Характеристика объекта электроснабжения

Содержание

 

Введение. 4

1 Характеристика объекта электроснабжения. 5

2 Выбор и обоснование схемы электроснабжения. 6

3 Выбор электродвигателей, пусковых и защитных аппаратов. 9

4 Расчет нагрузок цеха. 20

5 Выбор оборудования цеха. 26

6 Расчет осветительной сети цеха. 29

6.1 Выбор источников света и светильников. 29

6.2 Выбор системы и вида освещения, нормируемой освещенности. 29

6.3 Размещение светильников. 30

6.4 Расчет электрического освещения. 32

6.5 Расчет электрической осветительной сети и выбор осветительных щитков. 34

6.6 Расчет аварийного освещения. 39

6.7 Выбор осветительных щитков и мест их размещения. 44

7 Компенсация реактивной мощности. 46

7.1 Выбор силовых трансформаторов. 46

7.2 Определение мощности НБК.. 46

7.3 Определение мощности ВБК.. 47

7.4 Выбор автоматических выключателей для силовых трансформаторов. 49

8 Расчёт токов короткого замыкания. 50

9 Выбор высоковольтных кабелей. 53

9.1 Потери мощности в трансформаторах. 53

9.2 Выбор сечений жил кабелей от РП до цеховой ТП.. 54

9.3 Выбор сечений жил кабелей от ГПП до РП.. 56

10 Выбор электрических аппаратов. 58

10.1 Выбор электрических аппаратов на РП со стороны ТП.. 58

10.2 Выбор электрических аппаратов на РП со стороны ГПП.. 61

Список использованных источников. 64

 

 

Введение

В данном курсовом проекте произведены необходимые расчеты, целью которых является обеспечения электроснабжения блока цехов механического завода. В проекте охвачены условия, относящиеся к проектированию системы электроснабжения. Все необходимые расчеты и предоставляемый материал базируется на требованиях нормативных и руководящих документов, перечень которых приведен в списке литературы. Для проектирования системы электроснабжения данного завода необходимо выбрать, пользуясь специальной литературой, электродвигатели соответствующих марок и мощности, которой будет достаточно для нормальной работы оборудования. Затем нужно произвести выбор коммутационной и защитной аппаратуры, питающих проводов и кабелей. После чего производим расчет нагрузок завода. В проекте произведены выбор количества силовых трансформаторов на ТП, их марка и мощность. Произведены расчеты по компенсации реактивной мощности. Выполнены расчеты светотехнической и электрической части осветительной сети завода, целью которых являются правильный выбор количества светильников и мощность электрических ламп, сечения проводников питающей и групповых линий. Расчет токов короткого замыкания необходим для выбора аппаратов на стороне высокого напряжения силовых трансформаторов. Месторасположение трансформаторных подстанций определены по картограмме электрических нагрузок.

 

Характеристика объекта электроснабжения

Объектом электроснабжения является механический завод, состоящий из шести цехов: электроремонтного, ремонтно-механического, инструментального и механического.

Расчетным цехом является электроремонтный, который представляет собой производственный участок с силовым оборудованием по обработке металла. Цех имеет прямоугольную форму, один выход и одно вспомогательное помещение. Длина цеха составляет А= 42 м, ширина В= 24 м, высота Н= 7 м.

Освещение в цеху комбинированное, т.е. искусственное совмещено с естественным, предусмотрено также аварийное. Вентиляция искусственная вытяжная, без дополнительной очистки воздуха. В цеху установлено 20 типов различных станков, пресс и сварочный трансформатор.

Напряжение в цеху 380/220В, сеть с глухозаземленной нейтралью. Питание силовых и осветительных нагрузок раздельное.

Питание завода осуществляется от главной понизительной подстанции ГПП 110/10 кВ через промежуточный РП, расположенный на расстоянии 0,6 км от ГПП. Нейтраль на стороне 10кВ изолирована.

 Цех относится к потребителям второй категории. Среда в цеху нормальная, поэтому проводники применяем с алюминиевыми жилами.

 

 

Выбор и обоснование схемы электроснабжения

На промышленных предприятиях в цеховых сетях до 1 кВ применяется радиальные, магистральные или смешанные схемы электроснабжения.

