Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Краткая характеристика электроприемников цеха по режиму работы и категории бесперебойности электроснабжения

В цехе размещены вентиляторы, насосы, станки, мостовые краны, автоматические линии, транспортеры, машины дуговой сварки и электропечи сопротивления. Перечень электрооборудования, размещенного в цехе, его установленная мощность, количество приведены в таблице 1.1.

В цехе имеются потребители с длительным и повторно-кратковременным (ПКР) режимами работы.

ПКР - это режим, при котором температура за время включения повышается, за время пауз снижается, однако, нагрев за время цикла этого электроприемники не достигает установившейся температуры, а за время паузы температура не достигает температуры окружающей среды.

Продолжительность включения для ПКР:

, (1.1)

где tц < 10 мин - среднее время цикла.

В ПКР работают электродвигатели мостовых кранов и машины дуговой сварки (данный режим изображен на рисунке 1 (б));

трансформатор цеховой сечение

Длительный режим - это режим, при котором температура ЭП возрастает по экспоненте и через определённое время достигает установившегося значения.

ЭП продолжительного режима работы характеризуются коэффициентом включения:

(1.2)

В длительном режиме работают электроприводы насосов, вентиляторов и станков.

Цех можно отнести к потребителям II категории, перерыв в электроснабжении которых связан с массовым недоотпуском продукции, простоем рабочих и различных механизмов (ЭП всех основных цехов промышленных предприятий).

Питание ЭП II категории рекомендуется обеспечивать от двух независимых источников питания. Допускается питание ЭП II категории по одной воздушной линии, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более суток. Кабельные вставки должны выполнятся двумя кабелями, каждый из которых выбирается по наиболее длительному току ВЛ. Допускается питание по одной КЛ, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоединённых к одному общему аппарату. Допускается ручное переключение с одного источника на другой (без АВР). ПУЭ допускает один источник питания, если время перерыва в случае его выхода из строя не превышает 24 часа.

Таблица 1.1 - Ведомость электрических нагрузок цеха

№№ по плану	Наименование механизма или агрегата и его тип	Количество	Установленная мощность	Режим работы	Число рабочих смен	КИ, о. е.	cos , о.е.
		раб.	рез.	всего	кВт	кВА
1	Станок токарный	12		12	21		ПР	1	0,14	0,5
2	Станок фрезерный	7		7	11		ПР	1	0,14	0,5
3	Автоматическая линия	3		3	45		ПР	1	0,4	0,75
4	Вентилятор	9		9	12		ПР	1	0,65	0,8
5	Насос	8		8	8		ПР	1	0,7	0,85
6	Автоматическая линия	1		1	27		ПР	1	0,4	0,75
9	Машина дуговой сварки	2		2		124	ПКР	1	0,35	0,6
10	Индукционная печь	3		3		64	ПР	1	0,8	0,95
11	Эл. печь сопротивления	2		2	70		ПР	1	0,8	0,95
12	Мостовой кран	2		2	30		ПКР	1	0,05	0,5
13	Транспортёр	2		2	8		ПР	1	0,4	0,75

Цех производства экструдированного пенополистирола относится к классу помещений П-II, это связано с выделение пыли при обработке экструдированного пенополистирола т.к. этот материал по классу горючести относится к Г-3, Г-4. В цехе применяем радиальную схему электроснабжения, электроприемники и электроаппаратуру выбираем закрытого исполнения не ниже IP-44.

2. Выбор напряжения цеховой сети и системы питания силовой нагрузки и освещения

Цеховую сеть можно выполнить на напряжение 220 и 380 В.

Напряжение 660 В должно применяться на предприятиях где имеется большое количество электродвигателей в диапазоне мощностей 200 - 600 кВт. Перевод питания электроприёмников с напряжения 380 В на 660 В снижает затраты на сооружение низковольтной кабельной сети примерно на 30% и сокращает потери электроэнергии в этой сети в 1,3-1,4 раза. Внедрение напряжения 660 В обеспечивает снижение капитальных затрат относительно общей стоимости электроустановок стоящего предприятия на 0,5-1,5%.

В рассматриваемом цехе максимальная мощность электродвигателя 21 кВт, поэтому эффективность внедрения напряжения 660 В незначительна.

Для установленных потребителей электроэнергии цеха основным напряжением питания является напряжение 380 В. Питание освещения осуществляется напряжением 220 В.

Таким образом, в качестве основного напряжения в цехе выбирается напряжение 380/220 В.

Осветительная и силовая нагрузки будут питаться от общих цеховых трансформаторов 10/0,4 кВ.

3. Выбор электродвигателей, пусковой и защитной аппаратуры

Согласно ПУЭ для привода механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, независимо от их мощности рекомендуется применять электродвигатели синхронные или асинхронные с короткозамкнутым ротором. Обычно для одного цеха выбирают двигатели одной серии.

Выбираем асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии 4А напряжением 380 В, так как они просты в исполнении, дешевы и не требуют регулирования частоты вращения.

Серия 4А является массовой серией АД, рассчитанных на применение в различных областях промышленности . Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 0,06 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения -- от 50 до 355 мм.

Серия включает основное исполнение АД, ряд модификаций и специализированные исполнения. Двигатели основного исполнения соответствуют общим требованиям и предназначены для нормальных условий работы (двигатели общего назначения). Они выпускаются во всем диапазоне мощностей и высот оси вращения, охватываемых серией. Это трехфазные АД с короткозамкнутым ротором, рассчитанные на частоту питания 50 Гц, имеющие степень защиты IP44 или IP23.

Модификации и специализированные исполнения АД серии 4А построены на базе их основного исполнения, т. е. имеют те же принципиальные конструктивные решения основных элементов и высоты оси вращения. Они выпускаются отдельными отрезками серий на определенные высоты оси вращения и номинальные мощности и предназначены для применения в механизмах, предъявляющих специфические требования к электроприводу, или в условиях эксплуатации, отличных от нормальных, имеющие степень защиты IP54.

Для крана принимаем асинхронные двигатели серии 4MTF (с фазным ротором), 4MTKF (с короткозамкнутым ротором). Это двигатели повторно-кратковременного режима работы. Применяются на кранах с тяжелыми условиями работы. Основной режим работы ПВ 40%.

Условия выбора электродвигателей:

(3.1)

Выбор пусковой и защитной аппаратуры производим по выражению (3.2):

, (3.2)

где - номинальный ток расцепителя, А;

- номинальный ток электродвигателя, А.

Величины, приведённые в каталогах на асинхронные электродвигатели, связаны между собой следующими зависимостями:

; (3.3)

, (3.4)

где - номинальная мощность, кВА;

- номинальный ток, А;

- номинальная мощность, кВт;

- номинальный коэффициент мощности;

- КПД при номинальных нагрузке и параметрах.

. (3.5)

Типы двигателей и их технические характеристики приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Выбор двигателей для электроприемников

№	Название ЭП	Кол.	Р, кВт	Данные электродвигателей
				Тип двигателя	Рн, кВт	Iном, А	U, кВ	Iпус, А	n, об/мин	з, %	cosц
1	Станок токарный	12	21	4А180S4УП3	22,0	41,31	0,38	289,2	1500	90	0,9
2	Станок фрезерный	7	11	4А132M4 УП3	11,0	21,98	0,38	164,8	1500	87,5	0,87
3	Автоматическая линия	3	15	4А180M8 УП3	15,0	31,94	0,38	191,7	750	87	0,82
		3	15	4А180M8 УП3	15,0	31,94	0,38	191,7	750	87	0,82
		3	15	4А180M8 УП3	15,0	31,94	0,38	191,7	750	87	0,82
4	Вентилятор	9	12	4А160S2 УП3	15,0	28,8	0,38	216	3000	88	0,9
5	Насос	8	8	4А132M4 УП3	11,0	41,31	0,38	309,8	1500	87,5	0,87
6	Автоматическая линия	1	7,5	4А132S8 УП3	7,5	17,68	0,38	106,1	750	86	0,75
		1	7,5	4А132S8 УП3	7,5	17,68	0,38	106,1	750	86	0,75
		1	7,5	4А132S8 УП3	7,5	17,68	0,38	106,1	750	86	0,75
		1	7,5	4А132S8 УП3	7,5	17,68	0,38	106,1	750	86	0,75
12	Мостовой кран	подъем груза	2	15	MTF312-6	15,0	40,0	0,38	-	1000	81	0,70
		передвиж. тележки	2	5	MTF112-6	5,0	14,7	0,38	-	925	74	0,70
		передвиж. крана	2	11	MTF311-6	11,0	30,5	0,38	-	945	79	0,69
13	Транспортёр	2	8	4А132M4 УП3	11,0	21,98	0,38	164,8	1500	87,5	0,87

Рисунок 2

Выберем электродвигатель, пусковую и защитную аппаратуру для станка токарного, P=22кВт.

