Электроснабжение цеха радиоэлектронной аппаратуры
Введение
Системой электроснабжения (СЭС)
называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения
электроэнергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для
обеспечения питания электроэнергией промышленных приемников, к которым
относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи,
электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки,
осветительные установки и др.
В настоящее время нельзя представить
себе жизнь и деятельность современного человека без применения электричества.
Электричество уже давно и прочно вошло во все отрасли народного хозяйства и в
быт людей. Основное достоинство электрической энергии - относительная простота
производства, передачи, дробления и преобразования.
В системе электроснабжения объектов
можно выделить три вида электроустановок:
по производству электроэнергии -
электрические станции;
по передаче, преобразованию и
распределению электроэнергии - электрические сети и подстанции;
по потреблению электроэнергии в
производственных и бытовых нуждах - приемники электроэнергии.
Электрической станцией называется
предприятие, на котором вырабатывается электрическая энергия. На этих станциях
различные виды энергии (энергия топлива, падающей воды, ветра, атомная и др.) с
помощью электрических машин, называемых генераторами, преобразуются в
электрическую энергию.
В зависимости от используемого вида
первичной энергии все существующие электрические станции разделяются на
следующие основные группы: тепловые, гидравлические, атомные, ветряные и др.
Приемником электроэнергии
(электроприемником, токоприемником) называется электрическая часть
производственной установки, получающая электроэнергию от источника и
преобразующая ее в механическую, тепловую, химическую, световую энергию, в
энергию электростатического и электромагнитного поля.
По технологическому назначению
приемники электроэнергии классифицируются в зависимости от вида энергии, в
который данный приемник преобразует электрическую энергию: электродвигатели
приводов машин и механизмов; электротермические установки; электрохимические
установки; установки электроосвещения; установки электростатического и
электромагнитного поля, электрофильтры; устройства искровой обработки,
устройства контроля и испытания изделий (рентгеновские аппараты, установки
ультразвука и т.д.). Электроприемники характеризуются номинальными параметрами:
напряжением, током, мощностью и др.
Совокупность электроприемников
производственных установок цеха, корпуса, предприятия, присоединенных с помощью
электрических сетей к общему пункту электропитания, называется
электропотребителем.
Совокупность электрических станций,
линий электропередачи, подстанций, тепловых сетей и приемников, объединенных
общим и непрерывным процессом выработки, преобразования, распределения тепловой
и электрической энергии, называется энергетической системой.
Единая энергетическая система (ЕЭС)
объединяет энергетические системы отдельных районов, соединяя их линиями
электропередачи (ЛЭП).
Часть энергетической системы,
состоящая из генераторов, распределительных устройств, повышающих и понижающих
подстанций, линий электрической сети и приемников электроэнергии, называют
электроэнергетической системой.
Электрической сетью называется
совокупность электроустановок для передачи и распределения электроэнергии,
состоящая из подстанций и распределительных устройств, соединенных линиями
электропередачи, и работающая на определенной территории.
Электрическая сеть объекта
электроснабжения, называемая системой электроснабжения объекта, является продолжением
электрической системы. Система электроснабжения объекта объединяет понижающие и
преобразовательные подстанции, распределительные пункты, электроприемники и
ЛЭП.
Прием, преобразование и
распределение электроэнергии происходят на подстанции - электроустановке,
состоящей из трансформаторов или иных преобразователей электроэнергии,
распределительных устройств, устройств управления, защиты, измерения и
вспомогательных устройств.
Распределение поступающей
электроэнергии без ее преобразования или трансформации выполняется на
распределительных подстанциях (РП).
Электротехническая промышленность
играет важную роль в решении задач электрификации, технического перевооружения
всех отраслей промышленности, механизации, автоматизации и интенсификации
производственных процессов.
Установленная электрическая мощность
отдельных предприятий в настоящее время достигает 3 млн. кВт, а количество
электрических машин на них - 100 тыс. шт. Годовое потребление электроэнергии на
отдельных предприятиях превышает 5 млрд. кВт. ч. За каждые 20 лет производство
и потребление электроэнергии в мире увеличивается примерно в 2 раза. Рост
производительности труда, развитие энергоемких электротехнологических
процессов, реализация мероприятий по охране окружающей среды, внедрение прогрессивных
технологий приведет в период 2000-2010 гг. к дальнейшему повышению
энерговооруженности предприятий.
В этих условиях правильная
организация труда электромонтера и грамотное ведение им эксплуатации
электроустановок становится весьма сложным и ответственным делом, так как любая
ошибка эксплуатации может привести к значительным материальным ущербам, выводу
из строя дорогостоящего оборудования, большим потерям продукции,
нерациональному использованию электроэнергии.
Обслуживание электроустановок
промышленных предприятий осуществляют сотни тысяч электромонтеров, от
квалификации которых во многом зависит надежная и бесперебойная их работа.
Обслуживающий электротехнический персонал должен знать основные требования
Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила
безопасности труда при эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ и ПТБ),
ГОСТов и других директивных материалов, а также устройство электрических машин,
трансформаторов и аппаратов, материалы, инструмент, приспособления и оборудование,
применяемые при эксплуатации электроустановок.
