Электроснабжение станции технического воздуха ОАО "Каучук"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Курсовое проектирование является естественной логической ступенькой подводящей студентов к дипломному проектированию. При курсовом проектировании студенты самостоятельно проектируют сети электроснабжения цеха или завода, используя при этом комплекс знаний полученных из различных учебных курсов на производственной практике, а также в процессе выполнения типовых расчетов на практических и лабораторных занятиях. В процессе проектирования студент усваивает методику проектирования, приобретает навыки работы с технической литературой, каталогами, ГОСТами, справочниками и т.п.

В помощь студентам назначается преподаватель - консультант, который направляет работу студентов, следит за глубиной проработки разделов курсового проекта, помогает студентам в разрешении возникших у них вопросов. При проектировании студент должен научиться, логически последовательно мотивировать и доказательно решать поставленные в задании проекта задачи, четко обосновывать в пояснительной записке все принимаемые решения с указанием источника.

электрический энергия мощность



1. Характеристика потребителей электроэнергии и определение категории электроснабжения

В зависимости от требований надежного и бесперебойного питания приемники электрической энергии делятся на следующие категории:

потребители первой категории, для которых перерыв в электроснабжении связан с опасностью для жизни людей, браком продукции, порчей оборудования и длительным расстройством технологического процесса. К этой категории относятся предприятия и отдельные цехи металлургической, химической и горнорудной промышленности.

потребители второй категории, для которых перерыв в электроснабжении связан с простоем оборудования или транспорта и недоотпуском продукции. К этой категории относятся предприятия машиностроительной и легкой промышленности, а также других отраслей народного хозяйства, которые не могут быть отнесены к потребителям первой категории.

потребители третьей категории - к которой относятся все потребители с несоответственной нагрузкой, они не могут быть отнесены к потребителям первой и второй категорий.

Насосная станция относиться к потребителям второй категории, так как перерыв в электроснабжении связан с простоем оборудования, с остановкой производства.

Таблица №1 Ведомость электрооборудования цеха

Порядковый номер	Наименование оборудования	Единичная мощность, кВт, ПВ=100%	Количество, шт.
1	Компрессор	15	3
2	Компрессор	10	3
3	Компрессор	22	1
4	Маслонасос	8	2
5	Маслонасос	4,5	1
6	Маслонасос	15	3
7	Насос промышленной воды	17,5	2
8	Насос оборотной воды	27	3
9	Вентилятор технологический	30	3
10	Вентилятор сантехнический	27	3
11	Трансформатор дуговой сварки	21,8	3
12	Трансформатор дуговой сварки	17,5	2
13	Трансформатор дуговой сварки	7,2	1
14	Аппарат шовной сварки	62,5	2
15	Аппарат точечной сварки	18,7	3
16	Радиально-сверлильный станок	11,7	3
17	Радиально-сверлильный станок	4,7	2
18	Горизонтально-фрезерный станок	11	3
19	Отрезной станок	11,8	1
20	Кругошлифовальный станок	7,6	1
21	Кран мостовой	47,5	1



2. Расчет электрических нагрузок

Таблица 2 Ведомость электроприемников

№ группы	Наименование электроприемников	Установленная мощность, кВ	Кол-во	kU	сosц	tgц
		единичная	общая
	Компрессор	15	45	3
	Компрессор	10	30	3
	Компрессор	22	22	1
	Маслонасос	8	16	2
	Маслонасос	4,5	4,5	1
1	Маслонасос	15	45	3	0,65	0,75	0,8
	Насос промышленной воды	17,5	35	2
	Насос оборотной воды	27	54	3
	Вентилятор технологический	30	90	3
	Вентилятор сантехнический	27	81	3
	Итого:	176	422,5	24
	Трансформатор дуговой сварки	21,8	65,4	3
	Трансформатор дуговой сварки	17,5	35	2
2	Трансформатор дуговой сварки	7,2	7,2	1	0,3	2,67	0,35
	Итого:	46,5	107,6	6
	Аппарат шовной сварки	62,5	125	2
	Аппарат точенной сварки	18,7	56,1	3
3					0,35	1,51	0,55
	Итого:	81,2	181,1	5
	Радиально-сверлильный станок	11,7	35,1	3
	Радиально-сверлильный станок	4,7	9,4	2
	Горизонтально-фрезерный станок	11	33	3
4	Отрезной станок	11,8	11,8	1	0,25	1,17	0,65
	Круглошлифовальный станок	7,6	7,6	1
	Итого:	46,8	96,9	10
	Кран мостовой	47,5	47,5	1
5					0,06	1,98	0,45
	Итого:	47,5	47,5	1



2.1 Расчет среднесменной активной мощности за максимально загруженную смену

; (2.1)

где, - коэффициент использования,

- номинальная мощность силовой группы, кВт;

= 422,5 · 0,65 = 210,9 (кВт),

= 107,6 · 0,3 - 32,28 (кВт),

= 181,1 · 0,35 = 63,385 (кВт),

= 96,9 · 0,25 = 24,225 (кВт),

= 47,5 · 0,06 = 2,85 (кВт).

