Электрооборудование автоматических поточных линий

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Описательная часть

1.1 Основные типы автоматических станочных линий

При обработке сложных деталей на универсальных и специальных станках затрачивается много вспомогательного времени на установку и закрепления заготовки, на измерения в процессе обработки, на снятие обработанной детали и транспортировку её на другой станок. Стремление повысить производительность труда путем сокращения вспомогательного времени, а также применения обработки деталей одновременно с разных сторон и внедрения средств активного контроля за ходом обработки, привело к созданию автоматических станочных линий.

Автоматические линии в основном комплектуются из агрегатных станков, имеющих силовые головки с набором различных режущих инструментов для выполнения сверлильных, расточных, фрезерных и резьбонарезных работ. Наряду с агрегатными станками в автоматических линиях используется универсальные и специальные станки, например токарные, фрезерные, шлифовальные и другие быстро переналаживаемые станки, которые встраиваются в линии в порядке операций технологического процесса обработки деталей. На этих станках производятся операции отрезки, прорезки канавок, снятие фасок и др.

Станки автоматических линий снабжаются загрузочными приспособлениями, а также транспортирующими и зажимными устройствами, с помощью которых обрабатываемые детали перемещаются с одной позиции на другую и закрепляются. Отдельные станки механические узлы, составляющие автоматическую линию, объединяются в единую систему с помощью электроавтоматики. Таким образом, обрабатываемые детали автоматически транспортируются вдоль линии станков и постепенно проходят все операции механической обработки.

Для передачи заготовок от станка к станку на автоматических линиях применяют разного рода транспортирующие средства. Простейшими транспортными устройствами являются лотки склизы, трубки, по которым заготовки передвигаются под действием силы тяжести или инерции, как, например, в линиях для обработки шарикоподшипников. Более крупные заготовки передвигаются принудительно, посредством различных транспортеров: шаговых с собачками, цепных барабанных и др.

По способу осуществления транспортных устройств различают автоматические линии с жесткими и гибкими межагрегатными (транспортными) связями. При жесткой связи автоматическое перемещение обрабатываемых изделии от одной позиции к другой производится общим транспортным устройством с точно установленным шагом и паузой, которая зависит от наиболее длительного времени цикла обработки изделия на одной из рабочих позиции линии, а шаг определяется расстоянием между позициями. Достоинством линий с жесткой транспортной связью является сравнительно короткое время прохождения обрабатываемою изделия с позиции на позицию, а недостатком -- прекращение работы всей линии при неисправности какого-либо устройства.

На рис. 1 показана схема механизмов небольшой автоматической линии с жесткой межагрегатной связью между станками. С загрузочной позиции 1 шагающим транспортером 2 изделия перемещаются к станкам 4, которые производят обработку. Заканчивается линия разгрузочной позицией 5. Имеется на линии еще поворотное устройство 3 (поворотный стол, кантователь), которым осуществляется поворот детали на 90 и 180° во время обработки остальных деталей на позициях.

Рисунок 1 Автоматическая линия с жесткой транспортной связью

При гибкой транспортной связи каждый станок работает в собственном ритме, а транспортные устройства между станками выполняются в виде лотков, непрерывно движущихся транспортеров и т. п. На рис. 2 показана схема автоматической линии, состоящей из трех станков, соединенных транспортирующими устройствами, и двух межоперационных бункеров-накопителей. Из элеватора 1 через лоток обрабатываемые изделия подаются к станку 3, далее транспортером перемещаются в бункер-накопитель 2, от куда поступают на станок 4. Затем транспортер 7 направляет их в бункер 8, из которого изделия попадают на станок 5, Наличие бункеров-накопителей позволяет продолжать работать станками, расположенным после них, при остановке станков перед ними.

Рисунок 2 Автоматическая линия с гибкой транспортной связью

Кроме металлорежущих станков и транспортных устройств в состав автоматических линий в зависимости от их назначения могут входить следующие агрегаты: фиксирующие и зажимные устройства, контрольные и сортировочные автоматы, агрегаты для сварки, упаковочные агрегаты и т. д.

В электромашиностроении автоматические линии применяются для обработки валов, станин, подшипниковых щитов, для пропитки статоров и роторов, для сборки и испытания электрических машин. В данной отрасли автоматические линии были впервые применены для обработки двигателей единой серии А и АО 6 и 7-го габаритов. На рис. 3 показана автоматическая линия для изготовления коллекторных пластин.

Рисунок 3 Автоматическая линия изготовления коллекторных пластин

Медные полосы укладываются в загрузочное устройств из которого механизм подачи 7 толкает полосу пресс на шаг, равный длине коллекторной пласт 1.

