Электроснабжение потребителей цеха

Электроснабжение потребителей цеха

Введение

В республике Беларусь мощнейшим потребителем электрической энергии является промышленность. На долю промышленности приходится около 61% всей потребляемой электроэнергии в стране.

С помощью электрической энергии освещаются помещения, осуществляется автоматическое управление производственными процессами, приводятся в движение миллионы станков и механизмов и многое другое.

Целью данной курсовой работы является проектирование системы электроснабжения силового оборудования цеха промышленного предприятия. В ходе ее выполнения были выбраны электродвигатели станков, их коммутационные и защитные аппараты, сформирована схема электроснабжения, определены электрические нагрузки и уровень напряжения на зажимах наиболее электрически удаленного приемника.

При разработке системы электроснабжения применены типовые решения с использованием серийно выпускаемого комплектного оборудования, использована современная вычислительная техника.

Приведенные в проекте расчеты и графическая часть базируются на действующей нормативной и справочной информации и литературе.

1. Выбор электродвигателей, их коммутационных и защитных аппаратов

1.1 Выбор электродвигателей производственных механизмов

электродвигатель коммутационный замыкание ток

Основной группой электроприёмников, составляющих суммарную нагрузку предприятия, в данном случае завод агрегатных станков, являются электродвигатели производственных механизмов (станки, компрессоры, вентиляторы, насосы).

Производственно-технологическое оборудование на предприятие поставляется уже укомплектованное электродвигателями (т.е. известен типоразмер и номинальные данные электродвигателя). Произведем выбор электродвигателей для всего электрооборудования завода. Причём выбор будем производить согласно условию:

Р_Sэд ≥ Р_мех;

где Р_Sэд - суммарная мощность всех электродвигателей данного производственного станка, кВт, приведенная к ПВ=100%;

Р_мех - заданная по проекту механическая мощность производственного станка, кВт.

Для упрощения процесса выбора для всего технологического электрооборудования принимаем электродвигатели марки АИР по [2] таблица П1.1.

Результаты выбора, с номинальными данными электродвигателей, сведения о количестве станков на предприятии, о количестве электродвигателей в станке сведены в таблицы 2.1 - 2.3.

Определяем номинальный ток трёхфазного электродвигателя по выражению, А

;

где Р_ном.i - номинальная мощность i-го двигателя, кВт;

U_ном - номинальное линейное напряжение сети, кВ;

cos φi - номинальный коэффициент мощности i-го двигателя;

η_ном.i - номинальный коэффициент полезного действия i-го двигателя.

Определяем пусковой ток двигателя, А

;

где K_пуск.i - кратность пускового тока двигателя по отношению к Iном.i, которая приводится в таблице 2.2.

Произведём расчёт номинального тока трёхфазного электродвигателя по (1.2) на примере трубоотрезного станка

По (2.4) определим пусковой ток двигателя трубоотрезного станка

 А.

Аналогично расчёт производится для всех остальных электродвигателей технологического оборудования и результаты расчёта сводим в таблицы 2.2. и 2.3.

Исходные данные по проекту

№ на плане	Наименование оборудования	Ко- во	Марка	Потребл. мощн., кВт
1	Трубоотрезной станок	1	12-А	4,5
2,3	Резьбоотрезной станок	2	12	1,0
4	Трубогибочный станок	1	6П	4,5
6-8	Сварочный аппарат ПВ=65%	3	ВД420	9,7
10	Нагревательная печь	1	5Д3	30,0
12	Молот 125кГ	1	М125	10,0
13,16	Преобразовательный аппарат	2	3А	7,0
5,9,11,14	Вентилятор	1	1В45	4,5
15	Кран-балка ПВ=40%	1	К5	1,4
17,33	Разметочная плита	2	соб. изг.	2,8
18,23	Плоско-шлифовальный станок	2	ПТ512	12,65
19	Долбежный станок	1	Д2	2,8
20	Карусельный станок	1	И5Р23	2,8
21,22	Горизонтально-расточной станок	2	ПР456	7,5
24-26	Радиально-сверлильный станок	3	А58	4,5
27	Горизонтально-фрезерный станок	1	5К48	6,2
28,29,43-45. 67,80	Вертикально-сверлильный станок	5	А5В	4,5
30	Стенд для сборки	1	соб. изг.	6,2
31,50,66,82	Верстак	4	-	4,5
32,65	Стенд для испытания	2	соб. изг.	20,0
47,48	Точило	2	-	4,5
49	Стенд для сборки	1	соб. изг.	0,6
34-38	Точило	5	-	0,6
39	Вертикально-фрезерный станок	1	К23	6,33
40	Вертикально-фрезерный станок	1	12К3	3,53
41	Вертикально-сверлильный станок	1	1Л45	10,0
42,43	Вертикально-сверлильный станок	2	1Л4	0,6
44-46	Вертикально-сверлильный станок	3	МА2	4,5
51-55	Продольно-строгальный станок	5	У5П42	10,0
56-58	Токарно-винторезный станок	3	163	7,0
59,60	Автомат токарно-винторезный	2	АМ45	2,8
61-64	Поперечно-строгальный станок	4	5Д96	2,8
68-74	Токарно-винторезный станок	7	1А165	10,0
75	Резьбо-нарезной станок	1	П65	1,0
76,77	Кругло-шлифовальный станок	2	ПШ5	7,0
78,79	Продольно-строгальный станок	2	5С23	16,2
81	Ручной пресс	1	АП89	4,5