Реактивная мощность за максимально загруженную смену:

; (2.2)

где, - тангенс угла диэлектрических потерь;

= 210,9 · 0,75 = 205,969 (кВАр),

= 32,28 · 2,67 = 86,188 (кВАр),

= 63,385 · 1,51 = 95,711 (кВАр),

= 24,225 · 1,17 = 28,343 (кВАр),

= 2,85 · 1,98 = 5,643 (кВАр).

Сумма среднесменной активной мощности:

; (2.3)

= 210,9 + 32,28 + 63,385 + 24,225 + 2,85 = 397,365 (кВт).

Сумма среднесменной реактивной мощности:

; (2.4)

= 205,969 + 86,188 + 95,711 + 28, 343 + 5,643 = 421,854 (кВАр).

Полная среднесменная мощность всех приемников:

У; (2.5)

У= = 579,534 (кВА).

Реактивная расчетная мощность:

, (2.6)

где, - коэффициент максимума, при количестве приемников ,

= 1 · 205,969 = 205,969 (кВАр), = 1,1 · 86,188 = 94,806 (кВАр),

= 1,1 · 95,711 = 105,282 (кВАр), = 1 · 28,343 = 28,343 (кВАр),

= 1,1 · 5,643 = 6,207 (кВАр).

Модуль силовой сборки:

, (2.7)

где, - максимальная мощность приемников в группе,

- минимальная мощность приемников в группе,

= 30 / 4,5 = 6,667,

= 21,8 / 7,2 = 3,028,

= 62,5 / 18,7 = 3,342,

= 11,8 / 4,7 = 2,511,

= 47,5 / 47,5 = 1.

Эффективное число электроприемников () при условии n ? 5, < 0,2m < 3 не определяется, а максимальная расчетная мощность:

, (2.8)

где, - коэффициент загрузки ПВ = 100%, = 0,9,

- номинальная мощность силовой группы

= 0,9 · 47,5 = 42,75 (кВТ),

Эффективное число электроприемников () при условии n ? 5, ? 0,2m ? 3:

, (2.9)

= 2 · 422,5 / 30 = 28,167,

= 2 · 107,6 / 21,8 = 9,872,

= 2 · 181,1 / 62,5 = 5,785,

= 2 · 47,5 / 11,8 = 17,

Так как ? n, обязательное условие, то принимаем:

= n, (2.10)

= 10.

По графику зависимости находим коэффициент максимума:

= 1,2, = 1,6,

= 1,8, = 1,5.

Активная расчетная мощность:



, (2.11)

= 1,2 · 274,625 = 329,55 (кВт),

= 51,648 (кВт),

= 1,8 · 63,385 = 114,093 (кВт),

= 1,5 · 24,225 = 36,338 (кВт).

Сумма активных мощностей:

, (2.12)

= 329,55 + 51,648 + 114,093 + 36,338 + 42,75 = 574,378 (кВт).

Сумма реактивных расчетных мощностей:

, (2.13)

= 205,969 + 94,806 + 105,282 + 28,343 + 6,207 = 440,608 (кВАр).

Общая номинальная мощность всего цеха:

, (2.15)

= = 723,91 (кВа).

Коэффициент мощности цеха:

, (2.16)

сosц= 574,378 / 723,91 = 0,794.



2.2 Расчет осветительной нагрузки

Номинальная осветительная нагрузка:

РН = РУД • F, (2.17)

где, РУД - удельная мощность освещения, Вт/м2,

F - площадь цеха, м2,

Рн1= 9,4 • 2,5 = 0,0235 (кВт),

РН2= 15 • 11,8 = 0,0177 (кВт),

РН3= 11 • 1,1 = 0,0121 (кВт),

РН4= 9,4 • 2,5 = 0,0235 (кВт),

РН5= 9,4 • 1,8 = 0,01692 (кВт),

РН6= 9,4 • 2 = 0,0188 (кВт),

РН7= 11 • 0,17 = 1,88 (кВт),

РН8= 11 • 8,1 = 0,0891 (кВт),

РН9= 9,4 • 0,072 = 0,68 (кВт),

РН1АВАР= 16 • 0,17 = 2,74 (кВт).

Осветительная нагрузка при использовании ламп накаливания:

РО = kС • РН, (2.18)

где, kС - коэффициент спроса,

РО1АВАР= 0,65 • 2,74 = 1,8 (кВт), РО3= 0,65 • 0,0121 = 0,008 (кВт),

РО4= 0,65 • 0,0235 = 0,015 (кВт), РО5= 0,65 • 0,01692 = 0,011 (кВт),

РО6= 0,65 • 0,0188 = 0,012 (кВт).

Осветительная нагрузка при использовании люминесцентных ламп:



РО = 1,25 • kС • РН, (2.19)

РО1= 1,25 • 0,8 • 0,0235 = 0,0235 (кВт),

РО2= 1,25 • 0,8 • 0,0177 = 0,0177 (кВт),

РО7= 1,23 • 0,8 • 1,88 = 1,88 (кВт),

РО8= 1,25 • 0,8 • 0,0891 = 0,089 (кВт),

РО9= 1,25 • 0,8 • 0,68 = 0,68 (кВт).