1. Обоснование категории
потребителя
Надежность электропитания в основном
зависит от принятой схемы электроснабжения, степени резервирования отдельных
элементов системы электроснабжения (линий, трансформаторов, электрических
аппаратов и др.). Для выбора схемы и системы построения электрической сети
необходимо учитывать мощность и число потребителей, уровень надежности
электроснабжения не потребителей в целом, а входящих в их состав отдельных электроприемников.
Надежность электроснабжения -
способность системы электроснабжения обеспечить предприятие электроэнергией
хорошего качества, без срыва плана производства и не допускать аварийных
перерывов в электроснабжении.
По обеспечению надежности электроснабжения
электроприемники разделяют на три категории:
1 категория - электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может
повлечь за собой опасность для жизни людей, повреждение дорогостоящего
основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного
технологического процесса. Электроприемники I категории должны обеспечиваться
питанием от двух независимых источников питания, перерыв допускается лишь на
время автоматического восстановления питания. Из первой категории следует
выделять особые группы электроприемников, внезапные перерывы электроснабжения
которых угрожают жизни людей взрывами и разрушениями основного технологического
оборудования, т.е. электроприемников, требующих особо повышенной
бесперебойности питания, так как их бесперебойная работа необходима для
безаварийной остановки производства (но не для продолжения его).
Особые группы электроприемников 1-й
категории трудно поддаются точному определению, поэтому они не
регламентированы, а должны выявляться совместно с технологами для каждого
отдельного случая на основе требований технологии и специфики проектируемого
объекта. К особой группе можно отнести, например, электроприемники аварийной
вентиляции, электродвигатели задвижек и запорной аппаратуры, аварийное
освещение ряда цехов некоторых химических производств.
2 категория - электроприемники, перерыв в электроснабжении которых приводит к
массовому недоотпуску продукции, простоям рабочих мест, механизмов и
промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества
городских и сельских жителей. Рекомендуется обеспечивать электропитанием от
двух независимых источников, для них допустимы перерывы на время, необходимое
для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной
оперативной бригады. Допускается питание от одного трансформатора, перерыв в
электроснабжении разрешается не более 24 ч.
3 категория - электроприемники несерийного производства продукции,
вспомогательные цехи, коммунально-хозяйственные потребители,
сельскохозяйственные заводы. Для этих электроприемников электроснабжение может
выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы
электроснабжения, необходимые для ремонта и замены поврежденного элемента
системы электроснабжения, не превышают 24 часа.
В данном курсовом проекте на тему
«Электроснабжение цеха радиоэлектронной аппаратуры» выбираем II категорию
электроснабжения. Так как в данном цехе установлены электроприемники перерыв в
электроснабжении которых приводит к массовому недоотпуску продукции, простоям рабочих
мест, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности
значительного количества городских и сельских жителей.
2. Выбор напряжения сети
Электрические сети служат для
передачи и распределения электрической энергии к цеховым потребителям
промышленных предприятий. Потребители электроэнергии присоединяются через
внутрицеховые подстанций распределительные устройства при помощи защитных и
пусковых аппаратов.
Электрические сети промышленных
предприятий выполняются внутренними (цеховыми) и наружными. Наружные сети
напряжением до 1 кВ имеют весьма ограниченное распространение, так как на
современных промышленных предприятиях электропитание цеховых нагрузок
производится от внутрицеховых встроенных или пристроенных трансформаторных
подстанций.
Выбор электрических
сетей. Прокладка электрических сетей
изолированными и неизолированными проводниками. Изолированные проводники
(провода и кабели) выполняются защищенными и незащищенными. В защищенных
проводниках поверх электрической изоляции наложена металлическая и другая
оболочка, прекращающая допуск механических повреждений. Незащищенные проводники
таких оболочек не имеют.
Неизолированные проводники -
алюминиевые, медные, стальные шины и голые провода.
Для защиты от механических
повреждений кабели внутри зданий прокладывают в каналах и крепят скобами по
стенам к потолку. При прокладке в каналах необходимая защита от механических
повреждений обеспечивается перекрытием каналов несгораемыми плитами. Если число
кабелей, прокладываемых в одном направлении, невелико, то их либо протягивают
через трубы, либо прокладывают швеллерным или уголковым железом.
Кабельные линии больших сечений
предназначаются для питания крупных приемников, распределительных щитов или
шкафов, а также элекгроприемников, установленных в среде с особыми условиями,
где ограничена прокладка проводов.
Питание осветительных нагрузок
должно быть таким, чтобы колебания напряжения у ламп рабочего освещения,
повторяющее» более 10 раз/ч, не превосходили 4% номинального напряжения ламп.
Это требование легко выполняется при питании осветительных нагрузок отдельных
трансформаторов, это значит, что если на цеховой подстанции устанавливать два
трансформатора - для питания силовой и осветительной нагрузок.
Наиболее экономичным является
питание силовой и осветительной нагрузок от одного трансформатора, так как
удешевляются электрическая и строительная части подстанции. Однако при пуске
двигателей в питающей сети происходят кратковременные снижения напряжения, что
приводит к частому миганию ламп и, следовательно, к снижению производительности
труда. Поэтому при решении вопроса о совместном питании освещения и силовой
нагрузки в сетях 380-220 В необходимо разделить питающие линии на силовые и
осветительные магистрали, присоединенные к однотрансформаторной подстанции.
Электропроводкой называется
совокупность проводов и кабелей с относящимися к ним креплениями,
поддерживающими защитными конструкциями и деталями, установленными в
соответствии с ПУЭ-85.