На чеканочном прессе 5 производится правка полосы вырубка контура пластины и отрубка ее от полосы. Отрубленная пластина при помощи передающею механизма 4 подается на транспортер 1, который перемещает ее к горизонтально-фрезерному станку 2. На станке производится фрезерование шлица в петушке коллекторной пластины. При этом установка пластины в тиски станка, выем обработанной детали с последующей установкой в зажим транспортера производится при помощи робота-манипулятора. Далее в ванне 12 пластина покрывается флюсом, а в ванне 11 производится лужение шлица. Готовые пластины освобождаются толкателем 9 из зажимов 3 и падают в бункер. Электроимпульсный счетчик 10 показывает количество обработанных пластин. Продолжительность цикла линии 7 с.

1.2 Характеристика электрооборудования автоматических поточных линий

Электрооборудование автоматических линий состоит из большого количества двигателей, электромагнитов, контакторов и магнитных пускателе, кнопок и переключателей, различных реле: времени, контроля давления и скорости, блокировочных промежуточных и др. Перечисленные элементы электрооборудования устанавливаются на станках для их привода и обеспечения различных технологических операций и вне станков для приведения в действие транспортных устройств, для переключения станков с одного режима на другой и т.п. Для четкой и бесперебойной работы всех механизмов автоматической линии необходимо, чтобы электрические двигатели и аппараты были надежны и имели большой срок службы. Рассмотрим технические особенности современного электрооборудования, специально спроектированного применительно к условиям монтажа и эксплуатации автоматических станичных линий.

Электродвигатели. В автоматических линиях главным образом применяются асинхронные короткозамкнутые двигатели защищенного и закрытого обдуваемой исполнения мощностью от 0,6 до 40 кВт, которые непосредственно включаются в силовую сеть с помощью контакторов. В некоторых случаях используются многоскоростные асинхронные двигатели. Двигатели постоянного тока применяются редко, так как обычно приводы станков линий не требуют плавного регулирования скорости. С освоением выпуска асинхронных двигателей новой серии 4А появиласьвозможность применять в станках автоматических линий встраиваемые двигатели типа 4АВ и двигатели типа 4ЛЕ со встроенным электромагнитным тормозом.

Кнопки управления. В автоматических линиях они служат для выдачи команд на включение или отключение различных электрических аппаратов, получения кратковременных команд при работе станков в наладочном режиме. Для легкого доступа к аварийным кнопкам они выполняются с нажимными штифтами в виде «грибка». Все кнопки управления, используемые в автоматической линии, должны иметь поясняющие надписи над нажимным штифтами, например: ПУСК, СТОП, ЗАЖИМ, ОТЖПА1, ВПЕРЕД, НАЗАД и т. д. Промышленность выпускает кнопки серии КЕ и кнопочные посты управления серии ПКЕ. Указанные аппараты допускают коммутацию в электрических цепях управления напряжением до 500 В переменного тока и до 220 В постоянного тока при номинальном токе 6 А.

Путевые и конечные выключатели широко применяются в линиях для контроля различных перемещений в станках и транспортных устройствах, для подачи команд на загрузку и разгрузку станков и выдачи команд управления с перемещающихся механизмов. Путевые выключатели обычно устанавливают на неподвижных узлах станков или механизмов, а воздействие на их штифт или рычаг осуществляется движущимся упором механизма, когда он достигает определенной точки пути. При перемещении штока (рычага) происходит переключение контактов, а после отхода упора пружина возвращает контактную систему в исходное положение.

Командоаппараты (переключатели управления) в автоматических линиях предназначаются для переключений в цепях управления при выборе режимов работы и для непосредственного включения различных маломощных токоприемников (приводных механизмов, электромагнитных муфт и др.) в наладочных режимах. Различают переключатели управления с перекидными ручками тумблеры и крестовые переключатели и с вращающимися рукоятками типа УП-5100. Последние позволяют коммутировать большое количество электрических цепей, одновременно заменяя воздействие на несколько кнопок, в различных комбинациях. В настоящее время выпускаются пакетно-кулачковые переключатели серии ПКУ2, представляющие собой пакет однотипных пластмассовых секций с контактной системой каждая. Подвижные контакты секции приводятся в действие кулачками, насаженными на общий вал. Число коммутируемых цепей 12, число коммутационных положении рукоятки 4. Номинальный и ток переключателя 6 А при напряжении 500 В переменного тока и до 220 В постоянного тока.

Бесконтактные путевые переключатели. Наряду с ЛЭ в схемах управления станками применяются преобразователи пути, работающие без механического воздействия со стороны движущегося упора. Широкое распространение получили бесконтактные переключатели щелевого типа с транзисторными усилителями, работающими в генераторном режиме. На рис. 4, а показан общий вид такого переключателя типа БВК-24. Его магнитопровод, размещенный в корпусе 4, состоит из двух ферритовых сердечников 1 и 2 с воздушным зазором шириной 5-6 мм между ними. В сердечнике 1 размещается первичная обмотка wк и обмотка положительной обратной связи wп,c, в сердечнике 2- обмотка отрицательной обратной связи Wо,с. Такой магнитопровод исключает влияние внешних магнитных полей. Катушки обратной связи включены последовательно-встречно. В качестве переключающего элемента используется алюминиевый лепесток (пластинка) 5 толщиной до 3 мм, который может перемещаться в щели (в воздушном зазоре) магнитной системы датчика.

