Развитие навыков разработки проектов электроснабжения различных потребителей

1. Выбор и расчет элементов систем электроснабжения

.1 Выбор марки проводов и их сечений для линии от силового пункта до электроприемников

Произведём расчет сечений и выбор марки проводов и кабелей для линии от силового пункта до электроприемника.

Сечение жил проводов и кабелей рассчитываются по условию:

I_д.д.≥I_р., (1.1)

Где I_д.д. - длительно допустимый ток, А;

I_р. - максимально рабочий ток.

I_р. =, (1.2)

где Р_уст - установившая мощность электроприёмника, кВт;

 - паспортная продолжительность включения электроприемника, отн.ед.;

U_н - номинальное напряжение сети, U_н=380 В;

η - коэффициент полезного действия, η=90.5%;

cosφ - коэффициент мощности.

Произведем расчет для одного электроприёмника:

Выбираем четырехжильный провод, проложенный в одной трубе по табл.(2.17[1]).

Расчетные данные для электроприёмников сводим в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Марка провода АПВ - провод с алюминиевыми жилами, с резиновой и полихлорвиниловой изоляцией.

.2 Выбор плавких предохранителей и их плавких вставок

Предохранители применяют для защиты электрических установок от токов КЗ. Предохранители обладают по сравнению с другими аппаратами защиты рядом преимуществ, к которым относят меньшую стоимость, простоту и надежность в эксплуатации, большую разрывную способность, быстродействие и токоограничивающую способность. К недостаткам следует отнести обеспечение ими в основном защиты от токов КЗ и в меньшей степени от токов перегрузок, возможность работы приемников на двух фазах при перегорании одного предохранителя, одноразовость действия с ошибочной заменой плавкой вставки или патронов с нестандартным сечением. Наиболее распространенными предохранителями, применяемыми для защиты установок до 1000В, являются: предохранители с наполнителем, с закрытым неразборным патроном серии НПН2 и разборным серии ПН2.

Условия выбора предохранителя:

1) ; (1.3)

) ; (1.4)

) , (1.5)

где - ток плавкой вставки предохранителя, А;

- коэффициент загрузки,=1,1…1,25, примем =1,2;

- коэффициент пуска, =6.

Проверку выполняем из условия термической стойкости:

 (1.6)

Выбор типа предохранителей производим по таблице (6.4[2]).

Произведем расчет для одного электроприёмника:

По условиям выбора выбираем предохранитель типа ПН2-100 с  Проверка предохранителя

Расчет и выбор предохранителей сводим в таблицу 1.2

Таблица 1.2

Предохранители типа ПН2 - закрытый патрон с наполнителем.

.3 Выбор магнитных пускателей и установка тепловых реле

Пускатели магнитные серии ПМЛ предназначены для дистанционного пуска непосредственным подключением к сети, остановки асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, а в исполнении с трёхполюсным тепловым реле серии РТЛ для защиты управляемых электродвигателей от перегрузок недопустимой продолжительности и от токов, возникающих при обрыве одной из фаз.

Условия выбора магнитных пускателей и тепловых реле:

 (1.7)

 (1.8)

Выбор типа магнитного пускателя производим по таблице 3.70 [1].

Выбор теплового реле производим по таблице 3.71 [1].

Расчетам для одного электроприёмника:

Выбираем тип пускателя ПМЛ-210004 и тип реле РТЛ-102204.

Расчет и выбор магнитного пускателя и теплового реле сводим в таблицу 1.3

Таблица 1.3

Магнитные пускатели типа ПМЛ - являются пускателями переменного тока открытого исполнения нереверсивные без теплового реле на напряжение до 660 В. Тепловое реле серии РТЛ - тепловое реле, встраиваемое в пускатели серии ПМЛ.

.4 Определение расчетной электрической нагрузки силового пункта

Произведём распределение электроприёмников между силовыми пунктами, для того чтобы спроектировать сеть. Выбор производим в зависимости от количества и типа предохранителя ЭП и сводим в таблицу 1.4.

Таблица 1.4

Примечание: ЭП №7-1 шт. и ЭП №17 - 3 шт. с предохранителями ПН2-400 сразу через линию 2 к РУ. Определение расчетных нагрузок группы ЭП промышленных предприятий с применением ряда расчетных коэффициентов, в основу которого положен метод упорядоченных диаграмм, позволяет по номинальной мощности и характеристики ЭП определить расчетный максимум нагрузки.

Для электроприёмников рассчитываем следующие величины:

·      Средняя загрузка за максимально загруженную смену

, (1.9)

где средняя активная мощность за наиболее нагруженную смену;

 коэффициент использования активной мощности.

, (1.10)

где  средняя реактивная мощность за наиболее нагруженную смену;

 коэффициент реактивной мощности.