Из [14] выбираем АД 4А180S4УП3 с Рн=22 кВт; cos=0,9; =90%;

n =1500 об/мин.

Рассчитаем по выражению (3.5):

.

Размещено на http://www.allbest.ru

Таблица 3.2 - Выбор аппаратуры защиты и управления

№ п/п	Наименование технологического оборудования.	Электродвигатели или электроприемники	Аппарат защиты	Аппарат управления
		тип	Мощность Рном, кВт	номинальный ток Iном, А	количество п, шт.	Выключатель	номинальный ток выключателя Iн.в, А	номинальный ток расцепителя Iн.р, А	Контактор, пускатель	номинальный ток Iн, А	Тепловое реле	уставка теплового реле
1	Станок токарный	4А180S4УП3	22,0	41,31	12	АЕ2066М1-100-54У3А	160	50	ПМЛ-461004Б	63	РТЛ-2057	38-52
2	Станок фрезерный	4А132M4УП3	11,0	21,98	7	АЕ2066М1-100-54У3А	160	25	ПМЛ-261004Б	25	РТЛ-1022	18-25
3	Автоматическая линия	4А160M8УП3	45,0	31,94	3	АЕ2066М1-100-54У3А	160	100	ПМЛ-361004Б	40	РТЛ-2055	30-41
		4А132S8 УП3		31,94					ПМЛ-361004Б	40	РТЛ-2055	30-41
		4А225M8УП3		31,94					ПМЛ-361004Б	40	РТЛ-2055	30-41
4	Вентилятор	4А160S2 УП3	15,0	28,8	9	АЕ2066М1-100-54У3А	160	31,5	ПМЛ-361004Б	40	РТЛ-2053	23-32
5	Насос	4А132M4УП3	11,0	21,98	8	АЕ2066М1-100-54У3А	160	25	ПМЛ-261004Б	25	РТЛ-1022	18-25
6	Автоматическая линия	4А132S8 УП3	30,0	17,68	1	АЕ2066М1-100-54У3А	160	80	ПМЛ-261004Б	25	РТЛ-1021	13-19
		4А132М8УП3		17,68	1				ПМЛ-261004Б	25	РТЛ-1021	13-19
		4А132S8 УП3		17,68	1				ПМЛ-261004Б	25	РТЛ-1021	13-19
		4А160M8УП3		17,68	1				ПМЛ-261004Б	25	РТЛ-1021	13-19
9	Машина дуговой сварки	-	74,5	113,3	2	АЕ2066М1-100-54У3А	160	125	-	-	-	-
10	Индукционная печь	-	60,8	92,5	3	АЕ2066М1-100-54У3А	160	125	-	-	-	-
11	Электропечь сопротивления	-	70	106,5	2	АЕ2066М1-100-54У3А	160	125	-	-	-	-
12	Мостовой кран	МТК 15т	26,0	69,75	2	АЕ2066М1-100-54У3А	160	80	ПМЛ-461004Б	63	РТЛ-2057	38-52
									ПМЛ-261004Б	25	РТЛ-1021	13-19
									ПМЛ-361004Б	40	РТЛ-2053	23-32
13	Транспортёр	4А132M4УП3	11,0	21,98	2	АЕ2066М1-100-54У3А	160	25	ПМЛ-261004Б	25	РТЛ-1022	18-25

Размещено на http://www.allbest.ru

4. Расчет электроосвещения

Выбор системы освещения и освещённости цеха.

Основными электроприемниками цеха являются печи, станки и автоматические линии.

Минимальная освещенность при комбинированном освещении составляет для разряда зрительных работ IIIг 400 лк. При этом освещенность от общего освещения - 200 лк.

Также в цехе предусмотрена система аварийного освещения. Наименьшая освещенность рабочих поверхностей производственных помещений на территории предприятий, требующих обслуживания при аварийном режиме, должна составлять 5%-10% от освещенности рабочего освещения при системе общего освещения.

Для создания равномерного распределения освещенности по всей площади цеха принимаем равномерное размещение светильников.

Выбор типа и мощности источника света.

Исходные данные:

- длина цеха L = 84 м;

- ширина цеха b = 48 м;

- высота цеха h = 12 м;

- напряжение системы освещения 220 В;

- минимальная освещенность Ераб = 200 лк; Еав = 10 лк .

Расчёт рабочего освещения.

Для общего рабочего освещения цеха используем светильники типа ГСП13 с лампами ДРИ и кривой силы света Г-1, степенью защиты IP54.

Располагаем светильники в шахматном порядке, при этом с целью снижения пульсаций светового потока, характерных при использовании этого типа ламп, в каждой точке устанавливаем не менее 2 светильников.

Высота подвеса светильников:

Hп = h - hс,

где h - высота цеха, м;

hС = 1,8 - расстояние от светильника до перекрытия (свес), м

Hп = 12 - 1,8= 10,2 м.

Расчетная площадь цеха: S = L·b =84·48 = 4032 м2.

Намечаем количество ламп:

шт. (4.1)

Отношение потока, падающего на освещаемую поверхность ко всему потоку ламп, называется коэффициентом использования Ки. Зависимость Ки от площади помещения, высоты и формы учитывается индексом помещения i.

Индекс помещения:

, (4.2)

где S - площадь цеха, м2;

L - длина цеха, м;

b - ширина цеха, м.

При i = 2,99 и пот=0,5, ст=0,5, пол=0,1 имеем Ки=0,6 [9].

Световой поток одной лампы:

Лм. (4.3)

Выбираем лампу ДРЛ мощностью 400 Вт со световым потоком ФЛ = 30000 Лм.

Корректируем количество светильников в цехе:

шт (4.4)

Принимаем к установке 93 ламп.

При количестве ламп ДРИ - 400 - 4 равном 93 шт., в цехе создается следующая освещенность:

лк (4.5)

Таким образом, данное количество ламп создает требуемую освещенность.

Расчёт аварийного освещения.

Аварийное освещение составляет 5-10 % от рабочего.

Еав = 10 лк; Ки=0,6; Кз=1,5; Фл=18600 лм.

шт

Принимаем 8 светильников. Выбираем лампу накаливания Г215-225-1000 со светильником ППД со степенью степенью защиты IP63. Световой поток лампы Фл=18600 лм.

.

Таким образом, данное количество ламп создает требуемую аварийную освещенность.

4.3 Выбор кабелей, питающих щитки освещения

Сечения электрических кабелей выбираются по выражению 4.6:

IР < IД.Д, (4.6)

где IР - расчётный ток, А;

IД.Д - допустимая длительная токовая нагрузка на кабель.

Так как цех производства экструдированного пенополистирола относится к помещениям с пожаро-взрывоопасной средой, то:

IД.Д >Iр, (4.7)

где Iр - длительно допустимый ток для кабелей при пожаро-взрывоопасных условиях прокладки, приводимый в таблицах ПУЭ.