Если лепесток находится вне сердечника, то разность напряжений, индуктируемых в обмотках Wп,с и Wо.с, будет положительной, транзистор ПТ1 закрыт и генерация незатухающих колебаний в контуре wK--СЗ (схема на рис. 4, б) не возникает. При введении лепестка в щель датчика связь между катушкам!! wK и шо,с ослабевает (поэтому лепесток еще называют экраном), на базу транзистора ПТ1 подается отрицательное напряжение и он открывается. В контуре Wк--СЗ возникает генерация и появляется переменный ток, который индуктирует ЭДС в катушке wп,с в цепи базы транзистора. На переходе эмиттер - база происходит детектирование переменной составляющей коллекторного тока и реле РП срабатывает.

Рисунок 4 Бесконтактный путевой выключатель типа БВК-24

Возникновение и срыв генерации происходят за 3-4 периода несущей частоты 2,5-3 кГц, т.е. время срабатывания датчика составляет (1-2)*10-3 с, погрешность срабатывания равна 1-1,3 мм при колебаниях напряжения питания от 22 да 26 В. Переключатель БВК-24 отличается высокой надежностью, большой допустимой частотой срабатывания и быстродействием.

В станкостроении применяют также бесконтактные путевые переключатели БСП и БРП с датчиком в виде трансформатора с двумя вторичными обмотками, разомкнутым магнитопроводом и подвижным якорем. Погрешность срабатывания переключателя БСП составляет ±0,2 мм.

1.3 Токопровод и тип электропривода

Выбор рода тока для электрооборудования автоматической роботизированной линии имеет важное значение, поскольку с ним связаны такт показатели, как технические возможности привода, капиталовложения и стоимость эксплуатационных расходов, масса и размеры оборудования, его надежность и простота обслуживания.

Для привода роботизированных механизмов возможно применение различных двигателей и систем электроприводов. Их выбор определяется грузоподъемностью, номинальной скоростью движения, требуемым диапазоном регулирования скорости привода, жесткостью механических характеристик, числом включения в час и др. В настоящее время на роботизированных линиях чаще всего применяют простые системы электропривода, в которых двигатели получают питание от сети переменного или постоянного тока неизменного напряжения через пускорегулировочные резисторы.

Привод с асинхронными двигателями с к. з. ротором применяется для роботизированных механизмов небольшой мощности (<10--15 кВт), работающих в легком режиме. Если необходимо регулировать скорость или обеспечить точную остановку механизма, то можно использовать двух- или трехскоростные двигатели.

При выборе рода тока для конкретного случая необходимо проанализировать требования к приводу и возможность их выполнения существующими системами на переменном токе.

С развитием силовой полупроводниковой техники открываются новые возможности применения двигателей постоянного и переменного тока в электроприводах роботизированных механизмов с питанием от тиристорных преобразователей, устанавливаемых непосредственно на роботизированных линиях и подключаемых к сети переменного тока. Эти преобразователи имеют высокие энергетические и экономические показатели, повышенную механическую прочность и долговечность, нетребовательны в эксплуатации.

При питании от общей сети переменного или постоянного тока для электродвигателей применяется контроллерное или контакторное управление. При контроллерном управлении все переключения в главных цепях двигателя производятся контактами силового контроллера, у правление которым, особенно при интенсивном режиме работы, требует от оператора значительных усилий и напряжения. Контакторное управление осуществляется с помощью магнитного контроллера, состоящего из командоконтроллера и контакторно-реленноп панели. Переключения в 1лавных цепях двигателя производиться контакторами, а оператор управляет командоконтроллером. При контакторном управлении процессы пуска, торможения и реверса автоматизируются, что значительно облегчает условия работы оператора в напряженных режимах. В ряде случаев на одном кране целесообразно применить как контроллерное управление для механизмов с менее напряженным режимом работы, так и контакторное управление--последнее обычно для механизмов подъема.

1.4 Выбор и обоснование схемы управления электрооборудованием

Рисунок 5 Принципиальная схема силовой цепи автоматической линии

Автоматические выключатели ВА57 предназначены для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при КЗ, перегрузках и недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастых (до 30 в сутки) оперативных включений и отключений электрических цепей. Рассчитаны для эксплуатации в электроустановках с номинальным напряжением до 660 В (ВА57Ф35 - до 380 В) переменного тока частотой 50 и 60 Гц и до 440 В постоянного тока.

Выключатели ВА57-31, ВА57Ф35 и ВА57-35 допускается использовать для нечастых прямых пусков и защиты асинхронных двигателей в режиме АС-3.

