Электроснабжение цеха

Электроснабжение цеха

Введение

заземление электроснабжение подстанция трансформатор

Увеличение производства электрической энергии в стране является залогом дальнейшего роста всего материального производства. Огромное увеличение производства электроэнергии вызвано широким размахом электрификации всех отраслей промышленности. В угольной, металлургической, химической, машиностроительной и других отраслях промышленности коэффициент электрификации (т.е. отношение установленной мощности электродвигателей к общей установленной мощности двигателей всех видов, выраженное в процентах) приближается к 100%. Развитие экономики всегда основывалось на широкой электрификации всех отраслей народного хозяйства, которая обеспечивает ускорение технического прогресса, рост производительности труда и быстрейшее построение материально - технической базы коммунизма.

И в дальнейшем, экономическая политика предусматривает повышение уровня электрификации производства и эффективности использования энергии: развитие ускоренными темпами электроэнергетической и электротехнической промышленности; увеличение производства электроэнергии; строительство все более мощных тепловых, гидравлических и атомных электростанций; формирование Единой энергетической системы страны путем сооружения магистральных линий электропередач напряжением 500, 750, 1150 и 1500 тыс. В; развитие электрификации железных дорог; широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте автоматики, электроники и вычислительно техники.

1. Описательная часть

1.1 Характеристика объекта

Цех обработки корпусных деталей предназначен для механической и антикоррозийной обработки изделий.

В состав цеха входят следующие помещения:

·  Станочное отделение;

·        Гальванический участок;

·        Сварочный участок;

·        Вспомогательные, служебные и бытовые помещения.

По категории надежности электроснабжения электроприемники цеха относятся к потребителям III категории, допускающим перерыв в электропитании до 24 часов.

Количество рабочих смен - 2.

Грунт - суглинок.

Размеры цеха А х В х Н = 48 х 30 х 8 м.

Исходные данные представлены в табл. 1.

Таблица 1

1.2 Описание схемы электроснабжения

Электроснабжение цех обработки корпусных деталей от трансформаторной подстанции 6/0,4 кВ 1х400кВА, подключенной к ПГВ 35/6кВ с мощностью трансформаторов 2х2500 кВА, находящейся на расстоянии 0,8 км от цеховой ТП. Подстанция 35/6 кВ запитывается от энергосистемы по двухцепной воздушной линии АС-95, длинной 16 км. На стороне 6 кВ ТП 6/0,4кВ в качестве защитно - коммутационного оборудования установлены выключатели нагрузки с предохранителями серии ПКТ, на стороне 0,4 кВ - рубильники и предохранители серии ПН 2.

1.3 Конструкция силовой сети

Для приема и распределения электроэнергии в цехе обработки корпусных деталей установлено 3 распределительных шкафа (ШР). Электроприемники запитываются от ШР проводом АПВ, проложенным в трубах в подготовке пола. В качестве аппаратов защиты от токов короткого замыкания применены предохранители серии ПН − 2. Силовые сети 6 кВ выполнены кабелем АСБ, проложенным в земле.

2. Расчетная часть

.1 Расчет электрических нагрузок

Расчет нагрузок выполняем методом упорядоченных диаграмм в следующем порядке:

·    Расчет электрических нагрузок выполняется по узлу нагрузки (шкаф распределительный, трансформаторная подстанция). Все электроприемники данного узла нагрузки делятся на характерные технологические группы.

·        Для каждой группы по [1, табл. 4.1] находят коэффициент использования К_и, коэффициент активной мощности cos φ и коэффициент реактивной мощности tg φ.

·        Находят установленную мощность для каждой группы электропри-ёмников:

для приёмников длительного режима:

 (1)

для приёмников повторно-кратковременного режима:

 (2)

где:   Р_ном - номинальная мощность одного электроприёмника, кВт;

ПВ - продолжительность включения в относительных единицах.

для сварочного оборудования:

 (3)

где:   cosφ - коэффициент активной мощности, отн. ед;

·    Для каждой технологической группы находят среднесменную активную Р_см и среднесменную реактивную Q_см мощности по формулам:

, (4)

, (5)

·        По узлу нагрузки определяют общее количество приемников n, их суммарную установленную мощность , суммарные средние активную  и реактивную  мощности по формулам:

, (6)

, (7)

, (8)

·    Находят значение группового коэффициента использования по формуле:

, (9)

·    Определяют модуль нагрузки:

, (10)

где: Р_ном.max - номинальная мощность наибольшего электроприемника в группе, кВт;

Р_{ном. min} - номинальная мощность наименьшего электроприемника в группе, кВт.

·    Рассчитывают эффективное число приёмников.