Выбор кабеля, питающего щиток рабочего освещения.

Выбираем кабель, питающий щиток рабочего освещения основного помещения цеха производства экструдированного пенополистирола.

Расчётная нагрузка внутреннего освещения здания Рр определяется по установленной мощности освещения Ру и коэффициенту спроса Кс:

Рр = Ру · Кс.

Установленная мощность Ру определяется суммированием мощности ламп всех стационарных светильников, при этом для учёта потерь в пускорегулирующих аппаратах газоразрядных ламп ДРИ умножаем на 1,1:

Ру = n · Рл · 1,1, (4.8)

где n - количество ламп, шт.,

Рл - номинальная мощность лампы, Вт.

Кс = 0,9 [9],

Ру = 93 · 400 · 1,1 = 40920 Вт,

Рр = 40920 · 0,9 = 36828 Вт,

Qр = Рр · tg ц = 36828·1,44 = 53032,32 вар,

где tg = 1,44 для ламп ДРИ [9].

Определяем полную мощность рабочего освещения:

.

Определяем расчетный ток для выбора проводов:

,

где Uном = 380 В - номинальное напряжение сети.

Выбираем провод марки АВВГнг.

Принимаем пятижильный провод АВВГнг (5х50 мм2) с Iн.д= 125 А.

Выбор кабеля, питающего щиток аварийного освещения

Определяем установленную мощность ламп:

Ру = 81000 = 8000 Вт.

Определяем расчётную нагрузку:

Рр = Ру · Кс =8000 0,9 = 7200 Вт,

где Кс = 0,9 [9].

Qр = Рр · tg ц = 7200·0,33 = 2376 вар,

где tg = 0,33 для ламп накаливания [9].

Определяем полную мощность аварийного освещения:

.

Определяем расчётный ток для выбора проводов:

,

где cos=0,95 - для ЛН [9]

Принимаем провод АВВГНГ (5х2,5 мм2) пять жил.

Iн.д= 21 А > IР=12,13 А

Результаты расчета сводим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Выбор кабелей для щитков освещения

Освещение	РР, Вт	QР, вар	SР, ВА	IР, А	Марка провода	IН.Д. кабеля, А
основное	36828	53032,32	64565,7	98,1	АВВГнг (5х50)	125
аварийное	7200	2376	7581,9	12,13	АВВГнг (5х2,5)	21
всего	44028	55408,32	72147,6	-	-	-

Выбор схемы питания осветительной установки

Питание электрического освещения производится от общих для осветительных и силовых нагрузок трансформаторов с низшим напряжением 0,4 кВ (напряжение сети 380/220 В).

Для питания ламп применяется провод АВВГнг.

Для распределения электроэнергии рабочего и аварийного освещения, а также для защиты сетей от токов короткого замыкания применяем компактные распределительные щиты. Для аварийного и на отходящих линиях рабочего освещения используем автоматическими выключателями АЕ2046М. В качестве вводного выключателя рабочего освещения выбираем автоматический выключатель АЕ3726ФУ3.

Схема питания осветительной установки показана на рисунке 4.1.

Рисунок 3 - Схема питания осветительной установки

Осветительная сеть цеха предусматривает наличие одного группового щитка, к которому групповыми линиями присоединяются светильники. В случае аварийного прекращения действия рабочего освещения предусмотрено аварийное освещение, обеспечивающее возможность продолжения работы и безопасную эвакуацию людей из цеха.

Светильники аварийного освещения автоматически включаются при аварийном отключении рабочего освещения.

Управление рабочим освещением осуществляется автоматическими выключателями, установленными на групповом щитке. Для удобства эксплуатации и безопасности производства ремонтных работ и замены отдельных элементов схемы электроосвещения необходимо предусмотреть возможность отключения группового щитка. Эту функцию выполняет выключатель.

Выбор типа и расположения группового щитка, компоновка сети и её выполнение.

Для аппаратов аварийного освещения в качестве осветительных щитков используем модульные распределительные щитки встроенного исполнения ВС-U. Они удобны в эксплуатации и имеют компактные геометрические размеры. Применяются при напряжении 400 В и номинальном токе 63 А. Имеют степень защиты IP 44.

Для аппаратов рабочего освещения в качестве осветительных щитков применяем распределительные щиты большего объема ПР11-3054. Рассчитаны на напряжение 400 В и ток до 250 А, степень защиты IP 54. Выбираем исполнение щитов для навесного монтажа.

Выбор аппаратов рабочего освещения.

Светильники рабочего освещения запитываются 4-мя групповыми линиями по 28 светильников в каждой линии (рисунок 4.2). К фазе А присоединяют по 8 ламп, к фазе В по 8 ламп и к фазе С присоединяют по 8 ламп.

Определяем расчетную мощность наиболее загруженной фазы в одном ряду:

Рнбз = Рл · n · kс,

где Рл - мощность одной лампы, Вт;

n - количество светильников на фазе, шт;

kс = 1,1 - поправочный коэффициент на расход мощности ПРА.

Рнбз = 400·8·1,1 = 3520 Вт.

Определяем расчётный ток для наиболее загруженной фазы:

,

где UФ = 220 В - фазное напряжение;

сosц = 0,57 - для ламп ДРИ [9].

.

Для рабочего освещения выбираем провод АВВГнг (5х6), с Iном=37 А [10].

Расчётный ток нагрузки: IР=84,3 А.

Расчетный ток наиболее загруженной фазы: IРнбз=28,1 А.

Для распределения электроэнергии и защиты сетей от тока перегрузки и короткого замыкания применяем модульные автоматические выключатели АЕ3726 (вводной выключатель) и АЕ2046М (на отходящих линиях). Используем распределительные щиты большего объема при навесном исполнении ПР11.

Выбираем распределительный шкаф ПР11-3054, Iном=250А. Количество выключателей на фидерах - 4 трёхполюсных. Выключатели на отходящих линиях АЕ2046М Iн.в.=63А. Вводной выключатель АЕ3726 ФУ3 Iн.в.=250 А.

Выбор аппаратов аварийного освещения.

Светильники аварийного освещения расположены в 3 ряда (рисунок 4).

Определяем расчётную мощность наиболее загруженной фазы в одном ряду. К фазам А, С присоединяем по 2 лампе и к фазе В присоединяем 4 лампы.

Рнбз = Рл · n,

где Рл - мощность одной лампы, Вт;

n - количество светильников на фазе, шт.

Рнбз=1000·4·= 4000 Вт.

Определяем расчётный ток для наиболее загруженной фазы:

,

где UФ = 220 В - фазное напряжение;

сosц = 0,95 - для ламп накаливания .

.

Для аварийного освещения выбираем провод АВВГнг (5х2,5мм2), с Iном=21 А [10].

Расчётный ток нагрузки: IР=14,39 А.

Расчетный ток наиболее загруженной фазы: IРнбз=19,14 А.

Для распределения электроэнергии и защиты сетей от тока перегрузки и короткого замыкания применяем модульные автоматические выключатели PL6. Используем распределительные шкафы встроенного исполнения ВС-U.

Выбираем распределительный шкаф ВС-U-1/5-ЕСО, Iном=63 А. Количество выключателей на фидерах - 3 однополюсных. Выключатели на отходящих линиях PL6-В20/3 Iн.в.=20А. Вводной выключатель PL6-В20/3 Iн.в.=20А.

