Расчет электрических параметров цеха

 

1.Технический раздел

1.1 Краткая характеристика цеха

№ эл. пр.Наименование электроприёмникаколичествоНоминальная мощность Pn, кВтМощность эл. пр. преобразованая в активную и приведенная ПВ=100%КиcosUн, кВПримечаниеШУ-3 - Шлифовальный участок1Заточный станок11,80,12 -0,140, 50,382Шлифовальный станок2100,12 -0,140, 50,383Расточный станок42,40,12 -0,140, 50,384Расточный станок110,12 -0,140, 50,385Шлифовальный станок14,50,12 -0,140,50,386Шлифовальный станок17,50,12 -0,140, 50,387Шлифовальный станок112,80,12 -0,140, 50,388Шлифовальный станок218,80,12 -0,140, 50,389Шлифовальный станок113,60,12 -0,140,50,3810Вентилятор25,90,6 - 0,80,8 -0,850,3811Шлифовальный станок114,40,12 -0,140,50,38ТУ-3 - Участок термической обработки1Муфельная печь однофазная113,50,710,222Соляная печь1250,70,80,383Соляная печь1400,70,80,384Электрическая печь2400,70,80,385Вентилятор13,60,60,80,386Ванна140,50,60,387Электрическая печь2550,70,80,388Термобарокамера180,530,60,389Компрессор190,70,80,3810Насос1400,70,80,38УП-2 - Участок пластмасс1Вентилятор5130,60,80,382Установки ВЧ нагрева6100,20,650,383Пресс с электрообогревом6380,170,650,384Пресс с электрообогревом4190,170,650,385Станки для обработки пластмасс67,50,120,50,386Термопластавтомат650,120, 50,38МДУ-3 - Модельный участок1Вертикально - сверлильный станок25,50,12 - 0,140,50,382Точильный станок340,12 - 0,140,50,383Фуговальный станок22,20,12 - 0,140,50,384Ленточнопильный станок37,50,12 - 0,140,50,385Строгальный станок1300,12 - 0,140,50,386Вентиляционная установка1220,750,850,387Модельный фрезерный станок140,12 - 0,140,50,388Отрезной станок2100,12 - 0,140,50,389Одностоечный карусельный станок227,50,17 - 0,250,650,3810Консольно - фрезерный станок2100,12 - 0,140,50,3811Рейсмусовый станок130,17 - 0,250,650,3812Вентилятор2130,6 - 0,80,8 - 0,850,3814Продольно - строгальный станок2400,12 - 0,140,50,3815Кран балка 2 т, 3 двигателя13; 1,5; 0,82,650,6 -0,80,50,38ПВ -25%

·Среда цеха нормальная; = 4250; работа двухсменная; категория электроснабжения: 2 категория - 35% и 3 категория - 65%;

·Установленная мощность освещения 52 кВт;

·Питание цеховой подстанции принять с РП-10кВ кабелем; расстояние 0,7 км;

·Напряжение сети цеха 380/220В; =0,39; стоимость электроэнергии равна 1,5 руб./кВт*ч;

·Для расчета токов короткого замыкания мощность системы принять неограниченно большой;

·Высота цеха до нижнего пояса ферм 8 м; полы бетонные.

2. Расчетный раздел

2.1 Расчет электрических нагрузок цеха

Электрические нагрузки определяют для выбора токоведущих элементов (шин, кабелей, проводов), силовых трансформаторов, а также для расчета потерь, отклонений и колебаний напряжения, выбора защиты и компенсирующих устройств.

Определим суммарную мощность за наиболее загруженные смены:

Рсм = Ки * Рном; (2.2)

где Ки - коэффициент использования активной мощности;

Рном - активная суммарная номинальная мощность, кВт.

Определим суммарную реактивную мощность за наиболее загруженные смены:

Qсм =tg?*Pсм; (2.3)

Эффективное число электроприемников определяем из условия:

n?5; Ки?0,2; m?3; Pном = const; следовательно nэ = n; (2.4)

Средневзвешенное значение коэффициента использования распределительного шинопровода:

Ки =; (2.5)

где ?Рсм - сумма всех активных среднесменных мощностей электроприёмников ШРА;

?Рном - сумма всех активных номинальных мощностей электроприёмников ШРА.

Исходя из средневзвешенного значения коэффициента использования и эффективного числа электроприёмников распределительного пункта, определяем значение коэффициента максимума для каждого распределительного пункта.