Выбор типа проводки, способа ее
выполнения, а также марок провода определяется характером окружающей среды,
размещением технологического оборудования и истоков питания в цехе и другими
показателями используют данные проектной и производственной практики в
соответствии с ПУЭ и руководящими указаниями.
В электрических сетях промышленных
предприятий широко пример шинопроводы. По конструкции они могут быть открытыми
и закрытыми, № назначению магистральными и распределительными.
Магистральные шинопроводы для переменного тока (ШМА) и для постоянного тока
(ШМАД) 1 выполняются из алюминиевых шин, распределительные (ШРА) - из
алюминиевых и медных шин.
Для защиты от механических
повреждений кабели внутри зданий прокладывают в каналах, при этом необходимая
защита от механических повреждений обеспечивается перекрытием каналов
несгораемыми плитами. Если число кабелей, прокладываемых в одном направлении,
невелико, то их либо протягивают через трубы, либо прикрывают швеллерным или
уголковым железом.
Кабельные линии больших сечений
предназначаются для питания крупных приемников, распределительных щитов или
шкафов, а также электроприемников, установленных в среде с особыми условиями,
где ограничена прокладка проводов в трубах.
В курсовом проекте по теме:
«электроснабжение цеха радиоэлектронной аппаратуры» выбираем напряжение сети цеха
до 1 кВ, так как на современных промышленных предприятиях электропитание
цеховых нагрузок производится от внутрицеховых встроенных или пристроенных
трансформаторных подстанций.
3. Выбор схемы
электроснабжения
Схемы электроснабжения промышленных
предприятий делятся на схемы внешнего и внутреннего электроснабжения. Схемы
электроснабжения выбираются из соображений надежности, экономичности и
безопасности. При выборе схемы электроснабжения существенную помощь оказывает
картограмма нагрузок. По картограмме легко определить, требуется ли искать один
центр нагрузок или несколько. Определение центра нагрузок можно произвести
математически точно, и это позволяет при проектировании систем электроснабжения
промышленных предприятий правильно намечать места главной распределительной
подстанции и распределительных пунктов (РП). Правильный выбор мест расположения
подстанций и РП на территории промышленного предприятия позволяет составить
наиболее рациональную схему электроснабжения. Схемы электрических сетей могут выполняться
радиальными и магистральными.
Радиальная схема электроснабжения
характеризуется тем, что от источника питания, например от распределительного
щита трансформаторной подстанции ТП, отходят линии, питающие крупные
электроприемники (двигатели Д) или групповые распределительные пункты, от
которых, в свою очередь, отходят самостоятельные линии, питающие прочие мелкие
электроприемники. Примерами радиальных схем являются сети насосных или
компрессорных станций, сети взрыво- и пожароопасных и пыльных производств.
Радиальные схемы обеспечивают высокую надежность питания; в них легко могут
быть применены элементы автоматики. Однако радиальные схемы требуют больших
затрат на установку распределительных щитов, проводку кабеля и проводов.
Магистральная схема в основном
применяют при равномерном распределении нагрузки по площади цеха. Она не
требует установки распределительного щита на подстанции, и энергия
распределяется по совершенной схеме блока «трансформатор - магистраль», что
упрощает и удешевляет сооружение цеховой подстанции. При магистральных схемах,
выполненных шинопроводами ШМА и ШРА, перемещение технологического оборудования
не вызывает переделок сети. Наличие перемычек между магистралями отдельных
подстанций обеспечивает надежность электроснабжения при минимальных затратах на
устройство резервирования.
К недостаткам магистральных сетей
следует отнести то, что при повреждении магистральной сети отключаются все
потребители, питаемые от нее.
В данном курсовом проекте на тему:
«Электроснабжение цеха радиоэлектронной аппаратуры» применяется радиальная
схема электрической сети, так как нагрузка по площади цеха распределена
неравномерно. От распределительного щита трансформаторной подстанции, отходят
линии, питающие крупные электроприемники или групповые распределительные
пункты, от которых, в свою очередь, отходят самостоятельные линии, питающие
прочие мелкие электроприемники. А также при радиальной схеме устанавливают два
силовых трансформатора, а не один (как в магистральной схеме электрической
сети).
4. Конструктивное
выполнение сети
Прокладка электрических сетей
производится изолированными и неизолированными проводниками. Изолированные
проводники (провода и кабели) выполняются защищенными и незащищенными. В
защищенных проводниках поверх электрической изоляции наложена металлическая и
другая оболочка, прекращающая допуск механических повреждений. Незащищенные
проводники таких оболочек не имеют. Неизолированные проводники - это
алюминиевые, медные, стальные шины и голые провода.
Электропроводкой называется совокупность
проводов и кабелей с относящимися к ним креплениями, поддерживающими защитными
конструкциями и деталями, установленными в соответствии с ПУЭ-85.
Выбор типа проводки, способа ее
выполнения, а также марок провода и кабеля определяется характером окружающей
среды, размещением технологического оборудования и источников питания в цехе и
другими показателями.
В электрических сетях промышленных
предприятий широко применяют шинопроводы. По конструкции они могут быть
открытыми и закрытыми, по назначению - магистральными и распределительными.
Магистральные шинопроводы для переменного тока (ШМА) и для постоянного тока
(ШМАД) выполняются из алюминиевых шин, распределительные (ШРА) - из алюминиевых
и медных шин.