Выбранное оборудование сводим в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 - Осветительные шинопроводы и групповые щитки

Помещение (вид освещения)	Групповой щиток	Шинопровод
	Тип	Фидерные выключатели	Вводной выключатель	Тип	I ном, А
		Тип	I ном, А	Тип	I ном, А
Основное (рабочее)	ПР11-3054	АЕ2046М	63	АЕ3726ФУ3	250	АВВГнг (5х6)	37
Основное (аварийное)	ВС-U-1/5-ЕСО	PL6-В20/1	20	PL6-В20/3	20	АВВГнг (5х2,5)	26



Рисунок 4 - Схема цехового освещения

5 Расчет электрических нагрузок

Расчет сварочной нагрузки методом эффективных мощностей

Для расчета методом эффективных нагрузок предварительно распределим машины дуговой сварки по фазам АВ, ВС, СА таким образом, чтобы получить наиболее равномерную нагрузку. Считается, что нагрузка распределена равномерно, если УРном, остающееся не распределённой, не превышает 15 % общей нагрузки узла системы.

Распределяем сварочные установки по парам фаз по принципу равенства паспортных мощностей показано на рисунке 5:



Рисунок 5 - Распределение по фазам

кВА

Определяем коэффициент не баланса:

Пара фаз АС незагружена по сравнению с парами ВС, АВ.

Определяю эквивалентную среднюю и эффективную нагрузки сварочной машины:

кВА (5.1)

кВА (5.2)

где: Кз.i - коэффициент загрузки машин дуговой сварки, Кз.i=0,7;

ПВф.i - продолжительность включения машин дуговой сварки, ПВф.i=16 %;

Sпасп.i - паспортное значение мощности машины дуговой сварки, Sпасп.i=124 кВА.

 кВА;

кВА.

Для наиболее загруженной пары фаз определяю эффективную мощность:

кВА. (5.3)

Определяем эквивалентную трехфазную нагрузку:

кВА. (5.4)

Определяем эффективный трехфазный ток:

А. (5.5)

Находим активную и реактивную нагрузки:

кВт; (5.6)

кВар; (5.7)

где cos(ц) = 0,6, а tg(ц) = 1,33 для машин дуговой сварки.

Расчёт электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм.

Разбиваем все электроприёмники по группам со сходными характеристиками. Для каждой группы электроприёмников определим активную нагрузку по формулам:

(5.8)

(5.9)

где n - число электроприёмников в группе;

К - число групп электроприемников;

Ки.i - коэффициент использования электроприемников;

Рном i - номинальная мощность электроприемников i-ой группы;

tgцi - коэффициент мощности электроприемников.

Для приёмников, работающих в ПКР:

, (5.10)

Результаты расчётов приведены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Расчёт средней нагрузки за максимально загруженную смену

№ поз.	Наименование	Кол шт	PНОМ, кВт	КИ, о.е.		Средняя нагрузка
						Pсм, кВт	Qсм, квар
1	Станок токарный	12	22,0	0,14	0,5/1,73	36,96	63,94
2	Станок фрезерный	7	11,0	0,14	0,5/1,73	10,78	18,65
3	Автоматическая линия	3	45,0	0,4	0,75/0,48	54	25,92
4	Вентилятор	9	15,0	0,65	0,8/0,75	87,75	65,81
5	Насос	8	11,0	0,7	0,85/0,62	61,6	38,19
6	Автоматическая линия	1	30,0	0,4	0,75/0,48	12	5,76
10	Индукционная печь	3	60,8	0,8	0,95/0,33	145,92	48,15
11	Электропечь сопротивления	2	70	0,8	0,95/0,33	112	36,96
12	Мостовой кран (15 т)	2	31,0	0,05	0,5/1,73	39,21	67,83
13	Транспортер	2	11,0	0,4	0,75/0,88	8,8	7,74
	Итого		1135,4			569,02	378,95

Находим групповой коэффициент использования:

(5.11)

где n - число всех электроприёмников;

Эффективное число электроприёмников:

?33 шт. (5.12)

так как nэф>10, то коэффициент максимума:

. (5.13)

Расчётные максимумы активной и реактивной нагрузки:

(5.14)

Полная расчётная нагрузка:

(5.15)

Расчётная величина тока:

(5.16)

Распределение нагрузки по распределительным щитам

Распределим электроприёмники цеха по распределительным щитам . Расчёт ведём по формулам:

Среднесменная нагрузка:

(5.17)

(5.18)

где n - число электроприёмников в группе;

К - число групп электроприемников;

Ки.i - коэффициент использования электроприемников;

Рном i - номинальная мощность электроприемников i-ой группы;

tgцi - коэффициент мощности электроприемников.

Находим групповой коэффициент использования:

, (5.19)

где ni - число электроприёмников в группе.

Эффективное число электроприёмников:

. (5.20)

Определяем коэффициент максимума:

. (5.21)

Расчётные максимумы активной и реактивной нагрузки:

. (5.22)

Полная расчётная нагрузка:

. (5.23)

Расчётная величина тока:

. (5.24)

Результаты распределения электроприёмников по распределительным щитам приведены в таблице 5.2. План цеха с расположением распределительных щитов показан на рисунке 5.2.

Таблица 5.2 - Распределение электроприемников по РЩ

Шинопровод	Поз №	Наименование электроприёмника	Рном кВт	n	Ки	Рсм, кВт	cosц	tgц	Qсм, квар	Кисп	nэф	Км	Рр, кВт	Qp, квар	Sр, кВА	Ip, А
РЩ-1	1	Станок фрезерный	22	4	0,14	12,32	0,5	1,73	21,313	0,3	8,75=9	1,76	217,67	201,11	296,36	450,28
	2	Станок токарный	11	3	0,14	4,62	0,5	1,73	7,9926
	3	Автоматич.линия	45	1	0,4	18	0,75	0,48	8,64
	4	Вентилятор	15	2	0,65	19,5	0,8	0,75	14,625
	5	Насос	11	1	0,7	7,7	0,85	0,62	4,774
	9	Машина дуговой сварки	108,1	1	0,35	37,83	0,6	1,33	50,320
РЩ-2	1	Станок фрезерный	22	4	0,14		0,5	1,73	0	0,296	9,33=10	1,729	131,51	49,31	140,45	213,40
	2	Станок токарный	11	2	0,14	3,08	0,5	1,73	5,3284
	3	Автоматич.линия	45	2	0,4	36	0,75	0,48	17,28
	4	Вентилятор	15	3	0,65	29,25	0,8	0,75	21,937
	5	Насос	11	1	0,7	7,7	0,85	0,62	4,774
РЩ-3	1	Станок фрезерный	22	4	0,14	12,32	0,5	1,73	21,313	0,508	7,29=8	1,521	217,03	76,465	230,11	349,61
	2	Станок токарный	11	1	0,14	1,54	0,5	1,73	2,6642
	4	Вентилятор	15	2	0,65	19,5	0,8	0,75	14,625
	6	Автоматич.линия	30	1	0,4	12	0,75	0,48	5,76
	10	Индукционная печь	60,8	2	0,8	97,28	0,95	0,33	32,102
РЩ-4	2	Станок токарный	11	1	0,14	1,54	0,5	1,73	2,6642	0,675	2,96=3	1,601	247,51	251,87	353,13	536,52
	4	Вентилятор	15	1	0,65	9,75	0,8	0,75	7,3125
	5	Насос	11	2	0,7	15,4	0,85	0,62	9,548
	9	Машина дуговой сварки	108,1	1	0,35	37,83	0,6	1,73	65,454
	11	Эл.печь сопротивления	70	1	0,8	56	0,95	0,33	18,48
	13	Транспортер	11	1	0,4	4,4	0,75	0,88	3,872
РЩ-5	4	Вентилятор	15	1	0,65	9,75	0,8	0,75	7,3125	0,581	6,08=7	1,481	226,20	70,174	236,83	359,83
	5	Насос	11	4	0,7	30,8	0,85	0,62	19,096
	10	Индукционная печь	60,8	1	0,8	48,64	0,95	0,33	16,051
	11	Эл.печь сопротивления	70	1	0,8	56	0,95	0,33	18,48
	12	Мостовой кран	26	2	0,05	3,1	0,5	1,73	5,363
	13	Транспортер	11	1	0,4	4,4	0,75	0,88	3,872

Размещено на http://www.allbest.ru

Таблица 5.3 - Выбор кабелей, питающих группы электроприемников

№ группы электроприемников	Iр,А	Iд.д, А	Марка кабеля
1	450,28	502,32	2хАВВГнг(4Ч150)мм2
2	213,40	307,28	2хАВВГнг(4Ч70)мм2
3	349,61	502,32	2хАВВГнг(4Ч150)мм2
4	536,52	575,92	2хАВВГнг(4Ч185)мм2
5	359,83	502,32	2хАВВГнг(4Ч150)мм2
6	530	575,92	2хАВВГнг(4Ч185)мм2
7	530	575,92	2хАВВГнг(4Ч185)мм2
8	530	575,92	2хАВВГнг(4Ч185)мм2

Выбор распределительных щитов.