Реактивная осветительная нагрузка:

QO = PO • tg??, (2.20)

где, tg?? - значение соответствующее средневзвешенному коэффициенту мощности,

QO1АВАР= 1,8 • 0 = 0 (кВар),

QO1= 0,02535 • 0,48 = 0,01 (кВар),

QO2= 0,0177 • 0,48 = 0,008 (кВар),

QO3= 0,008 • 0 = 0 (кВар),

QO4= 0,015 • 0 = 0 (кВар),

QO5= 0,011 • 0 = 0 (кВар),

QO6 = 0,012 • 0 = 0 (кВар),

QO7= 1,88 • 0,48 = 0,9 (кВар),

QO8= 0,0891 • 0,48 = 0,042 (кВар),

QO9= 0,68 • 0,48 = 0,32 (кВар).

Сумма расчетной активной осветительной мощности:

?РРО = РРО1 + РРО2 + РРО3 + РРО4 + … + РРО9, (2.21)



?РРО= 0,008 + 0,015 + 0,011 + 0,12 + 0,0235 + 0,0177 + 1,88 + 0,0891 + 0,68 = 2,8 (кВт).

Сумма расчетной реактивной осветительной мощности:

?QPO = QPO1 + QPO2 + … + QPO9, (2.22)

?QPO= 0,011 + 0,008 + 0 + 0 + 0 + 0 + 1,248 + 0,042 + 0,32 = 1,2 (кВар).

Сумма полной расчетной осветительной мощности:

?SPO = , (2.23)

?SPO= = 3 (кВА).

Сумма полной расчетной аварийной осветительной мощности:

?SРО1АВАР = , (2.24)

?SРО1АВАР= = 1,8 (кВА).

Таблица 2.2 Данные силовых групп

Силовая группа	Кол-во	Номинальная мощность PН, кВт	kИ	Модуль силовой сборки	сosц	РСМ, кВт	QСМ, кВАр	nЭ	kM	РР, кВт	QР, кВАр
СП1	24	422,5	0,65	2,5	0,8	274,6	205,9	28,2	1	329,5	205,9
СП2	6	107,6	0,3	2,2	0,35	32,28	86,2	9,9	1,1	51,6	94,8
СПЗ	5	181,1	0,35	1,6	0,55	63,4	95,7	5,8	1,1	114,1	105,3
СП4	10	96,6	0,25	1,5	0,65	24,2	28,3	16,4	1	36,3	28,3
СП5	1	47,5	0,06		0,45	2,85	5,6	10	1,1	42,7	6,2
Итого		855,3					412,7			574,2	443,2



Таблица 2.3 Сводная ведомость осветительной нагрузки

	Наименование помещения	Площадь, м2	Высота подвеса, м	Удельная мощность, Вт/м2	Светильники	Активная мощность Р, кВт	Реактивная мощность Q, кВАр
					тип	кол-во
1	Тамбур	2,5	3,6	9,4	ОДР-2	6	0,0235	0,011
2	Оператторная	11,8	3,6	15	ОДР-2	5	0,0177	0,008
3	Душевая	1,1	3,6	11	Н4БН-150	1	0,008	0
4	Сан. Узел	2,5	3,6	9,4	Н4БН-150	1	0,015	0
5	Сан. Узел	1,1	3,6	9,4	Н4БН-150	1	0,011	0
6	Сан. Узел	2	3,6	9,4	Н4БН-150	1	0,012	0
7	Теплопункт	171,2	3,6	11	ОДР-2	47	1,88	0,9
8	Электрощитовая	8,1	3,6	11	ОДР-2	22	0,0891	0,042
9	Трансформаторная подстанция	72	3,6	9,4	ОДР-2	17	0,68	0,32
	Итого					101	2,8	1,2



3. Компенсация реактивной мощности

Определяем отношение показателя коэффициента мощности л:

, (3.1)

где, - коэффициент мощности энергосистемы,

- коэффициент мощности цеха,

л= 0,9 / 0,794 = 1,134.

Требуемое число трансформаторов:

, (3.2)

где, - полная суммарная мощность,

- коэффициент загрузки трансформатора,

- номинальная экономическая мощность трансформатора, кВА, = 579,534 / 0,75 · 1,13 · 250 = 2,4, принимаем число трансформаторов = 2, для обеспечения резервного питания потребителей второй категории.

Реактивная мощность, которая может быть передана из сети высшего напряжения:

, (3.3)

где, - су4ммарная активная расчетная мощность цеха, кВт,

= = 1,51 · (кВАр).

Необходимая реактивная мощность конденсаторных бетерей:



, (3.4)

где, - суммарная реактивная расчетная мощность цеха, кВАр,

= 440,608 - 1,51 · = -1,069 · (кВАр).

Так как реактивная мощность конденсаторных батарей = -1,069 · < 30 кВАр, то компенсация реактивной мощности не требуется.



4. Технико-экономическое сравнение выбранных вариантов электроснабжения

Рис. 4.1 Технико-экономической сравнение выбранных вариантов электроснабжения

Сравниваем два варианта электроснабжения цеха выполненных Кл: 4 и 10 кВ.

Расчетный ток:

, (4.1)

где, У - полная суммарная расчетная мощность цеха, кВА,

- номинальное напряжение, кВ,

cosц - коэффициент мощности энергосистемы,

= 726,9 / 1,73 · 6 · 0,79 = 88,64 (А),

= 726,9 / 1,73 · 10 · 0,79 = 53,18 (А).

