Общие характеристики потребителей электроэнергии

• Введение
• 1. Общий раздел
• 1.1 Общие характеристики потребителей электроэнергии
• 1.2 Категории надежности, выбор тока и напряжения электроприемников
• 2. Расчетный раздел
• 2.1 Расчет нагрузок
• 2.2 Расчет компенсирующих устройств
• 2.3 Выбор числа и мощности трансформатора
• 2.4 Расчет и выбор коммутационно-защитной аппаратуры
• 2.5 Выбор сечения проводов питающей линии электропередачи
• 2.6 Расчет токов короткого замыкания для сети напряжением выше 1 кВ
• 2.7 Расчет токов короткого замыкания для сети напряжением до 1 кВ
• 2.8 Выбор оборудования ТП 10/0,4 кВ
• 3. Мероприятия по технике безопасности, противопожарной технике и охране труда
• 3.1 Система мероприятий по охране труда и технике безопасности
• 3.2 Средства защиты
• 3.3 Перечень нормативной документации по охране труда и технике безопасности при монтаже и эксплуатации электрооборудования и электроснабжения цеха
• Заключение
• Список литературы

Первое место по количеству потребляемой электроэнергии принадлежит промышленности, на долю которой приходится более 60% вырабатываемой в стране энергии. С помощью электрической энергии приводятся в движение миллионы станков и механизмов, освещение помещений, осуществляется автоматическое управление технологическими процессами и др. Существуют технологии, где электроэнергия является единственным энергоносителем.

В связи с ускорением научно-технологического прогресса потребление электроэнергии в промышленности значительно увеличилось благодаря созданию гибких автоматизированных производств.

В данном курсовом проекте разработано электроснабжение электромеханического цеха. Электромеханический цех предназначен для подготовки заготовок из металла для электрических машин с последующей их обработкой различными способами.

Он является одним из цехов металлургического завода, выплавляющего и обрабатывающего металл. ЭМЦ имеет станочное отделение, в котором установлено штатное оборудование: слиткообдирочные, токарные, фрезерные, строгальные, анодно-механические станки и др.

Целью курсового проекта являются закрепление практических навыков, расчетов и работы со справочной литературой. Все объекты цеха должны снабжаться электрической энергией в соответствии с требованиями руководящих документов ГОСТ, СНиП, ПУЭ, ПЭЭПиРД, ОТиТБ.

1. Общий раздел

1.1 Общие характеристики потребителей электроэнергии

Цеховые сети промышленных предприятий выполняют на напряжение до 1 кВ (наиболее распространенным является напряжение 380 В). На выбор схемы и конструктивное исполнение цехов сетей оказывают влияние такие факторы, как степень ответственности приемников электроэнергии, режимы их работы и размещении по территории цеха, номинальные токи и напряжения.

Электромеханический цех (ЭМЦ) предназначен для подготовки заготовок из металла для электрических машин с последующей их обработкой различными способами.

Он является одним из цехов металлургического завода, выплавляющего и обрабатывающего металл. ЭМЦ имеет станочное отделение, в котором установлено штатное оборудование: слиткообдирочные, токарные, фрезерные, строгальные, анодно-механические станки и др.

В цехе предусмотрены помещения для цеховой ТП, вентиляторной, инструментальной, для бытовых нужд и пр. ЭМЦ получает ЭСН от подстанции глубокого ввода (ПГВ). Расстояние от ПГВ до цеховой ТП — 0,5 км, а от ЭНС до ПГВ — 10 км. Напряжение на ПГВ — 10 кВ.

Количество рабочих смен — 2. Потребители ЭЭ цеха имеют 2 и 3 категорию надежности ЭСН.

Грунт в районе ЭМЦ — песок с температурой +20°С. Каркас здания цеха смонтирован из блоков-секций длиной 8 и 9 м каждый.

Размеры цеха А*В*Н =48*30*9м.

Вспомогательные помещения двухэтажные высотой 4 м.

Перечень оборудования ЭМЦ дан в таблицу 1.

Мощность электропотребления (Р_эп) указана для одного электроприемника.

Расположение основного оборудования показано на плане.

Таблица 1. Перечень ЭО электромеханического цеха.

1.2 Категории надежности, выбор тока и напряжения электроприемников

Электроприемники по надежности электроснабжения разделяются на три категории:

Электроприемники І категории — электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству; повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства. Из состава электроприемников І категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования.

Электроприемники ІІ категории — электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

Допускается питание электроприемников ІІ категории по одной ВЛ, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 суток Кабельные вставки этой линии должны выполняться двумя кабелями, каждый из которых выбирается по наибольшему длительному току ВЛ. Допускается питание электроприемников ІІ категории по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату.

При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора за время не более одних суток допускается питание электроприемников ІІ категории от одного трансформатора.

Для электроприемников ІІ категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на ремя, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады.

Согласно ПУЭ, электроприемники ІІ категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых, взаимно резервирующих источников питания.

Электроприемники III категории — все остальные электроприемники, не подходящие под определения І и ІІ категорий.

электроэнергия электромеханический цех ток Для электроприемников III категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения не превышают 1 суток. Электроприемники учебных мастерских в отношении обеспечения надежности электроснабжения по заданию относятся к электроприемникам ІІ и III категорий.

Электромеханический цех по категории надежности ЭСН относится к потребителям 2 и 3 категории. В целях экономии и в связи с тем, что при ремонте не произойдет массовый недоотпуск продукции, выбираем трансформаторную подстанцию с одним трансформатором и магистральную схему электроснабжения:

Магистральные схемы питания находят широкое применение не только для питания многих электроприемников одного технологического агрегата, но также большого числа сравнительно мелких приемников, не связанных единым технологическим процессом. К таким потребителям относятся металлорежущие станки в цехах механической обработки металлов и другие потребители, распределенные относительно равномерно по площади цеха.