Для распределения электроэнергии и защиты сетей от токов короткого замыкания применяем распределительный шкаф ПР11-7123 с автоматическими выключателями.

Пример выбора распределительного щита для 1-ой группы электроприемников.

Расчётный ток нагрузки: IР=450,28 А.

Выбираем распределительный пункт ПР11-7123--54У3, , имеющий:

Вид установки - напольное;

номинальный ток шкафа Iном= 630А;

номинальный рабочий ток для исполнения IP54 У3 Iном.р=540А;

количество трехполюсных выключателей на фидерах - 12;

фидерные выключатели - по таблице 3.2.

На вводе зажимы. На вводе выбираем рубильник Р16-39/3 Iном.р.=630 А.

Групповые щитки, располагаемые электропомещении.

Таблица 5.4 - Выбор распределительных щитов

№ распред. щита, в соотв. с № группы	Тип щита	Вводной рубильник	Ток
			Расчетный нагрузки, А	Номинальный ток шкафа, А
		Тип	I ном, А
1	ПР11-7123-54У3	Р16-39/3	630	450,28	630
2	ПР11-7123-54У3	Р16-39/3	630	213,4	630
3	ПР11-7123-54У3	Р16-39/3	630	349,61	630
4	ПР11-7121-54У3	Р16-39/3	630	536,52	630
5	ПР11-7123-54У3	Р16-39/3	630	359,83	630
6	ПР11-7123-54У3	Р16-39/3	630	530	630
7	ПР11-7123-54У3	Р16-39/3	630	530	630
8	ПР11-7123-54У3	Р16-39/3	630	530	630

Рисунок 5 - План цеха с расположением распределительных щитов и прокладки кабелей для эл. приемников

Ответвления к электроприемникам.

Участок электросети, питающий отдельный приёмник электроэнергии, называется ответвлением. Ответвления к электроприёмникам от распределительных щитов выполняем кабелем АВВГнг в коробе и в местах от короба до электроприемника в трубе, для машин дуговой сварки - кабелем АВВГнг (согласно ПУЭ в производственных помещениях при наличии опасности механических повреждений в эксплуатации, прокладка небронированных кабелей допускается при условии их защиты от механических повреждений).Питание мостового крана производим гибким шланговым кабелем марки КГН. Кабель подвешивается на роликах и передвигается по конструкции вдоль пути крана.

Выбор сечения проводов и кабелей выбираем по условию допустимого нагрева:

Iр< Iдд, (5.26)

где Iдд - допустимая длительная токовая нагрузка на провод (кабель), А.

Iдд = Iнд (5.27)

Для ответвлений к отдельным электроприемникам длительного режима работы в качестве расчётного тока принимаем номинальный ток электроприёмника:

Iном. эп Iнд (5.28)

Для примера выберем провода, питающие токарный станок P=22 кВт:

(5.29)

Выбираем четырехжильный кабель АВВГнг (4х16) с Iнд =60 А [10]. Проводим проверку по условию:

Iном. эп Iнд:

Iном. эп = 41,31 А Iнд = 60 А,

провод проходят по длительно допустимому току нагрева. Выбранные провода сводим в таблицу 5.5.

Таблица 5.5 - Выбор проводов и кабелей к потребителям

Поз.№	Электроприёмники	Iр, А	Марка кабеля	IНОМ, А
1	Станок токарный	41,31	АВВГнг(4х16)	60
2	Станок фрезерный	21,98	АВВГнг (4х6)	30
3	Автоматическая линия	95,82	АВВГнг (4х50)	120
4	Вентилятор	28,8	АВВГнг (4х8)	37
5	Насос	21,98	АВВГнг (4х6)	30
6	Автоматическая линия	70,72	АВВГнг (4х50)	120
9	Машина дуговой сварки	113,3	АВВГнг (4х70)	154
10	Индукционная печь	92,5	АВВГнг (4х70)	140
11	Электропечь сопротивления	106,5	АВВГнг (4х70)	140
12	Мостовой кран	69,75	КГН(4х50)	120
13	Транспортер	21,98	АВВГнг (4х6)	30

6. Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов

Т.к. по составу и характеру нагрузки электропотребителей цех относится ко второй категории по бесперебойности электроснабжения, необходимо установить двухтрансформаторную подстанцию.

Мощность трансформаторов ТП цеха определяется по формуле:

, (6.1)

где Sр.ц - полная расчётная мощность цеха, кВА;

n - количество трансформаторов, шт.;

вт - коэффициент загрузки трансформаторов.

Принимаем вт = 0,8 (для потребителей второй категории по бесперебойности электроснабжения) [1].

, (6.2)

где Рмц, Qмц - максимальные расчётные (активная и реактивная) мощности силовой нагрузки цеха, кВт, квар;

Рро, Qро - расчётная (активная и реактивная) мощности освещения, кВт, квар;

Рсв, Qсв - расчётная (активная и реактивная) мощности сварочных установок, кВт, квар;

Максимальные расчётные мощности силовой нагрузки цеха:

Рмц = 696 кВт,

Qмц = 378,95 квар.

Расчётная мощность освещения:

Рро = 44,028 кВт,

Qро = 55,408 квар.

Расчётная мощность сварочных установок:

Рсв = 108,1 кВт,

Qсв = 143,8 квар.

Расчётная мощность дополнительной нагрузки :

Рдоп = 2000 кВт,

Qдоп = 1880 квар.

Полная расчётная мощность цеха:

Мощность трансформаторов цеха:

.

На основании Sтр выбираем два трансформатора ТМЗ - 2500/10 [9].

Таблица 6.1 - Справочные данные трансформаторов

Тип трансформатора	Sном.т., кВА	Напряжение,кВ	Uк, %	Потери, кВт	Iхх, %
		ВН	НН		ДPхх	ДPк
ТМЗ-2500/10	2500	10,5	0,4	6,5	3,85	23,5	1,0

Фактический коэффициент загрузки:

(6.3)

Выбранная ТП располагается вне помещении цеха. Подстанция кроме двух трансформаторов содержит вводные шкафы на напряжение 10 кВ и комплектные распределительные шкафы, при помощи которых собрана схема КРУ напряжением 0,4 кВ и распределительные шкафы на напряжение 0,4 кВ.

7. Выбор схемы электроснабжения

Данное производство относится ко II категории по бесперебойности питания. Так как среда данного цеха является пыльной, питание силовой нагрузки в цехе должно осуществляется по радиальной схеме. Радиальные схемы характеризуются тем, что от источника питания (распределительный щит трансформаторной подстанции ТП) отходят линии, питающие мощные электроприёмники или групповые распределительные пункты (в данном случае), от которых в свою очередь отходят самостоятельные линии, питающие электроприёмники малой мощности.

Распределение энергии в таких сетях производится радиальными линиями от распределительных пунктов, вынесенных в отдельные помещения (электропомещение).

Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания; в них легко могут быть применены элементы автоматики.