Активная расчетная мощность:

Рр = Км ·?Рсм; (2.6)

где Км - коэффициент максимума;

Рсм - мощность за наиболее загруженную смену.

Реактивная расчётная мощность:

Qр = ?Qсм *1,1 (если n<10) или Qр = Qсм (если n>10); (2.7)

где Qсм - реактивная мощность за наиболее загруженную смену;

n - эффективное число электроприемников.

Полная расчётная мощность:

Sр =; (2.8)

где Рр - активная расчётная мощность, Вт;

Qр - реактивная расчётная мощность, кВАр.

Расчётный ток одного распределительного пункта:

Iр =; (2.9)

где Sр - полная расчётная мощность, кВА;

Uном - номинальное напряжение, В.

Произведем расчеты для ШРА-1:

Определяем эффективное число электроприемников (по условию 2.4):

n?5; Ки?0,2; m?3; Pном = const; следовательно nэ = n

Определим мощность за наиболее загруженную смену на примере привода компрессора (по формуле 2.2):

Рсм = 0,7*9 = 6,3 кВт;

Определим реактивную мощность за наиболее загруженную смену на примере привода компрессора (по формуле 2.3):

Qсм = 0,75*6,3 = 4,7 кВАр;

Определяем коэффициент использования для ШРА-1:

КиШРА-1 =;

Коэффициент максимума для ШРА-1 равен Км = 1,5 (по таблице 2.3)

С учетом коэффициента максимума определяем расчетные максимальные активные нагрузки (по формуле 2.6):

Рр = 1,5 * 63,9 = 95,8 кВт;

Определяем расчетные максимальные реактивные нагрузки (по формуле 2.7):

Qр = 1* 67,9 = 67,9 кВАр;

Определяем полную расчетную мощность электрической нагрузки (по формуле 2.8):

Sр = = 117 кВА;

Определяем расчетный ток (по формуле 2.9):

Iр =117 /* 0,38 = 177,9 А.

Рассчитаем потери в трансформаторе мощностью 693кВА:

Активные потери:

?Рт = 0,02Sр (2.10)

?Рт = 0,02 * 693= 13,9 кВт;

Реактивные потери:

?Qт = 0,1Sр (2.11)

?Qт = 0,1 * 693= 69,1 кВт;

2.2 Компенсация реактивной мощности

Расчет и выбор КУ производится на основания задания энергосистемы и в соответствии с «Руководящими указаниями по компенсации». Задачи по расчету и выбору КУ решаются совместно с вопросами с вопросами проектирования всех элементов СЭС промышленного предприятия.

Расчет тангенс угла для н/н нагрузки для механического цеха:

tg?м. ==0,92

Потребная мощность КУ выбирается с учетом той мощности, которую необходимо компенсировать Qк, кВАр.

Рассчитаем Qк по формуле:

Qк = Рр(tg?м - tg?э); (2.13)

Qк =580 (0,92 - 0,39) = 307,4 кВАр;

где Рр - активная расчётная мощность, Вт;

tg?э = 0,39 - эффективный тангенс угла;

tg?м - расчетный тангенс угла;

Выбираем компенсирующее устройство типа:

УКБТ - 0,38 - 150УЗ в количестве 2 штук.

Количество ступеней - 1;

Удельные потери (кВт/кВАр) - 0,0045;

Номинальная мощность установки, кВАр - 150

Удельная стоимость (руб./кВАр) - 8;

Определим полную мощность с учетом компенсации реактивной мощности:

Sр =; (2.14)

Sр = кВАр.

Определим cos? с учетом компенсации по формуле:

Cos? =; (2.15)

Из полученного Cos? = 0,9 получаем tg? = 0,4;

Определим расчетный ток с учетом компенсации реактивной мощности (по формуле 2.9):

Iр = 625 /* 0,38 = 950 А;

2.3 Выбор числа и мощности трансформаторов

Трансформаторы масляные серий ТМ - 1000 а также трансформаторы предназначены для работы в электросетях напряжением 6 или 10кВ в открытых электроустановках в условиях умеренного климата и служат для понижения высокого напряжения питающей электросети до установленного уровня потребления. Трансформатор помещен в бак с маслом для охлаждения и предотвращения разрушение обмоток трансформатора от внешней среды.

В цеху присутствуют потребители III категорий, исходя, из этого выбираем Кз. г = 0,9, где Кз. г - коэффициент загрузки.

Определим номинальную мощность трансформатора:

Sном = Sр / Кз.г; (2.16)

где Sр - полная расчётная мощность цеха, кВА;

Sном = 625 / 0,9 = 694 кВА;

Выбираем трансформатор ТМ-1000/10 кВА, номинальное напряжение ВН-10 кВ, НН - 0,4 кВ. Так как был выбран один трансформатор, следовательно, Кз. г в аварийном режиме будет равен Кз. г в нормальном режиме.

ТипВерхний предел номинального напряжения обмоток, кВПотери, кВтНапряжение КЗ uk, % номанальногоТок холостого хода Io, %ВНННХолостого хода ?РОКороткого замыкания ?Рк, номТМ - 1000/10100,692,4512,25,51,4

2.4 Расчет и выбор питающего кабеля

Произведем выбор питающего кабеля подводящего напряжение к трансформатору со стороны высокого напряжения по формулам.

Найдем расчетный ток для того чтобы рассчитать экономическое сечение кабеля по формуле:

Iр = Sр/Uном; (2.17)

Iр = 1000/1,73*10 = 58 А;

где Sр - полная расчётная мощность цеха с учетом компенсации, кВА;

Uном - номинальное напряжение на высокой стороне трансформатора, В.

Определим максимальную плотность тока jэк = 1,7 исходя из использования максимума нагрузки за год равной 4250 часов.

Используя максимальную плотность тока jэк = 1,7 и расчетный ток Iр = 58 А вычислим экономическое сечение кабеля по формуле:

Sэк = Iр/jэк; (2.18)

Sэк = 58/1,7 = 34 мм2;

Принимаем к установке провод АБ 2х50 (сечение равно 50 мм, количество жил равно 2, длительно допустимый ток Iдоп = 210 А).

2.5 Конструктивное выполнение цеховой сети и трансформаторной подстанции

Применение комплектной трансформаторной подстанция позволяет расположить ее внутри цеха на свободной территории с максимальным приближением к потребителям. Комплектная внутрицеховая подстанция ограждается металлической сеткой, и не требует специального помещения. Это позволяет снизить затраты на ее монтаж.

Выбор магистральной и распределительной сети зависит от среды помещения, расположения и мощности потребителей, категории электроснабжения и др.

Для цехов механического профиля с расположением оборудования рядами в настоящее время применяются магистральные схема с использованием комплектных шинопроводов ШМА - магистральных и ШРА - распределительных. В таком случае наиболее распространенной схемой является «блок-трансформатор-магистраль».

Радиальные схемы выполняются в цехах, а на участках, где необходима высокая надежность питания, где электрооборудование большой мощности устанавливается стационарно (например, термические отделения, компрессорные и насосные и т.п.).

Конфигурация сети выбрана из удобства в эксплуатации, наименьших потерь электроэнергии.

Крепление магистрального шинопровода осуществляется на подвесах. Ответвления к токоприемникам выполнено трехжильным проводом с алюминиевыми жилами или кабелем АПВ.

В помещениях с радиальной сетью для питания используются силовые шкафы серии ШРС-1-50УЗ (8х60) с предохранителями. Количество шкафов и тип определяется мощностью потребителей и принятой схемой.

План цеха с магистральными и распределительными сетями, подстанцией, комплектными конденсаторными установками и силовыми шкафами показан на листе I графической части.

.6 Расчет магистральной и распределительной сети цеха

а) Расчет и выбор магистральных сетей произведем по полной нагрузке цеха.

Согласно Ip выбираем ШМА (Iн ?Ip) и данные заносим в таблицу.

б) Распределительные Ш/П выбираем по расчетным нагрузкам на каждый Ш/П.

Произведем расчет потерь напряжения ?U на магистральном шинопроводе (ШМА) по формуле:

?U% =Iр*L*(R0*cos?+X0*tg?) 100/Uном; (2.19)

?U% = 950*0,027*1,73 (0,27*0,9+0,08*0,39) 100/380 = 3,2;

Расчет остальных потерь напряжения на ШРА и РШ был произведен аналогично расчету ШМА.

Необходимо рассчитать расчетный ток токоприемника, чтобы определить марку провода и его сечение по таблице

Произведем расчеты на примере заточного станка, которая на плане обозначена под номером 1. Остальные расчеты токоприемников ШРА, РШ производятся аналогично.

Расчетный ток токоприемника:

Iр = Iн = Рн/Uном*cos?*?* А; (2.16)

Iр = Iном = 1,8/0,38*0,5*0,85*1,73 = 6,4 А;

где ? - коэффициент полезного действия равный 0,85.