Магистральные схемы позволяют отказаться от применения громоздкого и дорогого распределительного устройства или щита. В этом случае возможно применение схемы блока трансформатор-магистраль, где в качестве питающей линии применяются токопроводы (шинопроводы), изготовляемые промышленностью. Магистральные схемы, выполненные шинопроводами, обеспечивают высокую надежность, гибкость и универсальность цеховых сетей, что позволяет технологам перемещать оборудование внутри цеха без существенных переделок электрических сетей.

Для питания большого числа электроприемников сравнительно небольшой мощности, относительно равномерно распределенных по площади цеха, применяются схемы с двумя видами магистральных линий: питающими и распределительными. Питающие, или главные, магистрали подключаются к шинам шкафов трансформаторной подстанции, специально сконструированным для магистральных схем. Распределительные магистрали, к которым непосредственно подключаются электроприемники, получают питание от главных питающих магистралей или непосредственно от шин комплектной трансформаторной подстанции (КТП), если главные магистрали не применяются.

К главным питающим магистралям подсоединяется возможно меньшее число индивидуальных электроприемников. Это повышает надежность всей системы питания.

Следует учитывать недостаток магистральных схем, заключающийся в том, что при повреждении магистрали одновременно отключаются все питающиеся от нее электроприемники. Этот недостаток ощутим при наличии в цехе отдельных крупных потребителей, не связанных единым непрерывным технологическим процессом.

К шинам низшего напряжения трансформаторной подстанции подключены через вводные выключатели РП-1, ШР-1, ШР-2, ШТР-1, ШТР-2 и ЩО.

ШТР-1 через линейные выключатель запитывает электроприемник № 1.

ШТР-2 через линейные выключатель запитывает электроприемник № 21.

ШР-1 через линейные выключатели запитывает электроприемники № 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20.

ШР-2 через линейные выключатели запитывает электроприемники № 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41.

РП-1 через линейные выключатели запитывает электроприемники № 42,43.

2. Расчетный раздел

2.1 Расчет нагрузок

Расчеты ведутся методом коэффициента максимума (упорядоченных диаграмм). Это основной метод расчета электрических нагрузок, который сводится к определению максимальных (Рм, Qм, Sм) рассчитанных нагрузок группы электроприемников.

Рм. = Км Рсм.; Qм. = К_м' Qсм.; Sм. =;

где Рм. — максимальная активная нагрузка, кВт;

Qм. — максимальная реактивная нагрузка, квар;

Sм. — максимальная полная нагрузка, кВА;

Км. — коэффициент максимума активной нагрузки зависит от коэффициента использования и эффективного числа электроприемников;

Км' - коэффициент максимума реактивной нагрузки;

Рсм. — средняя активная мощность за наиболее нагруженную смену, кВт;

Qсм. — средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену, квар.

;

Qсм. = Р см tgц;

где Ки — коэффициент использования электроприемников, определяется на основании опыта эксплуатации (8, табл.1.5.1);

Рн. — номинальная активная групповая мощность, приведенная к длительному режиму, без учета резервных электроприемников, кВт;

tgц — коэффициент реактивной мощности;

nэ = F (n, m, Ки ср, Рн) — эффективное число электроприемников, может быть определено по упрощенным вариантам (8, табл.1.5.2);

Ки ср — средний коэффициент использования группы электроприемников,

Средний коэффициент мощности cosц и средний коэффициент реактивной мощности tgц.

;

показатель силовой сборки в группе

m = Рн. нб. / Рн. нм.,

где Рн нб, Рн нм — номанальные приведенные к длительному режиму активные мощности электроприемников наибольшего и наименьшего в группе.

В соответствии с практикой проектирования принимается Км' = 1,1 при nэ < 10; Км' = 1 при nэ > 10.

Производим расчет нагрузок и составляем сводную ведомость нагрузок по электромеханическому цеху в табличной форме (табл.2.1).

В графу 1 записывается наименование групп электроприемников и узлов питания.

В графу 2 записывается мощность электроприемников и узлов питания (Р_н).

В графу 3 записывается количество электроприемников для групп и узла питания (n)

В графу 4 для групп приемников и узла питания заносятся суммарная номинальная мощность (Р_н?)

?Р_н=. ;

В графу 5 записывается коэффициент использования электроприемников (К_и)

В графы 6 и 7 для групп приемников записываются tgц. и cosц. Определяется по (4, табл.1.5.1).

В графу 8 для групп приемников записываются показатель силовой сборки в группе m>3

В графу 9 записывается средняя активная мощность за наиболее загруженную смену (Р_см)

;

В графу 10 записывается средняя реактивная мощность за наиболее загруженную смену (Q_см)

;

В графу 11 записывается средняя нагрузка за наиболее загруженную смену (S_см)

S=;

В графу 12 записывается эффективное число электроприемников, n_э= n

графу 13 записывается коэффициент максимума активной нагрузки.

В графу 14 записывается коэффициент максимума реактивной нагрузки. К_м'

В графу 15 записывается максимальная активная мощность Р_м, определяемая по формуле:

УР_м=К_м•УР_см;

где

P_м — максимальная активная нагрузка, (кВт)

K_м — коэффициент максимума активной нагрузки

В графу 16, записывается максимальная реактивную мощность Q_м,

В графе 17 записывается максимальная полная мощность S_м, определяемая по формуле:

УS_м=

В графе 18 записывается максимальный ток I_м, определяемый по формуле:

Iм = Sм / v3? Uн;

Произведем расчет нагрузок на ШТР — 1

Кран мостовой работает в повторно-кратковременном режиме, с ПВ = 25% приведем мощность электроприемника к длительному режиму:

Рн. = Рп. ?

