Размещено на http://www.allbest.ru/

1660

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание на выполнение работы по дисциплине “Теоретическая электротехника”

Требуется спроектировать и рассчитать основные элементы системы электроснабжения цеха пищевого предприятия. Для чего:

1. Рассчитать токи в цепях питания каждого электродвигателя, суммарные токи и сечения проводов кабелей, от распределительных пунктов к двигателям и от трансформаторной подстанции к РП.

2. Вычертить план цеха и начертить на нем указанные в задании электродвигатели, трансформатор, два РП, и кабели идущие к электродвигателям и от трансформатора к РП.

3. Для каждого РП выбрать схему и рассчитать бесконтактные электронные коммутаторы на тиристорах, симисторах или транзисторах. Выбрать тип и рассчитать систему автоматической защиты обмоток электродвигателей от перегрева. Вычертить электрическую схему одного из РП.

4. Рассчитать общее освещение цеха. Выбрать тип светильников для общего и местного освещения рабочих мест. Вычертить схему размещения и подключения светильников к сети.

5. Рассчитать суммарную мощность электроэнергии, потребляемой цехом и выбрать тип трансформатора для цеха. Выбрать типы электронных высоковольтных коммутаторов, построить на вольтамперных характеристиках приборов рабочие точки, соответствующие закрытым и открытым состояниям электронных приборов.

Рассчитать и выбрать место подключения устройства защиты от короткого замыкания. Выбрать и рассчитать схему батареи конденсаторов, обеспечивающих заданную величину коэффициента мощности. Начертить электрическую схему одного из электронных коммутаторов и систему защиты от короткого замыкания.

6. Вычертить электрическую схему трансформаторной подстанции.

7. Определить годовой расход и рассчитать стоимость электроэнергии потребляемой цехом.

Таблица - Исходные данные:

Площадь цеха	1500 м2
Типы электродвигателей	4А
Номинальное напряжение трёхфазной силовой сети	380В
Трансформаторная подстанция	двухкамерная
Условия окружающей среды	нормальные
Число рабочих часов в году	2000 часов
Номера электродвигателей, установленных в цеху	№1, №4, №9, №22, №23, №24, №32, №33, №34, №40, №46, №62, №63, №64
Коэффициент спроса	0,65
Коэффициент мощности	0,96
Тариф стоимости электроэнергии

Таблица - Исходные данные 2:

Номер двигателя по плану	Номинальная мощность. Рн, кВт
№24, №33, №22	4
№1, №23	5,5
№46, №64	7,5
№63 ,№4	11
№40	15
№62	18,5
№32, №34, №9	22

1. Размещение распределительных пунктов и трансформатора на плане цеха

Предприятия обычно подключены к высоковольтной сети с напряжением 10кВ или 6кВ. Понижение напряжения осуществляется с помощью понизительной трансформаторной подстанции (ТП). Трансформаторные подстанции на пищевых предприятиях, имеющих взрывоопасные зоны (элеваторы, мукомольные заводы и др.) должны располагаться в отдельных помещениях, которые могут быть встроенными или пристроенными к помещению с взрывоопасной зоной.

В цеховых электрических сетях ГОСТ предусматривает напряжение 660В, 380В, 220В. Основными напряжениями для силовой сети являются 660В и 380В. Напряжение 220В рекомендуется в основном для осветительных приборов. В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных для стационарного местного освещения и переносного инструмента применяются напряжения 36В и 24В. Напряжение 12В используется для питания электрооборудования и освещения в условиях повышенной влажности.

Схемы цеховых сетей делятся на радиальные и магистральные. Радиальные схемы применяются для питания групп маломощных электродвигателей, расположенных в различных местах цеха. Магистральные шинопроводы обеспечивают несколько пониженную по сравнению с радиальными схемами надёжность электроснабжения, так как при повреждении магистрали нарушается электропитание всех потребителей. Цеховые сети должны преимущественно выполняться по магистральным схемам, так как они дешевле, чем радиальные. Применение радиальных схем целесообразно в тех случаях, когда прокладка магистралей невозможна.

Начертим радиальную схему размещения и подсоединения оборудования к РП1 и РП2.