При m ≤ 3 и действительном числе электроприемников n ≥ 4 принимают, что n_э= n;

При m > 3 и К _и.гр. ≥ 0,2

 (11)

При m > 3 и К _и.гр.< 0,2 nэ определяют в следующем порядке:

1.   выбирается наибольший по мощности электроприемник рассматриваемого узла нагрузки;

2.       выбираются электроприемники, мощность каждого из которых равна или больше половины мощности наибольшего по мощности электроприемника, подсчитывают их число n' и их суммарную номинальную мощность Р_н';

3.       находят относительные значения  и , по формулам:

 (12)

 (13)

.         по табл. 1.3 в зависимости от  и , находят ;

.         определяют n_э по формуле:

По табл. 2-7 [2] определяют коэффициент максимума

·    Определяют расчётную максимальную активную Р_м и реактивную Q_м мощности по формулам:

, (14)

 (15)

·        Вычисляют расчетную полную мощность  и максимальный расчетный ток :

, (16)

, (17)

где:   Uном - номинальное напряжение, кВ

Результаты расчетов сведены в табл. 2

Таблица 2

2.2 Выбор трансформаторов

Учитывая, что электроприемники цеха относятся к потребителям 3-ей категории по надёжности электроснабжения, на питающей подстанции можно установить один трансформатор.

В соответствии с нагрузкой намечаем 2 варианта мощности трансформаторов:

вар. - 1х400 кВА

вар. - 2х160 кВА

Расчёт покажем на примере 2-ого варианта.

·    Определяем коэффициент загрузки трансформаторов:

, (18)

где:   N - число устанавливаемых трансформаторов;

S_ном.тр - номинальная мощность одного трансформатора, кВА

;

·    Проверяем работу трансформаторов в послеаварийном режиме.

При отключении одного трансформатора второй с учетом допустимой перегрузки (масляные трансформаторы в послеаварийном режиме допускают перегрузку на 40% номинальной мощности продолжительностью 6 часов в течение 5 суток) пропустит: 1,4 х 160 = 224 кВА.

Дефицит мощности составит 266,966 - 224 = 42,966 кВА, но т.к. электроприемники цеха относятся к потребителям третьей категории по надежности электроснабжения, допускающие перерыв в питании до 24 часов, то их на время ремонта трансформатора можно отключить.

·    Проверяем трансформаторы по экономически целесообразному режиму.

Находим стоимость потерь энергии:

 (19)

где:   C_о - стоимость одного кВт∙ч, C_о = 2,5 руб./ кВт∙ч;

Т_м - число часов использования максимума нагрузки, Т_м =3000 ч [1];

∆Р_хх - потери в стали трансформатора, ∆Р_хх = 0,51 кВт [3, табл. 27.6];

К_ип - коэффициент потерь, К_ип = 0,03 кВт /квар [3];

I_хх - ток холостого хода, I_хх = 2,4% [3, табл. 27.6];

∆Р_к.з. - потери в меди трансформатора, ∆Р_к.з. = 2,65 кВт [3, табл. 27.6];

U_к - напряжение короткого замыкания, U_к = 4,5% [3, табл. 27.6];

·    Определяем капитальные затраты:

К = N∙С_тр (20)

где:   С_тр - стоимость одного трансформатора, С_тр = 101650 руб.

К = 2∙101650 = 203300 руб.

Определяем амортизационные затраты:

С_а =К_а ∙ К (21)

где:   К_а - нормативный коэффициент, учитывающий отчисления на эксплуатацию и амортизацию трансформатора, К_а = 9% [3]

С_а = 0,09 ∙ 203300 = 18297 руб.

Находим приведенные затраты по формуле:

З = рК + C_п + С_а (22)

где:   р - нормативный коэффициент эффективности, р = 0,12 [3]

З = 0,12∙203300 + 39299,18 + 18297 = 81992,18 руб.

Для первого варианта расчет аналогичен, результаты сведены в табл. 3

Таблица 3

Т.к. З₁< З₂ и К₁ < К₂, то выбираем первый вариант: ТМ 1х400кВА, как более экономичный.

2.3 Выбор места установки силовых шкафов

Распределительные шкафы целесообразно располагать в центре электрических нагрузок (ЦЭН). Координаты ЦЭН определяют по формулам:

, (23)

 (24)

где:   Х_i - координата i - го электроприемника по оси абсцисс, м;

У_i - координата i - го электроприемника по оси ординат, м;

P_рi - номинальная мощность i - го электроприемника, кВт.