Сечение проводников:

SЭК.I = , (4.2)

где, jЭК - экономическая плотность тока, А/мм2,

SЭК6= 88,64 / 1,4 = 63,31 (мм2),

SЭК10= 43,3 / 1,4 = 30,9 (мм2).

Выбираем стандартные марки проводников:

6кВ - ФСБ (3 • 25) = 90 (А),

10кВ - ФСБ (3 • 25) = 90 (А).

Сечение проводников:

, (4.2)

где, - экономическая плотность тока, А/мм2,

SЭК6= 88,64 / 1,4 = 63,31 (мм2),

SЭК10 = 53,18 / 1,4 = 38 (мм2).

Проверяем кабеля на послеаварийный режим:

IДОПI ? IРАСЧ, (4.3)

6кВ: 90 ? 63,31 (А)

10кВ: 90 ? 38 (А).

Потери напряжения:



, (4.4)

где, UH - номинальное напряжение, В,

- суммарная активна расчетная мощность цеха, кВт,

l - длинна линии, км,

R0 - активное сопротивление проводника, Ом/км,

x0 - реактивное сопротивление проводника, Ом/км,

tg?? - значение, соответствующее средневзвешенному коэффициенту мощности,

= • 577,18 • 0,2 • (1,385 + 0,066 • 0,76) = 0,46%,

= • 577,18 • 0,2 • (1,385 + 0,066 • 0,76) = 0,16%.

Активные потери в линии:

, (4.5)

где, - удельные потери мощности, Вт/А2,

= 9,3 • 88,642 = 730,7,

= 9,3 • 53,182 = 263.

Реактивные потери в трансформаторах на холостом ходу:

, (4.6)

где ixx- ток холостого хода %,

= • 1000 = 3 (кВАр).

Находим реактивные потери короткого замыкания в трансформаторах:



, (4.7)

где, UK - напряжение короткого замыкания %,

?QK= • 1000 = 60 (кВАр).

Находим приведенные потери в меди трансформатора

, (4.8)

где, ?PM - потери в меди кВт,

kЭК - коэффициент потерь,

= 9,7 + 0,012 • 60 = 10.

Приведенные потери активной мощности:

, (4.9)

где, ?PXX - потери холостого хода кВт,

kЭК - коэффициент потерь,

= 1,85 + 0,012 • 3 = 1,886.

Приведенные потери в трансформаторе:

, (4.10)

где вТ - коэффициент загрузки трансформатора,

= 1,886 + 0,75 • 10 = 9,4 (кВт).

Суммарные потери:

?PI = ?PЛI + ?, (4.11)



где, ?PЛI - активные потери в линии кВт,

? - приведенные потери в трансформаторе, кВт,

?P6= 0,73 + 9,4 = 10,13 (кВт),

?P10= 0,263 + 9,4 = 9,66 (кВт).

Находим стоимость потерь:

СПОТ.I = С • ?PI • TMAX, (4.12)

где С - стоимость электроэнергии руб./кВт•ч,

?PI - суммарные потери,

TMAX - время максимальной нагрузки за год,

СПОТ6= 1,5 • 10,13 • 3000 = 45585 (руб.),

СПОТ10= 1,5 • 9,66 • 3000 = 43470 (руб.).

Амортизационные отчисления:

, (4.13)

где, Р% - амортизационные отчисления %,

К - стоимость оборудования руб.,

СА6= • 350000 + • 10000 + • 90000 = 21118 (руб.),

СА10= • 350000 + • 10000 + • 80000 = 20030 (руб.).

Находим годовые расходы на эксплуатацию:

СГОДI = СПОТI = САI, (4.14)

где, СПОТ - стоимость потерь руб.,

СА - стоимость амортизационных отчислений руб.,

СГОД6= 45585 + 24660 = 70245 (руб.),

СГОД10= 43470 + 23850 = 67320 (руб.).

Капитальные затраты:

kI = kТПI + kПЛI • l, (4.15)

где, kТП - затраты на оборудование подстанции руб.,

kПЛ - затраты на оборудование линии руб.,

l - длина линии км,

k6=80000+1350 • 0,2 = 80270 (руб).

k10= 85000 + 1500 • 0,2 = 85300 (руб.).

Стоимость системы электроснабжения:

ЗПРI = ЕН • КI + СГОДI, (4.16)

где ЕН - нормативная амортизация %,

КI - капитальные затраты руб.,

СГОДI - годовые расходы на эксплуатацию руб.,

ЗПР6= 0,12 • 80270 + 45788 = 55410 (руб.),

ЗПР10 = 0,12 • 85300 + 43880 = 54116 (руб.).

Находим расходы алюминия:

G = gI • l, (4.17)

где, gI - масса одного километра кабеля т/км,

l - длинна линии км,

G6= 3 • 0,276 • 0,2 = 0,16 (т),

G10=3 • 0,705 • 0,2 = 0,42 (т).



Таблица 4.1 Расчетные данные

Вариант электроснабжения	Показатели
	К, тыс. руб.	СГОД тыс. руб.	ЗПР тыс. руб.	G, т
1 :Кл-6кВ	85,3	70,2	55,2	0,16
2:Кл-10кВ	80,2	67,3	54,1	0,42

Вывод: При технико-экономическом сравнение двух вариантов электроснабжения как видно из расчетов прокладывать Кл-10кВ дешевле, чем Кл-6кВ.