Технические характеристики асинхронных электродвигателей серии АИР (U_н=230,400,660 В, n = 1500 об/мин)

Тип двигателя	Pном, кВт	КПД	Cos j	I пуск /I ном	I ном, А	I пуск А
АИР71А4	0,55	0,705	0,7	5	1,69	8,45
АИР71В4	0,75	0,73	0,73	5	2,14	10,7
АИР80А4	1,1	0,75	0,81	5,5	2,61	14,37
АИР80В4	1,5	0,78	0,83	5,5	3,5	19,25
АИР90L4	2,2	0,81	0,83	6,5	5	32,5
АИР100S4	3	0,82	0,83	7	6,35	44,5
АИР100L4	4	0,85	0,84	7	8,5	59,97
АИР112M4	5,5	0,875	0,88	7	10,3	72,2
АИР132S4	7,5	0,875	0,86	7,5	15,1	113,3
АИР132M4	11	0,875	0,87	7,5	20,85	156,4

Результаты выбора электродвигателей для станков

Поз.	Название станка	Серии двигателей	Номинальные мощности, кВт	Номинальные токи, А	Пусковые токи, А
1	Трубоотрезной станок	АИР112M4	5,5	10,3	72,2
2,3	Резьбоотрезной станок	АИР80А4	1,1	2,61	14,37
4	Трубогибочный станок	АИР112M4	5,5	10,3	72,2
6-8	Сварочный аппарат	-	9,7	-	-
10	Нагревательная печь	-	30	-	-
12	Молот 125 кг	АИР132M4	11	20,85	156,4
13,16	Преобразовательный аппарат	АИР132S4	7,5	14,4	107,9
5,9,11,14	АИР112M4	5,5	10,3	72,2
15	Кран-балка ПВ=40%	МТКР 011-6	1,4	5,2	15
		МТКР 011-6	1,4	5,2	15
17,33	Разметочная плита	АИР100S4	3	6,35	44,5
18, 23	Плоскошлифовальный станок	АИР160S4	15	27,2	190,3
19	Долбёжный станок	АИР100S4	3	6,35	44,5
20	Карусельный станок	АИР100S4	3	6,35	44,5
21, 22	Горизонтально-расточный станок	АИР132S4	7,5	14,4	107,9
24-26	Радиально-сверлильный станок	АИР112M4	5,5	10,3	72,2
27	Горизонтально-фрезерный станок	АИР132S4	7,5	14,4	107,9
28,29,45,67,80	Вертикально-сверлильный станок	АИР112M4	5,5	10,3	72,2
30	Стенд для сборки	АИР132S4	7,5	14,4	107,9
31,50, 66,82	Верстак	АИР112M4	5,5	10,3	72,2
32,65	Стенд для испытаний	АИР160S4	15	27,2	190,3
		2*АИР100S4	3	6,35	44,5
47,48	Точило	АИР112M4	5,5	10,3	72,2
49	Стенд для сборки	АИР100S4	3	6,7	46,9
34-38	Точило	АИР100S4	3	6,7	46,9
39	Вертикально-фрезерный станок	АИР132S4	7,5	14,4	107,9
40	Вертикально-фрезерный станок	АИР100S4	3	6,7	46,9
41	Вертикально-сверлильный станок	АИР132M4	11	20,85	156,4
42,43	Вертикально-сверлильный станок	АИР90L4	2,2	5	32,5
44,46	Вертикально-сверлильный станок	АИР112M4	5,5	10,3	72,2
51-55	Продольно строгальный станок	АИР132M4	11	20,85	156,4
56-58	Токарно-винторезный станок	АИР132S4	7,5	14,4	107,9
59,60	Автомат токарно-винторезный	АИР100S4	3	6,35	44,5
61-64	Поперечно-строгальный станок	АИР100S4	3	6,35	44,5
68-74	Токарно-винторезный станок	АИР132M4	11	20,85	156,4
75	Резьбо-нарезной станок	АИР80А4	1,1	2,61	14,37
76,77	Круглошлифовальный станок	АИР132S4	7,5	14,4	107,9
78,79	Продольно строгальный станок	АИР132M4	11	22	165
81	Ручной пресс	АИР112M4	5,5	10,3	72,2

1.2 Выбор магнитных пускателей для двигателей станков

Выбор магнитных пускателей производим по условию:

;

Согласно (2.3) выберем магнитный пускатель для двигателя трубоотрезного станка станка

А.

Выбираем нереверсивный магнитный пускатель типа ПМЛ 210004 из [2] табл. П2.1 с I_ном.п = 25 А, и защитой IP 00.

Аналогично расчёт магнитных пускателей производится для всех остальных электродвигателей технологического оборудования и результаты расчёта сводим в таблицу 2.4.

1.3 Выбор автоматических выключателей

Автоматические выключатели служат для нечастых коммутаций (несколько раз в смену) и защиты электродвигателей от токов анормальных режимов и перегрузок.

Номинальные токи автоматического выключателя I_ном.а и его расцепителя I_ном.р. выбираются по следующим условиям:

;

;

 

Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного или комбинированного расцепителя I_ср.р проверяется по условию

;

Ток срабатывания электромагнитного расцепителя, А

;

где k_т.о. - кратность тока отсечки.

На примере трубоотрезного станка произведём выбор автоматического выключателя. Из условий (2.5), (2.6) имеем:

А; А.