Определяем среднюю активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену:

; Qсм = Рсм tgц; S=;

Кран мостовой:

Ки = 0.1; Рсм. = 0.1? 18 = 1.8 кВт;

Qсм. = 1.8? 0.73 = 3.1 кВар;

Sсм. == 3.6 кВ? А;

Поскольку на ШТР один приемник, то максимальные активные, реактивные и полные нагрузки равны сменным:

Рм. = 1.8 кВт; Qм. = 3.1 кВар; Sсм. = 3.6 кВ? А;

Iм. = Sм. (_ШТР-1) / v3? Uн. = 3.6/1.73? 0.38 = 5.5 А.

Произведем расчет нагрузок на ШТР — 2

Кран мостовой работает в повторно-кратковременном режиме, с ПВ = 25% приведем мощность электроприемника к длительному режиму:

Рн. = Рп. ?

Определяем среднюю активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену:

; Qсм = Рсм tgц; S=;

Кран мостовой: Ки = 0.1; Рсм. = 0.1? 18 = 1.8 кВт;

Qсм. = 1.8? 0.73 = 3.1 кВар;

Sсм. == 3.6 кВ? А;

Максимальные активные, реактивные и полные нагрузки равны сменным: Рм. = 1.8 кВт; Qм. = 3.1 кВар; Sсм. = 3.6 кВ? А;

Iм. = Sм. (_ШТР-2) / v3? Uн. = 3.6/1.73? 0.38 = 5.5 А.

Произведем расчет нагрузок на ШР — 1

Определяем показатель силовой сборки в группе:

m = Рн. нб. / Рн. нм.; m = 13/2 = 6.2; m > 3.

Определяем среднюю активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену:

; Qсм = Рсм? tgц; S=

Манипулятор электрический:

Ки = 0.1;? Рн. = 6.4 кВт; tgц = 1.73;

Рсм. = 0.1? 6.4 = 0.64 кВт;

Qсм. = 0.64? 1.73 = 1.1 кВар;

Точильно шлифовочный станок:

Ки = 0.14;? Рн. = 62 кВт; tgц = 0.5;

Рсм. = 0.14? 2 = 0.28 кВт;

Qсм. = 0.28? 0.5 = 0.1 кВар;

Настольно сверлильный станок:

Ки = 0.16;? Рн. = 4.4 кВт; tgц = 1.33;

Рсм. = 0.16? 4.4 = 0.7 кВт;

Qсм. = 0.7? 1.33 = 0.9 кВар;

Токарный полуавтомат:

Ки = 0.17;? Рн. = 20 кВт; tgц = 0.5;

Рсм. = 0.17? 20 = 0.28 кВт;

Qсм. = 0.28? 0.5 = 0.1 кВар;

Токарный станок:

Ки = 0.16;? Рн. = 52 кВт; tgц = 1.33;

Рсм. = 0.16? 52 = 8.3 кВт;

Qсм. = 8.3? 1.33 = 11 кВар;

Слиткообдирочный станок:

Ки = 0.17;? Рн = 18 кВт; tgц = 1.17;

Рсм. = 0.17? 18 = 3.1 кВт;

Qсм. = 3.1? 1.17 = 3.6 кВар;

Определяем n всего по ШР-1:

n = 2 + 1 + 2 + 2 + 4 + 6 = 17;

Определяем УP_н всего по ШР-1:

УPн = 6.4 + 2 + 4.4 + 20 + 52 + 18 = 102.8 кВт;

Определяем суммарную активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену по ШР-1. и определяем среднее значение Ku ср, cosц и tgц:

УРсм. = 0.64 + 0.28 + 0.7 + 3.4 + 8.3 + 3.1 = 16.4 кВт;

УQсм. = 1.1 + 0.1 + 0.9 + 4 + 11 + 3.6 =20.7кВар;

УSсм. = = 26.4 кВ? А

Ku ср. = УРсм. / УРн. = 16.4/102.8 = 0.16;

cosц = УРсм. / Sсм. = 16.4/26.4 = 0.62;

tg = Qсм. / Pсм = 20.7/16.4 = 1.26.

Определяем nэ эффективное число электроприемников, находим по (8, табл.1.5.2.):

n = 17 >5; Ku ср = 0.16 < 0.2; m > 3, при этом nэ = n = 17.

Определяем Kм коэффициент максимума активной нагрузки находим по таблице (8, табл.1.5.3.): Км = 1.61.

Определяем Kм коэффициент максимума реактивной нагрузки:

Км' = 1, при n > 10.

Определяем максимальные активную, реактивную и полную мощности (Рм, Qм, Sм) расчетных нагрузок группы электроприемников,

Рм. = Км.? Рсм.; Qм. = К_м'? Qсм; Sм =

Рм. = 1.61? 16.4 = 26.4 кВт;

Qм. = 1? 20.7 = 20.7 кВар;

Sм. = = 33.6 кВ? А;

Определяем максимальный ток:

Iм. = S_{м. (ШТР-2)} / v3? Uн = 33.6/1.73? 0.38 = 51.1 А.

Произведем расчет нагрузок на ШР — 2:

Определяем показатель силовой сборки в группе:

m = Рн. нб. / Рн. нм.;

m = 13/2 = 6.2; m > 3.

