Электроснабжение цеха нестандартного оборудования

Электроснабжение цеха нестандартного оборудования

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧЕРЕЖДЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ

«ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Специальность 2-36.0,331 «Монтаж и эксплуатация электрооборудования»

Дисциплина «Электроснабжение предприятий и гражданских зданий»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

«Электроснабжение цеха нестандартного оборудования»

КП. МЭ-31.002

Разработал А.В. Чеченков

Принял руководитель проекта А.В. Дробов

2013

Введение

Данный курсовой проект выполняется для углубления и закрепления теоретических знаний, полученных нами за курс изучения дисциплины.

Системой электроснабжения (СЭС) называют совокупность устройств для производства, передачи и распределения электроэнергии. Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питания электроэнергией электроприемников предприятия и должны отвечать определенным технико-экономическим требованиям: они должны обладать минимальными затратами при соблюдении всех технических показателей; обеспечивать требуемую надежность электроснабжения и надлежащее качество электрической энергии; быть удобны в эксплуатации и безопасны в обслуживании; иметь достаточную гибкость, позволяющую обеспечивать оптимальные режимы эксплуатации, как в нормальном, так и в послеаварийном режимах; позволять осуществление реконструкций без существенного удорожания первоначального варианта.

По мере развития электропотребления к системам электроснабжения предъявляются и другие требования, например, возникает необходимость внедрения систем автоматического управления и диагностики СЭС, систем автоматизированного контроля и учета электроэнергии, осуществления в широких масштабах диспетчеризации процессов производства с применением телесигнализации и телеуправления.

Чтобы система электроснабжения удовлетворяла всем предъявляемым к ней требованиям, необходимо при проектировании учитывать большое число различных факторов, то есть использовать системный подход к решению задачи. Таким образом, создание рациональной системы электроснабжения промышленного предприятия является сложной задачей, включающей в себя выбор рационального числа трансформаций, выбор рациональных напряжений, правильный выбор места размещения цеховых подстанций и ГПП, совершенствование методики определения электрических нагрузок, рациональный выбор числа и мощности трансформаторов, схем электроснабжения и их параметров, а также сечений проводов и жил кабелей, способов компенсации реактивной мощности, автоматизации, диспетчеризации и др. Принятие оптимальных решений на каждом этапе проектирования ведет к сокращению потерь электроэнергии, повышению надежности и способствует осуществлению общей задачи оптимизации построения систем электроснабжения.

1. Исходные данные

Исходными данными для расчета электрических нагрузок групп электроприемников являются номинальная мощность электроприемников и характер изменения нагрузки, определяемый технологическим режимом. Данные отражены в таблице 1.1

Таблица 1.1- Исходные данные

2. Характеристика потребителей электроэнергии

Так как в цеху имеются различные потребители электроэнергии с различными режимами работы, то они имеют различные коэффициенты использования и мощности, представленные в таблице 2.1. Данные виды станков относятся к 3 категории надежности электроснабжения, которая позволяет прерывать питание на одни сутки, для проведения ремонтных работ. Питание для таких электроприемников предусматривается от одного источника. В нашем случае это комплектная трансформаторная подстанция.

Таблица 2.1- Характеристика потребителей электроэнергии

3. Расчет электрических нагрузок

Расчетная нагрузка по допустимому нагреву представляет собой такую условную длительную неизменную нагрузку, которая эквивалентна ожидаемой изменяющейся нагрузке по наиболее тяжелому тепловому воздействию: максимальной температуре нагрева проводника или тепловому износу его изоляции.

Расчетная активная мощность группы электроприемников для ШР1 (количество электроприемников в группе более одного) на напряжение до 1 кВ определяется по выражению:

 (3.1)

где  - коэффициент расчетной мощности;

- коэффициент использования i-го электроприемника;

 - номинальная мощность i-го электроприемника;

 - количество электроприемников в группе.

Определяем групповой коэффициент использования для ШР1:

 (3.2)

По таблице определяем расчётный коэффициент (; ).

Значение зависит от эффективного числа электроприемников (), группового коэффициента использования (), а также от постоянной времени нагрева сети, для которой рассчитываются электрические нагрузки.

Эффективное число электроприемников  - это такое число однородных по режиму работы электроприемников одинаковой мощности, которое обуславливает те же значения расчетной нагрузки, что и группа различных по мощности и режиму работы электроприемников. Величина  определяется по выражению:

 (3.3)

где  - номинальная активная нагрузка группы электроприемников или всего цеха, кВт.

