха № 2 предполагается осуществлять от ТП-2 находящейся в пристройке к цеху.

Напряжение питания силового электрооборудования -380 В, род тока — переменный трехфазный, с промышленной частотой 50 Гц.

Учитывая условия среды (В-I), электрооборудование цеха выполняется со степенью защиты IP44.

1.3 Оценка влияния внезапных перерывов электроснабжения на технологический процесс

Для исключения наличия большого количества бракованной продукции и из-за близкого местоположения завода к ТП № 218, предприятие имеет аварийную (водоснабжение, связь, аварийное освещение, горэлектросети) и технологическую бронь (пресса, компрессор), необходимую для окончания технологического процесса и избежания массового брака продукции.

1.4 Механизация процесса производства

Механизация производства в цехе осуществляется при помощи электроталей, грузовых лифтов, конвейеров, для механизации перезарядки гидравлических прессов применяются перезарядчики пресс-форм. На территории цеха применяется также современное оборудование, как прецизионный преобразователь, которое позволяет выполнять несколько различных по технологическому назначению операций при помощи одной производственной единицы.

1.5 Внутризаводской транспорт

К внутризаводскому транспорту предприятия относятся дизельные погрузчики «Рекорд» и электропогрузчики ЭП 103К, которые обслуживаются транспортным цехом, а также легковой и грузовой автомобильный транспорт, для которого предусмотрены отдельные автостоянки. Наличие собственного автотранспорта позволяет предприятию осуществлять перевозку продукции собственными силами.

1.6 Электрические нагрузки по цехам предприятия Таблица 1 — Электрические нагрузки по цехам предприятия

1.7 Характеристика потребителей электроэнергии и их влияние на качество электроэнергии

Потребителем электроэнергии называется электроприёмник (ЭП) или группа электроприёмников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории. Приемником электрической энергии называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии. Основное оборудование, находящееся в цехе № 2 приведено в таблице 2.

Таблица 1−1 — Характеристика электрооборудования цеха № 2

1.8 Сведения о характере окружающей среды в цехе № 2

Помещения данного цеха по классу взрывоопасности относятся к классу В-I — взрывобезопасное — располагается в помещениях, где выделяются пары ЛВЖ или горючие газы в таком количестве и с такими свойствами, что они не могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси в нормальных режимах работы.

По классу пожароопасности помещения данного цеха относятся к зоне класса П-II — располагается в помещениях, в которых выделяются горючие пыль или волокна с нижним концентрационным пределом воспламенения более 65 г/м³ к объёму воздуха.

2. Электроснабжение предприятия

2.1 Электроснабжение цехов предприятия

В цехах ОАО «Тульский Патронный завод» главными потребителями электрической энергии являются асинхронные двигатели, это двигатели переменного тока с промышленной частотой 50 Гц, напряжением 380 В. В каждом производственном цехе предприятия выполняется определённый независимый технологический процесс изготовления изделий. Эти технологические процессы не являются дублирующимися между собой и прерывание любого из них ведёт к массовому браку продукции и расстройству сложного комплексного технологического процесса.

Теплои водоснабжение предприятия осуществляется от внешней котельной, насосной и водонапорной башни, перерыв в электроснабжении которых ведёт к нарушению функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.

Компрессорная станция насосная по надежности электроснабжения относится к 1 категории, т. е. электропитание должно осуществляться от двух независимых источников питания (ПУЭ гл. 1−2-20).

В качестве двух независимых источников питания корпусов предприятия принимаем две взаиморезервируемые центральные распределительные подстанции (ЦРП), питающиеся непосредственно от трансформаторных подстанций городских электрических сетей: ТП№ 218 и ТП№ 41. Питание каждого производственного цеха осуществляется от соответствующей цеховой трансформаторной подстанции при помощи кабельных линий напряжением 10 кВ, прокладываемых в траншее в земле, по эстакадам, по стенам зданий. Электроснабжение цеховых ТП осуществляется от различных секций шин ЦРП.

2.2 Выбор источников питания и схемы электроснабжения цеха № 2

Схема электроснабжения — радиальная с распределительным шкафом на стороне низкого напряжения (РУНН). Радиальную схему электроснабжения принимаем, так как невозможно выполнение магистральной или комбинированной схемы по условиям надёжности электроснабжения цеха.

Источник питания — цеховая понизительная подстанция, которая в свою очередь питается от ЦРП предприятия. Питание технологического оборудования малой мощности осуществляется при помощи распределительных шкафов.

Для обеспечения бесперебойного снабжения электроэнергией цеха № 2 используется схема «явного» резерва: резервный питающий элемент (трансформатор, линия) нормально отключён и включается без замены рабочего элемента при его ремонте или повреждениях, а также при потере питания СН по любой причине. Рабочие и резервные питающие элементы 6 кВ СН присоединены к шинам 10 кВ ЦРП, которые соединяются с энергосистемой.

Питающие элементы СН 10 кВ присоединённые к распределительному устройству (РУСН) выполняются с одной системой шин, которая делится на секции. Это позволяет увеличить надёжность питания СН, так как при КЗ на какой-либо секции остаются в работе потребители, присоединённые к неповреждённым секциям. От сборных шин РУСН 10 кВ питаются трансформаторы собственных нужд 10/0,4 кВ, используемые для питания двигателей 380 В постоянного тока, конструкционных измерительных приборов и освещения.

Рабочая линия и трансформаторы выбираются с I_ном? I_расч нагрузки потребителей собственных нужд и с реактивным сопротивлением, ограничивающим ток КЗ на шинах 10 кВ РУСН. Это позволяет применять комплектные ячейки с выключателями ВМПЭ-10 и ВЭЭ-10. Реактивное сопротивление питающих элементов должно быть равно, чтобы в нормальном режиме на шинах РУСН 10 кВ поддерживалось нормальное напряжение, а при самозапуске — необходимое остаточное напряжение для успешного разворота двигателей СН.

Для питания электроприемников цеха применяются два трансформатора, которые соединены между собой резервной питающей линией, что позволяет осуществлять бесперебойное питание цеха электроэнергией при выходе одного трансформатора из строя.

Для защиты трансформаторов от перегрузок, КЗ, чрезмерного уменьшения напряжения питания применяются вакуумные выключатели типа ВВТЭ-М-10−20/630. Для защиты остальной цепи от КЗ на трансформаторах применяются воздушные выключатели А2050/1500. Питание силовых электроприёмников осуществляется напряжением 380 В, питание осветительной сети — напряжением 220 В.

Прокладка кабелей осуществляется на лотках по стенам, по подвесным конструкциям.

2.3 Выбор режима работы нейтрали электрической сети

Нейтраль сети (соединение точек нулевого потенциала оборудования) может быть глухо заземлена, соединена с землей через активные или реактивные сопротивления и изолирована от земли.

Выбор способа заземления нейтрали определяется безопасностью обслуживания сети, надежностью электроснабжения электроприемников и экономичностью.

При повреждениях фазной изоляции способ заземления нейтрали оказывает большое влияние на ток замыкания на землю и определяет требования в отношении заземляющих устройств электроустановок и релейной защиты от замыканий на землю.

В проектируемом цехе установлены электроприёмники напряжением до 1кВ и применяется пятипроводная сеть с глухозаземлённой нейтралью типа TN-C-S, у которой обмотки питающих трансформаторов соединены в звезду и нейтральные точки электрически соединены с заземляющим устройством (землей). При однофазных замыканиях на землю в сетях с глухозаземленной нейтралью протекают большие токи короткого замыкания, быстродействующая защита отключает поврежденный участок, и однофазное замыкание не переходит в междуфазное.

На неповрежденных фазах напряжение относительно земли не повышается, и изоляция может быть рассчитана на фазное, а не на междуфазное (линейное) напряжение. Однако при частых однофазных замыканиях на землю возникают тяжелые условия работы отключающих аппаратов, что может привести к повреждению обмотки трансформаторов.

2.4 Определение расчётных электрических нагрузок цеха

Определяем расчетные нагрузки на стороне низкого напряжения методом коэффициента максимума.

Таблица 2−1 — Распределение нагрузки по секциям

Резервные электроприёмники в расчёте нагрузок не учитываются.

Средняя нагрузка группы ЭП за наиболее загруженную смену:

(2.1)

(2.2)

Где Р_смi — средняя активная нагрузка группы электроприёмников, кВт;

k_иi — табличное значение коэффициента использования ЭП. Значения К_и для каждого ЭП представлены в сводной ведомости нагрузок. табл.9.12 [10]

Р_номi — номинальная мощность группы ЭП, кВт;

Q_смi — средняя реактивная нагрузка электроприёмников, кВар.

Определение коэффициента использования в каждой группе ЭП k_и и коэффициента мощности cosц

Определение коэффициента использования k_и

k_и=Р_смi/Р_номi (2.3)

k_и1=30,45/98=0,31;

k_и2=34,75/72,5=0,48;

k_и3=16,44/84=0,2;

k_и4=38,25/225=0,17;

k_и5=23,8/140=0,17;

k_и6=26,4/172,6=0,56;

k_и7=27,81/312,2=0,09;

k_и8=44,57/262,2=0,17;

k_и9=32,44/190,8=0,17;

k_и10=13,13/52,5=0,25;

k_и11=1,4/10=0,14;

Определение коэффициента мощности cosц

tgц_i=Q_смi/P_смi (2.1)

tgц₁=31,34/30,45=1,03; cosц₁=0,69;

tgц₂=28,69/34,75=0,83; cosц₂=0,77;

tgц₃=19,23/16,44=1,17; cosц₃=0,6;

tgц₄=44,75/38,25=1,17; cosц₄=0,65;

tgц₅=27,85/23,8=1,17; cosц₅=0,65;

tgц₆=39,2/26,4=1,48; cosц₆=0,56;

tgц₇=62,38/27,81=2,24; cosц₇=0,34;

tgц₈=52,15/4457=1,17; cosц₈=0,65;

tgц₉=37,95/32,44=1,17; cosц₉=0,65;

tgц₁₀=15,36/13,13=1,17; cosц₁₀=0,65;

tgц₁₁=2,42/1,4=1,73; cosц₁₁=0,5;

Определение коэффициента максимума активной мощности m и эффективного числа приёмников n_эф

; (2.2)

(2.3)

m₁=27/5,5=4,9; n_эф1=7,26;

m₂=25/7,5=3,33; n_эф2=5,8;

m₃=57/27=2,11; n_эф3=2,95;

m₄=75/75=1; n_эф4=6;

m₅=35/35=1; n_эф5=8;

m₆=21,2/3=7,07; n_эф6=17,26;

m₇=75/1,5=50; n_эф7=8,32;

m₈=45/21,2=2,12; n_эф8=11,65;

m₉=21,2/21,2=1; n_эф9=18;

m₁₀=22/1,5=14,67; n_эф10=4,77;

m₁₁=3/0,5=6; n_эф11=6,67;

Определение расчетных нагрузок группы ЭП Р_рi=k_мi· Р_смi, (2.4)

Q_p=Q_см, (2.5)

где Р_рi — активная расчётная нагрузка, кВт;

k_м -коэффициент максимума активной мощности, табл.14.1.

Q_p — реактивная расчётная нагрузка, кВар.

Р_р1=1,8· 30,45=54,81 кВт;

Р_р2=1,51· 34,75=52,47 кВт;

Р_р3=2,86· 16,44=19,23 кВт;

Р_р4=2,64· 38,25=100,98 кВт;

Р_р5=2,31· 23,8=54,98 кВт;

Р_р6=1,7· 26,4=44,88 кВт;

Р_р7=2,72· 27,81=75,65 кВт;

Р_р8=2,24· 44,57=99,85 кВт;

Р_р9=1,7· 32,44=55,14 кВт;

Р_р10=2,21· 13,12=29,01 кВт;

Р_р11=2,48· 1,4=3,27 кВт;

Определение полной расчетной мощности S_р

(2.6)

Определение расчетного тока I_р

(2.7)

3. Расчёт системы электрического освещения

3.1 Светотехнический расчёт

Выбор источников света По технологическому процессу производства завода ОАО"ТПЗ" изделий в производственных помещениях цеха нормируемая освещенность требуется только для проходов и над рабочим полем технологического оборудования.

Для освещения промышленных помещений применяются люминесцентные лампы при уровнях освещённости более 50 лк, при освещённости менее 50 лк применяются лампы накаливания.

Для общего освещения помещений цеха № 2 в качестве основного источником света применяем люминесцентные лампы.

Выбор вида и системы освещения Рабочее освещение предназначено для создания во всех точках рабочих поверхностей нормальных условий видения при выполнении работ. Освещённость во всех точках должна быть не ниже нормированной, а пульсация светового потока не должна превышать её допустимого значения.

Для удобства эксплуатации применяем дежурное освещение, которое служит для создания определённых условий видения при периодическом контроле состояния работающего в автоматическом режиме оборудования, а также в проходах, при входах в помещение и т. п. Принимаем, что дежурное освещение создаёт 20% от нормированной рабочей освещённости.

Эвакуационное аварийное освещение производственного цеха не монтируется, т.к. количество одновременно работающих на этаже составляет < 50 чел.

Т.к. цех № 2 имеет участки, требующие больший уровень освещенности, то применяем систему комбинированного освещения, которая обеспечивает одновременное действие общего и местного освещения на рабочих поверхностях, требующих повышенной освещённости, а на остальных площадях помещения — только общего равномерного освещения. Принимаем, что в производственном помещении отсутствует естественная освещённость. Поэтому общее освещение в системе комбинированного должно создавать на рабочих поверхностях 20% всей нормы освещённости.

Выбор нормированной освещенности Нормированная освещенность — это наименьшая допустимая освещенность в «наихудших» точках рабочей поверхности перед очередной чисткой светильников.

Принимаем по табл.61.25 нормированную освещённость помещений цеха и сводим в светотехническую ведомость:

Выбор типа светильников Все помещения цеха № 2, кроме венткамер камер и электрощитовой, имеют класс взрывоопасности и пожароопасности относятся к нормальным, поэтому выбираем степень защиты светильников IP — 2x табл.12.9. Для помещений венткамер и электрощитовой степень защиты светильников IP — 5х табл.12.9.

По каталогу выбираем светильники для освещения помещений и сводим все данные в светотехническую ведомость.

Расчет размещения светильников в помещении прессового участка на отм.+7,200

Определение расчётной высоты h_p

h_p= h — h_c — h_p.n, (3.1)

где h_p — расчётная высота, м;

h — высота помещения, м;

h_с — расстояние от перекрытия до светильника, м;

h_р.n — высота расчётной поверхности над полом, м.

h_p=6,9 — 3,2 — 0,8 =2,9 м Определение расстояния между светильниками Принимаем L_a=2,98 м, L_b=6 м.

Определение расстояния между стеной и крайними светильниками

l=0,5L (3.2)

Определение числа светильников в ряду

N_a=a/L_a, (3.3)

где, а — ширина помещения, м.

N_a=18/2,98=6

N_b=b/L_b, (3.4)

где b — длина помещения, м.

N_b=60/6=10

Расчёт и выбор мощности источников света для помещения прессового участка по методу использования светового потока Определение индекса помещения i

(3.5)

По табл. 3.1 принимаем значение коэффициента использования з=0,67.

Определение количества ламп N

(3.6)

где S — площадь помещения, м²;

k — коэффициент запаса, табл.29 [19]

z — коэффициент минимальной освещённости, табл.33 [19];

F_ил — световой поток лампы.

3.1.1 Определение общей мощности установки Р_общ

Р_общ=Р•N. (3.7)

где Р — мощность одной лампы, Вт.

Р_общ= 450•58=26 100 кВт Аналогичные расчёты выполняем для остальных помещений и результаты сводим в светотехническую ведомость.

В бытовых помещениях, комнате мастера и комнате отдыха предусматриваем необходимое количество штепсельных розеток со степенью защиты IP 20.

3.1.2 Выбор напряжения и источников питания

Источником питания сетей освещения является комплектная трансформаторная подстанция, расположенная в пристройке к цеху № 2.

Для обеспечения надёжности освещения и равномерного распределения нагрузки по секциям присоединение щитков освещения осуществляется к разным секциям шин.

Напряжение питания осветительной и розеточной сети 220 В.

3.1.3 Выбор мест ввода и установки щитков

Осветительные щитки располагаем по два на каждом этаже для уменьшения длины групповых сетей освещения.

Управление светильниками осуществляем при помощи выключателей, вынесенных для удобства к входам в помещение цеха. При этом для удобства эксплуатации для включения/отключения дежурного освещения применяем отдельный выключатель. Светильники для дежурного освещения выбираем из числа светильников рабочего освещения.

Питание щитков освещения осуществляется от различных секций ТП цеха.

3.1.4 Компоновка осветительной сети

Для питания светильников дежурного освещения предусматриваем по отдельной группе на каждом щите освещения. Принимаем, что каждая группа питает 4 лампы дежурного освещения мощностью 250 Вт.

Для питания люминесцентных ламп выделяем по одной группе на каждом щитке. Светильники с лампами ДРЛ распределяем по группам щитков.

В бытовых помещениях предусматриваем наличие штепсельных розеток на напряжение 220 В. Количество штепсельных розеток определяем исходя из размеров помещения: по одной на каждые 10 м². Мощность розеток принимаем равной 600 Вт.

3.1.5 Определение расчётных параметров осветительных щитков

Р_рi=1,1•Р_устi•k_c + n_i•P (3.8)

где Р_рi — расчётная мощность одного щитка, кВт;

Р_устi — установленная мощность одного щитка, Вт;

k_c — коэффициент спроса, k_c=0,85;

n_i — количество штепсельных розеток, питаемых от щитка;

Р — мощность одной штепсельной розетки, Вт.

(3.9)

где I_pi — расчётный ток щитка, А;

U_ном — номинальное напряжение сети, В;

cosц — коэффициент мощности, cosц=0,95.

Таблица 3−1 — Расчётные параметры щитов освещения

4. Расчёт мощности трансформатора и выбор подстанции

4.1 Расчёт групп электроприёмников, подсоединённых к секциям I и II

Средняя нагрузка ЭП за наиболее загруженную смену Р_смi, Q_смi

Определение коэффициента использования k_и и коэффициента мощности cosц

k_и1=311,79/1070,93=0,29;

k_и2=173,13/1029,59=0,17;

tgц₁=286/311,79=0,92; cosц₁=0,74;

tgц₂=216,3/173,13=1,25; cosц₂=0,62.