Радиальные схемы

Применяются при расположении маломощных электроприемников группами в цеху или рассредоточенном расположением крупных электроприемников по цеху. Выполняют схему проводами или кабелями. Радиальные схемы применяются в случаях, когда не­обходимо надежное электроснабжение потребителей, но они более дорогостоящие (по сравнению с магистральными) в результате установки распредустройств.              

 

Рисунок 3.1- Радиальные схемы.

Магистральные схемы

Магистральные схемы являются менее надежными по сравнению с радиальными, так как повреждение магистрального шинопровода, приведет к отключению всех электроприемни­ков. Магистральная схема дешевле, так как не требует дополнительной защит­ной аппаратуры и распределительных устройств.

Применяются при равномерном распределении электроприемников по цеху. Они не требуют установки распредустройств и выполняются обычно шинопроводами типа ШМА и ШРА.

    

Рисунок 3.2 –Магистальные схемы.

Смешанные схемы

Конкретные условия производства не всегда позволяют использовать радиальные или магистральные схемы в чистом виде. В связи с этим широкое распространение на практике находят смешанные схемы, сочетающие в себе элементов радиальных и магистральных схем.

Рисунок 3.3-Смешанные схемы.

  

 В данном цеху применяем радиальную схему электроснабжения с установкой в цеху распределительных щитков, от которых будут питаться группы электроприемников.

При разработке схемы электроснабжения следует, как правило, предусматривать раздельную работу линий и трансформаторов, так как при этом снижаются токи короткого замыкания (КЗ), упрощаются схемы коммутации и релейной защиты. В схемах должно предусматриваться глубокое секционирование всех звеньев от источника питания до шин низшего напряжения цеховых ТП, что значительно повышает надежность электроснабжения.

Распределение электрической энергии на территории промышленного предприятия на напряжении 6..35 кВ может выполняться по радиальным, магистральным и смешанным схемам в зависимости от расположения потребителей, их мощности и требуемой степени бесперебойности питания.

Радиальные схемы применяются в тех случаях, когда нагрузки расположены в различных направлениях от источника питания. Они используются для питания крупных сосредоточенных нагрузок (насосные, компрессорные, электропечи и т.п.), а также цеховых ТП, расположенных вблизи (до 100 м) от РП. При этом, как правило, предусматривается глухое присоединение трансформаторов. Цеховые трансформаторы могут также присоединяться через выключатель нагрузки или разъединитель. Двухтрансформаторные ТП питаются по схеме блока линия-транс­форматор. На вторичном напряжении таких ТП применяется автоматический ввод резерва. Взаимное резервирование однотрансформаторных ТП осуществляется при помощи кабельных или шинных перемычек на вторичном напряжении между соседними ТП. Пропускная способность перемычек должна составлять 20 — 30% мощности трансформатора.

Магистральные схемы следует применять при упорядоченном расположении ТП, когда линии могут быть проложены без значительных обратных потоков энергии. Число трансформаторов, присоединяемых к одной магистрали, не должно превышать 2...3 при мощности трансформаторов 1000...2500 кВА и 4...5 - при мощности 250...630 кВА. Магистрали бывают одиночные и двойные сквозные. Наибольшее применение находят двойные сквозные магистрали. Присоединение трансформаторов к магистралям может выполняться через разъединители или выключатели нагрузки. При двойных сквозных магистралях допускается глухое присоединение трансформаторов.

В практике проектирования обычно применяются смешанные схемы, при которых крупные и ответственные потребители питаются по радиальной схемам, а мелкие и средние — по магистральным. Такое построение схем распределения электроэнергия позволяет получить лучшие технико-экономические показатели системы электроснабжения. При выборе схемы электроснабжения намечается 2...3 возможных варианта, из которых: на основе технико-экономических расчетов выбирается схема, имеющая наименьшие приведенные затраты.

Внутризаводская сеть напряжением 10кВ будет выполнена по радиальному принципу кабелями, проложенными в земле. Предусматриваем раздельную работу линий и трансформаторов для уменьшения токов короткого замыкания. Шины РП секционируем для повышения надежности электроснабжения.

 

 

Расчет нагрузок цеха

 

Перед тем как рассчитать нагрузку цеха разделим все электроприемники на группы, которые будут питаться от распределительного шкафа.

