Расчёт электроснабжения промышленного объекта напряжением до 1000 В

Курсовая работа на тему Расчёт электроснабжения промышленного объекта напряжением до 1000 В

Введение

кузнечный термический цех электрооборудование Проектирование электроснабжения промышленных объектов — обязательный этап, который сопровождает монтаж электросети при новом строительстве или реконструкцию уже существующей проводки в здании. От того, насколько хорошо проработан проект электроснабжения, зависит не только бесперебойная работа всего предприятия, но и безопасность его сотрудников, а также экономичное и рациональное использование энергоресурсов. Профессионально с этой задачей могут только опытные проектировщики, которые имеют специальное образование и серьезный опыт в проектировании систем промышленного электроснабжения для предприятий.

Промышленные объекты являются наиболее масштабными потребителями электричества и нуждаются в постоянном, стабильном и мощном энергоснабжении. Высокое качество и бесперебойность подачи электричества — вот один из важнейших факторов создания оптимальных производственных условий на предприятиях. Энергоснабжение объекта представляет собой целый комплекс сложных и трудоемких мероприятий, подразумевающих образование, передачу и сбыт электроэнергии потенциальному потребителю.

Задание Задание на курсовое проектирование сведено в таблицу 1.

Таблица 1. Задание на курсовое проектирование

Характеристика среды цеха Согласно правил устройства электроустановок ПУЭ (утвержденных приказом Минэнерго России от 0.8.07.2002 № 204):

1.1.3. Электроустановка — совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другие виды энергии.

1.1.6. Сухие помещения — помещения, в которых относительная влажность воздуха не превышает 60%.

При отсутствии в таких помещениях условий, указанных в 1.1.10−1.1.12, они называются нормальными.

1.1.7. Влажные помещения — помещения, в которых относительная влажность воздуха более 60%, но не превышает 75%.

1.1.8. Сырые помещения — помещения, в которых относительная влажность воздуха превышает 75%.

1.1.9. Особо сырые помещения — помещения, в которых относительная влажность воздуха близка к 100% (потолок, стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой).

1.1.10. Жаркие помещения — помещения, в которых под воздействием различных тепловых излучений температура постоянно или периодически (более 1 суток) превышает +35 °С (например, помещения с сушилками, обжигательными печами, котельные).

1.1.11. Пыльные помещения — помещения, в которых по условиям производства выделяется технологическая пыль, которая может оседать на токоведущих частях, проникать внутрь машин, аппаратов и т. п.

Пыльные помещения разделяются на помещения с токопроводящей пылью и помещения с нетокопроводящей пылью.

1.1.12. Помещения с химически активной или органической средой — помещения, в которых постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования.

1.1.13. В отношении опасности поражения людей электрическим током различаются:

1) помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность (см. пп. 2 и 3);

2) помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:

сырость или токопроводящая пыль (см. 1.1.8 и 1.1.11);

токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т. п.);

высокая температура (см. 1.1.10);

возможность одновременного прикосновения человека к металлоконструкциям зданий, имеющим соединение с землей, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования (открытым проводящим частям), с другой;

3) особо опасные помещения, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность:

особая сырость (см. 1.1.9);

химически активная или органическая среда (см. 1.1.12);

одновременно два или более условий повышенной опасности (см. 1.1.13, п. 2);

4) территория открытых электроустановок в отношении опасности поражения людей электрическим током приравнивается к особо опасным помещениям."

Среда цеха характеризуется как нормальная на основании следующих параметров:

1) относительная влажность воздуха не выше 60%. ПУЭ 1.1.6.

2) температура воздуха не выше 350С ПУЭ 1.1.10.

3) технологическая пыль отсутствует ПУЭ 1.1.11.

4) агрессивные пары, жидкости и газы не применяются ПУЭ 1.1.11

Определение расчётных электрических нагрузок Расчёт электрических нагрузок выполняем в табличной форме Ф636−92. Каждый однотипный, номинальной мощности и потребления электроэнергии электроприёмники, записываем отдельной строкой, их количество n. По справочнику выбираем Ки и cosц. Средние мощности для каждого типа приёмников находим по формулам (1). Эффективное число приёмников вычисляем по формуле (2). Коэффициент расчётной нагрузки находим по табл. 3 [1], а активную, реактивную и полную мощности определяем по формулам (3), (4), (5). В строке «Суммарные величины» находим итоговые показатели потребления силовых приёмников располагающихся в отделении:

— суммарное количество электроприёмников n;

— суммарную установленную мощность электроприёмников

— по формуле (6) находим средневзвешенный коэффициент использования;

— по полученным значениям и nэ в табл. 3 находим значение коэффициента расчётной нагрузки Кр;

— суммарную среднюю нагрузку за максимально загруженную смену Рсм, Qсм по формулам (1);

— суммарную активную, реактивную и полную мощность по формулам (3),(4) и (5).