Определяем среднюю активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену:

; Qсм = Рсм? tgц; S=

Манипулятор электрический:

Ки = 0.1;? Рн. = 6.4 кВт; tgц = 1.73;

Рсм. = 0.1? 6.4 = 0.64 кВт;

Qсм. = 0.64? 1.73 = 1.1 кВар;

Настольно сверлильный станок:

Ки = 0.16;? Рн. = 4.4 кВт; tgц = 1.33; Рсм. = 0.16? 4.4 = 0.7 кВт;

Qсм. = 0.7? 1.33 = 0.9 кВар;

Токарный полуавтомат:

Ки = 0.17;? Рн. = 20 кВт; tgц = 0.5;

Рсм. = 0.17? 20 = 0.28 кВт;

Qсм. = 0.28? 0.5 = 0.1 кВар;

Слиткообдирочный станок:

Ки = 0.17;? Рн. = 18 кВт; tgц = 1.17;

Рсм. = 0.17? 18 = 3.1 кВт;

Qсм. = 3.1? 1.17 = 3.6 кВар;

Горизонтально фрезерный станок:

Ки = 0.17;? Рн. = 14 кВт; tgц = 1.17;

Рсм. = 0.17? 14 = 2.4 кВт;

Qсм. = 2.4? 1.17 = 2.8 кВар;

Продольно строгальный станок:

Ки = 0.17;? Рн. = 20 кВт; tgц = 1.17;

Рсм. = 0.17? 20 = 3.4 кВт;

Qсм. = 3.4? 1.17 = 4 кВар;

Анодно механический станок:

Ки = 0.16;? Рн. = 225 кВт; tgц = 1.33;

Рсм. = 0.16? 225 = 36 кВт;

Qсм. = 36? 1.33 = 48 кВар;

Тельфер:

Ки = 0.1;? Рн. = 5 кВт; tgц = 1.73;

Рсм. = 0.1? 5 = 0.5 кВт;

Qсм. = 0.5? 1.73 = 0.9 кВар;

Определяем n всего по ШР-1:

n = 2 + 2 + 2 + 5 + 2 +2 + 3 + 1 = 19;

Определяем УP_н всего по ШР-1:

УPн. = 6.4 + 4.4 + 20 + 15 + 14 + 20 + 225 + 5 = 309.8 кВт;

Определяем суммарную активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену по ШР — 1. и определяем среднее значение Ku ср, cosц и tgц:

УРсм. = 0.6 + 0.7 + 3.4 + 2.6 + 2.4 + 3.4 + 36 +0.5 = 49.6 кВт;

УQсм. = 1 + 1 + 4 + 3 + 2.8 + 4 + 48 + 0.9 = 64.7 кВар;

УSсм. = = 81.5 кВ? А

Ku ср. = УРсм. / УРн. = 49.6/309.8 = 0.16;

cosц = УРсм. / Sсм. = 49.6/91.5 = 0.6;

tg = Qсм. / Pсм = 64.7/49.6 = 1.3.

Определяем nэ эффективное число электроприемников:

Так как n > 5, Ku ср. < 0.2, m > 3, то nэ = n = 19

Определяем коэффициент максимума активной нагрузки: Км = 1.55

Определяем коэффициент максимума реактивной нагрузки:

Км' = 1, при n > 10

Определяем максимальные активную, реактивную и полную мощности (Рм, Qм, Sм) расчетных нагрузок группы электроприемников,

Рм. = Км.? Рсм.; Qм. = К_м'? Qсм.; Sм. =

Рм. = 1.55? 49.6 = 76.9 кВт;

Qм. = 1? 64.7 = 64.7 кВар;

Sм. = = 100.5кВ? А;

Определяем максимальный ток:

Iм. = S_{м. (ШР-2)} / v3? Uн = 152.1/1.73? 0.38 = 152.1 А.

Произведем расчет нагрузок на РП — 1

Определяем среднюю активную, реактивную и полную мощности за наиболее нагруженную смену:

; Qсм=Рсмtgц; Sсм =

Вентилятор:

Ки = 0.6 5;? Рн. = 9 кВт; tgц = 1.75;

Рсм. = 0,65? 9 = 5.85 кВт;

Qсм = 5.85? 0.75 = 4.4 кВар;

Sсм. ==7.3 кВ? А;

Поскольку на РП одинаковые приемники, то максимальные активные, реактивные и полные нагрузки равны сменным:

Рм. = 5.85 кВт; Qм. = 4.4 кВар; Sсм. = 7.3 кВ? А;

Iм. = Sм. (РП-1) / v3? Uн = 7.3/1.73? 0.38 = 11.1 А.

Произведем расчет нагрузок на ЩО:

Ро. у. = Руд? S = 10? 1440 = 14.4 кВт;

Рсм. = Ku? УPн. = 0.85? 14.4 = 12.2 кВт;

Qсм. = Pсм.? tgц = 12.2? 0.33 = 4 кВар;

Sсм = кВ? А

Iм. = S_{м. (ЩО)} / v3? Uн = 12.8/1.73? 0.38 = 19.5 А.

Определяем потери в трансформаторе, результаты заносим в колонки 15, 16, 17.

Рт = 0.02 Sнн = 0.02? 160 = 3.2 кВт;

Qт = 0.1 Sнн = 0,1? 160 = 16 кВар;

Sт = = 16.3 кВ? А.

2.2 Расчет компенсирующих устройств

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

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 составляет 0,25 квар/кВт, что значительно меньше экономически целесообразной компенсации, равной 0,6квар/кВт.

При выборе средств компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий необходимо различать по функциональным признакам две группы промышленных сетей в зависимости от состава их нагрузок: первая группа — сети общего назначения (сети с режимом прямой последовательности основной частоты 50 Гц.); вторая группа — сети со специфическими нелинейными, несимметричными и резко переменными нагрузками.

Наибольшая суммарная реактивная нагрузка предприятия, принимаемая для определения мощности компенсирующей установки равна: Q_M1=K_HCQ_P, где K_HC — коэффициент учитывающий несовпадения по времени наибольшей активной нагрузки энергосистемы и реактивной нагрузки предприятия.

По входной реактивной мощности Q_Э1 определяют суммарную мощность компенсирующего устройства предприятия, а по назначению Q_Э2 регулируемую часть компенсирующего устройства.

Суммарную мощность компенсирующего устройства Q_Э1 определяют по балансу реактивной мощности на границе электрического раздела предприятия и энергосистемы в период наибольшей активной нагрузки энергосистемы: Q_K1=Q_M1+Q_Э2.