Покажем расчет на примере ШР - 1:

Т.к. шкаф попадает на проход, перемещаем его к стене по координатам:

Х_шр = 27,9 м, Y _шр = 2,94 м

Для остальных шкафов распределительных расчет аналогичен, результаты сведены в табл. 4

Таблица 4

2.4 Расчёт сети 0,38кВ

Выбор аппаратов защиты

Выбор сечения проводника для отдельного электроприемника покажем на примере гальваничфеской ванны №9 на плане. Сечение питающего проводника выбираем по допустимому нагреву:

, (25)

где:      I_доп - допустимый ток проводника, А

·    Определяем расчетный ток:

, (26)

где:   η - коэффициент полезного действия, η =0,9 [1, прил. 16]

,

·    Выбираем сечение провода. Данному току соответствует провод АПВ - 16 мм², I_доп = 60 А [4, табл. 1.3.5]

·        Проверяем выбранное сечение по допустимым потерям напряжения:

 (27)

где:      ∆U_доп - допустимые потери напряжения, ∆U_доп = 5% [4];

∆U_р - расчётные потери напряжения, %

 (28)

где:   L - длина проводника, км;

r_o - активное сопротивление 1 км проводника, r_o = 1,95 Ом/км, [5, табл. 2-5];

т.к. ∆U_р < ∆U_доп, то сечение 10 мм² соответствует допустимым потерям напряжения.

В качестве аппарата защиты выбираем предохранитель по следующим условиям:

, (29)

, (30)

, (31)

где:       U_ном.пр - номинальное напряжение предохранителя, В;

I_ном.пр - номинальный ток предохранителя, А;

I_пл.вс - номинальный ток плавкой вставки, А;

I_пик - пиковый ток, А;

α - коэффициент, учитывающий условия пуска, α = 2,5 [1, табл. 6.1]

_, (32)

где:    К_п - кратность пускового тока, К_п = 5 [1, прил. 16]

По условиям (29), (30), (31) запишем:

,

,

Выбираем предохранитель ПН-2 Uном.пр.=380В, I_ном=100А, I_пл.вс=120А [1, табл. 6.2]

·    Проверяем выбранный провод на соответствие выбранному предохранителю по условию:

, (33)

где:   К_з - кратность допустимого тока проводника по отношению к току срабатывания аппарата защиты, К_з=1 [1, табл. 6.5];

Iз - ток срабатывания защиты, А.

Т.к. 60 < 1∙120, то провод АПВ-10мм² не соответствует аппарату защиты, поэтому выбираем провод АПВ-50 мм², Iдоп = 130А [4, табл. 1.3.5]

Расчёт для группы электроприёмников покажем на примере ШР-1.

Т.к. I_р = 293,896А (см. табл. 2 разд. 2.2), то по условию (27) выбираем 2 провода АПВ-70 мм² [4, табл. 1.3.5]. I_доп =2∙165=330 А.

Проверяем выбранный провод по допустимым потерям напряжения в соответствии с условием (27).

По формуле (28) определяем расчетные потери напряжения на участке ТП - ШР 1:

Суммарные потери напряжения от ТП до электроприемника №1 составят:

Провод 2 х АПВ - 70 мм² удовлетворяет допустимым потерям напряжения.

В качестве аппарата защиты примем к установке предохранитель, который выбираем по условиям (29), (30), (31)

Находим пиковый ток:

I_пик = I_р - К_и ∙ I_р.нб + I_{пуск.нб.} (34)

где:      I_р.нб - ток наибольшего по мощности двигателя, питающегося от данного ШР, А;

I_{пуск.нб} - пусковой ток наибольшего по мощности двигателя, питающегося от данного ШР, А

I_пик = 293,896 - 0,6 ∙25,322 + 126,612 =405,314А

По условиям (29), (30), (31) запишем:

,

,

Выбираем предохранитель ПН - 2 U_ном.пр=380В, I_ном=400А, I_пл.вс=200А [1, табл. 6.2]

·    Проверяем предохранитель по селективности.

Номинальный ток плавкой вставки на вводе ШР для выполнения селективности должен быть больше на две ступени номинального тока наибольшей плавкой ставки отходящих линий - условие не выполняется, предохранитель на вводе селективен.

Для остальных электроприемников и шкафов распределительных расчёт аналогичен, результаты сведены в табл. 5

Таблица 5

2.5 Расчет сети напряжением 6 кВ

Находим экономическое сечение:

 (35)

где:    J_э - экономическая плотность тока, J_э =1,3 [1, табл. 6.8].

По формуле (17) находим расчетный ток:

Выбираем ближайшее стандартное сечение 35. Выбираем кабель АСБ сечением (3х35).

Проверяем выбранный кабель по термической стойкости к току короткого замыкания (к.з.).

 (36)

где:    I - установившееся значение периодической составляющей тока КЗ,

I= 2824,997 (см. разд. 2.6);

t_пр - приведенное (фиктивное) время к.з., при tg =1,5 с, = 1,5, tпр =1,6с [1, рис. 15.10.].

Кабель АСБ - 3х35 мм² термически неустойчив к токам к.з. Выбираем кабель АСБ - 3х70 мм².