Выбор провода производится исходя из условия:

Iр ? Iдоп;

Принимаем к установке провод марки АПВ 4 (1x2,5) мм2, с длительно допустимым током в 19 А.

Потери напряжения получаем из формулы (2.17):

?U = ?М/С*F = 0,01008/46*4 = 0,05%; (2.17)

где ?М - суммарный момент;

С - коэффициент равный 46 для алюминиевых проводов;

F - сечение провода.

Цеховые проводки ?Uдоп ? ?U

?Uдоп = 5% > ?U = 0,05%

Суммарный момент ?М рассчитывается по формуле:

?М = P*L = 1,8*0,0056= 0,01008; (2.18)

где L - длина провода от ШРА(РШ) до токоприемника;

Выбор типа защитного аппарата не должен нарушать условия:

Iвст ? Iр;

Iвст ? Iпуск / ?;

где ? = 2,5 - коэффициент снижения пускового тока;

Iпуск - пиковый ток вставки;

Пиковый ток вставки вычисляем по формуле (2.19):

Iпуск = Kпуск*Iр = 6*6 = 36 А; (2.19)

где Kпуск - коэффициент пуска;

Произведем выбор защитного аппарата в рамках условия:

Iвст ? 36/2,5 = 14,4 А;

Исходя, из этого условия номинальный ток вставки защитного аппарата не должен быть меньше 14,4 А. Принимаем к установке предохранитель типа ПН2 с номинальным током плавкой вставки равным 20, А.

Выбор автоматических выключателей для ШРА и РШ осуществляется следующим образом.

Условие выбора автоматического выключателя:

U ном.авт. ? Uсети;

где U ном.авт -номинальное напряжение автомата;

Uсети - напряжение сети;

Iном.авт. ? Iр;

где Iном.авт - номинальный ток автомата;

Iтепл ? 1,1*Iр;

где Iтепл.расцепит. - ток теплового расцепителя;

Iэл.магн.расцепителя ?12 Iпик;

Произведем расчет для ШМА, остальные делаем аналогично.

Iпик = Iпуск + (Iр - Ки*Iном.макс.)

Iпик = 6*950+ (950 - 0,93*950) = 5766,5 А

Таблица 2.7

НаименованиеUном.сети, ВIпик, АIном.авт., АIтепл.расцепит., АIэл.магнитн., АТип автоматаШМА3809509001,1*Iр12*1531ВА 55-40ШРА-138011301251,1*Iр12*269ВА 88ШРА-23809591251,25*Iр12*176ВА 88ШРА-33808831251,3*Iр12*398ВА 88ШРА-43809961601,1*Iр12*643ВА 21-29РШ-1380267631,3*Iр12*82ВА 21-29РШ-2380400631,4*Iр12*164ВА 21-29РШ-338013832001,25*Iр12*41ВА57-39РШ-438019032501,25*Iр12*56ВА 55-43

Выбираем автомат типа ВА 55-40, Iном.авт = 900 А, U = 380/660 В, Iэл.магн. - допускает 7 кратное превышение Iр, следовательно Iэл.магн. = 1,25*Iпик.

2.7 Расчёт токов короткого замыкания

Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки, при которых токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

В системе трехфазного переменного тока могут быть замыкания между тремя фазами, между двумя фазами и однофазные КЗ.

Последствия коротких замыканий является резкое увеличение тока в короткозамкнутой цепи и снижение напряжения в отдельных точках системы. Дуга, возникшая в месте КЗ, приводит к частичному или полному разрушению аппаратов, машин и других устройств. Увеличение тока в ветвях электроустановки, примыкающего к месту КЗ, приводит к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы.

Для уменьшения последствия тока КЗ необходимо как можно быстрее отключить поврежденный участок, что достигается применением быстродействующих выключателей и релейной защиты с минимальной выдержкой времени. Все электрические аппараты и токоведущие части должны быть выбраны таким образом, чтобы исключалось их разрушение при прохождении токов КЗ.

Для расчетов токов КЗ составляется расчетная схема - упрощенная однолинейная схема электроустановки, в которой учитываются все источники питания, трансформаторы, воздушные и кабельные линии, реактор.

Определим сопротивления кабельной линии на стороне 10кВ по формуле:

Х1 = (XoL Sб / Uном 2); (2.34)

R1 = (RoL Sб / Uном 2); (2.35)

где Хо, Rо - сопротивление кабеля, Ом; L - длина, км.