Расчет нагрузок для групп электроприемников проводим по методу расчетного коэффициента в следующей последовательности на примере первой группы электроприемников с электродвигателями №1, №2, №3, №4, №5, №6 номинальная мощность двигателей соответственно Р_Н.Д= 15; 15; 18,5; 18,5 2x5,5; 3x5,5 кВт.

1.Фактическое число электродвигателей:

n=n₁+n₂+…+n_n                                                                                                    (4.1)

n=1+1+1+1+2+3=9

              

2. Суммарная активная мощность двигателей:

∑Р_Н= Р_Н1+Р_Н2+ …+Р_n;                                                                         (4.2)

где Р_Нi- номинальная мощность i–го приемника в группе, кВт;

 

∑Р_Н= 15+15+18,5+18,5+5*5,5=94,5кВт.

 

3. Активная мощность за наиболее загруженную смену:

 

 Р_СМ=∑К_И.ГР·Р_Н                                                                                           (4.3)

 

где К_Иi -коэффициент использования мощности i–го двигателя в группе;

  Р_СМ- активная мощность за наиболее загруженную смену, кВт.

 

 Р_СМ = 0,12∙94,5 =11,34кВт.

 

4. Реактивная мощность за наиболее загруженную смену:

 

;                                                                               (4.4)

 

где tgφ_i- соответствующий группе tgφ, находим из cosφ_i;

  Q_см- реактивная мощность за наиболее загруженную смену.

 

Q_СМ = 2,29∙11,34=25,98 кВАр

 

5. Определяем эффективное число в группе:

 

                                                                                              (4.5)

 

где Р_НMAX- мощность самого мощного приемника в группе, кВт;

     Р_НMIN- мощность наименьшего по мощности приемника в группе, кВт;

 

 значит n_э=7

 

6. Групповой коэффициент использования группы:

 

К_И.ГР= ;                                                                                           (4.6)

 

К_И.ГР= .

 

7. Групповой tgφ:

 

                                                                                           (4.7)

 

 

8. Расчетный коэффициент в зависимости от коэффициента использования группы и эффективного числа электроприемников выбираем по таблице методом интерполяции:

 

 

Кр = 2,17

 

где К_р – расчетный коэффициент;

  К_р'- расчетный коэффициент для реактивной нагрузки.   

Коэффициент расчетный для реактивной нагрузки примем К_р'=1,1, поскольку         

 

, и .

9. Расчетная активная нагрузка:

 

Р_Р=К_р · Р_СМ                                                                                      (4.8)

 

Р_Р=2,17 ·11,34=24,6 кВт.

 

10. Расчетная реактивная нагрузка:

 

Q_Р= К_р' · Q_СМ                                                                                                                                                     (4.9)

 

где Q_Р- Расчетная реактивная нагрузка,кВар.

 

Q_Р=1,1·25,98=28,6 кВар.             

                                                    

12. Полная нагрузка электроприемников:

 

S_Р ;                                                                                       (4.10)

 

где  S_Р - полная нагрузка электроприемников,кВА.

 

S_Р= кВА.

 

13. Расчетный ток группы:

 

I_Р.ГР=  ;                                                                                   (4.11)

 

где  I_Р.ГР - расчетный ток группы.А;

  Uн - номинальное напряжение сети, В.

 

I_Р.ГР=  А. 

 

14. Пиковый ток группы:

 

I_пик.гр =I_п.мах+ I_р.гр- I_н.мах·К_и;                                                                           (4.12)

 

где  I_п.мах - пусковой ток самого мощного электроприемника в группе, А;

  I_н.мах - номинальный ток самого мощного электроприемника в группе, А;

  К_И - коэффициент использования самого мощного электроприемника в группе.

 

I_пик.гр = 272+57,7-38,8·0,12 = 325А.

 

Аналогично рассчитываем нагрузки для второй, третьей и четвертой группы электроприемников и результаты расчетов сводим в таблицу 4.1.