Для защиты от механических
повреждений кабели внутри зданий прокладывают в каналах. При этом необходимая
защита от механических повреждений обеспечивается перекрытием каналов
несгораемыми плитами. Если число кабелей, прокладываемых в одном направлении,
невелико, то их либо протягивают через трубы, либо прикрывают швеллерным или
уголковым железом.
Кабельные линии больших сечений
предназначаются для питания крупных приемников, распределительных щитов или
шкафов, а также электроприемников, установленных в среде с особыми условиями,
где ограничена прокладка проводов в трубах.
Кабельная прокладка стала основой
для промышленных предприятий и городов, что объясняется меньшими размерами
коридора прокладки, большей надежностью, отсутствием грозовых помех.
Существует несколько видов прокладки
кабелей:
1. Прокладка кабелей в
траншеях. Прокладка кабелей в траншеях
наиболее проста и дешева. Она экономична по такому важному показателю, как
расход цветного металла, так как при прокладке в земле в результате лучшего
охлаждения пропускная способность кабеля увеличивается по сравнению с другими
способами прокладки.
Для прокладки в земле следует
применить преимущественно бронированные кабели, металлические оболочки которых
должны иметь внешний покров для защиты от химических воздействий.
При прокладке длины прокладываемого
кабеля необходимо учитывать, что для компенсации температурных деформаций и
возможных смещений почвы (механических напряжений) кабели в траншеях
укладываются волнообразно, что увеличивает длину на 1-2%.
Рытье траншей, котлованов для
монтажных муфт, устройство вводов и пересечений производит строительная
организация. К рытью траншеи приступают после окончания всех других работ по
сооружению подземных коммуникаций и окончательной планировки территории, по
которой проходит кабельная трасса.
Дно траншеи по всей длине должно
быть присыпано песком или мелкой землей, не содержащей камней, строительного
мусора, шлака и так далее, толщина подсыпки - не менее 100 мм. Защитные трубы
должны быть уложены на присыпанный песок или землю.
При параллельной прокладке кабелей в
траншее концы кабелей, предназначенных для последующего монтажа соединительных
муфт, располагают со сдвигом мест соединения не менее чем на 2 м. при этом
предусматривается запас кабеля по длине, необходимый для проверки кабеля на
влажность, для монтажа соединительных муфт и укладки дуг компенсаторов,
предохраняющих муфты от повреждения при возможных смещениях почвы и при
температурных деформациях кабеля.
При бестраншейной прокладке кабель
укладывают на глубину 1-1,2 м от уровня поверхности земли. Устройства постели,
присыпки мелкой землей и механической защиты кабеля при этом не требуется, что
обеспечивает снижение трудоемкости в 7-8 раз по сравнению с прокладкой в
открытую траншею.
2. Прокладка кабелей в
блоках. Рекомендуется в следующих случаях:
в местах пересечения с железными и автомобильными дорогами; в условиях
стесненности по трассе (при большом числе других подземных коммуникаций и
сооружений); при вероятности разлива металла или агрессивных жидкостей в местах
прохождения кабельных трасс; при прокладке кабельных линий в агрессивных по
отношению к оболочке кабелей грунтах; при необходимости защиты кабелей от
блуждающих токов.
При прокладке в блочной канализации
применяют кабели с голой свинцовой оболочкой марок СГ, АСГ, а также кабели с
голой поливинилхлоридной оболочкой марок ВВГ, АВВГ, ВРГ, АВРГ.
3. Прокладка кабелей в
кабельных сооружениях. Кабельным
сооружением называется помещение, специально предназначенная для размещения в
нем кабелей, кабельных муфт, а также маслоподпитывающих аппаратов и другого
оборудования, предназначенного для обеспечения нормальной работы
маслонаполненных кабелей.
Кабельные сооружения должны
отделятся от других помещений и соседних кабельных сооружений несгораемыми
перегородками перекрытиями. Такими же перегородками протяжные туннели должны
разделятся на отсеки длиной не более 150 м при прокладке силовых и контрольных
кабелей и не более 100 м.
Кабельные туннели прямоугольного
сечения предназначены для двусторонней и односторонней укладки кабелей и бывают
проходного полупроходного исполнения. При большом числе кабелей туннели и
коллекторы прямоугольного сечения могут быть трехстенными.
Каналы выполняются из
унифицированных железобетонных лотковых каналов с перекрытиями, из
унифицированных железобетонных стеновых плит с основаниями и перекрытиями из
монолитного железобетона, а также кирпича.
Лотки выполняются из стальных
профилей и полос. Применяют два типа лотков: сварные и из перфорированных
полос. Лотки обоих типов снабжены соединительными уголками и болтами для
соединения лотков в магистраль.
В данном курсовом проекте на тему:
«Электроснабжение цеха радиоэлектронной аппаратуры» применены следующие
конструктивные решения: ТП-РУ - проложены шины в земле; РУ-ЩС - кабель,
проложенный в канале; от ЩС до приемников - по трубам были протянуты провода.
5. Выбор силовых пунктов
распределения энергии на участках панелей РУ
сеть цех электроснабжение
радиоэлектронный
По конструктивному выполнению РУ
делят на открытые и закрытые. Они могут быть комплектными (сборка на
предприятии - изготовителе) или сборными (сборка частично или полностью на
месте применения). Рассмотрим наиболее распространенные на подстанциях
промышленных предприятий комплектные РУ.