Принимаем автоматический выключатель типа ВА 51Г-25 по [2] таблица П2.3 с I_ном.а = 25 А и расцепителем на ток I_ном.р.= 12,5 А.

Выбор магнитных пускателей

Позиционное Обозначение	Номинальные данные магнитных пускателей
	первого электродвигателя		Второго электродвигателя
	Тип пускателя	Iном.п, А	Тип пускателя	Iном.п, А
1	ПМЛ 210004	25
2,3	ПМЛ 110004	10
4	ПМЛ 210004	25
12	ПМЛ 210004	25
13,16	ПМЛ 210004	25
5,9,11,14	ПМЛ 210004	25
15	ПМЛ 110004	10	ПМЛ 110004	10
17,33	ПМЛ 110004	10
18, 23	ПМЛ 310004	40
19	ПМЛ 110004	10
20	ПМЛ 110004	10
21, 22	ПМЛ 210004	25
24-26	ПМЛ 210004	25
27	ПМЛ 210004	25
28,29,45,67,80	ПМЛ 210004	25
30	ПМЛ 210004	25
31,50, 66,82	ПМЛ 210004	25
32,65	2*ПМЛ 110004	10	ПМЛ 310004	40
47,48	ПМЛ 210004	25
49	ПМЛ 110004	10
34-38	ПМЛ 110004	10
39	ПМЛ 210004	25
40	ПМЛ 110004	10
41	ПМЛ 210004	25
42,43	ПМЛ 110004	10
44,46	ПМЛ 210004	25
51-55	ПМЛ 210004	25
56-58	ПМЛ 210004	25
59,60	ПМЛ 110004	10
61-64	ПМЛ 110004	10
68-74	ПМЛ 210004	25
75	ПМЛ 110004	10
76,77	ПМЛ 210004	25
78,79	ПМЛ 310004	40
81	ПМЛ 210004	25

Выбор автоматического выключателя для первого электродвигателя

Позиционное Обозначение	Тип выклю-чателя	Ном.ток выключателя, Iном.а., А	Ном.ток расцепителя, Iном.р., А	Кратность тока Отсечки по отношению к Iном.р.
1	ВА51Г-25	25	12,5	14
2,3	ВА51Г-25	25	3,15	14
4	ВА51Г-25	25	12,5	14
12	ВА51Г-25	25	25
13,16	ВА51Г-25	25	16	14
5,9,11,14	ВА51Г-25	25	12,5	14
15	ВА51Г-25	25	6,3	14
	ВА51Г-25	25	6,3	14
17,33	ВА51Г-25	25	8	14
18, 23	ВА51Г-31	100	31,5	14
19	ВА51Г-25	25	8	14
20	ВА51Г-25	25	8	14
21, 22	ВА51Г-25	25	16	14
24-26	ВА51Г-25	25	12,5	14
27	ВА51Г-25	25	16	14
28,29,45,67,80	ВА51Г-25	25	12,5	14
30	ВА51Г-25	25	16	14
31,50, 66,82	ВА51Г-25	25	12,5	14
32,65	2*ВА51Г-25	25	8	14
47,48	ВА51Г-25	25	12,5	14
49	ВА51Г-25	25	2,5	14
34-38	ВА51Г-25	25	2,5	14
39	ВА51Г-25	25	16	14
40	ВА51Г-25	25	10	14
41	ВА51Г-25	25	25	14
42,43	ВА51Г-25	25	2,5	14
44,46	ВА51Г-25	25	12,5	14
51-55	ВА51Г-25	25	25	14
56-58	ВА51Г-25	25	16	14
59,60	ВА51Г-25	25	8	14
61-64	ВА51Г-25	25	8	14
68-74	ВА51Г-25	25	25	14
75	ВА51Г-25	25	3,15	14
76,77	ВА51Г-25	25	16	14
78,79	ВА51Г-31	100	40	14
81	ВА51Г-25	25	12,5	14

Выбор автоматического выключателя для второго электродвигателя

Позиционное Обозначение	Тип выклю-чателя	Ном.ток выключателя, Iном.а., А	Ном.ток расцепителя, Iном.р., А	Расчётная Кратность тока Отсечки, kт.о.
32,65	ВА51Г-31	100	31,5	14

1.4 Расчет электрических нагрузок станков

Определяем силовые нагрузки по методу расчётной нагрузки. Исходной информацией для выполнения расчётов является перечень электроприёмников с указанием их номинальных мощностей, наименований механизмов или технологических установок. Для каждого электроприёмника электроэнергии по справочной литературе [2] по табл. П3.1 подбираются средние значения коэффициентов использования k_и и активной мощности cosj. При наличии в справочных таблицах интервальных значений k_и рекомендуется брать большее.

Согласно выше сказанному для каждого электроприёмника подбираем k_и, cosj и результаты выбора сводим в таблицу 2.6.

Для примера рассчитаем трубоотрезной станок станок (n=1):

;

Р_{ном дв} = 5,5 к Вт, Р_р = 5,5 к Вт, Аналогичный рссчет производится для всех остальных однодвигательных станков, и результаты сводятся в таблицу 2.6.

Если станок содержит два и более электродвигателей то расчетная нагрузка группы электроприёмников (n>1) определяется по выражению, кВт

;

где К_р - коэффициент расчётной нагрузки, который принимается в зависимости от эффективного числа электроприёмников группы n_э и группового коэффициента использования k_и, причём при расчете распределительных шкафов, пунктов, шинопроводов, троллеев, и др. устройств, питающихся с помощью проводов и кабелей, значения К_р берутся из табл. П3.5.