;, (1)

где, — коэффициент использования оборудования;

— номинальная мощность оборудования;

(2)

где — суммарная мощность отделения;

— количество единиц приёмников одинакового типа или марки;

— номинальная мощность единичного приёмника.

(3)

где — коэффициент расчётной нагрузки;

— расчётная активная мощность отделения.

(4)

где — расчётная реактивная мощность отделения.

(5)

где — полная мощность отделения.

(6)

— средневзвешенный коэффициент использования оборудования всего отделения.

Определим осветительную нагрузку Осветительная нагрузка по цеху определяется по формуле:

кВт (7)

— установленная мощность приемников освещения.

= 0,85 — коэффициент спроса, принимается по справочной литературе, для производственных помещений.

кВт (8)

Вт/м2 — удельная нагрузка площади пола цеха;

м2 — площадь пола цеха.

Результаты расчётов заносим в табл. 2.

Расчет кузнечно-термического отделения

Определим общую установленную мощность по данному отделению как сумму установленных мощностей всех электроприёмников этого отделения по формуле:

(9)

где — число электроприемников i-го оборудования;

— мощность i-го оборудования.

По данному отделению она составит:

Аналогично определяем для остальных отделений.

Средняя активная нагрузка приёмника за максимально загруженную смену определится по формуле:

(10)

Определим её для молота пневматического МА-417:

где =0,4 — коэффициент использования молота пневматического;

=55 кВт — номинальная мощность молота пневматического.

Аналогично для остальных электроприемников в отделении.

Реактивная нагрузка приемника за максимально загруженную смену определяется по формуле:

(11)

Так для молота пневматического:

где кВт — средняя активная нагрузка приёмника за максимально загруженную смену;

Аналогично для остальных электроприемников в отделении.

Эффективное число электроприемников:

(12)

где — общая установленная мощность кузнечно-термического отделения;

— количество единиц приёмников одинакового типа или марки;

— номинальная мощность единичного приёмника.

Определим средневзвешенный коэффициент использования оборудования для кузнечно-термического отделения.

(13)

По полученным значениям и nэ в таблице 3 находим значение коэффициента расчётной нагрузки

Расчетная активная мощность отделения:

(14)

где — средневзвешенный коэффициент использования оборудования;

— коэффициент расчётной нагрузки;

— общая установленная мощность кузнечно-термического отделения.

Расчетная реактивная мощность отделения:

(15)

где — коэффициент расчётной нагрузки;

— средневзвешенная реактивная нагрузка отделения.

Расчетная полная мощность:

(16)

где — расчётные реактивная и активная мощности соответственно.

Расчетный ток в линии:

(17)

где — расчётная полная мощность;

— номинальное напряжение в линии.

Расчётные формулы для определения суммарных величин:

Суммарный коэффициент мощности:

(18)

(19)

Результаты расчета остальных участков производственного цеха занесем в таблицу 2.

Таблица 2. Расчёт электрических нагрузок по цехам

Выбор числа и мощности трансформаторов

В соответствии с ГОСТ 14 209–85 и ГОСТ 11 677–75 цеховые трансформаторы имеют следующие номинальные мощности: 100, 160, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА.

Двухтрансформаторные подстанции применяются при преобладании электроприемников I и II категорий. При этом мощность трансформаторов выбирается такой, чтобы при выходе из работы одного, другой трансформатор с учетом допустимой перегрузки принял бы на себя нагрузку всех потребителей (в этой ситуации можно временно отключить электроприемники III категории). В данном случае все потребители электрической энергии 2-й категории.

Для выбора мощности трансформаторов необходимо определить удельную плотность нагрузки:

(20)

где =733,078 кВА — расчетная полная нагрузка цеха;

F=6000 м2 — площадь цеха.

При плотности нагрузки до 0,2 кВА/м2 применяются трансформаторы мощностью до 1000 кВА включительно; при плотности 0,2 — 0,3 кВА/м2 — мощностью 1600кВА; при плотности более 0,3 кВА/ м2 — применяются трансформаторы мощностью 1600 — 2500 кВА.