Рисунок 6 - Схема питания электроприёмников цеха

8. Расчёт необходимой компенсирующей мощности, выбор компенсационного оборудования и его размещение в цеховой сети

Компенсация реактивной мощности необходима для обеспечения экономичной работы системы электроснабжения предприятия, улучшения качества электрической энергии. Прохождение реактивной мощности сопровождается увеличением тока, а следовательно вызывает дополнительные затраты на увеличение сечений проводников сетей и мощностей трансформаторов, создает дополнительные потери электроэнергии. Кроме того, увеличиваются потери напряжения, что понижает качество электроэнергии по напряжению. Под компенсацией реактивной мощности имеется в виду расчет мощности и установки батарей конденсаторов, являющихся местными источниками реактивной мощности. В данном разделе рассчитываются мощность низковольтных батарей конденсаторов.

Суммарная расчетная мощность низковольтных батарей конденсаторов определяется на основе технико-экономических расчетов по двум критериям.

Первый критерий: мощность низковольтных батарей конденсаторов определяется, исходя из минимума приведенных затрат на установку батарей конденсаторов и экономии на числе трансформаторов КТП, которая может получиться за счет компенсации реактивной мощности. Однако так как в цеху устанавливаются по одной двухтрансформаторной подстанции, и уменьшить количество трансформаторов нельзя, то расчет компенсации реактивной мощности в сети напряжением 0,4кВ производим по коэффициенту мощности, задаваемому предприятию энергосистемой (tgэ).

Тангенс угла сдвига фаз до компенсации реактивной мощности:

,

где РР.Ц, QР.Ц - активная и реактивная мощности цеха, кВт, квар, определяемые по 5.1.12 - 5.1.13;

,

Суммарная мощность компенсирующего устройства:

,

где tgцэ - коэффициент мощности, заданный системой, о. е, определяемый по заданию.

QКУ =2848,128*(0,86 - 0,35) = 1452,52(квар).

В качестве источников реактивной мощности используем комплектные конденсаторные установки с размещением их непосредственно на шинах 0,4 кВ ТП в соответствии с рекомендациями.

На каждую из секций 0.4 кВ цеховой ТП устанавливаем две конденсаторной установки УКМ 58-0,4-400-25-У3 [8], мощностью по 400 квар. Так как мощность конденсаторных установок больше 400 квар, их подключение к шинам 0,4 кВ цеховой ТП производим через автоматические выключатели.

Выбор выключателей для подключения КУ.

Выбор автоматических выключателей осуществляется по следующим условиям:

- по номинальному току выключателя:

Iном .в. ? Iном.ку,

где Iном.в - номинальный ток выключателя, А; Iном ку -номинальный ток конденсаторной установки, А.

- по номинальному току расцепителя:

Iном .р ? Iном.ку.,

где Iном.р - номинальный ток расцепителя автоматического выключателя, А.

,

.

Выбираем автоматический выключатель типа ВА51-41 с номинальным током выключателя Iном.в=1000А>648,46.0 А, номинальным током расцепителя Iном.р= 1000 А>648,46 А.

Выбор кабельных линий для подключения КУ. Выбор сечения кабелей выбираем по условию допустимого нагрева:

IР < Iдд,

где Iдд - допустимая длительная токовая нагрузка на кабель, А.

I дд = Iн.д..

В качестве расчетного принимаем номинальный ток КУ:

I ном КУ I н. д,

.

Согласно с учетом примечания, для питания конденсаторной установки используем три параллельных кабеля марки АВВГнг, сечением (4х150) ммІ.

I ном КУ = 648,46 А 3 I н. д = 3 251,16 = 753,48 А,

выбранный кабель проходит по длительно допустимому току нагрева.

9. Уточнение расчетных нагрузок, числа и мощности цеховых трансформаторов

Мощность трансформаторов ТП цеха после установки компенсирующих устройств определяется по формуле 9.1, с учетом компенсирующих устройств:

(9.1)

где SР.Ц - полная расчётная мощность цеха с учетом компенсирующих устройств, определяемая по 7.2, кВА;

n - количество трансформаторов, шт.;

Кз.т - коэффициент загрузки трансформатора.

Принимаем Кз.т = 0.8 (для потребителей второй категории по бесперебойности электроснабжения);

, (9.2)

где РР.Ц, QР.Ц - активная и реактивная мощности цеха, определяемые по 5.1.12 - 5.1.13, кВт, квар;

QКУ-мощность компенсирующих устройств, квар.

.

Мощность трансформаторов цеха:

.

На основании SТР выбираем два трансформатора ТМ - 2000/10 [8].

Справочные данные трансформатора: UВН=10 кВ; UНН=0.4 кВ; РХХ=3.85 кВт; РКЗ = 23.5 кВт; IХХ = 1.0 %, UКЗ = 6.5 %.

Реальный коэффициент загрузки:

, (9.3)

.

Определим действительное значение коэффициента реактивной мощности:

, (9.4)

tg =0,328.

Так как среда цеха пыльная подстанцию располагаем в электропомещении цеха.

10. Выбор питающих кабелей

Кабельная линия, по которой трансформаторная подстанция получает питание, прокладывается в земле. Выбираем кабель на напряжение 10кВ марки ААШв кабель с алюминиевыми жилами, алюминиевой оболочкой, бумажной пропитанной изоляцией со шлангом из поливинилхлорида трёхжильный.

Выбор сечений жил кабелей 10 кВ производится по трём критериям:

1) По нагреву;

2) По экономической плотности тока;

3) По термической стойкости к токам КЗ.

Выбор сечения кабеля по нагреву.

Основное условие выбора кабеля по нагреву:

Iр Iд.д. (10.1)

где Iд.д - длительно допустимая токовая нагрузка на кабель, А;

Iр - расчётный ток, А.

Согласно ПУЭ проводники должны удовлетворять требованиям в отношении предельно допустимого нагрева с учётом не только нормальных, но и послеаварийных режимов, режимов после ремонта. Т. к. цеховая двухтрансформаторная подстанция получает питание по двум кабелям и при отключении одного из них (в ремонтном или послеаварийном режимах) нагрузка другого возрастает, то:

.

Принимаем трёхжильный кабель ААШв 3х50 мм с Iд.д = 134 А.

Iр = 76,98 А < Iд.д = 134 А.

Выбор сечения кабеля по экономической плотности тока

Определяем экономическую плотность тока для кабеля ААШв в зависимости от продолжительности использования максимума нагрузки по данным ПУЭ. При Тм = 3370 ч/год для предприятия тяжелого машиностроения:

jэк =1,4 А/мм2 [9].

Экономически выгодное сечение:

Fэк = Iр / jэк, (10.2)

где Iр - расчётный ток линии, который принимается из условий нормальной работы и при его определении не учитывается увеличение тока в линии при авариях или ремонтах в каком-либо элементе сети.

(10.3)

Fэк = 43,988/1,4 = 31,42 мм2

Ближайшее стандартное сечение 50 мм2.

Выбор сечения кабеля по термической стойкости

Сечение, обеспечивающее термическую устойчивость проводника к току короткого замыкания, определяется по выражению:

, (10.4)

где б - расчётный коэффициент (для кабелей с алюминиевыми жилами б = 12);

I?- установившийся ток короткого замыкания, кА;

tср - возможное время прохождения тока через кабель (складывается из времени действия релейной защиты и времени отключения выключателя), взято из задания.

Ближайшее большее сечение 185 мм2.

На основании расчётов для питания цеховой двухтрансформаторной подстанции принимаем два кабеля марки ААШв 3х185 мм2 с Iд.д = 275 А.

11. Построение карты селективности защиты

Строим карту селективной защиты для наиболее электрически удаленного электроприемника - электродвигателя насоса мощностью 30 кВт.

Расчет токов трехфазного короткого замыкания.

Расчётная схема и схема замещения представлена на рисунках 7 и 8. Определяем сопротивления элементов схемы.