Причем К_р интерполируем по выражению:

Эффективное число электроприёмников вычисляем по формуле

;

Найденное значение n_э округляется до меньшего ближайшего целого числа.

Если величина Р_р окажется меньше номинальной мощности наиболее мощного электроприёмника группы p_н.max, следует принимать Р_р = p_н.max.

Расчётная реактивная мощность нагрузки для питающих сетей до 1 кВ, выполненных проводами и кабелями, определяется по выражению для n_э ≤ 10, квар

где tgφ - среднее значение коэффициента реактивной мощности i-го электроприёмника.

Полная мощность расчётной нагрузки вычисляется по формуле, кВА

Расчетный ток нагрузки группы приёмников, А

Для примера рассчитаем нагрузку трехдвигательного станка:

.

n_э округляется до ближайшего меньшего целого числа, следовательно n_э = 1

Коэффициент расчётной нагрузки по [2] табл. П3.5, в зависимости от n_э = 1 и k_и = 0,14, методом интерполяции равен К_р = 5,864

.

Аналогичный расчёт производится для всех остальных станков, и результаты расчёта сводим в таблиц.

Расчетная нагрузка станков

N	Наименование оборудования	Nэ р	nэ	Ки	cosj	Кр	Рр,кВт	Qр, квар	Sр,кВА	Iр,А
1	Трубоотрезной станок	-	1	-	-	-	5,5	-	-	10,3
2,3	Резьбоотрезной станок	-	1	-	-	-	1,1	-	-	2,61
4	Трубогибочный станок	-	1	-	-	-	5,5	-	-	10,3
6-8	Сварочный аппарат ПВ=65%	-	1	-	-	-	9,7	-	-	28,21
10	Нагревательная печь	-	1	-	-	-	30	-	-	43,3
12	Молот 125 кг	-	1	-	-	-	11	-	-	20,85
13,16	Преобразовательный аппарат	-	1	-	-	-	7,5	-	-	14,4
5,9,11,14	Вентилятор	-	1	-	-	-	5,5	-	-	10,3
15	Кран-балка ПВ=40%	-	-	-	-	-	1,77	-	-	5,11
17,33	Разметочная плита	-	1	-	-	-	3	-	-	6,35
18, 23	Плоскошлифовальный станок	-	1	-	-	-	15	-	-	27,2
19	Долбёжный станок	-	1	-	-	-	3	-	-	6,35
20	Карусельный станок	-	1	-	-	3	-	-	6,35
21, 22	Горизонтально-расточный станок	-	1	-	-	-	7,5	-	-	14,4
24-26	Радиально-сверлильный станок	-	1	-	-	-	5,5	-	-	10,3
27	Горизонтально-фрезерный станок	-	1	-	-	-	7,5	-	-	14,4
28,29,45,67,80	Вертикально-сверлильный станок	-	1	-	-	-	5,5	-	-	10,3
30	Стенд для сборки	-	1	-	-	-	7,5	-	-	14,4
31,50, 66,82	Верстак		1	-	-	-	5,5	-	-	10,3
32,65	Стенд для испытаний	1,81	1	0,7	0,85	1,14	16,758	10,02	19,52	28,17
47,48	Точило	-	1	-	-	-	5,5	-	-	10,3
49	Стенд для сборки	-	1	-	-	-	3	-	-	6,7
34-38	Точило		1	-	-	-	3	-	-	6,7
39	Вертикально-фрезерный станок	-	1	-	-	-	7,5	-	-	14,4
40	Вертикально-фрезерный станок	-	1	-	-	-	3	-	-	6,7
41	Вертикально-сверлильный станок	-	1	-	-	-	11	-	-	20,85
42,43	Вертикально-сверлильный станок	-	1	-	-	-	2,2	-	-	5
44,46	Вертикально-сверлильный станок	-	1	-	-	-	5,5	-	-	10,3
51-55	Продольно строгальный станок	-	1	-	-	-	11	-	-	20,85
56-58	Токарно-винторезный станок	-	1	-	-	-	7,5	-	-	14,4
59,60	Автомат токарно-винторезный	-	1	-	-	-	3	-	-	6,35
61-64	Поперечно-строгальный станок	-	1	-	-	-	3	-	-	6,35
68-74	Токарно-винторезный станок	-	1	-	-	-	11	-	-	20,85
75	Резьбо-нарезной станок	-	1	-	-	-	1,1	-	-	2,61
76,77	Круглошлифовальный станок	-	1	-	-	-	7,5	-	-	14,4
78,79	Продольно строгальный станок	-	1	-	-		11	-	-	22
81	Ручной пресс	-	1	-	-		5,5	-	-	10,3

1.5 Выбор плавких предохранителей

Произведём выбор плавких предохранителей, которые защищают от коротких замыканий, для каждого ответвления, идущего к технологическому оборудованию производственного цеха.

Значение номинального тока плавких вставок предохранителей определяются по величине длительного расчётного тока, определённого по формулам (2.2), (2.15)

;

и по току кратковременной допустимой перегрузки

где Iпик - пиковый ток линии или ответвления, А, При защите ответвления, идущее к группе электроприёмников (электродвигателей), то пиковый ток определяется по формуле, А

;

где I_пуск.м. - пусковой ток наибольшего по мощности электродвигателя из группы, А;

I_р.г. - расчётный ток группы электроприёмников, А;

I_ном.м. - номинальный ток наибольшего по мощности электродвигателя из группы,

a - коэффициент кратковременной тепловой перегрузки, который при лёгких условиях пуска двигателей принимается равным 2,5, при тяжёлых - 1,6÷2,0, для ответственных электроприёмников - 1,6.