Расчетная реактивная мощность для ШРА1 определяется следующим образом - для питающих сетей (питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты) в зависимости от значения:

при  (3.4)

при   (3.5)

Так как  то

для магистральных шинопроводов и на шинах цеховых трансформаторных подстанций, а также при определении реактивной мощности в целом по цеху, корпусу:

 (3.6)

где  - коэффициент реактивной мощности i-го электроприемника, принимаемый по значению

Значение токовой расчетной нагрузки, по которой выбирается сечение линии по допустимому нагреву, определяется по выражению:

 (3.7)

где  - полная расчетная мощность узла нагрузки, .

Расчет электрических нагрузок представлен в приложении ПА-1.

Вывод: В данном пункте курсового проекта мы рассчитали нагрузки всех потребителей, полная нагрузка по цеху составила 211,7 кВар, а расчётный ток равен 320,7 А.

4. Компенсация реактивной мощности

Под компенсацией реактивной мощности понимается снижение реактивной мощности, циркулирующей между источниками тока и электроприемниками, а, следовательно, и снижение тока в генераторах и сетях.

Определяем полную мощность потребителя по формуле:

 ; (4.1)

где - расчетная активная нагрузка по цеху;

 - расчетная реактивная нагрузка по цеху.

Фактический коэффициент мощности определим по выражению:

 ; (4.2)

Мощность компенсирующего устройства определяется по формуле:

 (4.3)

где - нормативный коэффициент расчётной мощности.

Где - нормативный коэффициент расчётной мощности.

Выбираем стандартную конденсаторную установку марки  со стандартным значением реактивной мощности  Тогда полная мощность определяется следующим образом:

  (4.4)

Коэффициент мощности после компенсации реактивной нагрузки:

Вывод: В данном пункте курсового проекта мы рассчитали мощность компенсирующего устройства и выбрали конденсаторную установку, построили треугольник мощностей до и после компенсации реактивной мощности и представили в приложении ПА-4 .

5. Выбор числа и мощности трансформаторов КТП

Выбор числа и мощности силовых трансформаторов на потребительских подстанциях 6-10/0,4 кВ определяется величиной и характером электрических нагрузок, требуемой надежностью электроснабжения, территориальным размещением нагрузок и перспективным их изменением и выполняется при необходимости достаточного обоснования на основании технико-экономических расчетов.

Как правило, в системах электроснабжения применяются одно трансформаторные и двух трансформаторные подстанции.

Выбор мощности трансформаторов производится на основании следующих основных исходных данных: расчетной нагрузки объекта электроснабжения, продолжительности максимума нагрузки, темпов роста нагрузок, стоимости электроэнергии и т. д

В системах электроснабжения промышленных предприятий наибольшее применение нашли следующие единичные мощности трансформаторов: 630, 1000, 1600 кВА, в электрических сетях городов - 400, 630 кВА. Практика проектирования и эксплуатации показала необходимость применения однотипных трансформаторов одинаковой мощности, так как разнообразие их создает неудобства в обслуживании и вызывает дополнительные затраты на ремонт.

Для данного цеха принимаем светильники УПДДРЛ с газоразрядными лампами высокого давления ДРЛ-400. Высота подвеса 7 метров.

Определяем площадь помещения по плану:

; (5.1)

где  - ширина цеха,  

 - длина цеха, .

Определяем установленную мощность:

Для

Так как  

Определяем удельную мощность:

  (5.2)

Рассчитаем осветительную нагрузку по цеху:

; (5.3)

где - коэффициент спроса на освещение, принимается 0,8 - 0,9;

- коэффициент пускорегулирующей аппаратуры, равный 1,1 (для ламп ДРЛ, ДРИ).

 кВт  

Находим полную нагрузку по цеху по формуле:

; (5.4)

Принимаем к установке в КТП один трансформатор мощностью 160 кВА марки ТСЗ-160/10/0,4.

Коэффициент загрузки трансформатора определяем по выражению:

 (5.5)

где  - номинальная мощность выбранного трансформатора

Вывод: в данном пункте курсового проекта мы рассчитали осветительную нагрузку и требуемую мощность трансформатора, и по данной мощности выбрали трансформатор для установки в КТП марки ТСЗ-160/10/0,4. Так как мощность трансформатора занижена, то в дальнейшем есть возможность подключения к трансформатору новых нагрузок.

6. Выбор электрооборудования КТП и питающей сети

Исходными данными для выбора аппаратов защиты, контроля и учета будут определенные ранее расчетные токи распределительных шкафов и шинопроводов.

КТП состоит из: шкафа вводного высоковольтного (ШВВ) и низковольтного (ШВН), РУ-0,4 кВ. комплектующегося шкафами низковольтными линейными ШНЛ.