Рисунок 7 - Расчетная схема электроснабжения насоса

Рисунок 8 - Схема замещения электроснабжения насоса

Определение сопротивления элементов схемы.

Определяем индуктивное сопротивление системы, приведённое к стороне 0,4 кВ.

, (11.1)

Определяем активное и индуктивное сопротивления высоковольтной кабельной линии длиной l = 386 м и S = 3х185 мм2:

, (11.2)

, (11.3)

где R0 - удельное активное сопротивление высоковольтной кабельной линии;

Х0 - удельное реактивное сопротивление высоковольтной кабельной линии;

L - длина высоковольтной кабельной линии.

Определяем активное сопротивление трансформатора ТМЗ-1000/10:

, (11.4)

Определяем полное сопротивление трансформатора:

, (11.5)

Определяем реактивное сопротивление трансформатора:

, (11.6)

Определяем активное и индуктивное сопротивление магистрального шинопровода КТА2500, l = 24 м:

RШМА = R0 · l = 0,02 · 24 = 0,48 мОм; (11.7)

ХШМА = Х0 · l = 0,02 · 24 = 0,48 мОм. (11.8)

где R0 - удельное активное сопротивление магистрального шинопровода;

Х0 - удельное реактивное сопротивление магистрального шинопровода;

l - длина магистрального шинопровода.

Определяем активное и индуктивное сопротивление распределительного шинопровода KSA-50, l = 35 м:

RШРА = R0 · l = 0,142 · 35 = 4,97 мОм; (11.9)

ХШРА = Х0 · l = 0,112 · 35 = 3,92 мОм. (11.10)

где R0 - удельное активное сопротивление распределительного шинопровода;

Х0 - удельное реактивное сопротивление распределительного шинопровода;

l - длина распределительного шинопровода.

Определяем активное и индуктивное сопротивление питающего провода АПВ (4х6), l = 8 м:

Rкл= R0 · l = 5,21 · 8 = 41,68 мОм; (11.11)

Хкл= Х0 · l = 0,09 · 8 = 0,72 мОм. (11.12)

где R0 - удельное активное сопротивление питающего кабеля;

Х0 - удельное реактивное сопротивление питающего кабеля;

l - длина питающего кабеля.

Переходные сопротивления согласно [8] принимаются равными:

RА1 =30 мОм - переходное сопротивление для точки К1;

RА2 =25 мОм - переходное сопротивление для точки К2;

RА3 =15 мОм - переходное сопротивление для точки К3.

Расчёт начального действующего значения периодической составляющей тока трёхфазного короткого замыкания без учёта сопротивления электрической дуги производится по формуле:

, (11.13)

гдеUном - среднее номинальное линейное напряжение в сети, кВ;

RУ, ХУ - суммарные активное и индуктивное сопротивления до точки КЗ без учёта сопротивления электрической дуги, мОм.

Результаты расчетов суммарных сопротивлений сведем в таблицу 11.1.

Таблица 11.1 - Определение суммарных сопротивлений сети до точки К.З. и тока К.З. без учета сопротивления дуги

Точка К.З.	Суммарное активное сопротивление , мОм: формула значение	Суммарное реактивное сопротивление , мОм: формула значение	Ток К.З. без учета сопротивления дуги: , кА
К-1	78,985	12,075	2,745
К-2	31,67	11,355	6,52
К-3	16,7	7,435	12

Расчёт токов однофазного короткого замыкания.

В электрической сети напряжением до 1000 В под однофазным коротким замыканием подразумевается замыкание между фазным и нулевым проводниками в схеме электроснабжения. Поэтому величина тока однофазного замыкания зависит от величины фазного напряжения и сопротивления петли «фаза - нуль» от цехового трансформатора до расчётной точки КЗ. Схема замещения для расчета однофазного т.к.з. показана на рисунке 11.3

Расчёт однофазных токов КЗ проводим по выражению:

(11.14)

где Uном = 380 В - номинальное напряжение сети;

Rт.ф-0, Хт.ф-0 - сопротивления понижающих трансформаторов току однофазного КЗ, мОм;

Rнс.ф-0, Хнс.ф-0 - суммарные сопротивления низковольтной сети току однофазного КЗ, мОм;

Rп - переходное сопротивление.

Рисунок 9 - Схема замещения для расчета однофазного т.к.з.

Определение сопротивления элементов схемы:

- сопротивления силового трансформатора ТМЗ-1000/10 току однофазного короткого замыкания:

Rт.ф-0 = 5,7 мОм, ХТ.Ф-0 = 25,8 мОм.

- сопротивления магистрального шинопровода КТА2500 току однофазного короткого замыкания:

Rуд.ф-0 = 0,08 мОм/м; Худ.ф-0 = 0,018 мОм/м [8];

Rшма ф-0 = Rуд.ф-0 · l;

Хшма ф-0 = Худ.ф-0 · l; (11.15)

Rшма ф-0 = 0,08 · 24 = 1,92 мОм; Хшма ф-0 = 0,018 · 24= 0,432 мОм.

- сопротивления распределительного шинопровода KSA-50 току однофазного короткого замыкания:

Rуд.ф-0 = 0,284 мОм/м; Худ.ф-0 = 0,224 мОм/м [8];

Rшра ф-0 = Rуд.ф-0 · l;

Хшра ф-0 = Худ.ф-0 · l; (11.16)

Rшра ф-0 = 0,284 · 35 = 9,94 мОм; Хшра ф-0 = 0,224 · 35 = 7,84 мОм.

- сопротивления четырёхжильного провода АПВ (4х6) току однофазного короткого замыкания:

Rуд.ф-0 = 10,42 мОм/м;

Худ.ф-0 = 0,2 мОм/м [8];

Rкл ф-0 = Rуд.ф-0 · l;

Хкл ф-0 = Худ.ф-0 · l; (11.17)

Rкл ф-0 = 10,42 · 8 = 83,36 мОм ; Хкл ф-0 = 0,2 · 8 = 1, 6 мОм.

Расчет токов однофазного короткого замыкания сведем в таблицу 11.2.

Таблица 11.2 - Определение суммарных сопротивлений сети до точки К.З. и тока К.З. без учета сопротивления дуги

Параметр		Точка К.З.
		Точка К-1	Точка К-2	Точка К-3
Активное сопротивление петли «фаза-нуль» до точки К.З., мОм	Формула
	Значение, мОм	126,32	37,96	18,02
Реактивное сопротивление петли «фаза-нуль» до точки К.З., мОм	Формула
	Значение, мОм	15,272	13,672	5,832
Ток однофазного К.З.	, кА	1,724	5,437	11,583

Карта селективности защиты

Проверку производим на примере подключения насоса.

Автоматические выключатели выбираем из [12].

1) Автоматический выключатель QF1:

Рном = 30 кВт, Iном = 57 А.

Iном. выкл. > Iном, (11.18)

На основе условия нормального режима выбираем выключатель серии NZMB1-M63-SVE, Iном=63 А, Iном. р.= 60 А.

Определим ток срабатывания отсечки:

; (11.19)

Iсо = 10 · Iном. расц.= 10 · 60 = 600А; tсо = 0,02 c;

Iсо < IК1(3), Iсо < IК1(1), (11.20)

Определим ток уставки:

I6 = 6 · Iном. р= 6 · 60 = 360А; t6 = 8 c; (11.21)

Определим ток срабатывания выключателя в зоне перегрузки:

; (11.22)

Iсп = 1,35 · Iном. расц.= 1,35 · 60= 81 А; tсп = 6000 c ; (11.23)

Коэффициент чувствительности к токам однофазного КЗ:

, (11.24)

где Iном. выкл. - номинальный ток выключателя;

Iном. расц. - номинальный ток расцепителя;

Iсп - ток срабатывания выключателя в зоне перегрузки;

tсп - время срабатывания выключателя в зоне перегрузки;

I6 - ток уставки;

t6 - время срабатывания уставки;

Iсо - ток срабатывания отсечки;

tсо - время срабатывания отсечки.