5. Выбор числа и мощности трансформаторов на подстанции

Номинальная мощность трансформатора:

, (5.1)

где, SP - расчетная мощность цеха кВА,

вТ - коэффициент загрузки трансформатора,

n - количество трансформатора,

cos?? - коэффициент мощности цеха,

SН.ТР= = 613,4 (кВА).

Выбираем трансформатор ТМ1000/10 и проверяем на после аварийный режим, с учетом того, что два трансформатора резервируют друг друга и нагрузка распределена на них равномерно.

2,4 • SН.ТР ? SP, (5.2)

где, SP - полная расчетная мощность цеха кВА,

1,4 • 1000 > 613,4,

1400 > 613,4,

Условие выполняется, следовательно трансформатор выбран верно.

Таблица 6.1 Данные трансформатора

Тип трансформатора	UВН, кВ	UНН, кВ	UК, %	IКК, %	?PХХ, кВт	?РКЗ, кВт	Количество
ТМ 1000	10	0,4	6	0,3	1,85	9,7	2



6. Расчет токов короткого замыкания. Выбор электрооборудования и проверка его на действие токов КЗ.

6.1 Расчет токов короткого замыкания

Рис. 6.1 Принципиальная схема и схема замещения

Расчет сопротивления в относительных единицах и расчет аппаратуры подстанции.

Реактивное сопротивление энергосистемы рассчитывается в относительных единицах:

X? = , (6.1)



где, Sб - базисная мощность мВА,

IН.ОТКЛ - номинальный ток отключения автомата кА,

UСР - среднее напряжение кВ,

X?= = 0,36.

Реактивное сопротивление кабелей линии измеряется в относительных единицах:

X? = , (6.2)

где, х0 - сопротивление одного километра кабеля Ом/км,

l - длина линии км,

Sб - базисная мощность мВА,

X?= = 0,013.

Реактивное сопротивление трансформатора измеряется в относительных единицах.

X? = , (6.3)

где, Uk - напряжение короткого замыкания трансформатора %,

?Pk - потери мощности при коротком замыкании кВт,

SН.ТР - номинальная мощность трансформатора кВА,

X?= .

Результирующие сопротивление в точках короткого замыкания:



ХРЕЗ*I = ? X?, (6.4)

где ? X? - суммарное реактивное сопротивление энергосистемы и кабельной линии в относительных единицах,

ХРЕЗ*I= 0,36 + 0,013 = 0,373 ? 0,3.

Базисный ток:

, (6.5)

где, Sб - базисная мощность мВА,

UСР - среднее напряжение кВ,

= 5,8 (кА).

Ток короткого замыкания в точке К1:

, (6.6)

где, Iб - базисный ток,

ХРЕЗ*I - результирующее сопротивление в точке короткого замыкания,

IКЗ.I= = 19,3 (кА).

Ударный ток рассчитываем по формуле:

iУД = kУ • • IКЗ, (6.7)

где kУД - ударный коэффициент,

IКЗ.I - ток короткого замыкания в точке К1,

iУД= 1,3 • • 19,2 = 35,5 (кА).

Для расчета тока короткого замыкания в точке К2, расчет ведем в мОм.

Сопротивление системы:

ХС , (6.8)

где, UН.НОМ - напряжение низшей ступени трансформатора В,

SОТКЛ - номинальная мощность отключения выключателя нагрузки ВА,

ХС= = 0,8 (мОм).

Сопротивление трансформатора измеряется в относительных единицах:

r?Т = , (6.9)

где, ?РКЗ - потери мощности при коротком замыкании кВт,

SНОМ.Т - номинальная мощность трансформатора кВА,

r?Т= = 0,0097.

Реактивное сопротивление трансформатора:

х?Т = , (6.10)

где, UK - сопротивление короткого замыкания трансформатора %,

r?Т - сопротивление трансформатора в относительных единицах,

х?Т= = 0,059.

Активное сопротивление трансформатора приведенное к низшей ступени 0,4 кВ:



rT = r?T • , (6.11)

где, UН.НОМ - напряжение низшей ступени трансформатора В,

SНОМ.Т - номинальная мощность трансформатора кВА,

rТ= 0,0097 • = 1,5 (мОм).

Индуктивное сопротивление трансформатора приведенное к низшей ступени 0,4 кВ:

хТ = х?Т • , (6.12)

где, UН.НОМ - напряжение низшей ступени трансформатора В,

SНОМ.Т - номинальная мощность трансформатора кВА,

хТ= 0,059 • = 23 (мОм).

Сопротивление шин при длине l=5м, удельные сопротивления взяты из технической документации:

r0 = 0,06 Ом/м,

х0 = 0,179 Ом/м,

rШ = r0 • l = 0,06 • 5 = 0,3 (мОм);

хШ = х0 • l = 0,179 • 5 = 0,9 (Ом).

Переходное сопротивление контактов автомата принимаем равным 0,3 мОм.

Переходное сопротивление в местах присоединения шин и в местах их подведения к точке короткого замыкания принимаем равным 15 мОм:

r? = rT + rПЕР.1 + rПЕР.2, (6.13)

где, rT - активное сопротивление трансформатора приведенное к низшей ступени мОм,

rПЕР.1 - переходное сопротивление контактов автомата мОм,

rПЕР.2 - переходное сопротивление в точке короткого замыкания мОм,

r?= 1,5 + 1,3 + 15 = 17,8 (мОм).