Определим тип выключателя нагрузки, предохранителя и питающего

кабеля на высоковольтном вводе подстанции ШВВ:

Расчётный ток питающего кабеля КТП найдём по формуле:

 (6.1)

где  - расчётная мощность цеха, кВА;  - напряжение на вводе в КТП.   

Высоковольтный предохранитель выбираем из условия:

Предохранитель, удовлетворяющий данному условию - ПКТ 101- 10/16

Расчётный ток цеха находим по формуле:

 (6.2)

где  - расчётная мощность цеха, кВА;  - напряжение на выходе из КТП.

Выбираем сечение вводного кабеля по экономической плотности тока:

 (6.3)

где - расчетный ток в нормальном режиме работы, А;  - нормированное значение экономической плотности тока ,  .

По полученному сечению выбираем кабель .

Проверяем выбранный кабель на термическую устойчивость к токам короткого замыкания:

 (6.4)

где - ток короткого замыкания, равный 4250 А;

- приведённое время короткого замыкания, равное 0,2 секунды;

. для кабеля с алюминиевыми жилами.

Так как кабель термически неустойчив, то выбираем кабель на ток 75 А.

Выключатель нагрузки выбирается из условия:

По ранее проведенным расчетам выберем выключатель нагрузки с

пружинным приводом типа .

Шкаф ввода низкого напряжения ШВН комплектуется трансформатором тока ТК20, амперметром PA1, вольтметром PV2, счётчиком активной () и реактивной () энергии, автоматическим выключателем BA.

Выбираем вольтметр PV1 по напряжению

 с классом точности 2,5.

Так же выбираем амперметр PA1 по току

 с классом точности 2,5.

Для измерения тока нулевого провода будем использовать

трансформатор тока  

Для учета потребленной энергии выберем счетчики активной и реактивной энергии Гран-Электро СС-301:

счетчик активной энергии:

счетчик реактивной энергии: .

Выбираем автоматический выключатель серии BA по следующим условиям:

 ; (6.5)

 ; (6.6)

где -номинальный ток аппарата 

Выбираем автоматический выключатель серии

Аналогично проводим расчеты выбора электрооборудования для распределительных шкафов, шинопроводов:ШР1,ШР2,ШР3,ШР4,ШР5, ШРА1,ШРА2 и комплектной конденсаторных установок ККУ типа  и заносим в таблицу 3.1

Таблица 3.1 - Электрооборудование шинопроводов и ККУ

Выберем сечения питающих кабелей с учетом токов защитных аппаратов для питания шинопроводов по следующим условиям:

 (6.7)

 (6.8)

где - номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя;

- коэффициент, выбираемый в зависимости от типа аппарата защиты, для автоматического выключателя с комбинированным расцепителем  Питающие сети пяти проводные, поэтому в качестве питающего кабеля будет использоваться кабель марки АВВГ с пятью алюминиевыми жилами. Для ШР 1:

 А

Выбираем кабель  мм²

Для ШР 2:

 А

 Выбираем кабель  мм²

Для ШР 3:  А

Выбираем кабель  мм²

Для ШР 4:

 А

Выбираем кабель  мм²

Для ШР 5:

 А

Выбираем кабель  мм²

Для ШРА 1:

 А

Выбираем кабель  мм²

Для ШРА 2:

 А

Выбираем кабель  мм²

Вывод: в данном пункте курсового проекта мы выбрали трансформаторы тока исходя из условия выбора и марки различных счетчиков для контроля качества и количества потребляемой электроэнергии, выбрали сечения питающих кабелей.

7. Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ от перегрузки и токов короткого замыкания

Исходными данными для выбора аппаратов защиты являются номинальные токи электродвигателей.

Выбираем электродвигатель для электроприемника №1,2 АИР 80 В2 номинальной мощностью

Определяем номинальный ток электродвигателя по формуле:

 ; (7.1)

где  - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

- номинальное напряжение электродвигателя, В;

- КПД электродвигателя, %.

Выберем аппараты защиты для электродвигателя по условиям:

, (7.2)

, (7.3)

где  - пусковой ток электродвигателя

Выбираем для данного электродвигателя автоматический выключатель

Аналогично осуществляем выбор электродвигателей для других электроприёмников и результаты заносим в приложение ПА-3. Также аналогично выбираем автоматические выключатели и результаты заносим в приложение ПА-2

Полученные ранее результаты расчета позволяют выбрать типы шинопроводов.

Выбор щкафов и шинопровода осуществляется по условию:

 (7.4)

Выбираем распределительный шкаф типа ШР86 .