Предохранители ППН заменяют устаревшие предохранители ПН2, которые имеют более низкие эксплуатационные показатели. При использовании ППН у потребителей будет иметь место существенное снижение потерь мощности -- не менее 30%. Плавкие вставки предохранителей ППН-250А, 400А, 630А могут применяться в действующих установках вместо плавких вставок предохранителей ПН2. Плавкие вставки предохранителей ППН-33 габарит "0" заменяют плавкие вставки предохранителей ПН2-100.Структура условного обозначения предохранителя ППН: ППН - серия предохранителя, 33 - номинальный ток (31-100А; 33-160А; 35-250А; 37-400А; 39-630А).

Основные параметры:

· Номинальные токи:16-1250 А

· Номинальные напряжения: ~ 500 В

· Стандарты: ГОСТ Р 50339; ТУ 3424-035-05758109

· Отключающая способность: до 50 кА Характеристика диапазона отключения: gG Способ установки: монтируются на собственном изоляционном основании, в контакты основания.

Условия эксплуатации:

· Климатические исполнения: УХЛ3;

· Диапазон рабочих температур: от - 60° до +40°С

· Группа условий эксплуатации: М7,М25;

· Рабочее положение в пространстве: вертикальное или горизонтальное.

· Дополнительные устройства: основания и контакты основания (держатели), рукоятка для смены плавких вставок.

Шкафы распределительные силовые ШРС-1 и ШР-11 предназначены для приема и распределения электрической энергии. Шкафы рассчитаны на номинальные токи до 400 А и номинальное напряжение до 380 В трехфазного переменного тока частотой 50 Гц и с защитой отходящих линий предохранителями НПН2-60 (до 6ЗА). ПН2-100(до 100А), ПН2-250(до 250 А), ПН2-400 (до 400А).Ввод и вывод проводов и кабелей предусмотрены снизу и сверху шкафа.

Выдерживаемый ударный ток:

· при ном. токе шкафа 250 А - не менее 10 кА;

· при ном. токе шкафа 400 А - не менее 25 кА.

Шкафы распределительные ШР-11 в отличие от шкафов ШРС-1 имеют дополнительные возможности для применения. Так, в шкафах ШР-11-73511-- ШР-11-73517 на вводе установлены предохранители ПН2-400, а в шкафах ШР-11-73518 -- ШР-11-73523 предусмотрены два ввода. В остальном конструкция и схемы этих шкафов распределительных идентичны. В шкафах с 5 отходящими линиями ширина -- 500мм.

1.5 Описание схемы

На рисунке 5 изображена схема силовой цепи автоматических линий. Подача напряжения на схему производиться включением от руки вводного автомата ВАВ. Питание к отдельным станкам подается через автоматические выключатели ВА1, ВА2 и т.д. Включение главного контактора КГ после включения автомата ВАУ можно произвести только с центрального пульта управления линии нажатием кнопки КУ1, а отключение нажатием кнопки КУ2, расположенной на том же пульте, или кнопками КУ3, …, КУn, которые размещены на вспомогательных пультах.

Трансформатор Тр подключается к силовой цепи через автоматический выключатель ВАГ совместно с электродвигателем гидравлики. Напряжение 12В применяется для питания цепей управления механизмами линии, а напряжение 24В для сигнальных ламп, установленных на центральном пульте.

В автоматических линиях работает большое количество двигателей, которые включены постоянно, и управление ими не связано с циклом линии. Сюда относятся двигатели насосов охлаждения и смазки, гидронасосов, трансформаторов для удаления стружки, а иногда двигатели привода инструментов. При значительной суммарной мощности таких двигателей для уменьшения пусковых токов и падения напряжения в цеховой сети применяют ступенчатый пуск их по группам с автоматическим управлением от пульс-пары.

2. Расчетная часть

2.1 Расчет электрических нагрузок

При расчете силовых нагрузок важное значение имеет правильное определение электрической нагрузки во всех элементах силовой сети. Завышение нагрузки может привести к перерасходу проводникового материала, удорожанию строительства; занижение нагрузки - к уменьшению пропускной способности электрической сети и невозможности обеспечения нормальной работы силовых электроприемников. При расчетах и исследовании силовых электрических нагрузок применяют расчетные коэффициенты, характеризующие режимы работы электроприемников. Коэффициент использования Ки характеризует использование активной мощности и представляет собой отношение активной средней мощности одного или группы приемников за наиболее загруженную смену.

Активная мощность за наиболее нагруженную смену: Рсм, Вт

Рсм=К_и*Рн (1)

где К_и - коэффициент использования;

Рн- номинальная мощность

Рсм = 0,2*327,5 = 69,872 кВт

Реактивная мощность за наиболее нагруженную смену: Q_см, кВар

Q_см=Рсм*tgц (2)

где tgц определяем по cosц

Q_см = 69,872*1,73=120,87 кВар

Средний коэффициент использования находим по формуле: К_{и рс}

К_и._рс=Р_cм?/Рн? (3)

где Рн ?- активная суммарная мощность

К_и._рс=1083,016 /1583,3 =0,68

Эффективное число электроприемников :n_э

n_э=2Рн?/Рн.max1 (4)

где Р_мах мощность одного электроприемника

n_э=2*1583,3/100=31,66

Активная расчетная мощность:Р_мах, кВт

Р_мах=К_мах*Р_cм? (5)