Результаты выбора производится для всех остальных электроприемников, в таблице 2.7.

Выбор плавких предохранителей

N	Наименование оборудования	Тип предохранителя	Номинальный ток, А		Iпик, А	Iпик/a, А
			Предохранителя	Плавкой вставки
1	Трубоотрезной станок	ПН2-100	100	31,5	72,2	28,88
2,3	Резьбоотрезной станок	ПН2-100	100	31,5	14,37	5,748
4	Трубогибочный станок	ПН2-100	100	31,5	72,2	28,88
6-8	Сварочный аппарат	ПН2-100	100	31,5	-	-
10	Нагревательная печь	ПН2-100	100	50	-	-
12	Молот 125 кг	ПН2-100	100	63	156,4	62,56
13,16	Преобразовательный аппарат	ПН2-100	100	50	107,9	43,16
5,9,11,14	Вентилятор	ПН2-100	100	31,5	72,2	28,88
17,33	Разметочная плита	ПН2-100	100	31,5	44,5	17,8	Плоскошлифовальный станок	ПН2-100	100	80	190,3	76,12
19	Долбёжный станок	ПН2-100	100	31,5	44,5	17,8
20	Карусельный станок	ПН2-100	100	31,5	44,5	17,8
21, 22	Горизонтально-расточный станок	ПН2-100	100	50	107,9	43,16
24-26	Радиально-сверлильный станок	ПН2-100	100	31,5	72,2	28,88
27	Горизонтально-фрезерный станок	ПН2-100	100	50	107,9	43,16
28,29, 45,67,80	Вертикально-сверлильный станок	ПН2-100	100	31,5	72,2	28,88
30	Стенд для сборки	ПН2-100	100	50	107,9	43,16
31,50, 66,82	Верстак	ПН2-100	100	31,5	72,2	28,88
32,65	Стенд для испытаний	ПН2-100	100	80	199,43	79,772
47,48	Точило	ПН2-100	100	31,5	72,2	28,88
49	Стенд для сборки	ПН2-100	100	31,5	46,9	18,76
34-38	Точило	ПН2-100	100	31,5	46,9	18,76
39	Вертикально-фрезерный станок	ПН2-100	100	50	107,9	43,16
40	Вертикально-фрезерный станок	ПН2-100	100	31,5	46,9	18,76
41	Вертикально-сверлильный станок	ПН2-100	100	63	156,4	62,56
42,43	Вертикально-сверлильный станок	ПН2-100	100	31,5	32,5	13
44,46	Вертикально-сверлильный станок	ПН2-100	100	31,5	72,2	28,88
51-55	Продольно строгальный станок	ПН2-100	100	80	156,4	62,56
56-58	Токарно-винторезный станок	ПН2-100	100	50	107,9	43,16
59,60	Автомат токарно-винторезный	ПН2-100	100	31,5	44,5	17,8
61-64	Поперечно-строгальный станок	ПН2-100	100	31,5	44,5	17,8
68-74	Токарно-винторезный станок	ПН2-100	100	63	156,4	62,56
75	Резьбо-нарезной станок	ПН2-100	100	31,5	14,37	5,748
76,77	Круглошлифовальный станок	ПН2-100	100	50	107,9	43,16
78,79	Продольно строгальный станок	ПН2-100	100	80	165	66
81	Ручной пресс	ПН2-100	100	31,5	72,2	28,88

2. Определение электрических нагрузок

2.1 Расчет электрических нагрузок цеха

Перед началом расчёта определяется конфигурация сети, определяется число и место установки распределительных шинопроводов, силовых сборок, силовых ящиков, распределительных шкафов, т.е. все электроприёмники распределяют между шинопроводами и шкафами, которые называются узлами питания. Разбиваем станки на группы. Данные по группам записываем в таблицу 3.1.

К каждому узлу могут быть подключены электроприёмники с разными режимами работы, поэтому перед началом расчёта необходимо для электроприёмников, работающих в повторно-кратковременном режиме, привести паспортную мощность к ПВ=100%.

Выполним расчёт нагрузки методом расчётной нагрузки для пятой группы ШРА-4.

От данного шинопровода запитаны станки в количестве n=34 штук, количество двигателей n = 36 шт.

Групповой средневзвешенный коэффициент использования вычисляется по формуле

В данном случае по (3.1)

Эффективное число электроприёмников вычисляем по формуле

;

По формуле (3.2) определим эффективное число электроприёмников

Найденное значение n_э округляется до меньшего ближайшего целого числа n_э=21.

Определим коэффициент расчётной нагрузки, который принимается в зависимости от эффективного числа электроприёмников группы n_э и группового коэффициента использования k_и, причём при расчете распределительных шкафов, пунктов, шинопроводов, троллеев, и др. устройств, питающихся с помощью проводов и кабелей, значения К_р берутся из [1] табл. П6.