ШР1: ШР86-Ин1-01

ШР2: ШР86-Ин1-01

ШР3: ШР86-Ин1-01

ШР4: ШР86-Ин1-01

ШР5: ШР86-Ин1-01

Выбираем распределительный шинопровод типа ШРА4 .

ШРА1: ШРА4-250-19-1У3

ШРА2: ШРА4-250-19-1У3

Для питания электроприёмников от ШРА применяют ответвительные коробки с разъединителем.

Выбор ответвительной коробки осуществляется по условию:

 (7.5) 160 А 91,17А

Выбираем ответвительную коробку с разъединителем типа У2032.

В качестве вводного аппарата устанавливаем вводные силовые ящики с автоматическим выключателем.

Выбор силового ящика осуществляется по условию:

 (7.4) 100 А 91,17 А

Выбираем вводной ящик с автоматическим выключателем типа Я-3134 А3100

Кран-балки и вентиляторы поставляются без коммутационных аппаратов. В качестве коммутационного аппарата выберем пускатель. Выбор пускателя для кран-балок и вентиляторов осуществляется по условию:

; (7.5)

где  - номинальный ток нагревательного элемента теплового реле, А  Выбираем магнитный пускатель типа ПМЛ-2000 на 25 А и тепловое реле РТЛ-1021.

Вывод: В данном пункте мы выбирали аппараты защиты от перегрузок и токов короткого замыкания для отдельных электроприемников, а также выбирали двигатели и пускозащитные аппараты.

8. Расчет параметров и выбор проводов и кабелей распределительной сети

Выбор сечения проводов и кабелей распределительной сети с учетом токов защитных аппаратов для подвода к электроприемникам проведем по ранее приведенным условиям. Для автоматов

Распределительные сети будут четырехпроводными, поэтому будем использовать провод марки АПВ с алюминиевой жилой.

Выбор провода осуществляется по следующим условиям:

 (8.1)

 ; (8.2)

где  - длительно допустимый ток выбранного проводника, А;

 - поправочный коэффициент, учитывающих условия прокладки проводов и кабелей ,в нормальных условиях равен 1;

- номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя, А;

- коэффициент, выбираемый в зависимости от типа аппарата защиты, для автоматического выключателя с комбинированным расцепителем

Выберем провод для распределительной сети:

№1,2: Пресс гидравлический станок:

Выбираем провод АПВ 5х2,5 мм²

Аналогично проводим расчет выбора сечения кабелей для остальных электроприёмников распределительной сети.

Выбранные провода распределительной сети заносим в приложения ПА-2

Вывод: в данном пункте мы выбрали провода марки АПВ для подключения электроприемников к шинопроводам.

9. Расчет заземляющих устройств в электроустановках

Поражение человека электрическим током возможно при прикосновении к токоведущим частям, находящимся под напряжением, или к металлическим нетоковедущим частям оборудования и сетей, оказавшимся под напряжением при нарушении изоляции.

Различают два вида прикосновения к токоведущим частям: двухполюсное, когда человек одновременно прикасается, чаще всего руками, к двум фазам сети, и однополюсное, когда человек, стоя на земле или заземленной конструкции здания прикасается лишь к одной фазе сети. Наиболее опасны случаи двухполюсного прикосновения, так как человек оказывается включенным на линейное напряжение  установки. В этом случае ток, протекающий через тело человека:

 ; (9.1)

где  - электрическое сопротивление тела или части тела человека, Ом;

 - ток протекающий через тело человека, А.

Заземляющее устройство состоит из заземлителей и заземляющих проводников. Заземлитель представляет собой один или несколько металлических соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в непосредственном соприкосновении с землей.

Заземляющие проводники - это металлические проводники, соединяющие заземлитель с заземленными частями электроустановки.

Сопротивление заземляющего устройства состоит из сопротивлений заземлителя и заземляющих проводников, определяется по формуле:

 (9.2)

где  - напряжение относительно земли (нулевого потенциала), В.

При расчете заземляющего устройства определяются тип заземлителей, их количество и место размещения, а также сечение заземляющих проводников.

Для суглинка величина удельного сопротивления:

Зная расчетное удельное сопротивление грунта, форму и размеры одного заземлителя, можно определить его сопротивление.

Выберем в качестве заземлителя углубленный прутковый электрод диаметров 12 мм, длиной 5 метров.

Определим сопротивление заземлителей по формуле:

 (9.3)

Рассчитаем количество заземлителей:

 ; (9.4)

где  - коэффициент экранирования, равный 0,59 для 10 заземлителей;

- защитное сопротивление, равное 4 Ома.