Суммарное реактивное сопротивление:

х? = хС + хТ + хПЕР.1, (6.14)

где, хС - сопротивление системы,

хТ - сопротивление трансформатора приведенное к низшей ступени мОм,

хПЕР.1 - переходное сопротивление контактов автомата мОм,

х?= 0,8 + 23 + 0,3 = 24 (мОм).

Ток короткого замыкания в точке К2, определяется по формуле:

IКЗ.2 = , (6.15)

где, UН - низшее напряжение ступени В,

IКЗ.2= (кА).

Ударный ток:

iУД.2 = • kУ • IКЗ.2, (6.16)

где, kУ - ударный коэффициент, kКЗ.2 - ток короткого замыкания в точке К2 кА, iУД.2 = • 1,03 • 9,3 = 13,5 (кА).

Расчетный ток, приведенный к низшей ступени 0,4 кВ, рассчитываем по формуле:



IРАСЧ = , (6.17)

где, ?SP - полная суммарная расчетная мощность кВ,

UH - низшее напряжение ступени кВ

cos?? - коэффициент мощности энергосистемы,

IРАСЧ= = 1165,7 (А).

Выбираем шину по условию:

IДОП > IРАСЧ, (6.18)

Пользуясь технической документацией выбираем алюминиевые шины размером полосы h=10 см, b=0,8 см (100х8), сечением S=800 мм2, ток допустимый

IДОП = 2080 А.

2000А > 1165,7 А,

Условие выполняется.

Шины устанавливаются на изоляторы плашмя.

Момент сопротивления шин при установки их плашмя:

W = , (6.29)

где, b - ширина шинопровода см,

h - высота шинопровода см,

W= = 13,3 (см2).

Расчетное напряжение в металле шин:



дР = 1,76 • 103 • iУД.2 • l2 / (a • W), (6.20)

где, iУД.2 - ударный ток в точке К» кА,

l - расстояние между опорными изоляторами см,

a - расстояние между осями шин смежных фаз см,

W - момент сопротивления шин см3,

дР = 1,76 • 103 • 13,52 • 1002 / (25 • 13,3) = 96,4 (мПа).

Проверяем по условию:

дР < дДОП, (6.21)

где, дДОП - допустимое напряжение в металле шин мПа,

96,4 мПа < 170 мПа,

Условие выполняется, значит шина выбрана верно.

Выбираем изоляторы на стороне низшего напряжения. Находим расчетную механическую нагрузку на изоляторы:

FРАСЧ = 1,76 • 102 • , (6.22)

где, l - расстояние между опорными изоляторами см,

а - расстояние между осями шин смежных фаз см,

iУД.2 - ударный ток в точке К2 кА,

FРАСЧ= 1,76 • 102 • • 12,12 = 104,8 (Н).

Расчетная механическая нагрузка на изоляторы не должна превышать 60% от допускаемой разрушающей нагрузки. Проверим выполнение условия:

FРАСЧ ? 0,6 • FДОП, (6.23)



где, FДОП - допустимая разрушающая нагрузка Н,

104,8 ? 0,6 • 250,

104,8 ? 150,

Условие выполняется, значит выбираем опорные изоляторы на стороне низшего напряжения типа ОФ-1-25ОУТЗ.

Время действия тока короткого замыкания, согласно:

t = tВЫКЛ + tЗАЩ, (6.24)

где, tВЫКЛ - время срабатывания выключателей аппаратуры с,

tЗАЩ - время действия защиты с,

t= 0,15 + 0,35 = 0,5 (с).

Приведенное время, в течение которого устанавливается ток короткого замыкания:

tПР = 0,12(с).

Проверка кабеля и шины на термическую устойчивость:

SMIN.I = , (6.25)

где, IКЗ - ток короткого замыкания кА,

tПР - продолжительность короткого замыкания с,

С - коэффициент разности выделяемой теплоты,

SMIN.К= = 0,08 (мм2),

SMIN.Ш= = 0,03 (мм2).

Сравнение сечения проводников:

SMIN.I ? SI, (6.26)



где, S - действительное значение сечения проводника мм2,

0,08 < 35 мм2,

0,03 < 800 мм2,

Условие выполняется, значит кабель и шины выбраны верно.

Выбираем автоматический выключатель на II ступени преобразования. Для этого найдем расчетный ток, приведенный к низшей ступени 0,4 кВ:

IРАСЧ = , (6.27)

где, ?SP - полная суммарная расчетная мощность цеха кВА,

UH - низшее напряжение ступени кВ,

IРАСЧ= = 1049 (А).

Выбираем автоматический выключатель по условию:

IН.ВЫКЛ ? IРАСЧ, (6.28)

Пользуясь технической документацией выбираем автоматический выключатель марки ВА 88-43 с номинальным напряжением UH=400 В, с номинальным током выключателя IН.ВЫКЛ=1600 А, с номинальным током расцепителя 1600 А и предельной отключающей способностью IПРЕД.ОТКЛ=10h,

1600 ? 823,8 А,

Условие выполняется.

Проверяем автоматический выключатель по номинальному напряжению:

UН.ВЫКЛ ? UН.СЕТИ, (6.29)



где, UН.ВЫКЛ - номинальное напряжение выключателя В,

UН.СЕТИ - номинальное напряжение сети В,

400 ? 380 В,

Условие выполняется.

Проверяем автоматический выключатель на действие тока короткого замыкания:

IУД.2 ? IПРЕД.ОТКЛ, (6.30)

13,5 ? 16 кА,

Условие выполняется, значит автоматический выключатель выбран верно.



7. Выбор и расчет питающих сетей высокого и низкого напряжения

Находим токи в сетях низкого напряжения:

IРАСЧ = , (7.1)

где, SP - полная расчётная мощность силовой группы, кВА,

UH - номинальное напряжение сети, В,

Л1: IРАСЧ = = 560,8 (А),

Л2: IРАСЧ = = 155,4 (А),

Л3: IРАСЧ = = 224,6 (А),

Л4: IРАСЧ = = 66,1 (А),

Выбираем линейные автоматы на комплексной трансформаторной подстанции, по условию:

IРАСЧ ? IН.ВЫКЛ, (7.2)

где, IН.ВЫКЛ - номинальный ток автоматического выключателя, А,

Л1: АВМ10 560 < 750 А, Л2: АВМ4 155,4 < 400 А,

Л3: АВМ4 224,6 < 400 А, Л4: АВМ4 66,1< 400 А,

Условие выполняется, значит линейные автоматы выбраны верно.

Выбираем линейные автоматические выключатели для электроприемников, запитанных непосредственно с шин подстанции.

Для этого необходимо определить токи в цепях низкого напряжения, Электрооборудование позиции №1,2 - трансформатор дуговой сварки СП1.



IРАСЧ = , (7.3)

где, SP - полная расчетная мощность позиции №1,2, кВА,

UH - номинальное напряжение сети, В,

IРАСЧ = = 33,38 (А).

Проверяем линейные автоматические выключатели по условию:

IРАСЧ ? IН.ВЫКЛ, (7.4)

Для электрооборудования позиции №1,2 СП1 выбираем автоматический выключатель марки АВМ6,

600 > 33,38 А,

Условие выполняется.

Проверяем автоматические выключатели по току срабатывания отсечки,

IСР.ОТС ? kЗАЩ • 1,2 • IРАСЧ, (7.5)

где, IСР.ОТС - ток срабатывания отсечки, А,

kЗАЩ - коэффициент защиты,

IРАСЧ - расчетный ток, А,

Л1: 600 А > 1 • 1,2 • 387,6 = 465,12 А,

Л2: 150 А > 1 • 1,2 • 107,2 = 128,64 А,

Л3: 200 А > 1 • 1,2 • 155 = 186 А,

Л4: 150 А > 1 • 1,2 • 45,6 = 54,72 А,

Условие выполняется.

Электро приемник позиции №1,2 СП1

100 А > 1 • 1,2 • 24,3 А,

Условие выполняется.

Выбираем провода и кабеля исходя из условия:

IДОП ? IРАСЧ, (7.6)

Л1: СП1 - выбираем кабель с алюминиевыми жилами в свинцовой оболочке с бумажной изоляцией марки АБС 3(1Ч16), IДОП = 90 А,

Л2: СП2 - выбираем кабель с алюминиевыми жилами в свинцовой оболочке с бумажной изоляцией марки АПРТО 4(1Ч16), IДОП = 50 А,

Л3: СП3 - выбираем кабель с алюминиевыми жилами в свинцовой оболочке с бумажной изоляцией марки АБС 3(1Ч16), IДОП = 150 А,

Для остальных силовых пунктов выбор проводов и кабелей осуществляется аналогично, данные сводятся в таблицу 7.1.

Проверяем провода и кабели по условию нагрева длительным расчетным током,

IДОП ? , (7.7)

где, kПОТР - поправочный коэффициент,

Л1: 90А > 83,9 / 1 = 83,9 А, Л2: 50 А > 39,5 / 1 = 39,5 А,

Л3: 165 А > 154 / 1 = 154 А, Л4: 115 А > 92,2 / 1 = 92,2 А.

Таблица 7.1 Ведомость питающих сетей низкого напряжения

Линия	Поперечное сечение проводника S, мм	Полная мощность SP, кВА	Ток расчетный IРАСЧ, А	Ток допустимый IДОП, А	Марка проводника (кабеля)	Способ прокладки
Л1	16	55,2	83,9	90	АСБ	в земле
Л2	16	26	39,5	50	АПРТО	в земле
ЛЗ	50	101,3	154	165	АСБ	в земле
Л4	25	60,7	92,2	115	АСБ	в земле



Токи в питающих сетях низкого напряжения:

IРАСЧ = , (7.8)

где PH - номинальная мощность электроприемников силового пункта, кВт,

UH - номинальное напряжение сети, В,

Для электроприемников позиции №1 СП1 - радиально-сверлильный станок,

IРАСЧ = = 11,4 (А),

Для электроприемников позиции №5 СП2 - горизонтально-фрезерный станок,

IРАСЧ = 7,9 (А),

Для электроприемников позиции №9 СП3 - трансформатор дуговой сварки,

IРАСЧ = 7,9 (А),

Остальные расчеты ведутся аналогично для нахождения величины расчетного тока, данные должны быть сведены в таблицу. Для силовых пунктов СП1, СП3, СП4, СП5 выбираем распределительные пункты серии ПР-22 со встроенными автоматическими выключателями серии А3720.