где К_мах - коэффициент максимума определяем в зависимости n_э и К_и (2. стр. 54)

Р_мах=1,09*1083,016=1180,48 кВт

Реактивная максимальная мощность:Q_мах, кВар

Q_мах=Q_см? (6)

Q_мах=1394,238кВар

Определяем полную максимальную мощность: S_мах, кВА

S_мах=vР_мах²+Q_мах² (7)

S_мах=v1180,48²+1394,238²=1765,45 кВА

Максимальный ток нагрузки силового пункта: I_макс,А

I_макс=S_мах/v3*Uн (8)

I_макс=1765,45/1,73*,04=2551,22 А

Находим ток на шинах : I_н А

I_н=S_мах/2*v3*Uн (9)

I_н=1765,65/2*1,73*0,4=1275,75 А

Находим мощность трансформатора : S_тр

S_тр=I_н/2*0,75 (10)

S_тр =1275,75/2*0,75=850,5кВА

По результатом расчета определяем:

Iдоп =1350А, сечения F=80*8

R₀=0.055мОм/м - активное сопротивление

А=200мм

X₀=0,145 мОм/м-индуктивное сопротивление

L=1,2 м

Таблица 1

Сводная ведомость нагрузок

Наименование	N	P1 кВт	P кВт	Ku	Cosц	tgц	Pсм	Qсм	Pm	Qm	Iн	Sm
Шлифовальные станки	5	65,5	327,5	0,2	0,5	1,73	69,8	120,8	1083,016	1394,238	1275,61	1765,45
Обдирочные станки РТ-341	6	45	270	0,2	0,5	1,73	69,8	120,8
Кран мостовой	1	28,46	50	0,1	0,5	1,73	34,9	60,4
Обдирочные станки РТ-250	6	35	270	0,2	0,5	1,73	69,8	120,8
Анодно-механические станки МЭ-31	7	18,4	128,8	0,2	0,5	1,73	69,8	120,8
Анодно-механические станки МЭ-12	9	10	90	0,2	0,5	1,73	69,8	120,8
Винтеляторы	1	25	22,5	0,7	0,8	0,75	244,5	183,4
Винтеляторы поточные	1	25	25	0,7	0,8	0,73	244,5	183,4
Дополнительная мощность	4	100	400	0,6	0,7	1,73	209,6	362,6
Итого		349,36	1583,8

электрооборудование автоматический линия ток

2.2 Расчет кабельной линии питающих трансформаторную подстанцию

Как правило, во всех внутрицеховых сетях с напряжением до 1000 В сечения проводов и кабелей выбираются по условиям допустимого нагрева расчетным токам и проверяются по потери напряжения. Вы-бранные сечения проверяются по условиям защищаемости защитными аппаратами, установленными в цепях. Основное условие вы-бора сечений по допустимому нагреву: Iдл.доп..> Iрасч где Iдл.доп. - длительно допустимая нагрузка на провод, кабель, (А); Iрасч - расчётный ток установки, (А).

Для выбора кабеля определяем потери активной мощности в трансформаторе: Р _тр, кВт

ДР_тр=0,02*S_max (11)

где S_max - берем по таблице

ДР_т =0,02*1765,45=35,309 кВт

Реактивные потери в трансформаторе: Q_т, кВАр

ДQ_тр=0,1*S_max (12)

ДQ_т=0,1*1765,45=176,545 кВар

Потери активной мощности в линии: Р_л, кВт

ДР_л=0,03*S_max (13)

ДР_л=0,03*1765,45=52,9635 кВт

Активная суммарная мощность: Рр, кВт

Р_р=(Р_max+ДР_тр+ДР_л)*K_с (14)

где Р_мах - берем из таблицы

К_с - коэффициент спроса

Р_р=(1083+35,309+52,9635)*0,9=1054,14 кВт

Суммарная реактивная мощность:Qр, кВАр

Q_р=(Q_max+ДQ_тр)*K_с (15)

Q_р=(1394,239+176,545)*0,9=1413,7047 кВар

Полная мощность: Sр, кВА

S_p=vР_р²+Q_р² (16)

S_p=v 1054,14²+1413,7047² =1763,45 кВА

Находим расчётный ток: I_p, А

I_p=S_p/v3*2*U (17)

I_p =1763,45/1,73*2*10=50,96 А

Находим максимальный ток: I_max, A

I_max=S_p/v3*U (18)

I_max=1763,45/1,73*10=101,93 A

По току находим сечение : F_мм²

F=I_max/j (19)

F=101,93/1,6=63,70 мм²

Принимаем F_вп = 70 мм²

j=1,6

R₀=0,443 Ом/км

X₀=0,86Ом/км

Масляные выключатели ВМПП, ВМПЭ-20:

U_н=10 кВ.

I_н=630-1000 А.

I_{н откл.}=20 А.

Термическая стойкость-31,5/4 кА/с.

Амплитуда-80 кА.