Рис. 1 - Схема размещения распределительных пунктов и подключения к ним оборудования:

2. Расчёт номинальных токов электродвигателей

Для каждого электродвигателя цеха найдём величину номинального тока Iн:

Где:

Pн - номинальная мощность электродвигателя;

Uн -номинальное напряжение трёхфазной силовой сети;

Рассчитаем величину номинального тока для каждого электродвигателя установленного в цехе:

Номер электродвигателя	Pн, Вт	Uн, В	cos ?	?	Iн, А
24,33,22	4000	380	0,89	0,865	7,9
1,23	5500	380	0,91	0,875	10,5
46,64	7500	380	0,88	0,875	14,8
63,4	11000	380	0,9	0,88	21,1
40	15000	380	0,9	0,875	28,9
62	18500	380	0,92	0,885	34,5
32,34,9	22000	380	0,9	0,89	41,8

Рассчитаем величину пускового тока Iп для каждого электродвигателя установленного в цехе:

Номер электродвигателя	Iн, А		Iп, А
24,33,22	7,9	7,5	59,25
1,23	10,5	7,5	78,75
46,64	14,8	7,5	111
63,4	21,1	7,5	158,25
40	28,9	7,5	216,75
62	34,5	7,5	258,75
32,34,9	41,8	7,5	313,5

Найдём максимальный ток в плавкой ставке Iпр каждого электродвигателя.

Он выбирается из условия:

Где:

Iп - пусковой ток электродвигателя.

Рассчитаем величину максимального тока в плавкой вставке каждого электродвигателя установленного в цехе:

Номер электродвигателя	Iп, А	Iпр, А
24,33,22	59,25	25
1,23	78,75	40
46,64	111	50
63,4	158,25	80
40	216,75	100
62	258,75	120
32,34,9	313,5	150

Данные проведённых выше расчётов сведём в таблицу:

№ двигателя	Pном.i Вт	КПД зi	Cosцi	Iном.i А	Iпуск.i/Iном	Iпуск.i А	Iпред.i А	Iном.i вставки А	Сечение жилы провода кв.мм	Рном.i·Сosцi Вт
1	5500	0,875	0,91	10,5	7,5	78,75	31,5	40	2,5	5005
4	11000	0,88	0,9	21,1	7,5	158,25	63,3	80	4,0	9900
9	22000	0,89	0,9	41,8	7,5	313,5	125,4	150	10,0	19800
22	4000	0,865	0,89	7,9	7,5	59,25	23,7	25	2,5	3650
23	5500	0,875	0,91	10,5	7,5	78,75	31,5	40	2,5	5005
24	4000	0,865	0,89	7,9	7,5	59,25	23,7	25	2,5	3560
32	22000	0,89	0,9	41,8	7,5	313,5	125,4	150	10,0	19800
33	4000	0,865	0,89	7,9	7,5	59,25	23,7	25	2,5	3650
34	22000	0,89	0,9	41,8	7,5	313,5	125,4	150	10,0	19800
Всего РП1	100000			IномУ1						90170
				191,2
40	15000	0,875	0,9	28,9	7,5	216,75	86,7	100	6,0	13500
46	7500	0,875	0,88	14,8	7,5	111	44,4	50	2,5	6600
62	18500	0,885	0,92	34,5	7,5	258,75	103,5	120	10,0	17020
63	11000	0,88	0,9	21,1	7,5	158,25	63,3	80	4,0	9900
64	7500	0,875	0,88	14,8	7,5	111	44,4	50	2,5	6600
Всего РП2	59500			IномУ2						53620
				114,1
У РП1 + У РП2	159500			305,3						143790

Найдём величину суммарных токов, потребляемых от цехового трансформатора каждым распределительным пунктом:

Где:

Кспр - коэффициент спроса;

- сумма номинальных токов всех электродвигателей, питаемых от данного распределительного пункта.

потребитель	Pуст.дв. Вт.	У Iном.i А.	Кспр.дв	Iном УРП А.	Сечение жилы провода кв.мм
РП1	100000	191,2	0,65	124,3	70
РП2	59500	114,1	0,65	74,2	25
У(РП1+ РП2)	159500	305,3	-	-	-

3. Расчёт общего освещения цеха

В производственных, вспомогательных и других помещениях предприятий помимо естественного освещения используется искусственное.