(n_э = 21 К_им= 0,2 К_иб= 0,3 К_рм= 0,8 К_рб = 0,85 методом интерполяции:

Расчетная активная мощность для группы электроприемников:

;

Согласно (3.3) активная расчетная нагрузка группы, кВт

Расчётная реактивная мощность группы электроприемников для питающих сетей до 1 кВ, выполненных проводами и кабелями, определяется по выражению для n_э ≤ 10, квар

Расчётная реактивная мощность группы электропиемников для n_э >10, квар

где tgφ - среднее значение коэффициента реактивной мощности i-го электроприёмника.

По (3,5) для первой группы электроприемников с n_э= 16 асчётная реактивная мощность нагрузки, квар

Полная мощность расчётной нагрузки вычисляется по формуле, кВА

Расчетный ток нагрузки второй группы электроприёмников, А

Аналогичные расчёты производятся для остальных групп данного цеха и результаты сводятся в табл.

Расчет группы

Группа	Ки	nэр	nэ	Кр	Рр	Qp	Sp	Ip
1	0,14	2,76	2	4,708	8,7	3,52	9,38	13,54
2	0,363	3,83	3	1,55	19,5	19,78	27,77	40,09
3	0,594	2,5	2	1,34	41,406	16,73	44,65	64,45
4	0,48	2,93	2	1,676	16,508	12,67	20,8	30,02
5	0,214	21,87	21	0,843	33,15	42,19	53,65	77,44
6	0,1449	19,658	19	0,8	25,3	41,952	48,99	70,71
7	0,35	4,533	4	1,36	21,11	15,31	26,07	37,64
8	-	-	-	-	1,77	-	-	5,11
∑по цеху	0,265	43,59	43	1	126,96	143,778	191,81	276,85

Произведём расчёт нагрузки для цеха в целом. Расчёт выполняется также по методу расчётной нагрузки.

Сгруппировав технологическое электрооборудование по значениям коэффициентов использования К_и рассчитаем средневзвешенный К_и по формуле (3.1).

Определим эффективное число электроприёмников по (3.2):

Найденное значение n_э округляется до меньшего ближайшего целого числа n_э=35

Определим коэффициент расчётной нагрузки, который принимается в зависимости от эффективного числа электроприёмников группы n_э и группового коэффициента использования k_и, причём при расчете распределительных шкафов, пунктов, шинопроводов, троллеев, и др. устройств, питающихся с помощью проводов и кабелей, значения К_р берутся из [1] табл. П6.

При n_э= 43 Кр = 1

Согласно (3.3) активная расчетная нагрузка, кВт

Расчётная реактивная мощность нагрузки для магистральных шинопроводов, на шинах цеховых ТП, а также для цеха, корпуса и предприятия в целом, квар

По (3.6) полная мощность расчётной нагрузки, кВА

Расчётный ток по данному цеху, А, по (3.7)

3. Выбор и расчет внутрицеховой электрической сети

Схемы электрических сетей должны обеспечивать необходимую надёжность питания потребителей, быть удобными в эксплуатации и при этом затраты на сооружение линий, расход проводникового материала и потери электрической энергии должны быть минимальными.

Цеховые сети напряжением до 1 кВ, предназначенные для обеспечения электроэнергией силовых электроприемников, условно делятся на питающие, которые отходят от источника питания, и распределительные, к которым присоединяются электроприемники.

Внутрицеховые сети могут быть построены по радиальным и магистральным схемам. Но на практике проектирования для электроснабжения цеховых потребителей редко применяются радиальные или магистральные схемы в чистом виде. Наибольшее распространение получили смешанные схемы, в максимальной степени удовлетворяющие требованиям экономичности, надежности и простоты эксплуатации электрических сетей.

Электроснабжение технологического оборудования, расположенного по производственной площади равномерно и рядами, осуществляется с помощью распределительных шинопроводов. Так как условия окружающей среды в цехах нормальные, то распределительные сети выполнены шинопроводами типа ШРА4.

Электроснабжение остальных групп электроприемников осуществляется с помощью распределительных шкафов ШР.

Выбор проводов, питающих отдельные электроприемники, производится по допустимому току нагрева и соответствию их защитным аппаратам:

I_доп ³

I_доп ³

где k_п - поправочный коэффициент на фактические условия прокладки проводов и кабелей, k_п = 1 - т.к. условия окружающей среды нормальные.

Ip - расчетный ток проводника.

k_з - кратность длительно допустимого тока проводника по отношению к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата. Коэффициент k_з принимается по П4.1, [2]. k_з = 0,33 для номинального тока плавкой вставки предохранителя.

Результаты расчетов по выбору проводов представлены в таблице.