Время отключения-0,12 с.

Короткозамыкатели КЗ-35У:

U_н=35 кВ.

Термическая стойкость-12,5/3 кА/с.

Амплитуда-42 кА.

Время отключения-0,12 с.

Отделители ОД-35/630:

U_н=35 кВ.

I_н=630 А.

Термическая стойкость-12,5/3 кА/с.

Время отключения-0,5 с.

Разъединители РВ:

U_н=10 кВ.

I_н=400 А.

Термическая стойкость-16/4 кА/с.

Амплитуда-41 кА.

2.3 Расчет электрических сетей до 1 кВ

Линию цеховой электрической сети, отходящую от распределительного устройства низшего напряжения цеховой трансформаторной подстанции и предназначенной для питания отдельных наиболее мощных приёмников электроэнергии и распределительной сети, цеха называют главной магистральной линией.

Рекомендуется применять магистральные схемы с числом отходящих от трансформаторной подстанции магистралей, не превышающим числа силовых трансформаторов. При этом суммарная пропускная способность питающих магистралей, не должна превышать суммарной номинальной мощности силовых трансформаторов.

Распределительные магистрали предназначены для питания, приёмников малой мощности, равномерно распределенных вдоль линии магистрали.

Питание их осуществляют от главных магистралей или распределительного устройства низшего напряжения цеховой подстанции.

Магистральные схемы обеспечивают высокую надёжность электроснабжения, обладают универсальностью и гибкостью (позволяют заменять технологическое оборудование без особых изменений электрической сети). Поэтому их применение рекомендуется во всех случаях, если этому не препятствует территориальное расположение нагрузок, условия среды и технико-экономические.

Расчёт и выбор защитной аппаратуры показан на примере ВРУЗ.

Рассчитываем ток по формуле:

I=PH?/ v3*U*Cosц (20)

где Р H? - номинальная суммарная мощность данного электроприёмника,

Cosц - коэффициент мощности данного электроприёмника (см. 2.1).

I=100/1,73*0,4*0,7=208,3 A

Выбираем защитную аппаратуру:100/100 Iдоп =100 А

Выбираем автоматический выключатель марки АЕ2056 Iдоп = 100 А

Выбираем сечение и марку провода F=1*(3*25+1*8) мм, марки ААБ Iдоп =115 А.

Аналогично рассчитываем защитную аппаратуру других электроприемников.

Таблица 2

сводная ведомость защитной аппаратуры

Наимен.	Дополнительная мощность	Шлифовальные станки	Обдирочные станки	Анодно-механическе станки	Кран мостовой	Анодно-механическе станки	Вентилятор приточный
Кол-во	2	3	2	3	1	5	1
РнькВт	100	65,5	45	18,4	28,46	10	25
Iн	206,6	189,30	130,05	53,33	56,92	20	45,20
Iдоп	215	190	135	54	60	30	46
Сечение	50	35	25	8	10	3	6
Марка	ППВ	ППВ	ППВ	ППВ	ППВ	ППВ	ПСР
Автомат	ВА-57-84 280/206	ВА 57-35-84 200/189,3	ВА 57-35-84 160/130,05	ВА 57-35-63 63/53,3	ВА 57-35-63 63/56,9	ВА 57-35-64 315/28,9 54	ВА 57-35-64 50/45,20
Предох.	ППН-37 400/250	ППН-37 400/200	ППН-35 250//160	ППН-35 250/36	ППН-35 250/63	ППН-35 250/32	ППН-35 250/50
ШР	ШР 11-73708	ШР 11-73505	ШР 11-73504	РУС 8128	РУС 8146	РУС 8128	РУС 8146
Наимен.	Вентилятор	Анодно-механическе станки	Анодно-механическе станки	Обдирочные станки	Шлифовальные станки	Дополнительная мощность
Кол-во	1	4	4	4	2	2
РнькВт	22	10	18,4	4,5	65,5	100
Iн	39,78	28,90	53,33	130,05	189,30	206,6
Iдоп	40	30	54	135	190	215
Сечение	6	3	8	25	35	50
Марка	ПСР	ППВ	ППВ	ППВ	ППВ	ППВ
Автомат	ВА 57-35-84 40/39,78	ВА 57-35-84 31,5/28,9	ВА 57-35-84 63/63,3	ВА 57-35-84 160/130,05	ВА 57-35-84 200/189,30	ВА 57-35-84 280/206,6
Предох.	ППН-35 250/40	ППН-35 260/32	ППН-35 250/63	ППН-35 250/160	ППН-35 400/200	ППН-35 400/250
ШР	РУС 8146	РУС 8128	РУС 8128	РУС 8146	ШР 11-73505	ШР 11-73505

2.4 Расчет токов короткого замыкания и выбор оборудования по току короткого замыкания

В электрических установках могут возникать различные виды коротких замыканий, сопровождающихся резким увеличением тока.