Рабочее освещение на предприятиях пищевой промышленности выполняется, как правило, в виде общего освещения с равномерным симметричным распределением светильников под потолком. Сеть общего освещения в большинстве случаев питается напряжением 220В. В осветительных установках внутреннего и наружного рабочего освещения применяют: лампы накаливания, люминесцентные лампы ЛБ и ртутно-кварцевые лампы типа ДРЛ.

Лампы накаливания используются в основном в светильниках местного освещения.

Их преимущества меньшая усталость глаз при длительной работе при искусственном освещении, компактность, простота включения, устойчивая работоспособность.

Люминесцентные лампы типа ЛБ имеют большую световую отдачу и срок службы по сравнению с лампами накаливания и наиболее широко используются для освещения производственных помещений. Располагать люминесцентные лампы рекомендуется рядами, параллельно длинной стороне помещения или стене с окнами.

Лампы ДРЛ рекомендуется применять для общего освещения производственных помещений высотой 6 м и более, в тех случаях, когда по характеру работы не требуется точное различие цветов и оттенков, для освещения основных проходов и проездов с интенсивным движением транспорта и людей на территориях предприятий, а также для освещения участков открытых территорий, требующих повышенной освещенности.

Найдём мощность, требующуюся для общего рабочего освещения цеха и местного освещения рабочих мест.

Установленная мощность, требующаяся для общего рабочего освещения цеха Руст.осв., определяется по формуле:

Руст.осв. = Руд *·S

Где:

Руд - удельная мощность, равная для цехов пищевых предприятий 10. Вт/м².

S- площадь помещения, м².

Руст.осв. = 10 *·1500 = 15000Вт.

Выбираем тип светильников и определяем , количество и мощность ламп.

Итак, выбираем светильник типа ЛДР-2 80, в котором установлены 2 лампы мощностью 80Вт каждая.

Определим их количество К по формуле:

К = Руст.осв. / Рc

Где:

Рc. - мощность одного светильника.

К=15000 / 2 * 80 = 93,75 = 94шт.

Найдём активную потребную мощность на общее рабочее освещение Рпотр.осв. по формуле:

Рпотр.осв. = Руст.осв * Кспр.осв

Где:

Кспр.осв - коэффициент спроса освещения (у нас равен 1).

Рпотр.осв. =15000 * 1 = 15000 Вт.

Вычислим реактивную потребную мощность на общее рабочее освещение по формуле:

Qпотр.осв.= Рпотр.осв. * tg ц_осв.

При использовании люминесцентных ламп реактивная мощность потребляется дросселями светильников. Приближенно можно считать, что cos ц_осв=0,95 (т.е. tg ц_осв= 0,33).

Qпотр.осв.= 15000*0,33 = 4950 Вар.

Рис. 2 - Схема общего освещения:

4. Расчет мощности трансформатора

Цеховые подстанции могут быть одно или двух трансформаторными. Применение подстанций с числом трансформаторов более двух, как правило, экономически нецелесообразно.

Подстанции с одним трансформатором следует применять для потребителей 2 и 3 категории, в частности при двухсменной работе, когда недовыработка продукции за время перерыва питания может быть восполнена работой в третью смену. При этом необходимо предусматривать складской резерв трансформаторов и резервирование питания наиболее ответственных потребителей.

Двух трансформаторные цеховые подстанции следует применять при значительной мощности нагрузок и для потребителей 1 категории, а также при трехсменной работе электрических приемников 2 категории. Кроме того, двух трансформаторные цеховые подстанции могут оказаться целесообразными в следующих случаях:

- при неравномерном суточном или годовом графике нагрузок, в частности, при наличии сезонных нагрузок или при одно - двух сменной работе со значительной разницей загрузки смен;

- когда мощность трансформаторов лимитируется условиями их транспортировки, высотой помещения и другими соображениями, требующими уменьшения массы или габаритов трансформаторов;

- при расширении подстанции, если окажется нецелесообразной замена существующего трансформатора на более мощный.

Полная потребная мощность силового трансформатора определяется по формуле:

Sпотр.=

Где:

- коэффициент несовпадения максимумов нагрузки ?0,92.

Рпотр.У - суммарная потребная активная мощность двигателей и освещения.

Qпотр.У -суммарная потребная реактивная мощность двигателей и освещения.

Определим суммарную потребную активную мощность двигателей и освещения:

Рпотр. У = Рпотр.дв. + Рпотр.осв

Где:

Рпотр.дв. = Руст.дв.* Кспр

Руст.дв.= 159500 Вт.

Кспр.дв.= 0,65 (исходные данные).

Рпотр.дв. = 159500 * 0,65 = 103675 Вт.

Рпотр.осв.=15000 Вт.(из расчета освещения).

Рпотр.У = 103675 + 15000 = 118675 Вт.

Определим суммарную потребную реактивную мощность двигателей и освещения:

Qпотр.У = Qпотр.дв. + Qпотр.осв

Где:

Qпотр.дв. = Рпотр.дв. * tg ц ср.взв

А tg ц ср.взв. определяем из Сos ц ср.взв. по формуле:

tg ср. взв.=

Сos ц ср.взв. = (Рном.i·Сos цi) / Pном.i

Pном.i = 159500 Вт.

(Рном.i·Сos цi) = 143790 Вт - получаем путем перемножения данных соответствующих строк: 143790 / 159500 = 0,9.

tg ц ср.взв. = = 0,48

Qпотр.дв. = 118675 * 0,48 = 56964 Вар.

Qпотр.У = 56964 + 4950 = 61914 Вар.

г) Найдём полную потребную мощность силового трансформатора Sпотр.= = 158,852 кВА.

По найденной потребной мощности Sпотр. выбираем силовой трансформатор исходя из условия, что: Sном.катал. > Sпотр.

Выбираем трансформатор ТМ - 160 кВа.

5. Расчёт батареи конденсаторов для повышения коэффициента мощности

Для компенсации реактивной мощности предприятия электротехнической промышленности выпускают статические конденсаторы и синхронные компенсаторы.

Батареи конденсаторов выпускаются на номинальные напряжения 10, 6, 0.38 кВ.

Данное явление уместно в трех- и однофазном исполнении.

Батареи конденсаторов (БК) по сравнению с другими источниками реактивной мощности имеют следующие преимущества:

Малые потери активной мощности (0.0025... 0.005 кВт/кВАр);

Простота эксплуатации (нет вращающихся и трущихся частей);

Возможность установки конденсаторов без специальных фундаментов. Определим мощность компенсирующих устройств Qк:

Qк = Qпотр.дв. - Qэ = Рпотр.дв. * (tg ц ср.взв. - tg цэ)

tg цэ = = 0,3

Где:

Сos цэ = 0,96 (исходные данные).

Вычислим мощность компенсирующих устройств:

Qк = 103,675 * (0,48-0,3) = 103,675 * 0,18 = 18,660 кВт.

6. Выбор схемы трансформаторной подстанции и схемы подключения измерительных приборов

Выбираем одно трансформаторную подстанцию с трансформатором ТМ - 160 кВА. 10/0,4кВ. К сети 10 кВ подключается трансформатор через разъединитель (Р) с предохранителями.

Рис. 3:

Для подключения измерительных приборов используются стандартные измерительные трансформаторы тока типа Т-0,66 400/5 (тт).

Выбираем счетчик типа СА4У (Wh).

Выбираем амперметр типа Э365 400/5 (А).

Выбираем вольметр типа Э365 0-500В. (V).

В скобках указаны обозначения приборов на схеме трансформаторной подстанции (рис.3).

7. Определение годового расхода энергии

При односменной работе цеха (2000 час./год.) среднее годовое число часов использования внутреннего освещения принимается равным 500 часов. Коэффициент спроса для внутреннего освещения Кспр. =1. В нижней графе таблицы получаем общий итог потребной активной мощности Рпотр.У, потребной реактивной мощности Qпотр.У и годового расхода активной энергии по цеху WаУ и реактивной энергии по цеху WрУ.