Открытое
распределительное устройство (ОРУ) -
такое устройство, у которого все или основное оборудование расположено на
открытом воздухе; закрытое распределительное устройство (ЗРУ) - устройство,
оборудование которого расположено в здании.
Комплектное
распределительное устройство (КРУ) -
распределительное устройство, состоящее из шкафов, закрытых полностью или
частично, или блоков с встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и
автоматики, измерительными приборами и вспомогательными устройствами,
поставляемое в собранном или полностью подготовленном для сборки виде и
предназначенное для внутренней установки.
Комплектное
распределительное устройство наружной установки (КРУН) - это КРУ, предназначенное для наружной установки.
Комплектная
трансформаторная подстанция (КТП) -
подстанция, состоящая из трансформаторов и блоков КРУ или КРУН, поставляемых в
собранном или полностью подготовленном для сборки виде.
Распределительный
переключательный пункт (РП) -
распределительное устройство, предназначенное для приема и распределения
электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации.
По назначению подстанции
промышленных предприятий делятся на:
1. Главные понизительные
подстанции (ГПП), получающие питание от
энергосистемы и распределяющие энергию на пониженном напряжении по всему
объекту или отдельному его району.
2. Главные
распределительные пункты (ГРП),
получающие питание от энергосистемы или электростанции предприятия и
распределяющие энергию на том же напряжении по всему объекту или отдельной его
части без преобразования и трансформации.
3. Распределительные
пункты (РП), получающие питание от
энергосистемы, ГПП, ГРП или электростанции предприятия и распределяющие
электроэнергию на том же напряжении для отдельных потребителей высокого
напряжения (двигатели, трансформаторы и др.).
4.
Трансформаторные подстанции (ТП),
получающие питание от ГПП, ГРП, РП, электростанции предприятия или городской
сети, преобразующие энергию на пониженное напряжение и питающие один или
несколько расположенных вблизи цехов или же часть цеха.
5.
Подстанции специального назначения:
печные, преобразованные и пр.
6. Расчет цеха по
нагрузке
В соответствии с рекомендациями по
расчету электрических нагрузок определим расчетную нагрузку цеха методом
эффективного числа приемников.
Номинальная мощность - это полезная
мощность электроприемника, совершающая работу.
Для всех видов нагревательных
электроприемников (печей сопротивления, сушительных шкафов, нагревательных
приборов и др.) всегда Рном = Рп, где Рп - паспортная активная мощность
электродвигателя, кВт.
Для электроприемников, заданных
полной мощностью (силовых, печных, сварочных трансформаторов и др.),
Рном = Sп
cosφ, кВт,
(1)
где Sп - паспортная полная мощность
трансформатора, кВА; cosφ - коэффициент мощности.
Для электродвигателей (электрических
кранов, тельферов, электрических лифтов, пожарных насосов и др.)
, (2)
где ПВ - повторное
включение электроприемника, %
Для электроприемников, заданных
полной мощностью (сварочных трансформаторов и машин),
. (3)
Сменная мощность учитывает
количество мощности, израсходованной в период наиболее загруженной смены.
Для действующих промышленных
предприятиях активная (кВт) и реактивная (квар) мощности
Рсм =
,
кВт; Q = 
,
квар, (4)
где Wа -
активная энергия, кВтч; Тсм
- продолжительность работы электроприемников за смену, ч; Wр -
реактивная энергия, кварч.
Для вновь проектируемых
промышленных предприятий активная (кВт) и реактивная (квар) мощности каждого
одиночного электроприемника.
Рсм = РномКи, кВт;
Qсм = Рсмtgφп,
квар, (5)
где Ки -
коэффициент использования электроприемника.
Максимальная мощность -
это наибольшая мощность, потребляемая участком, цехом, заводом в течение первой
смены за 30 мин.
Активная (кВт) и
реактивная (квар) максимальные мощности
Рмакс = Рсм
(30 мин), кВт; Qмакс = Qсм, квар. (6)
Полная максимальная
мощность (кВА)
(7)
Коэффициент
использования Ки одного или средний коэффициент
группы Ки.с
электроприемников характеризует использование активной мощности и представляет
собой отношение средней активной мощности Рсм одного или группы приемников
за наиболее загруженную смену к номинальной мощности Рном:
Ки = 
.
(8)
Коэффициент максимума -
это отношение расчетного максимума активной мощности нагрузки группы
электроприемников к средней мощности нагрузки за наиболее загруженную смену:
Кмакс =
,
(9)
Эффективным
(приведенным) числом называют число однородных по режиму работы
электроприемников одинаковой мощности, которое дает то же значение расчетного
максимума Рмакс, что и группа электроприемников, различных по
мощности и режиму работы.
. (10)
При n ≥ 5; Ки.с
≥ 0,2; m ≥ 3; Рном = constэ = n. (11) При n ≥
5; Ки.с ≥ 0,2; m < 3; Рном ≠ const
эффективное число nэ = n.
При n ≥ 5; Ки.с
< 0,2; m < 3; Рном ≠ const эффективное число nэ
не определяется, а максимальная потребляемая активная мощность рассчитывается
по коэффициенту загрузки Кз:
. (12)
При n ≥ 5; Ки.с
≥ 0,2; m ≥ 3; Рном ≠ const
. (13)
Расчет нагрузок методом
«коэффициента максимума»
Одиночные
электроприемники группируют и присоединяют к силовым щитам. Следовательно, для
групп электроприемников
, (14)
где 
суммарная
номинальная активная мощность электроприемников, кВт.
В основу определения
таких нагрузок от группы электроприемников с учетом коэффициента максимума
положен метод упорядоченных диаграмм, позволяющий по номинальной мощности и
характеристике электроприемников определить расчетный максимум нагрузки:
Рмакс = КмаксКиРном =
КмаксРсм,
кВт. (15)
Групповая номинальная
активная мощность Рном представляет собой сумму номинальных
мощностей электроприемников, за исключением резервных.
В соответствии с практикой
проектирования
макс
= 1,1Qсм,
при nэ ≤ 10 или Qмакс = Qсм, при nэ
> 10 (16)
После определения Рмакс
и Qмакс можно подсчитать полную мощность (кВА)
(17)
Расчетный максимальный ток
для электроприемников переменного тока (А)
. (18)
Необходимую
электрическую мощность в целом по предприятию и отдельным его цехам можно
определить по данным удельного потребления электроэнергии на единицу Wуд.
Годовое потребление
электроэнергии предприятием в целом или отдельными цехами
Wгод = WудMгод.
(19)
Максимальная расчетная
мощность
, (20)
где Тмакс -
годовое число часов использования максимума активной мощности, при котором
предприятие потребляет такое же количество электроэнергии, как и при средней
годовой нагрузке.
Метод определения
электрических нагрузок однофазных электроприемников
При числе однофазных
электроприемников до трех условную трехфазную номинальную мощность Рном.у
определяют следующим образом:
а) при включении
электроприемников на фазное напряжение
(21)
где SПВ -
паспортная мощность, кВА; Рном.ф - номинальная мощность максимально
нагруженной фазы, кВт;
б) при включении
однофазных электроприемников на линейное напряжение: при одном электроприемнике
;
при двух-трех электроприемниках 
.
Максимальную нагрузку
однофазных электроприемников при числе их более трех при одинаковых Ки
и cos φ, включенных на фазное или линейное напряжение, определяют по
формулам:
; (22)макс =
1,1КиQном.ф;
(23)
. (24)
В соответствии с
рекомендациями по расчетам электрических цепей по нагрузке, определим расчетную
нагрузку цеха по методу эффективного числа электрических приемников.
РУ-ЩС1 - заготовительный
участок
Рн=3,7 кВтн=380
В
Ки=0,2
Кп=7
Cos φ=0,6 → tg
φ =1,3
; кВт
; кВт
кВт
Рсм =0.214,8= 2,96 кВт
кВар
см
=2,96 1,3=3,84 кВар
Эффективное число
приемников - nэ
Ки=0,2э=4
; кВт
Рp=14,8 (0,22,64)=7,8144 кВт
; кBap
р
=14,81,3=19,24 кВар
; кВА
кВА
; кА
кА
РУ-ЩС2 - заготовительный
участок
Рн=15 кВтн=380
В
Ки=0,35
Кп=7
Cos φ=0, → tg
φ =2,3
; кВт
; кВт
кВт
Рсм =0.3560=21 кВт
кВар
см
=21 2,3=48,3 кВар
Эффективное число
приемников - nэ
Ки=0,35э=4
; кВт
Рp=60 (1,870,35)=39,27 кВт
; кBap
р
=602,3=138 кВар
; кВА
кВА
; кА
кА
РУ-ЩС3 - фрезерный
участок
Рн=10,7 кВтн=380
В
Ки=0,14
Кп=6
Cos φ=0,6 → tg
φ =1,3
; кВт
; кВт
кВт
кВар
см
=6 1,3=7,8 кВар
Эффективное число
приемников - nэ
Ки=0,14э=4
; кВт
Рp=42,8 (3,220,14)=19,29 кВт
; кBap
Qр =42,81,3=55,64 кВар
; кВА
кВА
; кА
кА
7. Расчет цеха по
нагреву
Электрические нагрузки
характеризуются расчетным током. При длительной нагрузке проводника током
неизменной величины I установившиеся превышение температуры
, (25)
где τн
- превышение температуры, используемой для расчета длительно
допустимых токов нагрузки Iном, указанных в ПУЭ, соответствует
каталожным данным проводов и кабелей.
При выборе
электроустановок по нагреву электрическим током необходимо, чтобы фактически
установившиеся значение превышения температуры τуст
над температурой окружающей среды τ0
соответствовало допустимому значению τдоп.
При этом условии обеспечивается безаварийная работа электроустановок. Поэтому в
паспорте ЭП, трансформаторов и генераторов электрических станций указывается
значение номинальной (установленной) мощности, которая гарантирует сохранность
их изоляции от перегрева. Для проводников электрической сети в ПУЭ приводятся
значения длительно допустимых токов, при которых гарантируется сохранность
изоляции проводников (см. в ПУЭ таблица 1.3.13-1.3.22).
В переходном режиме
через любой интервал времени t, отсчитанный от начального времени to,
превышение температуры проводника
, (26)
где τ0
- перегрев проводника в момент отсчета; Т - постоянная времени нагрева проводника,
мин и с.