·      Эффективное количество электроприёмников

 (1.11)

·        Коэффициент максимума  выбираем по таблице 2.6 [4]

·        Расчетная активная нагрузка

 (1.12)

·      Расчетная реактивная нагрузка

, <10 (1.13)

, 10

·        Полная расчетная мощность

 (1.14)

·        Расчетный ток

 (1.15)

Результаты расчетов заносим в таблицы 1.5-1.12

Таблица 1.5. Силовой пункт №1

Таблица 1.6. Силовой пункт №2

Таблица 1.7. Силовой пункт №3

Таблица 1.8. Силовой пункт №4

Таблица 1.9. Силовой пункт №5

Таблица 1.10. Силовой пункт №6

Таблица 1.11. Силовой пункт №7

Таблица 1.12. Силовой пункт №8

Все СП присоединяем к РУ как радиальные линии.

.5 Выбор марки кабеля и его сечение для линии Л2, автоматического выключателя и установка его расцепителей для защиты Л2

Условие выбора марки провода:

 (1.16)

Выберем кабель для первого силового пункта. По этому кабелю протекает ток этого силового пункта, т.е. 26,289 А. В таблице 2.17 [3] выбираем кабель с алюминиевыми жилами (АВВГ) прокладываемый в воздухе четырехжильный сечением 4мм кв. Ток длительно допустимый равен 27 А.Для остальных кабелей выбор осуществляем аналогичным образом.

Условие выбора автоматического выключателя:

. ; (1.17)

. , (1.18)

где I_з.р.- ток зависимого расцепителя;

K - кратность, K=7 - 8;

I_пик - пиковый ток,

; (1.19)

.  (1.20)

, (1.21)

где I_н.р. - ток независимого расцепителя

I_н.р.=I_з.р.·K (1.22)

По условию 3 ток независимого расцепителя 300А, что больше чем 4.5*27=121.5. Следовательно увеличиваем сечение провода до 50 мм². Длительно допустимый ток равен 110А.

Результаты расчетов заносим в таблицу 1.14.

Таблица 1.13

1.6 Выбор марки кабеля и его сечения для линии Л1

Рассчитаем, чему будут равны, наши активная и реактивная мощности.

 кВт (1.23)

 квар (1.24)

Найдем полную мощность и максимальный рабочий ток:

 (1.25)

 кВА

 (1.26)

 А

Для такого максимального рабочего тока выбираем кабель марки АСБ трёхжильный до 10 кВ по (табл. 2.17,[бар 91]). Выбираем 3^-хжильный кабель с алюминиевыми жилами в свинцовой оболочке, бронированный, прокладываемый в воздухе, сечением 35 мм² с допустимым током 90А.

Проверка:

Проверка выполняется.

Произведём расчет сечения по экономической плотности тока:

 (1.27)

где  - экономичная плотность тока, ();

Рассчитаем минимальное сечение кабеля:

, (1.28)

 (1.29)

мм²

где  - ток короткого замыкания, А;

 (1.30)

 - время срабатывания релейной защиты, с;

=0,1с

С - коэффициент, который зависит от марки кабеля линии (С=85).

После расчёта минимального и экономического сечения кабеля мы вынуждены изменить принятое нами сечение кабеля. Выбор производим по аналогичной таблице, как рассматривалось выше. Итак, выбираем кабель сечением 70 мм² с допустимым током 140А.

Проверка:

Проверка выполняется.

.7 Выбор трансформаторов

Силовые трансформаторы являются основным электрическим оборудованием, обеспечивающим передачу энергии от электрических станций к потребителям и ее распределение.

С помощью трансформаторов осуществляется повышение напряжения до значений (35, 110, 220, 330, 500 кВ), необходимых для линий электропередачи энергосистем, а также многократное ступенчатое понижение напряжений до значений, применяемых непосредственно в приемниках электроэнергии (10; 6,3; 0,66; 0,38; 0,22; 0,127 кВ).

Силовые трансформаторы выпускаются номинальной мощностью, кратной мощности 10, 16, 25, 40, 63 кВА, в трехфазном и однофазном использовании.

В предыдущем пункте мы выбирали кабель для Л1, и рассчитывали полную мощность. Она была равна . Учитывая этот факт произведём выбор трансформатора.

Выбираем трансформатор типа ТМ по (табл. 3.4[5]).

Таблица 1.14

.8 Расчет токов однофазного короткого замыкания и оценка чувствительности защиты

1. Просчитывается КЗ у силового пункта питающий дальний электроприёмник

. КЗ у дальнего электроприёмника (за предохранителем)

 (1.31)

где  - сопротивление провода «фаза нуль».