Заносим данные выключателя в таблицу 11.3.

2) Автоматический выключатель QF2:

Iраб = 309,77 А.

Iном. выкл. > Iраб

Выбираем выключатель NZMN3-VE400, Iном = 400 А, Iном. р. = 350 А.

Определим ток срабатывания отсечки:

;

Iсо = 5 · Iном. расц.= 5 · 350 = 1750А; tсо = 0,1 c;

Iсо < IК1(3), Iсо < IК1(1).

Определим ток уставки:

I6 = 6 · Iном. расц.= 6 · 350 = 2100 А; t6 = 4 c.

Определим ток срабатывания выключателя в зоне перегрузки:

;

Iсп = 1,25 · Iном. расц.= 1,25 · 350 = 437,5 А; tсп = 1000 c;

Коэффициент чувствительности к токам однофазного КЗ:

Заносим данные выключателя в таблицу 11.3

3) Автоматический выключатель QF3:

Расчетный ток:

.

Выбираем выключатель IZMB2-A1600, Iном = 1600 А, Iном. р. = 1600 А.

Определим ток срабатывания отсечки:

;

Iсо = 3 · Iном. расц.= 3 · 1600 = 4800 А; tсо = 0,2 c;

Определим ток уставки:

I6 = 6 · Iном. расц.= 6 · 1600 = 9600 А; t6 = 4 c

Определим ток срабатывания выключателя в зоне перегрузки:

;

Iсп = 1,25 · Iном. расц.= 1,25 · 1600 = 2000 А; tсп = 1000 c;

Коэффициент чувствительности к токам однофазного КЗ:

.

Таблица 11.3 - Данные для построения карты селективности

Точка КЗ	Тип выключателя	I ном. выкл., А	I ном. расц., А	Зона срабатывания при перегрузке	Зона шестикратного тока	Зона отсечки	I мгн. сраб., кА
				Iсп, А	tсп, с	I6, А	t6, с	Iсо, А	tсо, с
1	NZMB1-M63-SVE	63	60	81	6000	360	8	600	0,02	-
2	NZMN3-VE400	400	350	437,5	1000	2100	4	1750	0,1	25
3	IZMB2-A1600	1600	1600	2000	1000	9600	4	4800	0,2	36

12. Выбор аппаратуры ячейки КРУ на ГПП

Распределительный пункт 10 кВ располагается на ГПП предприятия и служит для распределения энергии между цехами и отдельными крупными потребителями, имеющимися на заводе, а также для выполнения коммутационных и защитных функций. На РП также располагаются контрольно-измерительные приборы (в виде амперметров, вольтметров, счетчиков), защитная аппаратура в виде автоматов, предохранителей и аппараты управления (реле, автоматика, сигнализация, а также трансформаторы тока), поэтому следует при выборе типа ячеек КРУ и их аппаратуры внимательно относиться к их параметрам, так как надежность работы этого оборудования играет важную роль в системе электроснабжения всего предприятия.

Распределительный пункт 10кВ выполняется с помощью шкафов КРУ. Выберем шкафы КРУ для присоединения к ним двух линий, отходящих к трансформаторной подстанции проектируемого цеха. Существенным отличием по выбору КРУ являются коммутационные ресурсы, трудозатраты на эксплуатацию выключателей и собственное время включения и отключения выключателей. Ячейка КРУ со всей аппаратурой выбирается и проверяется по следующим показателям:

а) номинальному напряжению:

Uном Uсети; (12.1)

б) номинальному току:

Iном Iрасч; (12.2)

в) динамической устойчивости:

iуд.ск. iуд.расч; (12.3)

г) термической устойчивости

Iтерм.ст. I; (12.4)

д) отключающей способности

Iотк.ном. I. (12.5)

РУ-10 кВ ГПП выполняется с помощью шкафов КРУ. Выберем шкафы КРУ для присоединения к нему двух линий, отходящих к трансформаторной подстанции цеха.

, (12.6)

Ударный ток к.з. определяется по выражению:

, (12.7)

где I” - ток короткого замыкания на шинах источника питания;

kу - ударный коэффициент.

, (12.8)

где ia,t - апериодическая составляющая тока к.з.;

tотк = tсв + tрз = 0,07 + 0,82 = 0,89с - время отключения к.з.;

tсв=0,07 - собственное время отключения выключателя [12];

tрз=0,82 - время срабатывания релейной защиты (по заданию).

Та=0,1 с - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания.

Тепловой импульс тока к.з.:

. (12.9)

Выбираем 2 шкафа (для присоединения двух отходящих линий) серии КРУ-104М, Uном = 10кВ, Iном.шкафа = 630 А со встроенными вакуумными выключателями ВВ/TEL-10-20/630У3[9] и с трансформаторами тока типа ТЛК-10У3.

Выбор аппаратов оформим в виде таблицы 12.1.

Таблица 12.1 - Выбор аппаратуры ячейки КРУ

Наименование и тип аппарата	Расчётные данные	Условие выбора	Технические характеристики	Проверка условия
Ячейки КРУ-104М	Uсети =10 кВ Imax=76,98 А	Uсети ? Uном Imax ? Iном	Uном = 10,5 кВ Iном = 630 А	10 кВ < 10,5 кВ 76,98 А < 630 А
Выключатель ВВ/TEL-10-20/630У3	Uсети =10 кВ Imax=76,98 А iу=51,59 кА Вк=265,88	Uсети ? Uном Imax ? Iном iу ? iдин Вк? Iтерм·tтерм	Uном = 10 кВ Iном = 630 А iдин = 52 кА Iтерм2·tтерм = 202х3=1200А2·с	10 кВ = 10 кВ 76,98 А < 630 А 51,59 кА < 52 кА 265,88А2·с < 1200 А2·с
Трансформатор тока ТЛК-10У3	Uсети =10 кВ Imax=76,98 А iу=51,59 кА Вк=265,88	Uсети ? Uном Imax ? Iном iу ? iдин Вк? Iтерм·tтерм	Uном = 10 кВ Iном = 100 А iдин = 81 кА Iтерм2·tтерм = 1,52·3=2977А2·с	10 кВ = 10 кВ 76,98 А < 100 А 51,59 кА < 81 кА 265,88А2·с < 2977 А2·с

13. Расчёт показателей качества электрической энергии

Электрическая энергия, вырабатываемая источниками питания и предназначенная для работы электроприёмников, должна иметь такие качественные показатели, которые определяют надёжность и экономичность их работы. Качественные показатели электроэнергии нормируются государственными стандартами; на эти нормы ориентированы технические условия работы электроприёмников, выпускаемых промышленностью.

Расчет производится для таких показателей качества электроэнергии как отклонение напряжения и несинусоидальность напряжения. Проведение расчета необходимо для того, чтобы установить, насколько эти показатели соответствуют установленным на них нормам. Нормирование показателей необходимо вследствие негативного влияния на работу других электроприемников:

- отклонение напряжения создают при своей работе любые электроприемники, т.к. изменение группового графика нагрузки в течении суток приводит к изменению потерь напряжения элементов электрических сетей. Отклонение напряжения может привести к изменению производительности данной установки или агрегата, к браку продукции в данной установке или агрегате, к изменению потребления активной и реактивной мощности, к изменению потерь активной мощности, а так же к изменению срока службы самого электроприемника и изоляции проводников, питающих его;

- колебания напряжения создают при своей работе электроприемники с импульсными и резкопеременными режимами работы (эл.сварочные установки, дуговые печи). Колебания напряжения наибольшее влияние оказывает на освещение и на различную электронную технику (ПК, телевизоры,и т.д.). На электродвигатели и электротехнологические установки колебание напряжения практически не оказывает влияния, т.к. длительность колебаний небольшая. Колебание напряжения сказывается на релейной защите;