Выбор проводов электроприемников

№ на плане	Название оборудования				Провод
1	10,3	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
2,3	Резьбоотрезной станок	2,61	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
4	Трубогибочный станок	10,3	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
6,7,8	Сварочный аппарат	28,21	10,395	5	АПВ 5 (1x5)
10	Нагревательная печь	43,3	16,5	10	АПВ 5 (1x10)
12	Молот 125 кг	20,85	26,4	4	АПВ 5 (1х4)
13,16	Преобразовательный аппарат	14,4	16,5	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
5,9,11,14	Вентилятор	10,3	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
17,33	Разметочная плита	6,35	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
18, 23	Плоскошлифовальный станок	27,2	26,4	4	АПВ 5 (1x4)
19	Долбёжный станок	6,35	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
20	Карусельный станок	6,35	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
21, 22	Горизонтально-расточный станок	14,4	16,5	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
24-26	Радиально-сверлильный станок	10,3	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
27	Горизонтально-фрезерный станок	14,4	16,5	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
28,29,45,67,80	Вертикально-сверлильный станок	10,3	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
30	Стенд для сборки	14,4	16,5	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
31,50, 66,82	Верстак	10,3	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
32,65	Стенд для испытаний	28,17	26,4	5	АПВ 5 (1x5)
47,48	Точило	10,3	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
49	Стенд для сборки	6,7	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
34-38	Точило	6,7	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
39	Вертикально-фрезерный станок	14,4	16,5	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
40	Вертикально-фрезерный станок	6,7	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
41	Вертикально-сверлильный станок	20,85	20,79	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
42,43	Вертикально-сверлильный станок	5	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
44,46	Вертикально-сверлильный станок	10,3	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
51-55	Продольно строгальный станок	20,85	26,4	4	АПВ 5 (1x4)
56-58	Токарно-винторезный станок	14,4	16,5	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
59,6	Автомат токарно-винторезный	6,35	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
61-64	Поперечно-строгальный станок	6,35	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
68-74	Токарно-винторезный станок	20,85	26,4	4	АПВ 5 (1x4)
75	Резьбо-нарезной станок	15,1	16,5	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
76,77	Круглошлифовальный станок	14,4	16,5	2,5	АПВ 5 (1x2,5)
78,79	Продольно строгальный станок	22	26,4	4	АПВ 5 (1x4)
81	Ручной пресс	10,3	10,395	2,5	АПВ 5 (1x2,5)

Силовые ящики выбираются по расчетному току группы электроприемников, но с учетом того, что этот номинальный ток силового ящика должен соответствовать номинальном току шинопровода, после которого этот ящик установлен.

Выбор шинопроводов, распределительных устройств, предохранителей и силовых ящиков

Номер группы	Ip	Название устройства	Силовой ящик
A1	13,54	ШР-11-73701	-
A2	40,09	ШР-11-73701	-
-	32,25	Сварочный аппарат 6	ЯАТ-310-40-54-УХЛ4
-	32,25	Сварочный аппарат 7	ЯАТ-310-40-54-УХЛ4
-	32,25	Сварочный аппарат 8	ЯАТ-310-40-54-УХЛ4
A3	64,45	ШР-11-73701	-
-	43,3	Нагревательная печь(10)	ЯАТ-310-50-54-УХЛ4
	10,3	Вентилятор(9)	ЯВЗБ-31-1
A4	30,02	ШР-11-73701	ЯАТ-310-10-54-УХЛ4
A5	77,44	ШРА4-100	ЯВЗБ-31-1
A6	70,71	ШРА4-100	ЯВЗБ-31-1
A7	37,64	ШР-11-73707	-
A8	5,11	ШМТ-АУ2	ЯАТ-310-10-54-УХЛ4

Кабели, соединяющие шинопроводы с распределительным устройством цеха выбираются по условиям (3.1) и (3.2).

Кабели выбираются из таблицы П4.3 [2]. Кабели прокладываются групп 1, 2, 3,4, 7,8 по воздуху, а 5,6 в земле.

Выбор кабелей

Группа			Кабель	Предохранитель или автомат
1	13,54	16,5	АВВГ 5×2,5	А3124
2	40,09	26,4	АВВГ 5×10	А3124
3	64,45	33	АВВГ 5×25	А3124
4	30,02	20,79	АВВГ 5×6	А3124
5	77,44	41,25	АВВГ 5×16	ПН-2-250/125
6	70,71	41,25	АВВГ 5×16	ПН-2-250/125
7	37,64	41,25	АВВГ 5×10	ПН-2-100/100
8	5,11	10,395	АВВГ 5×2,5	А3124

                                                                          

По расчетному току нагрузки цеха из таблицы П2.5 [2] выбираем вводную панель ЩО70М-19 с автоматическим выключателем.

Автоматический выключатель выбирается по условиям:

Выбирается автомат АВМ-4В с Iн.расц.=400А.

Выбираем кабель, питающий цех от трансформаторной подстанции, проложенный в земле:

Допустимый по нагреву ток по (3.1):

I_доп ³  А

Из табл. П4.3 [2] выбираем кабель АВВГ 5×120 с допустимым током 290 А.

По расчетному току нагрузки групп электроприемников, числу этих групп и условию соответствия защитного аппарата панели типу защитного аппарата групп электроприемников (в данном случае предохранителю ПН) и его номинальному току выбираем линейную панель ЩО70М-01 и ЩО70М-05.

4. Определение потерь напряжения на самом удаленном потребителе

Отклонение напряжения на самом удаленном потребителе в нормальном режиме работы, согласно ПУЭ, не должны превышать .

Для определения напряжения на зажимах электроприемников необходимо найти потери напряжения в питающем трансформаторе, линиях и шинопроводе.

Потеря напряжения в трансформаторе в процентах рассчитывается по выражению:

,

где -коэффициент загрузки трансформатора;

,-активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания ;

- коэффициент мощности нагрузки трансформатора.

Значения , в процентах определяются по формулам:

;

где - потери короткого замыкания трансформатора, кВт;

 - номинальная мощности трансформатора, кВА.

Потери напряжения в линии электропередачи в процентах вычисляется по формуле

,

где - расчетный ток;

,- активное и индуктивное сопротивление линии;

- коэффициент мощности нагрузки линии.

Потери напряжения в шинопроводе:

,

где ,-расчетный ток и длина наиболее нагруженного плеча шинопровода.

Самый удаленный источник находится в группе 6 (№31). Определим для него потери напряжения.