При включении нагрузки в
момент, когда τо = 0, превышение температуры (рисунок 7, кривая 1)
(27)
При полном отключении
нагрузки проводник охлаждается, его температура перегрева стремится к нулю (τуст
0), если τt = τoe
-1t/T.
При прерывистой работе,
характеризующей повторно-кратковременный режим, интервалы ∆t включения и
отключения линии будут соответствовать режиму нагрева и охлаждения проводников
и определяться ломаной кривой 3 и соответствующей ей кривой нагрева, которая
лежит ниже кривой 1. Следовательно, при повторно-кратковременном режиме
допустимая токовая нагрузка на провода и кабели повышается.
Цеховая сеть
рассчитывается по нагреву таким образом, чтобы выбрать необходимое сечение шины
от ТП до РУ, кабеля от РУ до ЩС, провода от ЩС до приемников по расчетному току
из таблицы 2 - Расчет цеха по нагрузке. Сечение шины выбирается по справочнику
по таблице 1.9.7 [3, стр. 63] в зависимости от Iр тп, r0 и
х0.
Сечения кабеля:
IЩС1-1 =
32 A S = 8,0 мм2 Iд.д.=42
А
IЩС1-2 = 221 A S = 95,0 мм2 Iд.д.=170 А
IЩС1-3 =91
А S= 50,0 мм2 Iд.д.=110
А
IЩС1-4 = 106 A S = 70,0 мм2 Iд.д.=140 А
IЩС1-5 = 37 A S = 10,0 мм2 Iд.д.=42 А
IЩС1-6 = 70 A S = 35,0 мм2 Iд.д.=90 А
IЩС1-7 = 42 A S = 16,0 мм2 Iд.д.=60 А
Сечения провода:
|
I1=9 А I2=57 А I3=27 А I4=31
А I5=10 А I6=12 А I7=13 А
|
S = 1,0 мм2 S = 16,0мм2 S = 8,0 мм2 S = 8,0mm2 S
= 1,0 мм2 S = 1,0 мм2 S = 1,0 мм2
|
Iдлит.доп.=14 А Iдлит.доп=60 А Iдлит.доп.=32
А Iдлит.доп= 32 А Iдлит.доп=14 А Iдлит.доп.=14
А Iдлит.доп= 14 А
|
Сечения шины:р тп= 600 А,
значит берём Iн=630 А;
r0 = 0,1
;
х0= 0,13.
Iд.д. = 541Ашина
= 50х5 мм2
8. Расчет цеха по потере
напряжений
Электрические сети, выбранные по
току нагрузки и рассчитанные на нагрев, проверяются на потерю напряжения. Согласно
ПУЭ, для силовых сетей отклонение напряжения от номинального должно составлять
не более ±5%. Для сетей электрического освещения промышленных предприятий и
общественных зданий допускаются отклонения напряжения - 2,5÷ +5%. Эти требования
обусловлены тем, что электрический момент зависит от квадрата подведенного
напряжения и его уменьшение ниже допустимого не обеспечит пуск механизмов; в
сетях электрического освещения снижение напряжения приводит к резкому снижению
светового потока и освещенности на рабочих местах.
Рассмотрим особенности расчета сетей
переменного тока, обладающих активным и индуктивным сопротивлениями.
На рисунке б приведена векторная
диаграмма для одного провода трехфазной линии, обладающей индуктивным
сопротивлением и питающей индуктивную нагрузку на конце линии. Вектор О а
изображает напряжение Uф2 на конце линии. Под углом φ2, соответствующим cos φ нагрузки потребителя,
отложен вектор тока I. Падение напряжения в линии определяется треугольником
падения напряжения abc, в котором вектор ab совпадает по фазе с вектором тока и
изображает падение напряжения в активном сопротивлении линии, а вектор bc -
падение напряжения в индуктивном сопротивлении. Вектор ac, называемый падением
напряжения в линии, представляет собой геометрическую разность между
напряжениями в начале и конце линии:
ΔUф
= Uф1 - Uф2.
Отрезок ad представляет собой
алгебраическую разность между напряжениями в начале и конце линии (если
пренебречь отрезком de) и называется продольной составляющей падения
напряжения.
Величина продольной составляющей
паления напряжения или потеря напряжения ΔUф = ad определяется из выражения:
ΔUф = Uф1 - Uф2,
(29)
или
ΔUф = ad= af + fd (30)
Отклонением напряжения называется
алгебраическая разность между фактическим напряжением сети и номинальным
напряжением электроприемника, отнесенная к номинальному напряжению:
U = 
×100
(%) (31)
В нормальном режиме
работы отклонение напряжения на зажимах электродвигателей и аппаратов пуска и
управления должно быть не более ±5%, в отдельных случаях
+10%.
Для установок рабочего
освещения производственных помещений, общественных зданий и наружного
прожекторного освещения допустимое отклонение напряжения от -2,5% до +5%. В
после аварийном режиме допустимо дополнительное снижение напряжения на 5%.
Падением напряжения
называется геометрическая разность векторов напряжений переменного тока в
начале и конце рассматриваемого участка сети:
=
=
)
(32)
Произведем расчет по
потере напряжения для данного цеха по формуле:
, (33)
где Uн -
номинальное напряжение сети, В.
Сosj
- коэффициент мощности.0-удельное сопротивление линии, Ом.
åP-суммарная нагрузка
линии, кВт.длина линии, м.