Выбираем трансформатор до 1000 кВА.

Мощность компенсирующих устройств определяется как:

(21)

Устанавливаем 2 установки для компенсации реактивной мощности

КРМ-0,4−275−5-25У3 мощностью 275 кВАР каждая.

Найдем суммарную нагрузку цеха на шинах 0,4 кВ:

(22)

С учетом (22) найдем номинальную мощность трансформатора:

(23)

где — число трансформаторов установленных в трансформаторной подстанции;

Кз = 0,8 коэффициент загрузки трансформатора (потребители 2-й категории);

Проверка минимального числа трансформаторов для цеха производится по формуле:

(24)

где — суммарная нагрузка всего цеха на шинах 0,4 кВ;

— номинальная мощность трансформатора, кВА;

Кз=0,8 — коэффициент загрузки трансформатора (потребители 2-й категории);

Следовательно, принимаем

В условиях аварийного режима должно выполняться условие:

(25)

Проверим:

1,4 400

Полученный результат удовлетворяет условию.

Устанавливаем 2 трансформатора мощностью 400 кВА типа ТМЗ-400/10/0,4.

Выбор сечений проводников Выбираем кабель по току нормального режима, найденному по формуле:

(26)

Значение номинальной мощности для формулы (26) определяется по (27).

(27)

Для молота пневматического:

— номинальная мощность молота пневматического;

— коэффициент мощности для молота пневматического.

Получаем:

Выбираем кабель марки АВВГ (1×25)

А — Алюминиевая токопроводящая жила В — Изоляция жил из поливинилхлоридного пластиката В — Оболочка из поливинилхлоридного пластиката Г — Голый Силовые кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 1,0 кВ частоты 50Гц. Кабели изготавливаются для эксплуатации в районах с умеренным и холодным климатом. Кабели предназначены для эксплуатации на суше, реках и озерах на высотах до 4300 м. над уровнем моря. Кабели применяются для прокладки: — В земле (траншеях) с низкой, средней или высокой коррозионной активностью, с наличием или отсутствием блуждающих токов, и если в процессе эксплуатации кабели не подвергаются значительным растягивающим усилиям; - В воздухе при наличии опасности механических повреждений в ходе эксплуатации; - Для прокладки в сухих или сырых помещениях (туннелях), каналах, кабельных полуэтажах, шахтах, коллекторах, производственных помещениях, частично затапливаемых сооружениях при наличии среды со слабой, средней и высокой коррозионной активностью; - Для прокладки в пожароопасных помещениях; - Для прокладки во взрывоопасных зонах класса B-Iб, B-Iг, В-II, В-IIа.

Результаты расчётов и выбор марок кабелей для отделения приведены в таблице 3.

Таблица 3. Расчёт и выбор кабелей для Кузнечно-термического отделения

Выбор защитной аппаратуры

Для выбора защитной аппаратуры необходимо определить пиковый ток кратковременной перегрузки в линии, питающей узел нагрузки:

(28)

— расчетный ток в линии;

— номинальный ток наибольшего из потребителей;

— его коэффициент использования [5];

— кратность пускового тока.

В сетях напряжением 380/220 В наибольший ток КЗ возникает на выводах защитной аппаратуры при трехфазном металлическом КЗ ().

Определим КЗ на выводе защитной аппаратуры на шинопроводе.

Для расчета периодической составляющей наибольшего тока трехфазного КЗ от энергосистемы в сетях до 1000 В следует пользоваться формулой:

(29)

где кВ — среднее значение напряжения;

 — активные и реактивные сопротивления прямой последовательности элементов сети до точки КЗ, начиная с трансформатора цеховой ТП [1]

Для трансформатора определяются по таблице 11.

Для рубильника определяются по таблице 10.

Суммарное сопротивление:

Найдём сопротивления от приёмника до точки КЗ.

Для кабеля активные и реактивные сопротивления должны учитывать длину кабеля:

(30)

где — активное сопротивление i-го кабеля [1];

— длина i-го кабеля (не заданна по заданию, поэтому для расчёта примем самостоятельно).

(31)

где — реактивное сопротивление i-го кабеля [1];

— длина i-го кабеля (не заданна по заданию, поэтому для расчёта примем самостоятельно).

Определим активные и реактивные сопротивления кабеля ответвления для потребителя от кабеля питающего отделение.

Для кабеля ответвления активные и реактивные сопротивления должны учитывать длину кабеля:

Активная составляющая:

(32)

где — активное сопротивление n-го кабеля [1];

— длина n-го кабеля (не заданна по заданию, поэтому для расчёта примем самостоятельно).

Реактивная составляющая:

(33)

где — реактивное сопротивление n-го кабеля [1];

— длина n-го кабеля (не заданна по заданию, поэтому для расчёта примем самостоятельно).

Если непосредственно к месту КЗ примыкают электродвигатели, с суммарным номинальным током более 1,0% начального значения периодической составляющей тока КЗ от энергосистемы, следует учесть их влияние на ток КЗ. Продолжая по инерции вращаться, эти двигатели по отношению к месту КЗ становятся генераторами и подпитывают точку КЗ до тех пор, пока не остановятся.

Найдём сопротивления асинхронного двигателя молота пневматического:

Реактивная составляющая:

(34)

где — номинальное напряжение двигателя;

— суммарная номинальная мощность приёмников одинаковой марки или типа;

— коэффициент мощности приёмника.

Активная составляющая:

(35)

ЭДС асинхронных двигателей определяется по формуле:

где — фазное напряжение потребителя;

— фазный ток определяется по формуле (35);

— реактивная и активная составляющие сопротивления электрического двигателя, формулы (33) и (32).

(37)

где — коэффициент мощности;

— расчётная полная мощность отделения.

В практических расчетах в качестве параметров, можно принимать соответствующие номинальные значения двигателя.

Начальное значение тока периодической составляющей от асинхронного двигателя определяются по формуле:

(38)

где — ЭДС асинхронного двигателя;

— реактивная и активная составляющие сопротивления электрического двигателя, формулы (33) и (32);

— суммарные активная и реактивная составляющие сопротивления от электрического двигателя до точки КЗ.

Определим ток периодической составляющей от асинхронного двигателя:

Суммарное значение тока КЗ в радиальных сетях находят в виде простой алгебраической суммы:

(39)

По значению пикового тока КЗ выбираем выключатель вакуумный автоматический типа ВВА-1,14−20/1000У3 открытого исполнения с естественным воздушным охлаждением, предназначены для проведения тока в номинальном режиме, для защиты при токах короткого замыкания, токах перегрузки и недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастого оперативного включения и отключения приемников электрической энергии.

Вакуумные автоматические выключатели характеризуются небольшими габаритными размерами и малой массой. Они рассчитаны на длительный срок службы при минимальных затратах на обслуживание.

Номинальный ток отключения 20 кА.

Выключатель поставляется с блоком и без блока микропроцессорной электронной токовой защиты, обеспечивающей следующие виды защит:

* максимальная токовая защита каждой из фаз по перегрузу с выдержкой времени, зависимой от тока;

* максимальная токовая защита каждой из фаз по перегрузу с выдержкой времени, независимой от тока;

* токовая отсечка в зоне коротких замыканий с выдержкой времени, зависимой от тока;

* токовая отсечка в зоне коротких замыканий с выдержкой времени, независимой от тока;

* токовая отсечка в зоне коротких замыканий без выдержки времени;

* токовая защита по току утечки на землю с выдержкой времени, независимой от тока;

* минимальная защита каждой из фаз по напряжению, с выдержкой времени;

* нулевая защита каждой из фаз по напряжению, с выдержкой времени.

Определим КЗ на выводе защитной аппаратуры на шинопроводе отделения.

Для расчета периодической составляющей наибольшего тока трехфазного КЗ от энергосистемы в сетях до 1000 В следует пользоваться формулой:

(40)

где кВ — среднее значение напряжения;

 — активные и реактивные сопротивления прямой последовательности элементов сети до точки КЗ, начиная с трансформатора цеховой ТП [1]

Для трансформатора определяются по таблице 11.

Для рубильника определяются по таблице 10.

Для кабеля активные и реактивные сопротивления должны учитывать длину кабеля:

(41)

где — активное сопротивление i-го кабеля [1];

— длина i-го кабеля (не заданна по заданию, поэтому для расчёта примем самостоятельно).

(42)

где — реактивное сопротивление i-го кабеля [1];

— длина i-го кабеля (не заданна по заданию, поэтому для расчёта примем самостоятельно).

Определим активные и реактивные сопротивления кабеля ответвления для потребителя от кабеля питающего отделение.

Суммарное сопротивление:

Найдём сопротивления от приёмника до точки КЗ.