 

Таблица 4.1 – Расчет нагрузок цеха

 

Номер станка	n	Рн, кВт	Ки	cosφ/	Рсм, кВт	Qсм, кВар	nэ	kр	k`р	Рр, кВт	Qр, кВар	Sр, кВА	Iр,	Iпик,
				tanφ									А	А
ШРА1
1	1	15	0,12	0,4/2,29	1,8	4,122
2	1	15	0,12	0,4/2,29	1,8	4,122
3	1	18,5	0,12	0,4/2,29	2,22	5,083
4	1	18,5	0,12	0,4/2,29	2,22	5,083
5	2	5,5	0,12	0,4/2,29	1,32	3,023
6	3	5,5	0,12	0,4/2,29	1,98	4,534
итого ШРА1	9	94,5	0,12	0,4/2,29	11,34	25,98	7	2,17	1,1	24,6	28,6	37,7	57,3	325
ШРА2
7	1	15	0,12	0,4/2,29	1,8	4,122
8	1	18,5	0,12	0,4/2,29	2,22	5,083
9	1	18,5	0,12	0,4/2,29	2,22	5,083
10	1	15	0,12	0,4/2,29	1,8	4,122
итого ШРА2	4	67	0,12	0,4/2,29	8,04	18,41	4	2,2	1,1	28,12	24,35	37,2	56,52	348,92
ШРА3
11	1	7,5	0,12	0,5/1,73	0,9	1,56
12	1	5,5	0,12	0,5/1,73	0,66	1,14
13	1	5,5	0,12	0,5/1,73	0,66	1,14
14	1	7,5	0,12	0,5/1,73	0,9	1,56
15	1	7,5	0,12	0,5/1,73	0,9	1,56
16	1	5,5	0,12	0,5/1,73	0,66	1,14
17	1	7,5	0,12	0,5/1,73	0,9	1,56
итого ШРА3	7	46,5	0,12	0,5/1,73	5,58	9,66	7	2,5	1,1	13,8	10,52	17,35	26,36	222,44

Продолжение таблицы 4.1 – Расчет нагрузок цеха

 

ШРА4
18	1	5,5	0,12	0,5/1,73	0,66	1,14
19	1	5,5	0,12	0,5/1,73	0,66	1,14
20	1	5,5	0,12	0,5/1,73	0,66	1,14
итого ШРА4	3	16,5	0,12	0,5/1,73	1,98	3,42	3	2,3	1,1	13,62	8,17	15,88	24,13	185,61
Пресс
22	1	200	0,17	0,65/1,17	18,7	21,88
Сварочный трансформатор
21	1	75	0,2	0,7/1,02	12,8	13,06
итого по цеху	23	424,5	0,14	0,57/1,44	60,48	86,87	5	2,2	1,1	133,06	95,56	163,82	248,9
Освещение				0,95						8,175	2,7	8,6
Итого с освещением										141,24	98,26	172,42
Дополнительная нагрузка				0,8						650	462,5	737,5	870,38
Итого с учетом дополнительной нагрузки										891,24	660,76	1111,92	1673,28

 

 

Выбор оборудования цеха

 

В качестве РУ в цеху принимаем распределительные шкафы типа ПР с вводными и линейными выключателями типа ВА.

1. Выбираем вводной автомат по следующим условиям на примере первой расчетной группы:

 

1) ;                                                                                         (5.1)

 

где I_Н.А– номинальный ток автомата, А;

 I_Р.ГР– расчётный ток группы, А.

 

2) ;                                                                                          (5.2)

 

где I_Н..Р– номинальный ток расцепителя, А;

 

I_н.а  58,83 А;                                                I_н.р  58,83 А;                   

100≥ 58,83 А;                                                63≥ 58,83 А;       

 

Из справочника [1,c.60]  принимаем автоматический выключатель     ВА51-31 с I_Н.А = 100 А и I_Н.Р = 63 А.

Производим проверку выбранного автомата:

 

                                                                                     (5.3)

 

 

 

 

 

Условие выполняется, значит автомат выбран верно. Принимаем кратность тока отсечки по отношению к номинальному току К_отс=10.

2. Сечение жил проводов и кабелей напряжением до 1 кВ выбираются

по следующим условиям:

 

1) ;                                                                                       (5.4)

где  I_ДОП – длительно допустимая токовая нагрузка провода или кабеля, А;

  I_Р – расчётный ток группы, А;

  Кп – поправочный коэффициент на условия прокладки (принимаем Кп=1).

 

2) ;                                                                                      (5.5)

 

где I_З – номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата;

  К_З – кратность длительно допустимого тока провода или кабеля по

отношению к номинальному току срабатывания защитного аппарата, принимаем К_З =1.

 

 1)                                                     2) ;

 

    75 > 58,83 А                                             75 > 63 А.

 

Таким образом выбираем кабель АВВГ 3(1×25)+(1×16) мм² с I_доп =75А [1,с.65]

Для первой группы принимаем шкаф распределительный серии ПР-85 [4,c. 432] в комплекте с вводным автоматическим выключателем ВА 51-35 с  I_Н.А = 100 А и I_Н.Р = 63 А и с четырьмя линейными автоматическими выключателями типа ВА.

Аналогично выбираем автоматические выключатели, питающие кабели и распределительные шкафы для остальных групп электроприемников и результаты расчетов сводим в таблицу 5.1

 

Таблица 5.1 – Выбор автоматов, питающих кабелей и распределительных шкафов для групп.

 

№ гр.	Вводной автомат			Тип кабеля		Тип шкафа	Число присоеди нений
	Тип	IН.А, А	IН.Р, А	Марка	Iдоп, А
1	ВА51-31	100	63	АВВГ3(1×25)+(1×16)мм2	75	ПР 85	4
2	ВА51-31	100	63	АВВГ3(1×25)+(1×16)мм2	75	ПР 85	6
3	ВА51-31	100	31,5	АВВГ3(1×6)+(1×4)мм2	32	ПР 85	6
4	ВА51-25	25	25	АВВГ3(1×4)+(1×2,5)мм2	27	ПР 85	4

Выбираем вводную панель типа ЩО70М, в зависимости от расчетного тока цеха:

 

I_н ≥ I_р.цеха,                                                                                                   (5.7)

 

400А ≥ 248,9А

 

Выбираем панель ЩО70М-19 с I_н = 400А [1, с. 61].

В зависимости от количества присоединений и токов автоматических выключателей отходящих линий выбираем линейные панели типа ЩО70М-05.

 

Размещение светильников

Произведем расчеты размещения светильников электроремонтного цеха.

Для первого и второго помещения используем люминисцентные лампы, тип светильников ЛСП. Размеры помещения А=42м, В=24м, высота помещения Н_цех=7м и Н_ТП=3,5м; кривая силы света – Г; нормируемая освещённость E_Н – 300лк для цеха, Е_Н=100лк для ТП. Расстояние от перекрытия до светильника  h_C =1 м, высота расчётной поверхности над полом  h_Р =1м.

Производим расчёт для цеха:

Высота подвеса светильника:

 

,                                                                                     (6.1)

 

где H - высота помещения, (м);

–высота расчётной поверхности над полом, м;                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

 – расстояние от перекрытия до светильника, м.

 

 

 

В зависимости от принятого светильника и от его кривой силы света по специальным кривым находим отношение  [1, с.20],

 

.

 

Расстояние между рядами светильников:

 

.

 

Расстояние l от крайних рядов светильников до стен принимают в пределах  в зависимости от наличия вблизи стен рабочих мест

 

 

Число рядов светильников:

 

,                                                                                      (6.2)

 

где В – ширина помещения, (м);

  l – расстояние от крайних светильников до стен, (м).

 

, принимаем R≈4.

 

Число светильников в одном ряду:

 

,                                                                                       (6.3)

 

где А – длина помещения, (м).

 

, принимаем N_R ≈9.

 

Действительное расстояние между рядами светильников:

 

;                                                                                            (6.4)

 

 

 

Расстояние между светильниками в ряду

 

;                                                                                            (6.5)

 

 

Расчет аварийного освещения

Для расчета освещенности, создаваемой сетью аварийного освещения, используем точечный метод.

Точечный метод позволяет определить освещенность в контрольной точке при заданном расположении светильников. В основу данного метода положены пространственные кривые условной горизонтальной освещенности, определяемой в зависимости от расчетной высоты и от расстояния проекции светильника на горизонтальную поверхность до контрольной точки [1,с.22].