Определим сопротивления трансформатора и провода «фаза нуль», а также рассчитаем ток однофазного КЗ для двух рассмотренных случаев.

. Выбор сопротивлений для транформатора осуществляем по (табл. 2.50[4]).

 (1.32)

Выбор сопротивлений для кабеля линии Л2 самого удалённого электроприёмника осуществляем по (табл. 2.53[4]).

 (1.33)

 (1.34)

Найдем однофазный ток КЗ у силового пункта, питающий дальний ЭП:

Проверка на чувствительность:

 (1.35)

Если , то тогда  (1.36)

Если , то тогда

Т.к. в данном случае ток независимого расцепителя равен 400А, воспользуемся формулой:

> 1.25*400

Проверка выполняется.

.  

Выбор сопротивлений осуществляем по (табл. 2.50[4]).

, (1.37)

МОм

Выбор сопротивлений осуществляем по (табл. 2.53[4]).

L₃= 6+1,2*n = 6+1,2*54 = 70,8 м

 (1.38)

 (1.39)

Найдем однофазный ток КЗ у дальнего ЭП (за предохранителем):

Проверка на чувствительность:

, (1.40)

> 3*160

Проверка выполняется.

2. Оценка отклонения напряжения низковольтной распределительной сети (НВРС) при напряжении в центре питания равном

.1 Расчет интегральных характеристик отклонения напряжения на шинах РУ 0,4 кВ, приняв  по таблице исходных данных. Выбор наилучшей отпайки ПБВ трансформатора ТП

Составим схему замещения:

1.           Определение среднего значения отклонения напряжения центра питания.

, (2.1)

2.           Определение среднего значения отклонения напряжения на шинах 0,4 кВ.

, (2.2)

где  - добавка или отпайка трансформатора в процентах;

 - отклонение напряжения в процентах.

 (2.3)

Для линии:

, (2.4)

, (2.5)

Для трансформатора:

 (2.6)

 (2.7)

Найдем отклонение напряжения:

Найдем отклонение напряжения в процентах:

 (2.8)

Выражаем из формулы 2.2 добавку или отпайку трансформатора в процентах для сравнения со стандартным набором отпаек.

 (2.9)

Таблица 2.1

По таблице 2.1 для полученного значения выбираем отпайку +2.5. При этом Е_Т=7.5%.

Теперь найдём среднее значение отклонения напряжения на шинах 0,4 кВ с учетом стандартной отпайки по формуле 2.2.

После проведения этой операции  не должно превышать.

В нашем случае этого не происходит.

3.           Определение математического ожидания.

, (2.10)

Так как , следовательно, формула 2.10 примет вид:

, (2.11)

где - дисперсия на шинах 0,4 кВ;

- дисперсия потерь напряжения  в первой линии и трансформаторе.

 (2.12)

Дисперсия потерь напряжения в первой линии в вольтах.

, (2.13)

Теперь вычисляем дисперсию на шинах 0,4 кВ.

, (2.14)

2.2 Оценка предельных значений отклонений напряжений на шинах 0,4 кВ ТП с доверительной вероятностью 0,95

, (2.15)

,

, (2.16)

2.3 Расчет отклонения напряжения в максимальном режиме для наиболее удалённого электроприёмника

, (2.17)

Найдем для линии Л2 отклонение напряжения сначала в вольтах, а затем в %:

, (2.18)

 (2.19)

Аналогично для Л3 найдем отклонение напряжения в вольтах, а затем в %:

 (2.20)

 (2.21)

Теперь, зная всё величины мы можем посчитать отклонение напряжения в максимальном режиме для наиболее удаленного ЭП по формуле 2.17.

По ГОСТу 1309-97 отклонение лежит в допустимых пределах (не более 5%). Значит, если у самого удаленного электроприёмника напряжение нас устраивает, то и у остальных оно будет приемлемым.

3. Оценка отклонения НВРС, при встречном регулируемом напряжении в ЦП

.1 Расчет среднего квадратичного отклонения при встречном регулировании

Формула для нахождения среднего квадратичного отклонения аналогична формуле 1.57. Однако теперь мы учитываем, что .

, (3.1)

где  - коэффициент корреляции();

 - отклонение в центре питания;

если  < 1000 кВА, то  

если  ≥ 1000 кВА, то

, (3.2)

Так как мощность трансформатора равна 1600 кВА, воспользуемся формулой:

,

,

 (3.3)

.2 Оценка предельных значений отклонений напряжений на шинах 0,4 кВ ТП с доверительной вероятностью 0,95

, (3.4)

,

, (3.5)

.3 Расчет отклонения напряжения в максимальном режиме для наиболее удалённого электроприёмника

, (3.6)

Найдем для линии Л2 отклонение напряжения сначала в вольтах, а затем в %:

 (3.7)

 (3.8)

Аналогично для Л3 найдем отклонение напряжения в вольтах, а затем в %:

 (3.9)

 (3.10)

Теперь, зная всё величины мы можем посчитать отклонение напряжения в максимальном режиме для наиболее удаленного ЭП по формуле 3.6.