Для промышленных предприятий с присоединяемой суммарной мощностью трансформаторов менее 750 кВ*А, значение мощности компенсирующего устройства Q_Э1 задается энергосистемой и является обязательным при выполнении проекта электроснабжения предприятия.

По согласованию с энергосистемой, выдавшей технические условия на присоединение потребителей, допускается принимать большую по сравнению с Q_Э1 суммарную мощность компенсирующего устройства, если это снижает приведенные затраты на систему электроснабжения предприятия в целом.

Средствами компенсации реактивной мощности являются в сетях общего назначения батареи конденсаторов (низшего напряжения — НБК и высшего напряжения — ВБК) и синхронные двигатели в сетях со специфическими нагрузками, дополнительно к указанным средствам, силовые резонансные фильтры (СРФ), симметрирующие и фильтросимметрирующие устройства, устройства динамической и статической компенсации реактивной мощности с быстродействующими системами управления (СТК) и специальные быстродействующие синхронные компенсаторы (ССК).

РсмУ = 5.85 + 16.4 + 49.6 + 1.8 + 1.8 + 12.2 = 87.7 кВт;

QсмУ = 4.4 + 20.7 + 64.7 + 3.1 + 3.1 + 4 = 100 кВар;

SсмУ = = 133 кВ? А;

РмУ = 5.85 + 26.4 + 76.9 + 1.8 + 1.8 + 12.2 = 124.95 кВт;

QмУ = 4.4 + 20.7 + 64.7 + 3.1 + 3.1 + 4 = 100кВар;

SмУ = = 160 кВ? А;

cosц = PсмУ / SсмУ = 87.7/133 = 0.66; tgц = QсмУ / PсмУ = 1.14.

Исходные данные для выбора компенсирующего устройства приведены в таблицу 2.

Таблица 2. Исходные данные

Определяем расчетную мощность компенсирующего устройства:

Qкр = б? Рм? (tgц — tgцк) б = 0.9; Рм = 124.95 кВт;

Qкр = 0.9? 124.95 (1.14 — 0.33) = 91.1 кВар;

Применяется cosцк = 0.95, тогда tgцк = 0.33;

Выбирается 5 х КС 0.38 — 18 — ЗУЗ (1УЗ);

Определяется фактическое значение tgцф и cosцф после компенсации реактивной мощности:

Qкст = 5Ч18; Pм = 124.95;

cosцф = 0.75;

Результаты расчетов заносятся в сводную ведомость нагрузок таблицу 3.

Таблица 3. Сводная ведомость нагрузок

2.3 Выбор числа и мощности трансформатора

На подстанциях всех напряжений, как правило, применяется не более двух трансформаторов по соображениям технической и экономической целесообразности. В большинстве случаев это обеспечивает надежное питание потребителей и в то же время дает возможность применять простейшие блочные схемы подстанций без сборных шин на первичном напряжении, что резко упрощает их конструктивные решения и уменьшает стоимость. Резервирование осуществляется при помощи складского и передвижного резерва.

Однотрансформаторные цеховые подстанции напряжением 6.10 кВ можно применять при наличии складского резерва для потребителей всех групп по надежности, даже для потребителей первой категории, если величина их не превышает 15.20% общей нагрузки и их быстрое резервирование обеспечено при помощи автоматически включаемых резервных перемычек на вторичном напряжении. Эти перемычки могут быть применены также для питания в периоды минимальных режимов при отключении части подстанций.

Двухтрансформаторные цеховые подстанции применяются в тех случаях, когда большинство электроприемников относится к первой или второй категориям, которые не допускают перерыва в питании во время доставки и установки резервного трансформатора со склада, на что требуется не менее 3.4 ч.

Двухтрансформаторные подстанции целесообразно применять также независимо от категории питаемых потребителей при неравномерном графике нагрузки, когда выгодно уменьшать число включенных трансформаторов при длительных снижениях нагрузки в течение суток или года.

Применение цеховых подстанций с числом трансформаторов более двух, как правило, экономически нецелесообразно. Более двух трансформаторов на одной цеховой подстанции применяется в следующих случаях:

· при наличии крупных сосредоточенных нагрузок;

· при отсутствии места в цехе для рассредоточенного расположения подстанций по производственным условиям;

· при раздельных трансформаторах для «силы» и «света», если установка этих трансформаторов целесообразна на одной подстанции;

· при питании территориально совмещенных силовых нагрузок на различных напряжениях;

· при необходимости выделения питания нагрузок с резкими, часто повторяющимися толчками, например крупных сварочных аппаратов и т. п.

Исполнение трансформаторов. На напряжении 6.10 кВ применяются масляные, совтоловые и сухие трансформаторы. Но преимущественное применение находят масляные трансформаторы. Применение совтоловых (совтол — негорючий диэлектрик) трансформаторов мощностью до 1000.1600 кВ-А целесообразно в тех случаях, когда по условиям среды нельзя устанавливать масляные трансформаторы и недопустима установка сухих негерметизированных трансформаторов.

При выборе этих трансформаторов необходимо учитывать их токсичность при наличии течи совтола, так как при этом выделяются вредные пары, длительное вдыхание которых вызывает раздражение слизистых оболочек глаз и носа.

Сухие трансформаторы имеют ограниченное применение, так как они дороже масляных и имеют следующие недостатки:

· боятся грозовых перенапряжений;

· создают при работе повышенный шум по сравнению с масляными;

· требуют установки в сухих непыльных помещениях с относительной влажностью не более 65%.

Применение сухих трансформаторов целесообразно при их мощности от 10 до 400 кВА. В основном они применяются там, где недопустима установка масляных трансформаторов из-за пожарной опасности, а трансформаторов с негорючей жидкостью из-за их токсичности.

Номинальная мощность трансформатора.

Наивыгоднейшая мощность трансформатора зависит от многих факторов:

величины и характера графика электрической нагрузки;

длительности нарастания нагрузки по годам;

числа часов работы объекта электроснабжения;

стоимости энергии и др.