Для кабеля ответвления активные и реактивные сопротивления должны учитывать длину кабеля:

Активная составляющая:

(43)

где — активное сопротивление n-го кабеля [1];

— длина n-го кабеля (не заданна по заданию, поэтому для расчёта примем самостоятельно).

Реактивная составляющая:

(44)

где — реактивное сопротивление n-го кабеля [1];

— длина n-го кабеля (не заданна по заданию, поэтому для расчёта примем самостоятельно).

Если непосредственно к месту КЗ примыкают электродвигатели, с суммарным номинальным током более 1,0% начального значения периодической составляющей тока КЗ от энергосистемы, следует учесть их влияние на ток КЗ. Продолжая по инерции вращаться, эти двигатели по отношению к месту КЗ становятся генераторами и подпитывают точку КЗ до тех пор, пока не остановятся.

Найдём сопротивления асинхронного двигателя молота пневматического:

Реактивная составляющая:

(45)

где — номинальное напряжение двигателя;

— суммарная номинальная мощность приёмников одинаковой марки или типа;

— коэффициент мощности приёмника.

Активная составляющая:

(46)

ЭДС асинхронных двигателей определяется по формуле:

(47)

где — фазное напряжение потребителя;

— фазный ток определяется по формуле (35);

— реактивная и активная составляющие сопротивления электрического двигателя, формулы (33) и (32).

(48)

где — коэффициент мощности;

— расчётная полная мощность отделения.

В практических расчетах в качестве параметров, можно принимать соответствующие номинальные значения двигателя.

Начальное значение тока периодической составляющей от асинхронного двигателя определяются по формуле:

(49)

где — ЭДС асинхронного двигателя;

— реактивная и активная составляющие сопротивления электрического двигателя, формулы (33) и (32);

— суммарные активная и реактивная составляющие сопротивления от электрического двигателя до точки КЗ.

Определим ток периодической составляющей от асинхронного двигателя:

Суммарное значение тока КЗ в радиальных сетях находят в виде простой алгебраической суммы:

Выбираем автоматический выключатель ВА08−0633 исполнения С (не токоограничивающий) со следующими параметрами:

— номинальный ток выключателя 630 А;

— номинальное рабочее напряжение 380, 660 В;

— номинальная предельная отключающая способность 25 кА;

— возможна установка регулируемого электронного расцепителя тока.

Расчёт и выбор остальных коммутационных аппаратов приведён в таблице 4.

В таблице 5 приведенны значения тока КЗ для всех потребителей при КЗ на шинах 0,4 кВ.

Таблица 4. Коммутационные аппараты для кузнечно-термического цеха при КЗ на шинах отделения

Таблица 5. Коммутационные аппараты для кузнечно-термического цеха при КЗ на шинах 0,4 кВ

Таблица 6. Коммутационные аппараты устанавливаемые на вводах отделений

Заключение

кузнечный термический цех электрооборудование В данной курсовой работе был проведен расчет силовой нагрузки электротехнологического цеха по отделениям, выбор конструктивного исполнения распределительной сети, размещение электрооборудования, а также выбор сечений проводников и основного защитного оборудования кузнечно-термического отделения.

Разработаны и приведены в пояснительной записке общий план и однолинейная схема электроснабжения цеха.

В ходе работы были получены практические навыки расчета электрических силовых нагрузок и выбора вспомогательного оборудования цеха, а так же навыки расчёта КЗ в двух точках сети.

Расчёт выполнен в соответствии с методикой приведённой в.

Список использованных источников

1. Озерский В. М. Расчеты электроснабжения промышленных объектов напряжением до 1000 В: учеб. пособие/ В. М. Озерский, И. М. Хусаинов, И. И. Артюхов. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. 76 с.

2. Смирнов А. Г. Справочные данные по расчетным коэффициентам электрических нагрузок. — М.: Тяжпромэлектропроект, 1990. -110с.

3. Смирнов А. Д. Справочная книжка энергетика/ А. Д. Смирнов, К. М. Антипов.- М.:Энергоатомиздат, 1984, 440с.

4. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий: в 2 кн./под общ.ред. А. А. Федорова и Г. В. Сербиновского. Кн. 2. Технические сведения об оборудовании.- М.: Энергия, 1973, 528с.

5. ТЯЖПРОМЭЛЕКТРОПРОЕКТ имени Ф. Б. Якубовского «Справочные данные по расчётным коэффициентам электрических нагрузок». — М.: 1990г