2.6 Расчет токов короткого замыкания

Составляем расчетную схему и схему замещения. Расчетная схема и схема замещения приведены на рис. 3.

Расчет ведем в относительных единицах при базисных условиях, принимаем, что базисная мощность S_б = 100 МВА, базисное напряжение U_б = 6,3 кВ.

Рис. 3

Рассчитываем сопротивление отдельных элементов цепи к.з.

Сопротивление воздушной линии:

 (37)

где:    U_ср.ном. - среднее номинальное напряжение ступени, кВ.

Сопротивление трансформатора:

, (38)

Находим реактивное сопротивление кабельной линии по формуле (34):

Определяем активное сопротивление кабельной линии:

 (39)

Используя признаки параллельного и последовательного соединения сопротивлений, определяем результирующие сопротивление цепи к.з.:

Так как R_рез*б >Х_рез*б / 3, то полное результирующее сопротивление до точки К определяем по формуле:

 (40)

Определяем ток к.з. в точке К:

 (41)

где:   I_б - базисный ток, определяется по формуле (17)

Определяем ударный ток:

_у = 2,55 I_кз (42)

Находим мощность к.з.:

 (43)

2.7 Выбор оборудования подстанции

Выключатель нагрузки выбирают по условиям:

_ном.в ≥ U_ном., (44)

I_ном.в ≥. I_р, (45)

i_a ≥ i_у, (43)

I²t ∙ t ≥ I² кз ∙ tпр, (46)

где:   U_ном.в-номинальное напряжение выключателя, кВ;

I_ном.в-номинальный ток выключателя, А;

i_a - амплитудное значение предельного сквозного тока к.з., кА;

I_t - предельный ток термической стойкости, кА;

t - допустимое время действия предельного сквозного тока термической стойкости, с.

Номинальные данные выключателя нагрузки находим по [3, табл. 31.5].

Предохранители выбираются по условиям:

 (47)

 (48)

, (49)

, (50)

где:   U_ном.пр - номинальное напряжение предохранителя, кВ;

I_ном.пр. - номинальный ток предохранителя, А;

I_отк - номинальный ток отключения предохранителя, кА;

S_отк - номинальная мощность отключения предохранителя, МВА.

 (51)

Номинальные данные предохранителя находим по табл. 31.14 [3].

Результаты выбора сведены в табл. 6

Таблица 6

2.8 Расчет сети заземления

Находим расчетное удельное сопротивление грунта по формуле:

, (52)

где:  - коэффициент сезонности,= 1,7 [3, табл. 9.1];

 - измеренное удельное сопротивление грунта,  для чернозема [5, с. 157].

В качестве вертикальных электродов принимаем к установке сталь круглую диаметром 12 мм длиной ℓ = 5 м, расположенных на расстоянии а = 10 м друг от друга по периметру здания цеха.

Находим сопротивление одиночного вертикального электрода:

 (53)

В соответствии с периметром намечаем число электродов N:

Находим суммарное сопротивление вертикальных электродов по формуле:

 (54)

где:   η - коэффициент использования вертикальных электродов, для N=16 шт. и а/ℓ = 2 η = 0,69 [5, табл. 9.2].

Т.к. для сети 0,38 кВ нормированное сопротивление заземляющего устройства  [3] и  < 4 Ом, то конструкция заземляющего устройства выполнена верно.

Заключение

При проектировании получены следующие результаты:

.         В соответствии с силовыми нагрузками с учетом экономических показателей для электроснабжения цеха необходимо установить трансформаторную подстанцию 6/0,4 кВ с одним трансформатором мощностью 400 кВА.

.         На стороне 6 кВ ТП 6/0,4 кВ нужно установить выключатель нагрузки ВН - 16 УЗ в комплекте с предохранителями серии ПКТ.

.         Для приема и распределения электроэнергии в цехе следует установить 3 распределительных шкафа с рубильниками и предохранителями ПН 2 на вводе и отходящих линиях.

.         Силовые сети 0,38 кВ целесообразно выполнить проводом марки АПВ, проложенным в трубах в подготовке пола, силовые сети 6 кВ - кабелем марки АСБ сечением 3х70 мм², проложенным в земле.

Спецификация на оборудование представлена в табл. 7, спецификация на материалы - в табл. 8

Таблица 7

Таблица 8

Список использованной литературы

.         Постников Н.П., Рубашев Г.М. Электроснабжение промышленных предприятий. - Л.: Стройиздат, 1990.

.         Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. - М.: Высшая школа, 1981.

.        А.А. Федоров. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Том 2. Электрооборудование. - М.: Высшая школа, 1992.

.        Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоатомиздат, 1997.

.        Проектирование кабельных сетей и проводников / Под общ. ред. Хромченко Г.Е. - М.: Высшая школа, 2000.