U2ном - номинальное напряжение системы, кВ;

Sб - базовая мощность, мВА;

Х1 = (0,090,6 100 / 102) = 0,063;

R1 = (0,720,6100 / 102) = 0,5;

Z?==0,5

Определим сопротивления трансформатора по формуле:

Хт = Uк% Sб / Sт100; (2.36)

где Uк% - напряжение короткого напряжения;

Хт = (5,5 100 / 1100) = 5,5

Расчет базисного тока по формуле:

Iб = Sб / (?3 Uном); (2.37)

Iб = 100 / (?3 10,6) = 5,4 кА;

Расчет тока КЗ в точке К1 по формуле:

IК1 = Iб / Хл (2.38)

Расчет мощности КЗ в точке К1 по формуле:

SК1 = Sб / Xл (2.39)

SК1 = 100 / 0,5 = 200 мВА;

Расчет базисного тока в точке К2.

Iб = 100 / (?3 0,4) = 144 кА;

Расчет тока КЗ в точке К2 по формуле:

IК2 = 144 / (5,5 + 0,5) = 24 кА;

Расчет ударного тока КЗ в точке К2 по формуле

iу К2 = 1.41,824 = 60 кА;

Расчет мощности КЗ в точке К2 по формуле:

SК2 = 100 / 6 = 16 мВА;

Произведем проверку кабеля на термическую целостность:

Smin = = = 29 мм2

.8 Выбор электрооборудования цеховой подстанции.

Оборудование КТП поставляется комплектно. По справочникам необходимо выбрать не только тип КТП, но и по токам короткого замыкания проверить:

·выключатель масляный;

·разъединитель;

·трансформатор тока.

2.9 Расчет заземляющего устройства цеховой подстанции

Рассчитаем заземляющее устройство цеховой подстанции 10/0,4 кВ, находящейся в нормальной климатической зоне, с заземленной нейтралью на стороне 0,4 кВ. Естественных заземлителей нет. Удельное сопротивление грунта при нормальной влажности р = 80 Ом-м. Электрооборудование подстанции занимает площадь 18x8 м2.

Определяем ток замыкания на землю на стороне 10 кВ по формуле:

Iз = ; (2.40)

где lк - длина кабельной линии, км.

Iз = = 0,7 А:

Определим сопротивление заземляющего устройства по формуле:

Rз ? ; (2.41)

Rз10 ? = 375 Ом

Rз0,4 ? = 170 Ом

Заземляющее устройство выполняется общим, поэтому определяющим для расчета Rз ? 4 Ом.

Заземляющее устройство выполняем в виде контура из полосы 40x4 мм, проложенной на глубине 0,7 м вокруг оборудования подстанции, и стержней длиной 5 м и диаметром 12 мм на расстоянии 5 м друг от друга.

Определим сопротивления одного стержня по формуле:

rв = 0,27?расч; (2.42)

где ?расч - расчетное удельное сопротивление грунта:

?расч = kсез?; (2.43)

где kсез - коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта, для вертикальных электродов 3-5 метров kсез = 1,45 ÷ 1,3;

? - удельное сопротивление грунта;

rв = 0,271,380 = 28,8 Ом;

Расчет необходимого количества вертикальных заземлителей определяется по формуле:

nв = rв / Rз?в; (2.44)

цех электрический трансформатор сеть

где ?в - коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от их длины и расстояния между ними:

nв = 28,8 / 40,52 = 14;

Расчет сопротивления заземляющей полосы по формуле:

rг = lg (2l2 / bt); (2.45)

rг = lg (2602 / 4010-30,7) = 8,3 Ом;

Определим сопротивления полосы в контуре по формуле:

Rг =; (2.46)

Rг ==24 Ом;

Определим необходимое сопротивление вертикальных заземлителей по формуле:

Rв = ; (2.47)

Rв = = 4,8 Ом;

Рассчитаем уточненное число вертикальных заземлителей по формуле:

?в = rв / Rв ?в; (2.48)

?в = 28,8/ 4,8 0,52 = 11,8;

Таким образом, окончательно принимаем n = 12 заземляющих стержней.

От цеховой подстанции до заземляющих стержней расстояние 1 м.

1.Технический раздел 1.1 Краткая характеристика цеха № эл. пр.Наименование электроприёмникаколичествоНоминальная мощность Pn, кВтМощность эл. пр.

Больше работ по теме: