Развитие навыков разработки проектов электроснабжения различных потребителей

Содержание Введение Исходные данные

1. Выбор и расчет элементов систем электроснабжения

1.1 Выбор марки проводов и их сечений для линии от силового пункта до электроприемников

1.2 Выбор плавких предохранителей и их плавких вставок

1.3 Выбор магнитных пускателей и установка тепловых реле

1.4 Определение расчетной электрической нагрузки силового пункта

1.5 Выбор марки кабеля и его сечение для линии Л2, автоматического выключателя и установка его расцепителей для защиты Л2

1.6 Выбор марки кабеля и его сечения для линии Л1

1.7 Выбор трансформаторов

1.8 Расчет токов однофазного короткого замыкания и оценка чувствительности защиты

2. Оценка отклонения напряжения низковольтной распределительной сети (НВРС) при напряжении в центре питания равном

2.1 Расчет интегральных характеристик отклонения напряжения на шинах РУ 0,4 кВ, приняв по таблице исходных данных. Выбор наилучшей отпайки ПБВ трансформатора ТП

2.2 Оценка предельных значений отклонений напряжений на шинах 0,4 кВ ТП с доверительной вероятностью 0,95

2.3 Расчет отклонения напряжения в максимальном режиме для наиболее удалённого электроприёмника

3. Оценка отклонения НВРС, при встречном регулируемом напряжении в ЦП

3.1 Расчет среднего квадратичного отклонения при встречном регулировании

3.2 Оценка предельных значений отклонений напряжений на шинах 0,4 кВ ТП с доверительной вероятностью 0,95

3.3 Расчет отклонения напряжения в максимальном режиме для наиболее удалённого электроприёмника

4. Расчет потерь электроэнергии

4.1 Расчет максимальных и средних за сутки потерь мощности во всех элементах расчетной схемы

4.2 Расчет потерь электроэнергии за сутки во всех элементах схемы. Оценка в процентных долях потерь, обусловленные неравномерностью режима электропотребления

4.3 Расчет потерь мощности и электроэнергии в элементах сети обусловленных передачей реактивной мощности и оценка в процентных долях этих потерь от полных потерь Заключение Список литературы

Введение

Целью данного курсового проекта является приобретения и развития навыков разработки проектов электроснабжения различных потребителей.

Объектом проектирования является система электроснабжения заданного конкретного потребителя.

Потребителем электрической энергии называется электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории. Приемником электрической энергии называется аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии.

Систематизацию потребителей электроэнергии, а, следовательно, и их нагрузок осуществляют обычно по основным эксплуатационно-техническим признакам: производственному назначению; производственным связям; режимам работы; мощности и напряжению; роду тока; требуемой степени надежности питания; территориальному размещению; плотности нагрузки; стабильности расположения электроприемников. При определении электрических нагрузок промышленного предприятия достаточно систематизировать потребителей по режимам работы, мощности, напряжению, роду тока и требуемой степени надежности питания, считая остальные признаки вспомогательными.

По режимам работы все потребители электроэнергии можно распределить на ряд групп, для которых предусматриваются три режима работы: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

Анализ режимов работы потребителей электроэнергии промышленных предприятий показывает, что в продолжительном режиме работает большинство электродвигателей, обслуживающих основные технологические агрегаты и механизмы. Без отключения, с достаточно высокой, неизменной или маломеняющейся нагрузкой работают электроприводы вентиляторов, насосов, компрессоров, преобразователей и т. п. С кратковременным отключением и с переменной нагрузкой работают электродвигатели, обслуживающие станки холодной обработки металлов, деревообрабатывающие станки, специальные механизмы литейных цехов, молоты, прессы и ковочные машины кузнечно-прессовых цехов.

В кратковременном режиме работает подавляющее большинство электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков.

В повторно-кратковременном режиме работают электродвигатели мостовых кранов, тельферов, подъемников и аналогичных им установок, вспомогательных и некоторых главных приводов прокатных цехов.

Самостоятельную группу электроприемников составляют нагревательные аппараты и электропечи. По мощности и напряжению все потребители электроэнергии делятся на две группы: потребители большой, малой и средней мощности. По роду тока все потребители электроэнергии делятся на три группы: работающие от сети переменного тока нормальной промышленной частоты, работающие от сети переменного тока повышенной ли пониженной частоты и работающие от сети постоянного тока.

Исходные данные:

1. Выбор и расчет элементов систем электроснабжения

1.1 Выбор марки проводов и их сечений для линии от силового пункта до электроприемников Произведём расчет сечений и выбор марки проводов и кабелей для линии от силового пункта до электроприемника.

Сечение жил проводов и кабелей рассчитываются по условию:

I_д.д.?I_р., (1.1)

Где I_д.д. — длительно допустимый ток, А;

I_р. — максимально рабочий ток.

I_р. =, (1.2)

где Р_уст — установившая мощность электроприёмника, кВт;

— паспортная продолжительность включения электроприемника, отн.ед.;

U_н — номинальное напряжение сети, U_н=380 В;

з — коэффициент полезного действия, з=90.5%;

cosц — коэффициент мощности.

Произведем расчет для одного электроприёмника:

Выбираем четырехжильный провод, проложенный в одной трубе по табл.(2.17[1]).

Расчетные данные для электроприёмников сводим в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Марка провода АПВ — провод с алюминиевыми жилами, с резиновой и полихлорвиниловой изоляцией.

1.2 Выбор плавких предохранителей и их плавких вставок Предохранители применяют для защиты электрических установок от токов КЗ. Предохранители обладают по сравнению с другими аппаратами защиты рядом преимуществ, к которым относят меньшую стоимость, простоту и надежность в эксплуатации, большую разрывную способность, быстродействие и токоограничивающую способность. К недостаткам следует отнести обеспечение ими в основном защиты от токов КЗ и в меньшей степени от токов перегрузок, возможность работы приемников на двух фазах при перегорании одного предохранителя, одноразовость действия с ошибочной заменой плавкой вставки или патронов с нестандартным сечением. Наиболее распространенными предохранителями, применяемыми для защиты установок до 1000 В, являются: предохранители с наполнителем, с закрытым неразборным патроном серии НПН2 и разборным серии ПН2.

Условия выбора предохранителя:

1); (1.3)

2); (1.4)

3), (1.5)

где — ток плавкой вставки предохранителя, А;

— коэффициент загрузки,=1,1…1,25, примем =1,2;

— коэффициент пуска, =6.

Проверку выполняем из условия термической стойкости:

(1.6)

Выбор типа предохранителей производим по таблице (6.4[2]).

Произведем расчет для одного электроприёмника:

По условиям выбора выбираем предохранитель типа ПН2−100 с Проверка предохранителя

Расчет и выбор предохранителей сводим в таблицу 1.2

Таблица 1.2

Предохранители типа ПН2 — закрытый патрон с наполнителем.

1.3 Выбор магнитных пускателей и установка тепловых реле Пускатели магнитные серии ПМЛ предназначены для дистанционного пуска непосредственным подключением к сети, остановки асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, а в исполнении с трёхполюсным тепловым реле серии РТЛ для защиты управляемых электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности и от токов, возникающих при обрыве одной из фаз.

Условия выбора магнитных пускателей и тепловых реле:

(1.7)

(1.8)

Выбор типа магнитного пускателя производим по таблице 3.70.

Выбор теплового реле производим по таблице 3.71.

Расчетам для одного электроприёмника:

Выбираем тип пускателя ПМЛ-210 004 и тип реле РТЛ-102 204.

Расчет и выбор магнитного пускателя и теплового реле сводим в таблицу 1.3

Таблица 1.3

Магнитные пускатели типа ПМЛ — являются пускателями переменного тока открытого исполнения нереверсивные без теплового реле на напряжение до 660 В. Тепловое реле серии РТЛ — тепловое реле, встраиваемое в пускатели серии ПМЛ.

1.4 Определение расчетной электрической нагрузки силового пункта Произведём распределение электроприёмников между силовыми пунктами, для того чтобы спроектировать сеть. Выбор производим в зависимости от количества и типа предохранителя ЭП и сводим в таблицу 1.4.

Таблица 1.4

Примечание: ЭП № 7−1 шт. и ЭП № 17 — 3 шт. с предохранителями ПН2−400 сразу через линию 2 к РУ. Определение расчетных нагрузок группы ЭП промышленных предприятий с применением ряда расчетных коэффициентов, в основу которого положен метод упорядоченных диаграмм, позволяет по номинальной мощности и характеристики ЭП определить расчетный максимум нагрузки.

Для электроприёмников рассчитываем следующие величины:

· Средняя загрузка за максимально загруженную смену

(1.9)

где средняя активная мощность за наиболее нагруженную смену;

коэффициент использования активной мощности.

(1.10)

где средняя реактивная мощность за наиболее нагруженную смену;

коэффициент реактивной мощности.

