Расчет электрических нагрузок и разработка системы электроснабжения цеха нестандартного оборудования. Обоснование выбора комплектной конденсаторной установки и оценка компенсации реактивной мощности. Расчет оборудования и кабелей распределительной сети.
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. 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. Исходными данными для расчета электрических нагрузок групп электроприемников являются номинальная мощность электроприемников и характер изменения нагрузки, определяемый технологическим режимом. 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.В курсовом проекте была выполнена разработка электроснабжения приемников механического цеха, а в частности: 1. Проведена компенсация реактивной мощности, выбрана комплектная конденсаторная установка . Рассчитана осветительная нагрузка цеху, выбран трансформатор к комплектной трансформаторной подстанции типа ТСЗ-160/10/0,4.
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
Номер на плане Наименование оборудования Установленная мощность, КВТ
1 2 3
1,2 Пресс гидравлический станок 2,2
3 Токарно-винторезный станок 8,4
3 Токарно-винторезный станок 8,4
3 Токарно-винторезный станок 8,4
3 Токарно-винторезный станок 8,4
4 Вертикально-фрезерный станок 9,8
4 Вертикально-фрезерный станок 9,8
5 Вертикально-фрезерный станок 9,8
5 Вертикально-фрезерный станок 9,8
6 Вертикально-фрезерный станок 9,8
7 Вертикально-сверлильный станок 1,6
7 Вертикально-сверлильный станок 1,6
8 Вертикально-сверлильный станок 1,6
8 Вертикально-сверлильный станок 1,6
8 Вертикально-сверлильный станок 1,6
9 Вертикально-сверлильный станок 1,6
9 Вертикально-сверлильный станок 1,6
9 Вертикально-сверлильный станок 1,6
9 Вертикально-сверлильный станок 1,6
10 Вертикально-сверлильный станок 1,6
11 Вертикально-протяжной станок 17
11 Вертикально-протяжной станок 17
12 Радиально-сверлильный станок 2,2
1 2 3
12 Радиально-сверлильный станок 2,2
12 Радиально-сверлильный станок 2,2
13 Токарно-револьверный станок 8,2
14 Токарно-револьверный станок 8,2
14 Токарно-револьверный станок 8,2
14 Токарно-револьверный станок 8,2
14 Токарно-револьверный станок 8,2
14 Токарно-револьверный станок 8,2
15 Радиально-сверлильный станок 7,5
16 Гайконарезной полуавтомат 3,9
16 Гайконарезной полуавтомат 3,9
17 Гайконарезной полуавтомат 3,9
17 Гайконарезной полуавтомат 3,9
18 Гайконарезной полуавтомат 6,2
18 Гайконарезной полуавтомат 6,2
19 Резьбонарезной полуавтомат 1,5
20 Вентилятор 7,5
21 Вентилятор 7,5
22 Вентилятор 7,5
23 Токарно-револьверный полуавтомат 4,5
23 Токарно-револьверный полуавтомат 4,5
23 Токарно-револьверный полуавтомат 4,5
23 Токарно-револьверный полуавтомат 4,5
24 Горизонтально-фрезерный станок 2
25 Горизонтально-фрезерный станок 2
26 Горизонтально-фрезерный станок 2
27 Токарно-револьверный автомат 7
28 Токарно-револьверный автомат 7
1 2 3
29 Токарно-револьверный автомат 7
30 Машина моечная 21,7
30 Машина моечная 21,7
30 Машина моечная 21,7
31 Машина моечная 21,7
32 Вертикально-протяжной станок 10
33 Универсальный круглошл. бесцентр. станок 11,5
34 Токарно-винторезный станок 8,4
35 Токарно-винторезный станок 8,4
35 Токарно-винторезный станок 8,4
36 Горизонтально-фрезерный станок 18
36 Горизонтально-фрезерный станок 18
36 Горизонтально-фрезерный станок 18
36 Горизонтально-фрезерный станок 18
36 Горизонтально-фрезерный станок 18
38 Горизонтально-фрезерный станок 5,6
39 Резьбонарезной полуавтомат 4,2
39 Резьбонарезной полуавтомат 4,2
39 Резьбонарезной полуавтомат 4,2
39 Резьбонарезной полуавтомат 4,2
40 Настольно-сверлильный станок 0,6
41 Круглошлифовальный станок 7,4
41 Круглошлифовальный станок 7,4
41 Круглошлифовальный станок 7,4
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.
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 расчетный 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 расчетный 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 расчетной мощности.
Где - нормативный коэффициент расчетной 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: Расчетный ток питающего кабеля КТП найдем по формуле: (6.1) где - расчетная мощность цеха, КВА; - напряжение на вводе в КТП.
Расчетный ток цеха находим по формуле: (6.2) где - расчетная 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;
- приведенное 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 .
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
Тип амперметра Тип трансформатора тока Тип автоматического выключателя
ШР1 Э8021 50/5 ТК-20 50/5 ВА51-31 100/50
ШР2 Э8021 30/5 ТК-20 30/5 ВА51-31 100/20
ШР3 Э8021 50/5 ТК-20 50/5 ВА51-31 100/40
ШР4 Э8021 50/5 ТК-20 50/5 ВА51-31 100/40
ШР5 Э8021 30/5 ТК-20 30/5 ВА51-31 100/20
ШРА1 Э8021 100/5 ТК-20 100/5 ВА51-31 100/100
ШРА2 Э8021 100/5 ТК-20 100/5 ВА51-31 100/100
ККУ1 Э8021 100/5 ТК-20 100/5 ВА51-31 100/100
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 электроприемников 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 электроприемников 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
Аналогично проводим расчет выбора сечения кабелей для остальных электроприемников 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.
Размещения электродов расположено в приложении ПА-5.
Вывод: в данном пункте курсового проекта мы рассчитали заземляющие устройства подстанции.
Вывод
В курсовом проекте была выполнена разработка электроснабжения приемников механического цеха, а в частности: 1. Рассчитаны электрические нагрузки по всему деревообрабатывающему цеху.
2. Проведена компенсация реактивной мощности, выбрана комплектная конденсаторная установка .
3. Рассчитана осветительная нагрузка цеху, выбран трансформатор к комплектной трансформаторной подстанции типа ТСЗ-160/10/0,4.
4. Выбрано электрооборудование КТП и питающей сети.
5. Выбраны электродвигатели для электроприемников и соответствующие к ним пусковые и защитные аппараты.
6. Рассчитаны параметры и выбраны кабели и провода распределительной сети.
7. Выбрано заземляющее устройство для электроустановки.
8. Составлена спецификация.
Также после выполнения данного курсового проекта мы систематизировали и усвоили теоретические знания по дисциплине, получили навыки самостоятельной работы проекта, закрепили навыки в построении и черчении цеха. Научились пользоваться научной и справочной литературой.
Список литературы
1. Елкина Т.В «Методические указания по выполнению курсового и дипломного проектирования» 2011 г.
2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ)
3. В.Н. Радкевич «Проектирования систем электроснабжения» : учебное пособие.-Мн.: НПООО «ПИОН» , 2001 г.
4. Н.П Постников «Электроснабжение промышленных предприятий» М. Высшая школа 1988
5. Б.Ю Липкин «Электроснабжение промышленных предприятий и установок» М. Высшая школа 1990