Различают следующие виды коротких замыканий: трехфазный или симметричное, - три фазы соединяются между собой; двух фазное - две фазы соединяются между собой без соединения с землей; однофазное - одна фаза соединяется нейтрально с источника через землю; двойное замыкание на землю - две фазы соединяются между собой и с землей.

Основными источниками возникновения таких коротких замыканий в сети могут быть: повреждение изоляции отдельных частей электроустановки; неправильные действия обслуживающего персонала; перекрытия токоведущих частей установки.

Короткое замыкание в сети может сопровождаться: прекращением питания потребителей, присоединенных к точкам, в которых произошло короткое замыкание; нарушением нормальной работы других потребителей, подключенным к неповрежденным участкам сети нарушением нормального режима работы энергетической системы.

Задаемся необходимыми данными для расчета:

U_н1=10 кB, U _н2=0,4 кB, S_тр=1000кВА, U_к.з=5,5%, Р_к.з=12,2кВт,

R_ок=0,443 Ом*км, Х_ок=0,0612 Ом*км, L=0,6 км, I_откл=20 кА, R_п.к.=15 м0м, L_ш=1,2м,X_0ш = 0,189 Ом, R_0ш = 0,074 Ом, S_б=100 МВА

Находим полную мощность отключения установленного аппарат: S_откл, МВА

S_откл=1,73*I_откл*U_н (21)

где I_откл - ток отключения

U_н-номинальное напряжение.

S_откл=1,73*20*10=346 МВА

Определяем сопротивление системы: Х_с, мОм

Х_с=U_н²/S_откл (22)

S_откл - мощность отключения, МВА

Х_с=10² / 346=0,289 Ом

Находим активное и индуктивное сопротивление линии:

Х_к=Х_о*L (23)

R_к=R_o*L (24)

где Х_к - удельное индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км

R_к- удельное активное сопротивление кабеля, Ом/км

L=0,21 км -длина кабеля.

Х_к =0,086*0,21=0,01806 Ом*км

R_к =0,443*0,21=0,09303 Ом*км

Находим активное сопротивление трансформатора: R_тр, мОм

R_тр=P_к._з/S_н._тр*U_н2²/S_тр (25)

где P_к._з- потери мощности при коротком замыкании.

S_н._тр -номинальная мощность трансформатора.

R_тр=18/1600*160000/1600*10³=0,011*100=1,1 Ом

Находим индуктивное сопротивление трансформатора: X_тр, мОм

X_тр= (26)

где Uк.з- напряжение при коротком замыкании

X_тр = (5,5 / 100) ²- (18/1600) ²* 160000/1600000 =0,00530 Ом

Рассчитываем активное и индуктивное сопротивление шины:

R_ш=R₀*L_ш(27)

X_ш=X₀*L_ш (28)

где R_o - удельное активное сопротивление шины,

L_ш - длина шины,

Х_о - удельное индуктивное сопротивление шины.

R_ш =0,443*1,2=0,53 Ом

X_ш =0,086*1,2=0,10 Ом

Находим суммарные сопротивления в первой точке:

R₁=R_к (29)

Х₁=Х_с+Х_к (30)

R₁=0,09303 Ом*км

Х₁ = Х_с+Х_к =0,38806 Ом*км

Находим полное сопротивление в первой точке: Z_1, Ом

Z₁=R₁²+X₁² (31)

Z₁= 0,09303² +0,38806²=0,1592 Ом

Находим ток КЗ в первой точке: I_к._з1, кА

I_к._з1=U_н / v3* X₁ (32)

I_к._з1=10/1,73*0,38806 = 14,9 кА

Находим ударный ток в первой точке: I_у, кА

I_у=v2*К_у*I_к._з. (33)

где К_у=1,8

I_у =1,41*1,8*14,896=37,80 кА

Находим мощность короткого замыкания в первой точке: S_к._з1, кВА

S_к._з1=v3*I_к._з1*Uн1 (34)

S_к._з1= 1,73*14,896*10=257,70 кВА

Находим суммарные активное и индуктивное сопротивление во второй точке:

R₂=R₁*(0,4/10)²+ R_тр+ R_ш+ R_п.к (35)

R₂=0,09303*(0,4/10)²+1,1+0,53+15= 16,63 Ом

X₂=X₁*(0,4/10)² +X_тр+X_ш(36)

X₂=0,38806*(0,4/10)² +5,3+0,10= 5,4 Ом

Находим полное сопротивление во второй точке: Z_2, мОм

Z₂=R₂²+X₂² (37)

Z₂= 276,55 ²+5,4 ²= 16,79 Ом

Находим ток короткого замыкания во второй точке: I_к.з2, кА

I_к.з2=U_н/v3*Z₂ (38)

I_к.з2=400/1,73*16,63 = 13,903 кА

Находим ударный ток: I_у2, кА

I_у2=v2*К_у*I_к.з2 (39)

I_у2=1,41*1*13,903= 19,60 кА

где ударный коэффициент Ку=1

Находим мощность короткого замыкания во второй точке: S_к.з, МВА

S_к.з=v3*I_к.з2*U_н (40)

S_к.з =1,73*13,903*0,4=9,6 МВА

2.5 Выбор и проверка шин на динамическую устойчивость

Проверяем шины на динамическую устойчивость к токам короткого замыкания.