Определение коэффициента максимума активной мощности m и эффективного числа приёмников n_эф

m₁=57/1,5=38; n_эф1=37,58;

m₂=75/0,5=150; n_эф2=29,59.

Определение расчетных нагрузок группы ЭП Р_рi и Q_pi

Р_р1=1,19· 311,9=371,16 кВт;

Р_р2=1,46· 173,13=252,77 кВт;

Q_p1=1,1· 286=314,6 кВар;

Q_p2=1,1· 216,3=237,93 кВар.

Определение полной расчетной мощности S_рi

Определение расчетного тока Ip_i

4.2 Расчёт мощности трансформатора и выбор трансформаторной подстанции

(4.1)

где k_c — коэффициент спроса, табл.5 [2];

n — число трансформаторов, n=2;

cosц — условный средневзвешенный коэффициент мощности, табл.5.

Принимаем трансформатор ТМ-1000/10 с техническими характеристиками: U_номВН=10 кВ; U_номНН=0,4 кВ; ДР_хх=2,45 кВт; ДР_кз=11 кВт; u_кз=5,5%; i_хх=1,4%.

Исходя из данных расчёта полной нагрузки цеха № 2, выбираем комплектную трансформаторную подстанцию 2КТПНУ-1000/10/0,4−0,3-У1 с двумя силовыми трансформаторами типа ТМ-1000/10 и оборудование распределительного устройства на 10 кВ, которые устанавливаются в пристройке к главному корпусу цеха. Двухтрансформаторная КТП состоит из устройства высокого напряжения (УВН), силового трансформатора и распределительного устройства низкого напряжения (РУНН). Высоковольтное устройство РУ 10 кВ комплектуется из камер заводского изготовления серии КСО-386А. РУНН состоит из вводного щита ЩО70−2А, для распределения электроэнергии к шинопроводам применяются камеры ЩО70−1А.

5. Выбор сечений проводов и жил кабелей силовых приемников электроэнергии

5.1 Прокладка кабельных линий

Общая информация

Работы по прокладке новых силовых кабелей выполняют по проекту, а для действующих кабельных линий при капитальных или аварийных ремонтах — по технической документации эксплуатирующей организации.

Кабели можно прокладывать непосредственно в земле (траншеях), воде, воздухе, в производственных помещениях, в кабельных и специальных сооружениях.

Сечение жил прокладываемой кабельной линии должно выбираться по участку трассы с худшими условиями охлаждения.

Подземные сооружения, предназначенные для общего размещения силовых и контрольных кабельных линий, линий связи, водопровода и теплопроводов, называются коллекторами; их применяют на магистральных городских проездах и на территории больших заводов.

Разновидностью коллекторов являются внутриквартальные коллекторы, сооружаемые рядом с техническими подпольями жилых и общественных зданий и предназначенные для прокладки указанных выше коммуникаций внутриквартального значения, совместно с газопроводами низкого давления. Во внутриквартальных коллекторах допускается прокладка силовых кабелей напряжением до 10 кВ, а в технических подпольях — до 1 кВ.

Подземные замкнутые сооружения, предназначенные для размещения только силовых и контрольных кабельных линий, называются туннелями; их используют для вывода кабелей с территорий центров питания, пропуска кабелей по магистралям города и на территориях крупных промышленных предприятий. Подземные непроходные сооружения, предназначенные для прокладки только кабелей, называются каналами; их применяют внутри производственных помещений, на территориях подстанций и промышленных предприятий для небольших потоков кабельных линий и сравнительно небольшой протяженности трассы.

Для вертикальной прокладки кабелей в зданиях или подземных выработках в местах перехода их в коллекторы и туннели глубокого заложения и другие кабельные сооружения используют кабельные шахты.

Для прокладки небольшого количества кабелей в центрах питания (в целях их рационального выпуска) в конструкции здания распределительного устройства используют кабельные подвалы или кабельные этажи.

Подземные кабельные сооружения, выполненные из труб (асбестоцементные, бетонные и др.) и колодцев, называются кабельными блоками; их применяют в местах пересечений с железнодорожными путями, трубными коммуникациями, с улицами, проездами и площадями в условиях чрезвычайной стесненности по трассе.

Кабельные колодцы применяют также для осуществления подводных кабельных переходов при усовершенствованных конструкциях набережных рек.

План трассы кабельной линии разрабатывают на геодезической основе (геодезическом плане), где нанесены все существующие подземные и надземные сооружения, красные линии, черные и красные отметки планировки. Трассу кабельной линии выбирают с учетом наименьшего расхода кабеля.

При выборе трасс кабельных линий и производстве работ по прокладке кабелей необходимо руководствоваться следующими основными положениями:

На территориях подстанций и распределительных устройств кабельные линии могут быть проложены в земле, каналах и трубах, а на территориях центров питания (в количестве более 20) — также и в туннелях.

На территориях промышленных предприятий кабельные линии прокладывают в земле (траншеях), туннелях или блоках, а также в каналах со съемными крышками или плитами.

В городах и поселках кабельные линии следует, как правило, прокладывать в земле (траншеях) по непроезжей части улиц (под тротуарами), по дворам и полосам зеленых насаждений в виде газонов с кустарниковыми посадками.

Прокладка кабелей через улицы, проезды и дороги с усовершенствованными покрытиями, а также через трамвайные и железнодорожные пути без разрытия траншей может осуществляться скрытыми переходами, выполняемыми методами горизонтального бурения и продавливания (проколы) с одновременной прокладкой в земле трубопроводов для кабелей. При этом в месте пересечения должны быть заложены в необходимом количестве резервные трубы на случай ремонта кабелей.

При пересечении кабельными линиями улиц, площадей, въездов для автотранспорта во дворы и гаражи прокладку кабелей должны производить в трубах. Таким же способом должны быть защищены кабели в местах пересечения ручьев, их пойм и канав.

При прокладке кабелей параллельно железным дорогам их, как правило, располагают вне зоны отчуждения.

При пересечении кабельными линиями железных и автомобильных дорог кабели прокладывают в туннелях, блоках и трубах по всей ширине зоны отчуждения.

При пересечении тупиковых дорог промышленных назначений с малой интенсивностью движения, а также специальных путей кабели, как правило, прокладывают непосредственно в земле.

При пересечении кабельными линиями других кабелей необходимо, чтобы кабели связи располагались выше силовых кабелей, а силовые кабели высшего напряжения прокладывают под кабелями низшего напряжения.

Параллельная прокладка силовых кабелей над и под трубопроводами в вертикальной плоскости не допускается.

При прокладке кабельных линий в районах вечной мерзлоты следует учитывать явления, связанные с вечной мерзлотой.

Внутри зданий кабельные линии прокладывают по конструкциям зданий (открыто или в коробах и трубах), в каналах, блоках, туннелях, а также в трубах, проложенных в полах, перекрытиях и фундаментах машин.

Состояние кабелей перед прокладкой проверяют на барабанах наружным осмотром. Повреждённый кабель не прокладывают.

Кабельные линии выполняют таким образом, чтобы в условиях эксплуатации были исключены аварии и браки в работе, вызываемые повреждениями кабелей.

К наиболее распространенным причинам повреждений кабелей относятся следующие :

* воздействие высоких температур (возникновение электрической дуги в соседних кабелях, теплоизлучение от различного рода источников тепла, в том числе солнечного);

* коррозия металлических оболочек кабелей блуждающими токами и агрессивными грунтами;

* механические повреждения в результате: недопустимых изгибов, вибрации; превышения допустимой наибольшей разности уровней между высшей и низшей точками расположения кабеля по трассе; опасных механических напряжений вдоль оси кабелей от неправильного выбора конструкции (например, кабель с ленточной броней вместо плоской, недостаточной компенсации температурных изменений вследствие укладки без запаса по длине (змейкой); несоблюдения температурных режимов при прокладке кабелей и др.

К началу работ по монтажу кабельных линий должны быть полностью закончены строительные работы по сооружению туннелей, каналов, эстакад, колодцев, включая установку закладных частей для крепления кабельных конструкций, а участки стен зданий, по которым проходят кабельные трассы, и потолки над ними должны быть отделаны. Траншеи и блоки для прокладки кабелей, к началу работ должны быть полностью подготовлены.

Кабельные сооружения и траншеи до начала работ по монтажу кабельных линий должны быть приняты руководителем монтажных работ совместно с представителем эксплуатирующей организации от строительной организации по акту.

Работы по прокладке кабелей должны быть, как правило, механизированы. Для этого в монтажных организациях рекомендуют создавать специализированные участки или бригады, оснащенные механизмами и приспособлениями.

Работы по монтажу кабельных линий выполняют специализированные бригады под контролем мастеров или производителей работ, которые должны иметь практический опыт по прокладке и монтажу кабельных линий.

Для выполнения работ по прокладке кабельных линий монтажной организацией должна быть представлена эксплуатирующей организации следующая техническая документация:

* план трассы и необходимые разрезы с привязкой к существующим сооружениям с указанием всех пересечений кабелей с другими коммуникациями и инженерными сооружениями. При прокладке нескольких кабелей в одной траншее в плане должна быть указана ширина траншеи. На плане должны быть нанесены места установки стопорных и разделительных муфт. При прокладке в коллекторах, блоках, каналах и на полках в подстанциях должны быть указаны поперечные разрезы;

* продольный профиль участков кабельных линий при их пересечении с инженерными сооружениями и естественными препятствиями с указанием мер защиты прокладываемого кабеля от механических, химических, тепловых и других внешних воздействий;

* рабочие чертежи конструкций для прокладки и защиты кабелей, если эти конструкции серийно не выпускаются заводами промышленности — при прокладке кабелей в сооружениях и помещениях;

* перечень мероприятий по герметизации вводов в помещения или рабочие чертежи вводов в тех случаях, когда к герметизации предъявляют особые требования;

* кабельный журнал;

* материалы согласования трассы кабельной линии с землепользователем и организациями, чьи подземные коммуникации расположены в зоне прокладки кабелей;

* пояснительная записка к проекту:

* материалы согласования защиты кабелей от электрической и почвенной коррозии в случае необходимости;

* проект производства работ для сложных условий выполнения работ при прокладке кабелей.

Непосредственно перед прокладкой монтажная организация должна представить в эксплуатирующую организацию проект трассы для её уточнения, так как за период проектирования до прокладки могли произойти изменения на территории, по которой необходимо прокладывать кабель.

Уточняют:

* места, содержащие вещества, разрушительно действующие на металлическую оболочку кабелей;

* участки, на которых надлежит отвести трассу или защитить кабели от механических, тепловых и химических воздействий;

* места пересечений и сближений с проложенными кабелями и различными инженерными сооружениями.

Эксплуатирующей организации предоставляется право давать предложения об изменении кабельных трасс и других дополнительных требований для дальнейшего внесения изменений в проект представителями проектной организации.

Кроме перечисленных специальных сооружений кабели прокладывают открыто по стенам зданий, в трубах и в коллекторах — подземных сооружениях, предназначенных для размещения в них одновременно кабельных линий, линий связи и других коммуникаций (водопровода, теплопровода и т. д.).

Трассу кабельной линии выбирают с учетом наименьшего расхода кабеля и обеспечения его сохранности от механических повреждений, коррозии и вибрации. При размещении кабелей следует избегать перекрещивания их друг с другом, с трубопроводами, кабелями связи и пр.

Кабельные линии выполняют таким образом, чтобы в процессе монтажа и эксплуатации было исключено возникновение в них опасных механических напряжений и повреждений. Для этого необходимо выполнять следующие условия:

* кабели должны быть уложены с запасом по длине, достаточным для компенсации возможных смещений почвы и температурных деформаций как самих кабелей, так и конструкций, по которым они проложены: укладывать запас кабеля в виде колец (витков) запрещается;

* кабели, проложенные горизонтально по конструкциям, стенам, перекрытиям, должны быть жестко закреплены в конечных точках, непосредственно у концевых заделок (муфт), с обеих сторон у поворотов и у соединительных муфт;

* кабели, проложенные вертикально по конструкциям и стенам, должны быть закреплены с таким расчетом, чтобы была предотвращена деформация оболочек и не нарушались соединения жил в муфтах под действием собственной массы кабеля;

* конструкции, на которые укладывают небронированные кабели, должны быть выполнены так, чтобы была исключена возможность механического повреждения оболочек кабелей; в местах жесткого крепления кабелей должны быть проложены эластичные прокладки;

* кабели (в том числе бронированные), расположенные в местах, где возможны механические повреждения (передвижение автотранспорта, механизмов и грузов, доступность для посторонних лиц), должны быть защищены по высоте на 2 м от уровня пола или земли;

* кабели должны быть проложены на расстоянии от нагретых поверхностей, предотвращающем нагрев кабелей выше допустимого, при этом должна быть предусмотрена защита кабелей от прорыва горячих веществ в местах установки задвижек и фланцевых соединений;

* защита кабельных линий от блуждающих токов и почвенной коррозии должна удовлетворять требованиям ПУЭ, СНиП 111−23−76 и требованиям ГОСТ 9.015−74;

* кабельные сооружения и конструкции, на которые укладывают кабели, должны быть выполнены из несгораемых материалов;

* запрещается устройство в кабельных сооружениях каких-либо временных устройств, хранение в них материала и оборудования. При необходимости прокладки временных кабелей, их прокладывают с соблюдением всех требований, предъявляемых к кабельным линиям для постоянной эксплуатации;

* открытая прокладка кабельных линий должна производиться с учетом теплоизлучений от различного рода источников тепла и действия солнечных лучей.

При выборе способов прокладки силовых кабельных линий напряжением до 10 кВ следует руководствоваться следующим:

* при прокладке кабелей в земле рекомендуется в одной траншее прокладывать не более шести кабелей. При большем числе кабелей рекомендуется прокладывать их в отдельных траншеях с расстоянием между группами кабелей не менее 0,5 м или прокладывать кабели в туннелях, каналах и по эстакадам;

* прокладка кабелей в туннелях рекомендуется при числе кабелей, идущих в одном направлении, более 20;

* прокладка кабелей в блоках применяется в условиях большой стесненности по трассе, в местах пересечений с железнодорожными путями, проездами и т. п.;

* на территориях электростанций и крупных промышленных предприятий кабельные линии должны быть проложены, как правило, в туннелях, каналах, блоках и по эстакадам. Прокладка силовых кабелей в траншеях рекомендуется к удаленным вспомогательным объектам (склады топлива, мастерские) при числе не более 4;

* на территориях подстанций и распределительных устройств кабельные линии прокладывают в туннелях, каналах, трубах, в земле (в траншеях), в надземных железобетонных лотках и по эстакадам;

* в городах и поселках одиночные кабельные линии следует, как правило, прокладывать в земле (в траншеях) по непроезжей части улиц (под тротуарами) и дворам;

* по улицам и площадям с большим насыщением подземных коммуникаций прокладку кабельных линии при числе 10 и более в потоке рекомендуется производить в коллекторах и туннелях;

* при пересечении улиц и площадей с усовершенствованными покрытиями и с интенсивным движением транспорта кабельные линии необходимо прокладывать в блоках или трубах;

* при сооружении кабельных линий в районах распространения вечно-мерзлых грунтов следует учитывать физические явления, связанные с природой вечной мерзлоты: мучнистый грунт, морозобойные трещины, оползни и т. д. В зависимости от местных условий кабели можно прокладывать в земле (в траншеях) ниже деятельного слоя, в деятельном слое в сухих хорошо дренирующих грунтах, в искусственных насыпях из крупноскелетных сухих привозных грунтов, в лотках на поверхности земли, на эстакадах. Рекомендуется совместная прокладка кабелей с трубопроводами теплофикации, водопровода, канализации и специальных сооружениях (коллекторах);

* внутри зданий кабельные линии можно прокладывать непосредственно по конструкциям (как открыто, так и в коробах или трубах), в каналах, блоках, туннелях, трубах, проложенных в полах и перекрытиях, а также по фундаментам машин;

* в четырехпроводных сетях применяют четырехжильные кабели. Прокладка нулевых жил отдельно от фазных не допускается;

* допускается применение трёхжильных силовых кабелей в алюминиевой оболочке на номинальное напряжение 1 кВ с использованием их оболочки в качестве нулевого провода (четвертой жилы) в четырехпроводных сетях переменного тока (осветительных, силовых и смешанных) с заземлённой нейтралью, за исключением установок со взрывоопасной средой, установок, в которых при нормальных условиях эксплуатации ток в нулевом проводе составляет более 75% допустимого по нагреву расчетного тока фазного провода, установок для питания блочных и местных щитков на электростанциях;

* для четырехпроводных электрических сетей напряжением до 1 кВ следует применять кабели с пластмассовой изоляцией и пластмассовой оболочкой с четвертой (нулевой) жилой, сечение которой равно сечению основных жил кабеля, а также кабели с пластмассовой изоляцией жил с алюминиевой оболочкой и с четвертой жилой, сечение которой равно половине сечения основных жил кабеля.

Допускается применение силовых четырехжильных кабелей с пластмассовой изоляцией и пластмассовой оболочкой с нулевой жилой меньшего сечения в тех случаях, когда проектная организация расчетами подтверждает возможность применения нулевой жилы меньшего сечения, чем основная жила.

5.2 Выбор сечений проводов и жил кабелей силовых приемников электроэнергии

(5.1)

где Р_номi — установленная мощность ЭП, кВт;

Uнапряжение питающей сети, кВ;

— номинальный КПД;

cosц — номинальный коэффициент мощности электроприёмника.

I_пуск=л_n· I_ном, (5.2)

где л_n — кратность пускового тока, л_n=6.

Таблица 3−2 — Основные параметры электроприёмников цеха

Таблица 3−3 — Выбор сечений по длительно-допустимым токам

5.3 Расчёт потерь напряжения в сети

Проверка на потерю напряжения ДU производится по формуле:

(5.3)

где r₀ — активное удельное сопротивление провода, Ом/км;

х₀ — реактивное удельное сопротивление провода, Ом/км.

Согласно ПУЭ для силовых электросетей отклонение напряжения от номинального должно составить не более. Проверку на потери напряжения выполняем только для распределительных пунктов и щитов освещения.

Таблица 3−1 — Потери напряжения в линиях

6. Расчёт компенсации реактивной мощности и выбор компенсирующего устройства цеха № 2

Реактивная нагрузка индуктивного характера в сетях 6−10 кВ и не скомпенсированная в сетях низкого напряжения 0,4…0,96 кВ определяется реактивной нагрузкой Q_вн с учётом потери реактивной мощности в силовых трансформаторах на стороне 6…10 кВ.