Условная освещенность в контрольной точке находят как сумм условных освещенностей от ближайших светильников:

 

,                                                                               (6.24)

 

где e₁, e₂,e_n – условная освещенность в контрольной точке от отдельных источников света.

Действительные расстояния от контрольной точки до светильника:

 

d₁=19,6м    d₃=9,4м                                                                         (6.25)  

       

d₂=13м    d₄=13,4м     d₅ =13,2м                              

 

В зависимости от действительного расстояния от контрольной точки до светильника и от расчетной высоты по пространственным изолюксам определяем условную освещенность

 

е₁=0,2 лк          е₂=0,8 лк          е₃=0,4 лк е₄=0,4 лк е₅ =0,4 

 

.

 

Световой поток одной лампы:

 

,                                                                                    (6.7)

 

где - коэффициент добавочной освещенности за счет отражения от потолка и удаленных светильников =1,1÷1,2, принимаем =1,2;

=15 Лк – что составляет 5% установленной нормы общего освещения ( =300 Лк) и является достаточной для продолжения технологического процесса;

 - коэффициент запаса, = 1,4.

 

.

Из справочника [1, с.79] для аварийного освещения выбираем лампу накаливания Г - 225 – 230 – 300 с P_Н=300 Вт, Ф=4850 лм и цоколем Е 27/45, тип светильника НСП – 11-500.

Проверяем мощность лампы по проверочному условию (6.9).

 

;

 

.

 

Условие выполняется, значение светового потока лампы выбрано верно.

Суммарная мощность аварийного освещения:

 

.                                                                           (6.16)

 

Рисунок 6.2 - Схема сети аварийного освещения

 

Находим приведенный момент для питающей линии. Для этого необходимо рассчитать моменты отдельных групп светильников. Предварительно определяем расчетную мощность для групп 1…3 по формуле 6.15:

 

 

 

Для питающей линии по формуле (6.16):

 

.

 

Определяем расстояние до центра приложения нагрузок для групп 1…3

по формуле (6.16):

 

;

 

;

 

В общем случае момент нагрузки вычисляется по формуле (6.17):

 

;

 

;

.

 

Момент нагрузки питающей линии:

 

.

 

Приведенный момент для питающей линии по формуле (6.18):

 

 

Сечение питающей линии определяется по формуле по формуле (6.20):

 

.

 

Принимаем кабель АВВГ (5х2,5) мм² с =19А.

Расчетный ток питающей линии:

 

;                                                                                     (6.21)

 

.

 

Так как > , 19 А > 2,22А, то сечение провода, выбранного         по потере напряжения, удовлетворяет условию нагрева.

Находим фактическую потерю напряжения в питающей линии (6.22):   

                                 

.

 

Рассчитываем допустимую потерю напряжения в групповых линиях (6.23):

 

.

Находим сечение проводов для первой группы (6.20):

 

.

 

Принимаем кабель АВВГ (3х2,5) мм² с =19А.

Расчётный ток однофазной линии:

 

;

 

.

 

19А>1,43А(проходит по условию)

Находим действительную потерю напряжения в линии:

 

.

 

Находим сечение проводов для второй группы (6.20):

 

.

 

Принимаем кабель АВВГ (3х2,5) мм² с =19А.

Расчётный ток однофазной линии:

 

;

 

.

 

19А>1,43А(проходит по условию)

Находим действительную потерю напряжения в линии:

 

.

Находим сечение проводов для третей группы (6.20):

 

.

 

Принимаем кабель АВВГ (3х2,5) мм² с =19А.

Расчётный ток однофазной линии:

 

;

 

.

 

19А>2,87А(проходит по условию)

Находим действительную потерю напряжения в линии:

 

.

 

Определение мощности НБК

 

Так как правила рекомендуют полную компенсацию до 1 кВ, то выбор мощности НБК будет производить по расчетной реактивной нагрузке предприятия.

По найденному количеству трансформаторов и их мощности рассчитываем наибольшую мощность, которую можно передать через трансформаторы в сеть до 1 кВ.

Суммарная мощность НБК для данной ТП:

 

 кВар,

 

где  – расчётная реактивная нагрузка цеха;

Найденную мощность разделим поровну между двумя трансформаторами:

,