Наименование потребителя	Уст. Мощность, кВт..	Коэффициент мощности	Коэффициент спроса	Потребная мощность	Время работы в году, часы	Расход электроэнергии
				Активная кВт.	Реактивная кВАр.		Аактивная кВт.*ч.	Реактивная ,кВАр.*ч.
Электродвигатели	159,5	0,96	0,65	118,675	56,964	2000	237350	113928
Внутреннее освещение	15,0	0,95	1,0	15,0	4,95	500	7500	2475
Суммарное значение	-	-	-	133,675	61,914	-	244850	116403

8. Расчет годовой стоимости электрической энергии

Считаем что для нашего предприятия действует двухставочный тариф, состоящий из годовой платы за 1 кВт. заявленной максимальной мощности и 1 кВт.*ч. отпущенной потребителю активной электрической энергии.

Под заявленной мощностью подразумевается абонированная потребителем мощность в период максимальной загрузки энергосистемы и фиксируемая в договоре на электроэнергию. Часы максимума нагрузки устанавливаются энергетически снабжающей организацией на каждый квартал и фиксируются в договоре.

Плата за 1 кВт.*ч. устанавливается за отпущенную потребителю электроэнергию, учтенную расчетными счетчиками на стороне первичного напряжения. Так как у нас счетчик установлен на стороне вторичного напряжения, то указанная в прейскуранте плата за 1 кВт.*ч. умножается на коэффициент 1,025.

Оплату за электроэнергию, израсходованную цехом в течении года, рассчитываем по формуле:

N = (Pмакс * Nо + WаУ * Nд) * (1-а)

Где:

N - годовая плата за электроэнергию ( руб.);

Pмакс - наибольшая потребляемая получасовая мощность, совпадающая с периодом максимальной нагрузки энергосистемы (кВт.);

Nо - плата за один кВт. заявленной потребителем максимальной мощности (руб./кВт)(исх. данные);

WаУ - количество активной электроэнергии, отпущенной предприятию за год (кВт*ч)(из таблицы 6);

Nд - плата за 1 кВт.*ч. отпущенной потребителю активной электроэнергии, руб./кВт.*ч. (исх. данные);

а - скидка к тарифу на электрическую энергию за компенсацию реактивной мощности в электроустановках потребителей, принимается при расчетах, равной 0,02...0,08 (принимаем - 0,05).

Коэффициент примем равным - 1,5;

Pмакс. = 1,5 * 133,675= 200,51 кВт.

N = (200,51 * 300 + 244,850 * 1) *(1 - 0,05) =(60153 +244850) * 0,95 = 305003 * 0,95 = 289752,85 руб.

Литература

1. Иноземцев И.М., Гаврилюк Я.Д., Попов А.А. Общая электротехника и электроника. Электротехника и электроника. Задания и методические указания к выполнению курсовой работы. М. МГУ ТУ. 2005.

2. Копылов И.П. Электрические машины. Учебник для ВУЗов. М.: Энергоатомиздат, 1986.

3. Буртаев Ю.В., Овсянников П.Н. Теоретические основы электротехники. Учебник для техникумов. М.: Энергоатомиздат, 1984.

Приложение 1

Таблица - Параметры двигателей:

Приложение 2

Шкала номинальных токов плавких вставок предохранителей типов НПН:

6, 10, 16, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80, 100, 120, 150А.

Приложение 3

Длительно допустимые токовые нагрузки на изолированные провода с алюминиевыми жилами при прокладке сети в помещении (температура окружающего воздуха 25С). Провода трехжильные, проложенные открыто, с резиновой или полихлорвиниловой изоляцией.

Приложение 4

Люминесцентные светильники для производственных помещений и нормальных условий.

Приложение 5

электроснабжение ток освещение

Номинальные мощности силовых трансформаторов (кВА): 10; 16; 25; 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630; 1000; 1600 и т.д.

Трехфазные трансформаторы двух обмоточного типа ТМ с масляным охлаждением предназначены для преобразования трехфазной системы с переменным напряжением 35; 10; 5; 6; 3 кВ в трехфазную систему переменным напряжением 0,23; 0,4; 0,69 кВ и применяются в наружных и внутренних электроустановках. В обозначении трансформаторов числитель - мощность трансформатора в кВА, знаменатель - напряжение в кВ. Например, ТМ-400/10: трансформатор двух обмоточный с масляным охлаждением мощностью 400кВА на напряжение 10кВ (на стороне высшего напряжения).

Размещено на Allbest.ru

...