Активную и реактивную составляющие напряжения короткого замыкания в процентах рассчитаем по формулам (4.3), (4.4):

Потери напряжения в трансформаторе рассчитаем по формуле (4.2):

=0,63, =0,77.

Расчетный ток по цеху =276,85А. Определим потери в Л1 по формуле (4.5):

Расчетный ток группы =77,44 А, =0,62, =0,78;

Определим потери в линии Л2 по формуле (4.5):

Потери напряжения в шинопроводе по формуле (4.6):

Потери напряжения Л3 , можно не учитывать, т.к. Л3 очень короткая

Напряжение на зажимах электроприемника:

Отклонение напряжения не превышает допустимого.

Вычисление токов КЗ производится с целью:

1.      Выбора электрических аппаратов;

.        Проверки устойчивости элементов схем при электродинамическом и термическом действии токов КЗ;

.        Расчета релейной защиты;

Характерной особенностью расчета токов КЗ в электроустановках напряжением до 1 кВ является необходимость учета активных и реактивных сопротивлений элементов цепи КЗ: силовых трансформаторов, проводов, кабелей и шин длиной 10 м и более, катушек расцепителей автоматов, первичных обмоток многовитковых трансформаторов тока, а также переходных контактов и электрической дуги, возникающей в месте КЗ.

Сопротивление системы в мОм до понижающего трансформатора определяется по формуле:

где -среднее номинальное напряжение сети высшего напряжения, кВ;

 - начальное значение периодической составляющей тока КЗ на выводах высшего напряжения трансформатора, кА.

Сопротивление Хс приводится к ступени низшего напряжения по выражению:

Активное сопротивление трансформатора в мОм вычисляем по формуле:

где - потери КЗ в трансформаторе, кВт

- номинальная мощность трансформатора, кВА

Индуктивное сопротивление трансформатора:

Удельные активные и индуктивные сопротивления кабелей берем из справочных данных. Сопротивление катушек автоматов принимаем из таблицы П6.4 [1].

Преобразование схемы для определения токов КЗ сводиться к сложению последовательно соединенных активных и индуктивных сопротивлений:

где n - число элементов в цепи КЗ.

Ток трехфазного КЗ в точке цепи вычисляется по выражению:

, кА

Ударный ток КЗ определяется по формуле:

При расчете токов КЗ с учетом сопротивлений переходных контактов, значение ударного коэффициента можно принять, как K_y= 1.

Действующее значение периодической составляющей тока однофазного короткого замыкания:

 кА

где  и - суммарные активные и индуктивные сопротивления прямой последовательности

и  - суммарные активные и индуктивные сопротивления обратной последовательности

и  - суммарные активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности

Сопротивления нулевой последовательности однофазных электрических аппаратов равны их сопротивлениям прямой последовательности. Трансформаторы мощностью 400кВА и выше должны иметь схему соединения обмоток треугольник-звезда. При такой схеме их активные и индуктивные сопротивления нулевой последовательности равны соответствующим сопротивлениям прямой последовательности.

Короткое замыкание в точке К1:

Ток короткого замыкания на выводах высшего напряжения трансформатора, кА (из условия):

Короткое замыкание в точке К2:

Рассчитаем ток однофазного и трехфазного КЗ в т.К2.

Система вводится своим реактивным сопротивлением:

Сопротивление трансформатора:

Сопротивление автоматического воздушного выключателя:

При КЗ в точке К2 совокупное сопротивление переходных контактов:

Суммарное сопротивление цепи КЗ, по (5,5), (5,6):

Ударный ток КЗ, по (5,8).При расчете токов КЗ с учетом переходных контактов можно принять Ky=1:

Сопротивление прямой последовательности цепи до точки К2:

Ток однофазного КЗ в точке К2 с учетом переходного сопротивления и сопротивления системы по (5,9):

Аналогично рассчитываем токи КЗ для других точек и результаты сводим в таблицу:

Точка	Трёхфазное КЗ, кА	Однофазное КЗ, кА
1	5,9	-
2	17,02	15,68
3	6,02	3,47
4	1,25	0,36
5	1	0,28

Произведём расчёт сечений проводов по термической стойкости, используя формулу:

Сравнивая данные сечения кабелей с ранее выбранными, видим, что выбранные кабели имеют большие сечения, чем расчетные (допустимые) по термической стойкости, следовательно выбраны правильно.

Проверка аппаратов защиты токами КЗ:

Для ВА55-43 установленный у ТП (с I_нр= 2500 А):

Для АВМ-НВ-СВ (с I_нр= 400 А):

Для предохранителя ПН2-250/80:

Для предохранителя ПН2-100/31,5:

Выбранные аппараты защиты соответствуют указанным условиям.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы было сделано следующее:

разработана наиболее простая и экономичная система электроснабжения цеха промышленного предприятия, отвечающая всем действующим нормам и правилам;

выбраны электродвигатели, их коммутационные и защитные аппараты наиболее распространенных марок и типов;

определены электрические нагрузки всех групп электроприемников и цеха в целом;

выбраны распределительные устройства, провода и кабели, а также защитные аппараты внутрицеховой электрической сети;

определен уровень напряжения на зажимах электрически наиболее удаленного электроприемника.

Литература

1. Королев О.П., Радкевич В.Н., Сацукевич В.Н. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебно-методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию. - Мн.: БГПА, 1998. - 140 с.

. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 576 с.

. Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 640 с.