Выбираем по расчетному току шины алюминиевые размером 80*8, с допустимой токовой нагрузкой 1350А.

Найдем момент сопротивления шины при установке плашмя :W, см3

(41)

W=0,8*8² / 8= 6,4 см²

Расчетное напряжение в металле шины _расч, Мпа

=1,76*10^-3 * (I_у ² L/а*W) (42)

=1,76*10^-3*(19,6²*1,50²/ 20*6,4)=11,9 МПа

Так как _доп=80 МПа, то шина с _расч= 11,9 МПа динамически устойчива к токам короткого замыкания.

Находим приведенное действие тока короткого замыкания по формуле:

t_пр.п = f(в''²) = 1с (43)

t_отк = 0,12с

По графику 6.12 (с.244 Липкин ) находим t_пр.п: :

t_пр.п =0,17с

t_пр.А = 0,005с

t_пр.А = t_пр.п + t_пр.А (44)

t_пр =t_пр.п+t_пр.А (45)

t_пр =0,17+0,005=0,175с

Находим минимальное сечение кабеля по формуле:

F_мин=I_к._з1*10³*vt_hr/c (46)

F_мин=14,9*1000*v0,3/85=15,77 мм²

Данный кабель по току К.З проходит.

Составляем таблицу каталожных и расчетных данных защитного оборудования по току К.З.

Выключатель ВМПП	Разъединитель РЗ
Расчетные	Каталожные	Расчетные	Каталожные
Uном = 10 кВ Iмах = 100 А Iу1 = 37 кА Iк.з1 = 14,9кА Iк.з12 * tпр= =14,92*2= =444,02 кА2*с Sк.з1=257 МВ*А	Uном = 10 кВ Iном = 630 А i мах = 80 кА Iоткл = 20 кА I42*t42 = 1984 кА2*с Sоткл = 346 МВА	Uном = 10 кВ Iмах = 100 А Iу1 = 37 Iк.з1 = 14,9 Iк.з12 * tпр= 444,02 кА2*с	Uном = 10 кВ i мах = 41кА I42*t42 =16/4 кА2*с

Таблица 3

Ведомость каталожных и расчетных данных защитного оборудования по току К.З

Трансформатор тока ТПЛ10 - УЗ
Расчетные	Каталожные
Uном = 10 кВ Iном =100 А Iк.з1 = 14,9 кА Iк.з12 * tпр= =444,02 кА2*с	Uном = 10 кВ Iном =400 А i мах =Кдин*1,41* Iном = 175*1,41*0,3 = 75,025 кА (кt* Iном)2*t = (65*0,4)2*3 = 676 кА2*с

2.6 Расчет заземления

При расчете заземляющего устройства определяются тип заземлителей, их количество и место размещения, а также сечение заземляющих проводников. Этот расчет производится ожидаемого сопротивления заземляющего устройства в соответствии с существующими требованиями ПУЭ.

В качестве заземляющих проводников используют: нулевые рабочие проводники сети, металлические конструкции зданий и производственного назначения, стольные трубы электропроводок, металлические коробки винопроводов.

В случаях, когда рассмотренные проводники не могут быть использованы, прокладывают специальные заземляющие устройства.

Данные для расчета:

воздушная линия L_в= 0,05 км,

кабельная линия L_к= 0,21 км,

Почва - чернозём

ц 2 = 1,32

Определяем ток замыкания на землю : I_з А

I_з=U(35*L_к+L_в)/350 (47)

где L_в воздушная линия,

L_к кабельная линия

I_з=10(35*0,21+0,05)/350=0,0105А

Находим сопротивление заземляющего устройства: R_з, Ом

R_з=U_з/I_з (48)

R_з=125/0,0105=11428,57 Ом > 4 Ом

Сопротивление заземляющего устройства для сети 0,4 кВ с глухо-заземленной нейтралью должно быть не более 4 Ом. Принимаем сопротивление при общем заземлении 4Ом

Расчетное удельное сопротивление грунта определяем: р_расч, Ом * м

р_расч=*р (49)

где почва - суглинок => р = 40 Ом * м

р_расч=40*1,32 = 150 Ом * м

Определяем сопротивления одиночного прутка: R_о, Ом

R_о=0,227*р_расч (50)

R_о=0,27*150=11,98 Ом

Найдем необходимое число вертикальных заземлителей: nв, шт

n_в = Rо/R_з* (51)

n_в=11,98/4*0,42=7,13?8 шт

Сопротивление заземляющей полосы: R_n Ом

R_n= (52)

Находим сопротивление вертикальных заземлителей : R_в Ом

R_в=R_r*R_з/R_r-R_з (53)

R_в = 1,27*4 / 1,27 - 4 = 1,86 Ом

Размещено на Allbest.ru

...