Встроенные линейные автоматические выключатели выбирались исходя из условия (7.2) и из условия (7.5)

Для силовых пунктов СП2 выбираем распределительные пункты, скомплектованные предохранителями серии ПН и встроенными рубильниками типа РП.

Проверяем выбранные рубильники на выполнение условия:



IНОМ ? IРАСЧ, (7.9)

где, IНОМ - номинальный ток рубильника, А,

IРАСЧ - расчетный ток в распределительной сети низкого напряжения, А, 100 А > 39,5 А,

Условие выполняется рубильники выбраны верно.

Выбираем стандартные проводники для питания сетей низкого напряжения.

1. Для питания электроприемников позиции №1 СП1 - радиально-сверлильный станок выбираем провод марки АПРТО 4(1Ч2,5),

2. Для питания электроприемников позиции №1 СП1 - горизонтально-фрезерный станок выбираем провод марки АПРТО 4(1Ч2,5),

3. Для питания электроприемников позиции №1 СП1 - трансформатор дуговой сварки выбираем провод марки АПВ 4(1Ч4).

Остальные расчеты ведутся аналогично, данные должны быть занесены в таблицу.

Проверяем провода и кабели на выполнение условия (7.6), а также проверяем провода и кабели по условию нагрева длительным расчетным током. Результаты вычислений должны быть занесены в таблицу.



8. Расчеты заземляющих устройств

Рис. 8.1

Выбираем из технической документации сопротивление оболочки кабеля, которое составляет RE=6,5 Ом.

Ток однофазного замыкания на землю в сети напряжения 10кВ:

IЗ = UH • (35 • lКАБ + lВ) / 350, (8.1)

где, UН - номинальное напряжение В,

lКАБ - длина кабельной линии км,

lВ - длина воздушной линии км,

IЗ= 10000 • (35 • 0,2 + 0) / 350 = (А).

Сопротивление заземляющего устройства принимаем за условие выполнения общего заземляющего устройства для напряжения 10/0,4 кВ:



RЗ = , (8.2)

где, UЗ - напряжение однофазного замыкания для установок до и выше 1000 В, применяемых одновременно, равно 125 В; IЗ - ток однофазного замыкания на землю А, RЗ= = 0,625 (Ом).

Величина сопротивления заземляющего устройства с стороны 0,4 кВ должна составлять 4 Ом. Это сопротивление должно быть принято и для стороны 10 кВ при общем заземлении. Так как величина сопротивления естественного заземления (RE = 6,5 Ом) больше допустимого по нормам (RЗ = 4 Ом), то следует применять дополнительные искусственные заземлители, сопротивление которых, согласно (1, ст.246):

RU = , (8.3)

где, RE - сопротивление естественного заземления Ом,

RU= = 10,4 (Ом).

Для искусственных заземлителей принимаем прутковые электроды диаметром d = 12мм, длиной 5 м, количество прутков принимаем равным 8.

Расчетное сопротивление грунта, согласно (1, ст.238):

сРАСЧ = сИЗМ • Ш2, (8.4)

где, сИЗМ - измеренное удельное сопротивление грунта Ом•м,

Ш2 - коэффициент сезонности, равный 1,5,

сРАСЧ= 2 • 102 • 1,5 = 300 (Ом•м).

Сопротивление электрода с учетом сопротивления грунта:



RПР = 0,227 • сРАСЧ, (8.5)

где, сРАСЧ - расчетное сопротивление грунта Ом•м,

RПР= 0,227 • 300 • 102 = 68 (Ом).

С учетом коэффициента экранирования, который дается в технической документации и равняется з=0,59 определяем величину сопротивления заземляющего устройства без учета протяженности заземления и заземлителя, согласно (1, ст.241):

= , (8.6)

где, n - количество заземлителей,

з - коэффициент экранирования,

= =14,4 (Ом).

Так как =14,4 Ом больше предельной расчетной величины сопротивления искусственных заземлителей RU=10,4 Ом, то число стержней будет целесообразным изменить с учетом коэффициента и необходимости учесть сопротивление протяженности заземлителя:

RПР = , (8.7)

где, ln - длина полосы м,

bn - ширина полосы м,

tn - глубина заложения полосы м,

RПР= • lg = 5,5 (Ом).

Сопротивление вертикальных заземлителей с учетом использования полосы, согласно (5, ст.229):

? , (8.8)

? = 14,7 (Ом)

Количество вертикальных заземлителей с учетом соединительной полосы, согласно (5, ст. 229):

nПР = , (8.9)

где, з - коэффициент экранирования,

nПР = = 8 (шт).

Расстояние между электродами, согласно (5, ст.299):

a = , (8.10)

где, P - периметр КТП м,

nПР - количество заземлителей,

а= = 2,25 (м).

Окончательная конфигурация заземляющего устройства



Литература

1. Правила устройства электроустановок.

2. Б.Ю.Липкин Электроснабжение промышленных предприятий и установок.

3. Справочник электрика промышленных предприятий.

Размещено на Allbest.ru