· Эффективное количество электроприёмников

(1.11)

· Коэффициент максимума выбираем по таблице 2.6 [4]

· Расчетная активная нагрузка

(1.12)

· Расчетная реактивная нагрузка

<10 (1.13)

10

· Полная расчетная мощность

(1.14)

· Расчетный ток

(1.15)

Результаты расчетов заносим в таблицы 1.5−1.12

Таблица 1.5. Силовой пункт № 1

Таблица 1.6. Силовой пункт № 2

Таблица 1.7. Силовой пункт № 3

Таблица 1.8. Силовой пункт № 4

Таблица 1.9. Силовой пункт № 5

Таблица 1.10. Силовой пункт № 6

Таблица 1.11. Силовой пункт № 7

Таблица 1.12. Силовой пункт № 8

Все СП присоединяем к РУ как радиальные линии.

1.5 Выбор марки кабеля и его сечение для линии Л2, автоматического выключателя и установка его расцепителей для защиты Л2

Условие выбора марки провода:

(1.16)

Выберем кабель для первого силового пункта. По этому кабелю протекает ток этого силового пункта, т. е. 26,289 А. В таблице 2.17 выбираем кабель с алюминиевыми жилами (АВВГ) прокладываемый в воздухе четырехжильный сечением 4 мм кв. Ток длительно допустимый равен 27 А. Для остальных кабелей выбор осуществляем аналогичным образом.

Условие выбора автоматического выключателя:

1.; (1.17)

2., (1.18)

где I_з.р.— ток зависимого расцепителя;

K — кратность, K=7 — 8;

I_пик — пиковый ток,

; (1.19)

3. (1.20)

(1.21)

где I_н.р. — ток независимого расцепителя

I_н.р.=I_з.р.· K (1.22)

По условию 3 ток независимого расцепителя 300А, что больше чем 4.5*27=121.5. Следовательно увеличиваем сечение провода до 50 мм². Длительно допустимый ток равен 110А.

Результаты расчетов заносим в таблицу 1.14.

Таблица 1.13

1.6 Выбор марки кабеля и его сечения для линии Л1

Рассчитаем, чему будут равны, наши активная и реактивная мощности.

кВт (1.23)

квар (1.24)

Найдем полную мощность и максимальный рабочий ток:

(1.25)

кВА

(1.26)

А Для такого максимального рабочего тока выбираем кабель марки АСБ трёхжильный до 10 кВ по (табл. 2.17,[бар 91]). Выбираем 3^-хжильный кабель с алюминиевыми жилами в свинцовой оболочке, бронированный, прокладываемый в воздухе, сечением 35 ммІ с допустимым током 90А.

Проверка:

Проверка выполняется.

Произведём расчет сечения по экономической плотности тока:

(1.27)

где — экономичная плотность тока, ();

Рассчитаем минимальное сечение кабеля:

(1.28)

(1.29)

мм²

где — ток короткого замыкания, А;

(1.30)

— время срабатывания релейной защиты, с;

=0,1с С — коэффициент, который зависит от марки кабеля линии (С=85).

После расчёта минимального и экономического сечения кабеля мы вынуждены изменить принятое нами сечение кабеля. Выбор производим по аналогичной таблице, как рассматривалось выше. Итак, выбираем кабель сечением 70 ммІ с допустимым током 140А.

Проверка:

Проверка выполняется.

1.7 Выбор трансформаторов Силовые трансформаторы являются основным электрическим оборудованием, обеспечивающим передачу энергии от электрических станций к потребителям и ее распределение.

С помощью трансформаторов осуществляется повышение напряжения до значений (35, 110, 220, 330, 500 кВ), необходимых для линий электропередачи энергосистем, а также многократное ступенчатое понижение напряжений до значений, применяемых непосредственно в приемниках электроэнергии (10; 6,3; 0,66; 0,38; 0,22; 0,127 кВ).

Силовые трансформаторы выпускаются номинальной мощностью, кратной мощности 10, 16, 25, 40, 63 кВА, в трехфазном и однофазном использовании.

В предыдущем пункте мы выбирали кабель для Л1, и рассчитывали полную мощность. Она была равна. Учитывая этот факт произведём выбор трансформатора.

Выбираем трансформатор типа ТМ по (табл. 3.4[5]).

Таблица 1.14

1.8 Расчет токов однофазного короткого замыкания и оценка чувствительности защиты

1. Просчитывается КЗ у силового пункта питающий дальний электроприёмник

2. КЗ у дальнего электроприёмника (за предохранителем)

(1.31)

где — сопротивление провода «фаза нуль».

Определим сопротивления трансформатора и провода «фаза нуль», а также рассчитаем ток однофазного КЗ для двух рассмотренных случаев.

1. Выбор сопротивлений для транформатора осуществляем по (табл. 2.50[4]).

(1.32)

Выбор сопротивлений для кабеля линии Л2 самого удалённого электроприёмника осуществляем по (табл. 2.53[4]).

(1.33)

(1.34)

Найдем однофазный ток КЗ у силового пункта, питающий дальний ЭП:

Проверка на чувствительность:

(1.35)

Если, то тогда (1.36)

Если, то тогда

Т.к. в данном случае ток независимого расцепителя равен 400А, воспользуемся формулой:

5230 > 1.25*400

Проверка выполняется.

2.

Выбор сопротивлений осуществляем по (табл. 2.50[4]).

(1.37)

МОм Выбор сопротивлений осуществляем по (табл. 2.53[4]).

L₃= 6+1,2*n = 6+1,2*54 = 70,8 м

(1.38)

(1.39)

Найдем однофазный ток КЗ у дальнего ЭП (за предохранителем):

Проверка на чувствительность:

(1.40)

690 > 3*160

Проверка выполняется.

2. Оценка отклонения напряжения низковольтной распределительной сети (НВРС) при напряжении в центре питания равном

2.1 Расчет интегральных характеристик отклонения напряжения на шинах РУ 0,4 кВ, приняв по таблице исходных данных. Выбор наилучшей отпайки ПБВ трансформатора ТП Составим схему замещения:

1. Определение среднего значения отклонения напряжения центра питания.

(2.1)

2. Определение среднего значения отклонения напряжения на шинах 0,4 кВ.

(2.2)

где — добавка или отпайка трансформатора в процентах;

— отклонение напряжения в процентах.

(2.3)

Для линии:

(2.4)

(2.5)

Для трансформатора:

(2.6)

(2.7)

Найдем отклонение напряжения:

Найдем отклонение напряжения в процентах:

(2.8)

Выражаем из формулы 2.2 добавку или отпайку трансформатора в процентах для сравнения со стандартным набором отпаек.

(2.9)

Таблица 2.1

По таблице 2.1 для полученного значения выбираем отпайку +2.5. При этом Е_Т=7.5%.

Теперь найдём среднее значение отклонения напряжения на шинах 0,4 кВ с учетом стандартной отпайки по формуле 2.2.

После проведения этой операции не должно превышать.

В нашем случае этого не происходит.

3. Определение математического ожидания.

(2.10)

Так как, следовательно, формула 2.10 примет вид:

(2.11)

где — дисперсия на шинах 0,4 кВ;

— дисперсия потерь напряжения в первой линии и трансформаторе.

(2.12)

Дисперсия потерь напряжения в первой линии в вольтах.

(2.13)

Теперь вычисляем дисперсию на шинах 0,4 кВ.

(2.14)

2.2 Оценка предельных значений отклонений напряжений на шинах 0,4 кВ ТП с доверительной вероятностью 0,95

(2.15)

(2.16)

2.3 Расчет отклонения напряжения в максимальном режиме для наиболее удалённого электроприёмника

(2.17)

Найдем для линии Л2 отклонение напряжения сначала в вольтах, а затем в %:

(2.18)

(2.19)

Аналогично для Л3 найдем отклонение напряжения в вольтах, а затем в %:

(2.20)

(2.21)

Теперь, зная всё величины мы можем посчитать отклонение напряжения в максимальном режиме для наиболее удаленного ЭП по формуле 2.17.

По ГОСТу 1309−97 отклонение лежит в допустимых пределах (не более 5%). Значит, если у самого удаленного электроприёмника напряжение нас устраивает, то и у остальных оно будет приемлемым.

3. Оценка отклонения НВРС, при встречном регулируемом напряжении в ЦП

3.1 Расчет среднего квадратичного отклонения при встречном регулировании Формула для нахождения среднего квадратичного отклонения аналогична формуле 1.57. Однако теперь мы учитываем, что .

(3.1)

где — коэффициент корреляции ();

— отклонение в центре питания;

если < 1000 кВА, то

если? 1000 кВА, то

(3.2)

Так как мощность трансформатора равна 1600 кВА, воспользуемся формулой:

(3.3)

3.2 Оценка предельных значений отклонений напряжений на шинах 0,4 кВ ТП с доверительной вероятностью 0,95

(3.4)

(3.5)

3.3 Расчет отклонения напряжения в максимальном режиме для наиболее удалённого электроприёмника

(3.6)

Найдем для линии Л2 отклонение напряжения сначала в вольтах, а затем в %:

(3.7)

(3.8)

Аналогично для Л3 найдем отклонение напряжения в вольтах, а затем в %:

(3.9)

(3.10)

Теперь, зная всё величины мы можем посчитать отклонение напряжения в максимальном режиме для наиболее удаленного ЭП по формуле 3.6.

По ГОСТу 1309−97 отклонение лежит в допустимых пределах (не более 5%). Значит, если у самого удаленного электроприёмника напряжение нас устраивает, то и у остальных оно будет приемлемым.

4. Расчет потерь электроэнергии

4.1 Расчет максимальных и средних за сутки потерь мощности во всех элементах расчетной схемы Определение максимальных потерь мощности:

(4.1)

Для линии Л1:

Для линии Л2:

Шкаф ШР11−73 509 (шкаф№ 1)

Производим аналогичный расчет для остальных шкафов и электроприёмника № 18 и сводим в таблицу 4.1

Таблица 4.1

Для линии Л3:

Расчет выполним на примере первого станка:

Расчеты для всех электроприемников сводим в таблицу 4.2

Таблица 4.2

Определение средних потерь мощности:

(4.2)

Для линии Л1:

Для трансформатора:

Для линии Л2:

Шкаф ШР11−73 509 (шкаф№ 1)

Производим аналогичный расчет для остальных шкафов и электроприёмника № 18 и сводим в таблицу 4.3

Таблица 4.3

4.2 Расчет потерь электроэнергии за сутки во всех элементах схемы. Оценка в процентных долях потерь обусловленные не равномерностью режима электропотребления.

(4.3)

где T — время равное 24 ч.

(4.4)

где — передаваемая мощность по сети.

Для линии Л1:

Для линии Л2:

Шкаф ШР11−73 509 (шкаф№ 1)

Произведя расчет для остальных силовых пунктов (шкафов), сведём их в таблицу 4.3.

Для линии Л3:

Расчет выполним на примере первого станка:

Расчеты для всех электроприемников сводим в таблицу 4.2.

Потери обусловленные неравномерностью режима электропотребления считается только для линии Л1 и трансформатора.

(4.5)

Для линии Л1:

Для трансформатора:

4.3 Расчет потерь мощности и электроэнергии в элементах сети обусловленных передачей реактивной мощности и оценка в процентных долях этих потерь от полных потерь

(4.6)

(4.7)

(4.8)

Для линии Л1:

Для линии Л2:

Шкаф ШР11−73 509 (шкаф№ 1)

Расчет потерь для остальных линий производим аналогично, и результаты заносим в таблицу 4.4

Таблица 4.4

Для линии Л3:

Расчет выполним на примере первого станка:

Расчеты для всех электроприемников свожу в таблицу 4.5.

Таблица 4.5

Заключение

Цель данного курсового проекта — спроектировать систему электроснабжения токарного участка, имеющего 18 электроприёмников. На первом этапе мы выбирали элементы нашей сети: провода, предохранители, магнитные пускатели и уставки тепловых реле для каждого из 18-ти электроприёмников по многим условиям. Затем электроприёмники присоединили к силовым пунктам, получилось восемь силовых пунктов и один мощный электроприемник, далее с помощью радиальной схемы присоединили эти силовые пункты к РУ 0,4 кВ. Т.к. радиальная схема более надежна по сравнения с магистральной.

Для каждого кабеля линии 2 выбрали автоматический выключатель, спроектировали линию 1. Потом проверили — чувствительность автоматических выключателей и предохранителей при коротком замыкании. Получили, что ток короткого замыкания намного превосходил ток отключения автомата или плавкой вставки предохранителя, т. е. обеспечили необходимый, а с учетом радиальных схем — максимальный уровень надежности. Затем проверили, будет ли достаточный уровень напряжения на РУ и у электроприёмников. Оказалось, что напряжение лежит в необходимом диапазоне (5% от номинального). Просчитали потери электроэнергии: оказалось что теряется не более 3%, в самых неэкономичных линиях (малого сечения), и около 0,5−1% в среднем по всем элементам. Потери, вызванные протеканием реактивной мощности, лежат в широком диапазоне. Все полученные расчетные значения не превышают пределы, установленные ГОСТом.

электроэнергия ток напряжение замыкание

1. Методические указания по электроснабжению. Гужов Н.П.

2. Электрическая часть электростанций и подстанций. Под ред. Неклепаева Б.Н.

3. Справочник по проектированию электроснабжения. Под ред. Барыбина Ю. Г. 1991

4. Справочник по проектированию электроснабжения. Под ред. Барыбина Ю. Г. 1990

5. Справочник по расчету электрических сетей. И. Ф. Шаповалов, 1986.