По ГОСТу 1309-97 отклонение лежит в допустимых пределах (не более 5%). Значит, если у самого удаленного электроприёмника напряжение нас устраивает, то и у остальных оно будет приемлемым.

4. Расчет потерь электроэнергии

.1 Расчет максимальных и средних за сутки потерь мощности во всех элементах расчетной схемы

Определение максимальных потерь мощности:

 (4.1)

Для линии Л1:

,

Для линии Л2:

Шкаф ШР11-73509 (шкаф№1)

,

Производим аналогичный расчет для остальных шкафов и электроприёмника №18 и сводим в таблицу 4.1

Таблица 4.1

Для линии Л3:

Расчет выполним на примере первого станка:

Расчеты для всех электроприемников сводим в таблицу 4.2

Таблица 4.2

Определение средних потерь мощности:

 (4.2)

Для линии Л1:

Для трансформатора:

,

,

Для линии Л2:

Шкаф ШР11-73509 (шкаф№1)

Производим аналогичный расчет для остальных шкафов и электроприёмника №18 и сводим в таблицу 4.3

Таблица 4.3

4.2 Расчет потерь электроэнергии за сутки во всех элементах схемы. Оценка в процентных долях потерь обусловленные не равномерностью режима электропотребления.

 (4.3)

где T - время равное 24 ч.

 (4.4)

где - передаваемая мощность по сети.

Для линии Л1:

Для линии Л2:

Шкаф ШР11-73509 (шкаф№1)

Произведя расчет для остальных силовых пунктов(шкафов), сведём их в таблицу 4.3.

Для линии Л3:

Расчет выполним на примере первого станка:

Расчеты для всех электроприемников сводим в таблицу 4.2.

Потери обусловленные неравномерностью режима электропотребления считается только для линии Л1 и трансформатора.

 (4.5)

Для линии Л1:

Для трансформатора:

4.3 Расчет потерь мощности и электроэнергии в элементах сети обусловленных передачей реактивной мощности и оценка в процентных долях этих потерь от полных потерь

 (4.6)

 (4.7)

 (4.8)

Для линии Л1:

Для линии Л2:

Шкаф ШР11-73509 (шкаф№1)

Расчет потерь для остальных линий производим аналогично, и результаты заносим в таблицу 4.4

Таблица 4.4

Для линии Л3:

Расчет выполним на примере первого станка:

Расчеты для всех электроприемников свожу в таблицу 4.5.

Таблица 4.5

Заключение

Цель данного курсового проекта - спроектировать систему электроснабжения токарного участка, имеющего 18 электроприёмников. На первом этапе мы выбирали элементы нашей сети: провода, предохранители, магнитные пускатели и уставки тепловых реле для каждого из 18-ти электроприёмников по многим условиям. Затем электроприёмники присоединили к силовым пунктам, получилось восемь силовых пунктов и один мощный электроприемник, далее с помощью радиальной схемы присоединили эти силовые пункты к РУ 0,4 кВ. Т.к. радиальная схема более надежна по сравнения с магистральной.

Для каждого кабеля линии 2 выбрали автоматический выключатель, спроектировали линию 1. Потом проверили - чувствительность автоматических выключателей и предохранителей при коротком замыкании. Получили, что ток короткого замыкания намного превосходил ток отключения автомата или плавкой вставки предохранителя, т.е. обеспечили необходимый, а с учетом радиальных схем - максимальный уровень надежности. Затем проверили, будет ли достаточный уровень напряжения на РУ и у электроприёмников. Оказалось, что напряжение лежит в необходимом диапазоне (5% от номинального). Просчитали потери электроэнергии: оказалось что теряется не более 3 %, в самых неэкономичных линиях (малого сечения), и около 0,5-1 % в среднем по всем элементам. Потери, вызванные протеканием реактивной мощности, лежат в широком диапазоне. Все полученные расчетные значения не превышают пределы, установленные ГОСТом.

электроэнергия ток напряжение замыкание

Список литературы

1.         Методические указания по электроснабжению. Гужов Н.П.

2.      Электрическая часть электростанций и подстанций. Под ред. Неклепаева Б.Н.

.        Справочник по проектированию электроснабжения. Под ред. Барыбина Ю.Г. 1991

.        Справочник по проектированию электроснабжения. Под ред. Барыбина Ю.Г. 1990

.        Справочник по расчету электрических сетей. И.Ф. Шаповалов, 1986.