По таблице 1.9.5 [4,
стр. 62] выбираем активное и индуктивное сопротивление в зависимости от
сечения.
|
РУ-ЩС 1:
|
r0 =1,84 мОм/м
|
х0=0,099 мОм/м
|
|
РУ-ЩС 2:
|
r0 =0,95 мОм/м
|
х0=0,081 мОм/м
|
|
РУ-ЩС 3:
|
r0 = 0,37 мОм/м
|
х0=0,085 мОм/м
|
|
РУ-ЩС 4:
|
r0 =0,265 мОм/м
|
х0=0,082 мОм/м
|
|
РУ-ЩС 5:
|
r0 =1,84 мОм/м
|
х0=0,099 мОм/м
|
|
РУ-ЩС 6:
|
r0 =0,53 мОм/м
|
х0=0,088 мОм/м
|
|
РУ-ЩС 7:
|
r0 =1,16 мОм/м
|
х0=0,095 мОм/м
|
По таблице 1.9.7 [4, стр. 63]
выбираем активное и индуктивное сопротивление в зависимости от сечения.
ТП-РУ: IНОМ=
630 а r0 =0,01 мОм/м x 0= 0,013 мОм/м
по формуле 9.2:
по формуле 9.3:
По формуле 9.4:
По таблице 1.9.7 [4,
стр. 63] выбираем активное и индуктивное сопротивление в зависимости от
сечения.
ТП-РУ: IНОМ=
630 а r0 =0,01 мОм/м x 0= 0,013 мОм/м
9. Расчет и выбор
трансформаторов цеховой подстанции
Правильный, технически и
экономически обоснованный выбор числа и мощности трансформаторов для главных
понизительных и цеховых подстанций промышленных предприятий имеет существенное
значение для рационального построения схемы электроснабжения этих предприятий.
Главные понизительные подстанции и
цеховые подстанции желательно выполнять с числом трансформаторов не более 2.
Потребители 1-й категории должны
иметь питание от двух независимых источников электроэнергии; при этом может
быть обеспечено резервирование питания и всех других потребителей. При питании
потребителей 1-й категории от одной подстанции для обеспечения надежности
необходимо иметь минимум по одному трансформатору на каждой секции шин.
Потребители 2-й категории должны
быть обеспечены резервом, вводимым автоматически или действиями дежурного
персонала. При питании этих потребителей от одной подстанции необходимо иметь
два трансформатора или резервный «складской» трансформатор для нескольких
подстанций. Замену поврежденного трансформатора можно произвести в течение
нескольких часов. На время замены трансформатора может вводиться ограничение
питания потребителей, с учетом допустимой перегрузки оставшегося в работе
трансформатора.
Потребители 3-й категории могут
получать питание от одной трансформаторной подстанции.
В системах электроснабжения
промышленных предприятий мощность силовых трансформаторов должна обеспечивать в
нормальных условиях питание всех приемников. Мощность трансформаторов должна
обеспечивать потребную мощность в режиме работы после отключения поврежденного
трансформатора в зависимости от требований, предъявляемых потребителями данной
категории.
Цеховые трансформаторы, как правило,
не должны иметь распределительного устройства на стороне высшего напряжения.
Следует широко применять непосредственное (глухое) присоединение питающей
кабельной линии к трансформатору при радиальных схемах питания трансформатора
или присоединение через разъединитель или выключатель нагрузки при
магистральных схемах питания.
Технические данные трехфазных
масляных трансформаторов общего назначения напряжением до 35 кВ
|
Тип
|
Номинальная мощность, кВА
|
Сочетание напряжений
|
Схемы и группы соединений обмоток
|
Потери, Вт
|
Напряжение КЗ, %
|
Ток ХХ, %
|
|
|
ВН
|
НН
|
|
ХХ
|
КЗ
|
|
|
|
ТМ-630/10
|
630
|
6,10
|
0,4
|
У/Ун-0
|
1310
|
7600
|
5,5
|
2
|
10. Расчет и выбор
аппаратов защиты
Как электроприемники, так и участки
сети должны защищаться защитными аппаратами: плавкими предохранителями,
автоматическими выключателями, магнитными пускателями.
Главные функции аппаратуры защиты:
включение и отключение
электроприемников и электросетей;
электрическая защита от токов
перегрузки, короткого замыкания и понижения напряжения;
регулирование числа оборотов
электродвигателей;
реверсирование электродвигателей;
электрическое торможение.
Аппарат может быть предназначен для
выполнения как одной, так и нескольких из указанных функций, что определяет его
конструкцию и схему соединения.
Произведём расчёт и выбор
предохранителей.
Расчет на участке ТП - РУ, таблица
2.21 [3, стр. 71].
ТП - РУ Iд.д. =
740A. Предохранитель ПП31,
ном.защ =
1000 А, пв
= 800 А
РУ - ЩС1 Iд.д. =
42 A. Предохранитель ПП31, пв
= 50 А 
ном.защ =
63 А
РУ - ЩС2 Iд.д. =
170A. Предохранитель ПП31, пв
= 200 А ном.защ =
250 А
РУ - ЩС3 Iд.д. =
110A. Предохранитель ПП31, пв
= 125 А ном.защ =
250 А
РУ - ЩС4 Iд.д. =
140A. Предохранитель ПП31, пв
= 160 А ном.защ =
160 А