Указанные факторы сочетаются различным образом и изменяются во времени.

Определяем расчетную мощность трансформатора с учетом потерь и компенсацией реактивной мощности.

Рт. = 0,02 Sнн = 0,02? 125.4 = 2.5 кВт;

Qт. = 0,1 Sнн = 0,1 ?125.4 = 12.5 кВар;

Sт. = = 12.6 кВА;

Выбираем трансформатор типа ТМ 250 — 10/04;U1н. = 10; 6 кВ; U2н. = 0.4; 0.69 кВ; Мощность потерь: Pх. х. = 0.82 кВт; Pкз. = 3.7 кВт; Lх. х. = 2.3%.

Рассчитываем коэффициент загрузки трансформатора:

Кз = Sнн / Sт;

Кз = 125.4/250 = 0.5

Рекомендуемый коэффициент загрузки трансформатора 0.5 — 0.7.

2.4 Расчет и выбор коммутационно-защитной аппаратуры

При эксплуатации электросетей длительные перегрузки проводов и кабелей, КЗ вызывают повышение температуры токопроводящих жил больше допустимой.

Это приводит к преждевременному износу их изоляции, следствием чего может быть пожар, взрыв во взрывоопасных помещениях, поражение персонала.

Для предотвращения этого линия ЭСН имеет аппарат защиты, отключающий поврежденный участок.

Аппаратами защиты являются: автоматические выключатели, предохранители с плавкими вставками и тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели.

Автоматические выключатели являются наиболее совершенными аппаратами защиты, надежными, срабатывающими при перегрузках и КЗ в защищаемой линии.

Чувствительными элементами автоматов являются расцепители: тепловые, электромагнитные и полупроводниковые.

Тепловые расцепители срабатывают при перегрузках, электромагнитные — при КЗ, полупроводниковые — как при перегрузках, так и при КЗ.

Наиболее современные автоматические выключатели серии ВА предназначены для замены устаревших A37, АЕ, АВМ и «Электрон» .

Они имеют уменьшенные габариты, совершенные конструктивные узлы и элементы. Работают в сетях постоянного и переменного тока. В таблице А.6 предоставлены данные ВА, так как они наиболее современные и применяются в комплектных распределительных устройствах в виде различных комбинаций. Автоматические выключатели серии ВА

Выключатели серии ВА разработок 51, 52, 53, 55 предназначены для отключений при КЗ и перегрузках в электрических сетях, отключений при недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей.

Выключатели серии ВА разработок 51 и 52 имеют тепловой (TP) и электромагнитный расцепители, иногда только ЭМР.

ВА 51 имеют среднюю коммутационную способность.

ВА 52 — повышенную.

Автоматические выключатели выбираются согласно условиям:

для линии без ЭД — Iн. а.? Iн. р.; Iн. р.? Iдл;

для линии с одним ЭД — Iн. а.? Iн. р.; Iн. р.? 1,25 Iдл;

для групповой линии с несколькими ЭД — Iн. а.? Iн. р.; Iн. р.? 1,1Iдл.

Производим расчет и выбор ШТР-1, ШТР-2, ШР-1, ШР-2, РП1и вводных выключателей:

Исходные данные для расчетов аппаратов защиты берутся из сводной ведомости нагрузок.

Линия Т — ШНН — 1SF (без ЭД):

Определяем ток в линии:

Sт. = 250 кВ? А; Iт. = Sт. / 3 · Uн.;

Iт = 250/1.73? 0.38 = 380.3 А;

Iн. р. > 380.3 А;

Выбираем автоматический выключатель:

ВА 51−37−3

Iн. а. = 400 А;

Iн. р. = 400 А;

Iт. р. = 1,25? Iнр;

Iэмр = 10? Iнр;

Iоткл. = 25 кА.

Линия ШНН — ШТР 1 — SF1 (с одним ЭД) (ШТР 2 — SF2):

Iнр? 1.25 Iм; Iм = 5.5 А;

Iнр? 1,25 · 5.5 = 6.88 А;

Выбираем автоматический выключатель: ВА 51 — 25 — 3; Iн. а. = 25 А; Iн. р. = 8 А; Iт. р. = 1,35? Iнр; Iэмр. = 10? Iнр; Iоткл. = 2 кА.

Рассчитываем номинальный допустимый ток крана мостового как наибольшего приемника в группе ШТР-1:

Pн. нб. = 18; cosц = 0.5; Uн = 0.38 кВ; з = 0.9;

Iн. д. = Pн. нб. / v3? Uн? cosц? з;

Iн. д. = 18/1.73? 0.38? 0.5? 0.9 = 60.85 А;Кп = 2;

Iпуск. = Кп.? Iн. д. = 2? 60.85 = 121.7 А;

I₀? 1.2? Iпуск. = 1.2? 121.7 = 146.04 А;

К₀ = I_0/Iн. р. = 146.04/8 = 18.3; принимаем К₀ = 19;

Выбираем распределительный пункт ПР-8503; Uн. — 220/380; Ін.100 А.

Линия ШНН — ШР-1 — SF3 (с группой ЭД):

Iнр? 1.1 Iм; Iм = 51 А;

Iнр? 1,1 · 51 = 56 А;

Выбираем автоматический выключатель: ВА 51Г-31−3;

Iн. а. = 100А;

Iн. р. = 63 А;

Iт. р. = 1,35? Iнр;

Iэмр. = 10? Iнр;

Iоткл. = 5 кА.

Рассчитываем номинальный допустимый ток токарного станка как наибольшего приемника в группе ШР-1:

Pн. нб. = 13; cosц = 0.6; Ки = 0.16; Uн = 0.38 кВ; з = 0.9;

Iн. д. = Pн. нб. / v3? Uн? cosц? з;

Iн. д. = 13/1.73? 0.38? 0.6? 0.9 = 36.6 А;Кп. = 6.5;

Iпуск. = Кп.? Iн. д. = 6.5? 36.6 = 237.9 А;

Iпик = Iн. нб. + Iм — Iн. нб.? Ки = 237.9 + 51.1 — 36.6? 0.16 = 283.1 А;

I₀? 1.2? Iпик. = 1.2? 283.1 = 339.7 А;

К₀ = I_0/Iн. р. = 339.7/63 = 5.4; принимаем К₀ = 7;

Выбираем распределительный пункт ПР-8503; Uн. — 220/380; Ін.100 А.

В дальнейшем полученные данные записываем в таблицу 4.:

Таблица 4. Перечень выбранного ЭО (автом. выкл. и рапр. пункты) линий ЭСН.

2.5 Выбор сечения проводов питающей линии электропередачи

Цеховые электрические сети напряжением до 1кВ выполняют: кабелями и изолированными проводами, прокладываемыми непосредственно на строительных элементах и элементах технологического оборудования, в коробах, на лотках и в трубах, а также тросовыми проводами;

Комплектными шинопроводами — магистральными, распределительными и осветительными, устанавливаемыми на опорах конструкциях на полу, стенах, колоннах, фермах и т. п.;

Комплектными троллеями, укрепленными на троллейных кронштейнах, и комплектными троллейными шинопроводами, укрепленными на специальных конструкциях.

Электропроводка должна соответствовать условиям окружающей среды, назначению и ценности сооружений, их конструкции и архитектурным особенностям. При выборе вида электропроводки и способа прокладки должны учитываться требования электробезопасности и пожарной безопасности. Оболочка и изоляция проводов должны соответствовать способу прокладки и условиям окружающей среды.

Воздушные линии напряжением до 1 кВ на промышленных предприятиях используют главным образом в качестве сетей наружного освещения и для питания отдельных маломощных потребителей.

Электропроводки является распространенным видом сетей внутри зданий и сооружений. Этот вид сетей широко применяется для питание осветительных устройств, для цепей вторичной коммутации, защиты и управления, для питания установок небольшой мощности. Жесткий токопровод напряжением до 1 кВ заводского изготовления, поставляемые комплектными секциями, называется шинопроводом. Шинопроводы различных серий и типов комплектуются из отдельных секций различной конфигурации и назначения. Секции могут быть прямые, угловые, гибкие, вводные, ответильные, компенсационные, переходные, подгоночные. Магистральный шинопровод предназначен для питания распределительных шинопроводов и пунктов, отдельных крупных электроприемников. Линия ШНН — ШТР 1 — SF1 (с одним ЭД) (ШТР 2 — SF2):

Рассчитываем номинальный допустимый ток крана мостового как наибольшего приемника в группе ШТР-1:

Pн. нб. = 18; cosц = 0.5; Uн = 0.38 кВ; з = 0.9;

Iн. д. = Pн. нб. / v3? Uн? cosц? з;

Iн. д. = 18/1.73? 0.38? 0.5? 0.9 = 60.85 А;Кп = 2;

Iпуск. = Кп.? Iн. д. = 2? 60.85 = 121.7 А; I₀? 1.2 ?

Iпуск. = 1.2? 121.7 = 146.04 А;

К₀ = I_0/Iн. р. = 146.04/8 = 18.3; принимаем К₀ = 19;

Рассчитываем допустимый ток кабеля:

Iдоп. = Кз.? Iн. р.;

Кз. = 1.25, для взрыво — и пожароопасных помещений;

Iдоп. = 1.25? 8 = 10 А;

В соответствии со справочником кабелей марки АПРН выбираем кабель для прокладки в земле АПРН 2×2.5; Iдоп. = 29 А.

Выбираем троллейный шинопровод ШТА — 76, Ін. = 100 А; Uн = 36 — 380 В, 17 — 60 Гц; Номинальный ток токосъемной каретки — 17, 25 А; Электродинамическая стойкость ударному току КЗ — 5; Число шин — 4.

Линия ШНН — ШР-1 — SF3 (с группой ЭД):

Рассчитываем номинальный допустимый ток токарного станка как наибольшего приемника в группе ШР-1:

Pн. нб. = 13; cosц = 0.6; Ки = 0.16; Uн = 0.38 кВ; з = 0.9;

Iн. д. = Pн. нб. / v3? Uн? cosц? з;

Iн. д. = 13/1.73? 0.38? 0.6? 0.9 = 36.6 А;Кп. = 6.5;

Iпуск. = Кп.? Iн. д. = 6.5? 36.6 = 237.9 А;

Iпик = Iн. нб. + Iм — Iн. нб.? Ки = 237.9 + 51.1 — 36.6? 0.16 = 283.1 А;

I₀? 1.2? Iпик. = 1.2? 283.1 = 339.7 А;

К₀ = I_0/Iн. р. = 339.7/63 = 5.4; принимаем К₀ = 7;

Рассчитываем допустимый ток кабеля:

Iдоп. = Кз.? Iн. р.;Кз. = 1.25;

Iдоп. = 1.25? 63 = 78.75 А;

Выбираем кабель для прокладки в земле АПРН 3×16; Iдоп. = 90 А.

Выбираем распределительный шинопровод ШРМ — 75, Ін. = 100 А; Uн = 380/220 В; Активное сопротивление на фазу — 0,15 Ом/км; Реактивное сопротивление на фазу — 0,20 Ом/км; Размеры шин на фазу — 35×5 мм; Максимальное расстояние между точками крепления — 2000 мм.

В дальнейшем рассчитываем все остальные линии аналогично и заносим выбранные кабели и шинопроводы в таблицу 5.:

Таблица 5. Перечень выбранного ЭО (кабели и шинопроводы) линий ЭСН.

2.6 Расчет токов короткого замыкания для сети напряжением выше 1 кВ

Короткое замыкание — это нарушение нормальной работы электроустановки вызванным замыканием фаз между собой, а также замыканием фаз на землю в сетях с глухо заземленной нейтралью. Ниже перечислены основные виды коротких замыканий в электрических сетях.

1. Трехфазное короткое, при котором все три фазы замыкаются между собой в одной точке. Точка трехфазного короткого замыкания обозначается.

2. Двухфазное короткое замыкание, при котором происходит замыкание двух фаз между собой. Точка двухфазного замыкания обозначается

3. Двухфазное которое замыкание на землю, при котором замыкание двух фаз между собой сопровождается замыканием точки повреждения на землю (в системах с заземленными нейтралями). Точка двухфазного короткого замыкания обозначается

4. Однофазное короткое замыкание, при котором происходит замыкание одной из фаз на нулевой провод или на землю. Точка однофазного короткого замыкания обозначается

Причины:

1. Повреждение изоляции.

2. Неправильное действие персонала

3. Схлестывание проводов

4. Проезд под линиями не габаритных размеров

5. Прямые удары молнии

6. Перенапряжение

Короткое замыкание может сопровождаться:

1) Прекращение питания потребителей присоединенных линией в котором произошло короткое замыкание

2) Нарушение нормальное работы двух потребителей

3) Нарушение работы энергетической системы

Для предотвращения короткого замыкания необходимо:

1. Применять быстродействующие выключатели

2. Устранить причины вызывающие короткое замыкание

3. Правильно вычислить токи короткого замыкания и по ним выбрать необходимую высоковольтную аппаратуру.

Расчет токов короткого замыкания.

Составим расчетную схему

Составим схему замещения

Расчет токов короткого замыкания для точки К1

Выбираем базисную мощность и напряжение

Определяем базисный ток

где — полная базисная мощность

— базисное напряжение

Определяем сопротивление линии и провода к базисным условиям

где — протяженность линии принимаем 0,3 м, — удельное индуктивное сопротивление, — для кабельных линий КЛ — 0,08 Ом/км, — для воздушных линий ВЛ — 0,04 Ом/км. Принимаем для кабельных линий

где — удельное активное сопротивление

где — удельная проводимость материала

для меди — 53

для алюминия — 32

— сечение, определяется по номинальному току

Выбираем сечение 10 мм

принимаем материал для алюминия

где

где — полное удельное сопротивление

Определяем ток короткого замыкания

Определяем ударный ток

Соотношение:

Определяем ударный коэффициент

где — ударный коэффициент принимаем = 1,6

— ток короткого замыкания

Определяем действующее значение ударного тока

Определяем мощность короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания для точки К2

Выбираем базисную мощность и напряжение

Определяем базисный ток

Определяем сопротивление трансформаторов и приводим к базисным условиям

если то

где — напряжение короткого замыкание

— активное сопротивление

В данном разделе я произвела расчет тока короткого замыкания для точки К1, где выбирала базисную мощность и напряжение, определение базисного тока, определение сопротивление линии и провода к базисным условиям, где я принимала удельное индуктивное сопротивление для кабельных линий, удельную проводимость материала для алюминия.

Далее из расчетов выбирала сечение проводов и протяженность линии, а также определила токи коротких замыканий.

Далее производила расчеты для точки К2 выбирала базисную мощность и напряжение, определение базисного тока, определила сопротивление трансформаторов и привела к базисным условиям.

2.7 Расчет токов короткого замыкания для сети напряжением до 1 кВ

Составляем схему электроснабжения для расчета токов короткого замыкания.

Определяем значения сопротивлений элементов и наносим на схему замещения.

Для автоматических выключателей SF1, SF2,SF3,SF4:

1SF:

SF2:

SF3:

SF4:

Для кабельных линий КЛ1, КЛ2, КЛ3:

КЛ1:

Так как в схеме три паралельных кабеля, то:

КЛ2:

Так как в схеме два паралельных кабеля, то:

КЛ3:

Для ступеней распределения:

распределительное устройство подстанции

вторичный распределительный пункт

Состовляем схему замещения и нумеруем точки короткого замыкания в соответствии с расчетной схемой.

Упрощаем схему замещения, вычисляем эквивалентные сопротивления на участках между точками коротокого замыкания и наносим на схему.

Точка 1:

Точка 2:

Точка 3:

Вычисляем сопротивления до каждой точки короткого замыкания и заносим в сводную ведомость токов короткого замыкания (таблица 6).

Точка 1:

Точка 2:

Точка 3:

Определяем ударные коэффициенты: и (- определяется по кривым)

Определяем трехфазные и двухфазные токи короткого замыкания, ударные токи и заносим в сводную ведомость токов короткого замыкания (таблица 6).

Таблица 6. Сводная ведомость токов короткого замыкания.

2.8 Выбор оборудования ТП 10/0,4 кВ

Вакуумный выключатель

В качестве дугогасящей способности используют вакуум который имеет высокую электрическую способность поэтому у этих выключателей малые габариты и высокая отключаемая способность.

Достоинства:

1. Высокий коммутационны ресурс

2. Отключение номинальных токов

3. Малые габарит

4. Произвольное положение в пространстве

5. Низкие эксплуатационные затраты

6. Широкий температурных диапазон до

7. Пожарои взрывобезопасен

8. Отсутствие загрязнение окружающей среды

Недостатки:

1. Дорогая камера

2. Отвод тепла производится через контакты

3. Требования высокотехничного производства

Результаты расчетов для номинального режима и режимов короткого замыкания сводим в таблицу 7.

Таблица 7. Расчеты для норм. режима и режимов КЗ.

По номинальному току и номинальному току отключения выбираем вакуумный выключатель Тип ВВЭ — 10−20−630УЗ; ;

Предельная:; ;;

Трансформатор тока По номинальному току от трансформатора до ШНН выбираем трансформатор тока марки ТТИ-40 400/5А 5ВА класс 0,5 ИЭК и характеристиками указанными в таблице 8.: