Электроснабжение кузнечно-прессового цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования

Электроснабжение кузнечно-прессового цеха



Содержание

электрический замыкание заземление

Введение

1. Общая часть

1.1 Характеристика объекта с исходными данными на разработку проекта

1.2 Характеристика окружающей среды производственных помещений кузнечно-прессового цеха

2. Расчётно-конструкторская часть

2.1 Выбор схемы электроснабжения объекта

2.2 Расчёт электрических нагрузок по группам приёмников ЭЭ и по узлу в целом

2.3 Расчёт силовой распределительной и питающей сети при напряжении 380В с выбором сечений проводов, кабелей и аппаратов защиты

2.4 Выбор средств компенсации реактивной мощности с определением их типа и места подключения

2.5 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

2.6 Выбор конструкции распределительного устройства высшего и низшего напряжений

2.7 Расчёт токов короткого замыкания

2.8 Выбор электрооборудования, токоведущих частей и проверка их на действие токов короткого замыкания

2.9 Конструктивное исполнение сети заземления и расчёт заземляющего устройства



Введение

Из всех отраслей хозяйственной деятельности человека энергетика оказывает самое большое влияние на нашу жизнь. Просчеты в этой области имеют серьезные последствия. Тепло и свет в домах, транспортные потоки и работа промышленности - все это требует затрат энергии. Основой энергетики сегодняшнего дня являются топливные запасы угля, нефти и газа, которые удовлетворяют примерно девяносто процентов энергетических потребностей человечества.

Наиболее универсальная форма энергии - электричество. Оно вырабатывается на электростанциях и распределяется между потребителями посредством электрических сетей коммунальными службами. Потребности в энергии продолжают постоянно расти. Наша цивилизация динамична. Любое развитие требует, прежде всего энергетических затрат и при существующих формах национальных экономик многих государств можно ожидать возникновения серьезных энергетических проблем.

Главными направлениями научно-технического прогресса в электроэнергетике в последние годы являлись:

совершенствование эффективности парогазового цикла и увеличение на этой основе производства энергии;

расширение использования высокоэффективного комбинированного производства электрической и тепловой энергии, в том числе на ТЭЦ малой и средней мощности с применением газотурбинного, парогазового и дизельного привода для централизованного и децентрализованного энергоснабжения;

внедрение экологически чистых технологий на тепловых электростанциях, работающих на органическом топливе;

повышение КПД и снижение себестоимости производства энергии на энергетических установках малой и средней мощности, работающих на нетрадиционных возобновляемых источниках энергии, а также с пользованием топливных элементов.

Целью моего курсового проекта является разработка надежной схемы электроснабжения кузнечно-прессового цеха.



1. Общая часть

1.1 Характеристика объекта с исходными данными на разработку проекта

Кузнечно-прессовый цех производит стальные поковки методом горячей штамповки массой 0,1 - 8,0 килограммов. При проектировании технологических процессов используются средства САПР.

После операции входного контроля металлопрокат поступает на участок резки для изготовления заготовок мерной длины. Универсальные механизированные штамповочные линии, оснащенные индукционными нагревателями, кривошипными горячештамповочными прессами, ковочными вальцами, обрезными прессами, выдают готовые поковки с минимальным количеством переходов. Термическое оборудование цеха позволяет выполнять операции нормализации и улучшения.

Очистка поверхности поковок от окалины производится в дробометных барабанах.

С целью обеспечения высокой точности размеров поковки подвергаются холодной правке.

Контроль поверхностных дефектов осуществляется методом магнитно-люминесцентной дефектоскопии.

Возможно изготовление мелких серий поковок (до 10 000 шт. в год с большими перепадами сечений по длине, изогнутой осью, с отростками.).

Кузнечно-прессовое оборудование включает в себя:

- прессы механические;

- прессы-автоматы;

- автоматы холодновысадочные;

- резьбонакатные автоматы;

- прессы гидравлические;

- прессы гидравлические;

- прессы гидравлические для производства пластмассовых изделий;

- таблетавтоматы;

- пружинонавивочные станки;

- молоты;

- ножницы;

- термопластавтоматы.

Участок кузнечно-прессового цеха (КПЦ) предназначен для подготовки металла к обработке.

Он имеет станочное отделение, в котором установлено оборудование: обдирочные станки типа РТ-21001 и РТ-503, электротермические установки, кузнечно-прессовые машины, мостовые краны и др. Участок предусматривает наличие помещений для цеховой ТП, вентиляторной, инструментальной, складов, для бытовых нужд и др.

ЭСН осуществляется от ГПП. Расстояние от ГПП до цеховой ТП-1,4 км, а от ЭНС до ГПП-12 км. Напряжение на ГПП-6 и 10 кВ.

Количество рабочих смен-2. Потребители участка имеют 2 и 3 категорию надежности ЭСН.

Грунт в районе КПЦ - суглинок с температурой +15°С.

Дополнительная нагрузка в перспективе составит:

Рдоп=683 кВт, Qдоп=828 квар, Кп=0,5.

Каркас зданий смонтирован из блоков-секций длиной 8 м каждая.

Размеры участка

Вспомогательные помещения двухэтажные высотой 4 м.

Перечень оборудования участка КПЦ дан в таблице 1.1

Мощность электропотребления (Рэп) указана для одного электроприёмника.

Мостовой кран.

Это грузоподъёмное устройство для вертикального и горизонтального перемещения грузов на небольшие расстояния.

Однотипными узлами всех кранов являются:

- механизм передвижения моста;

- механизм передвижения тележки;

- механизм подъёма и опускания груза;

Основное крановое оборудование:

Электродвигатели на переменном трехфазном токе при напряжении 220, 380 и 500 В.

Двигатели типа:

- с короткозамкнутым ротором - серии «МТК» и «4МТК»

- с фазным ротором - серии «МТ» и «4МТ».

По исполнению могут быть одно- и многоскоростные, повторно-кратковременного режима, с ПВ=40%.

Требования к электроприводам:

- реверсирование и работа, как в двигательном, так и в тормозном режимах;

- широкий диапазон регулирования скорости, так как малая скорость нужна для перемещения тяжёлых грузов и обеспечения точной остановки, а повышенная - для перемещения порожных мостов, тележек и крюков;

- жесткость механических характеристик, обеспечивающих независимость низких скоростей от груза;

- ограничение ускорения в допустимых пределах при минимальной длительности переходных процессов.

Молоты.

Кузнечные молоты, предназначены для деформации металла ударами падающих частей. На молотах выполняются все технологические операции свободной ковки (осадка, вытяжка, прошивка, рубка и т.д.), а также горячей штамповки. Наибольшее распространение получили механические молоты с электрическим приводом, применяемые главным образом в массовом производстве, когда требуется изготовление большого количества мелких несложных деталей.

В механических молотах ударное действие осуществляется с помощью фрикционного или кривошипного механизма, приводимого в движение электродвигателем. Соответственно различают два вида механических молотов: фрикционные и кривошипные.

В промышленности находят применение фрикционные молоты с так называемой доской, на конце которой закрепляется ударная баба. Вертикальные возвратно-поступательные движения доске сообщаются фрикционным механизмом, который при включении двигателя молота поднимает её вверх. При отключении двигателя в верхней точке подъёма доска освобождается, и баба падает вниз, нанося удар по заготовке. Такие молоты изготовляются с массой падающих частей 200-3000 кг и широко применяются для горячей штамповки.

Кривошипные молоты применяются для свободной ковки мелких изделий, когда требуется большое количество легких ударов, следующих непрерывно один за другим. Масса падающих частей таких молотов колеблется от 25 до 250 кг, частота ударов 200 - 500 в минуту.

Прессы.

Отличие прессов от молотов заключается в том, что деформация металла на прессах производится постепенным давлением, а не ударом, поэтому не требуется больших и сложных фундаментов, исключается сотрясения грунта и зданий. На прессах выполняются операции свободной ковки, горячей и холодной штамповки. Прессы разделяют на два основных вида: гидравлические, в которых используется в качестве рабочей жидкости вода под давлением до 20 - 30 МПа, а в тяжелых прессах - до 50 - 60 МПа, и механические с электроприводом.

Типы электроприводов кузнечно-прессовых машин

Кузнечные молоты и прессовые машины работают в режиме резкопеременной ударной нагрузки, когда периоды пика момента чередуются с холостым ходом.

В зависимости от характера обработки, а также материала, величины, формы и температуры заготовки приходится изменять скорость деформации. Для проведения наладочных работ необходимо перемещать рабочий орган вхолостую с малой скоростью. Все это может быть обеспечено изменением скорости главного привода кузнечно-прессовой машины. В настоящее время в приводах таких машин применяются все существующие виды механического и электрического регулирования скорости в диапазоне до 4 : 1, включая коробки скоростей, механические вариаторы, асинхронные двигатели с переключением полюсов и бесступенчатое регулирование посредством изменения угловой скорости двигателей постоянного тока.

Основным типом электропривода для большинства кузнечно-прессовых машин являются привод от асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором, преимущественно в закрытом обдуваемом исполнении.

Электродвигатели кузнечно-прессовых машин работают в продолжительном, повторно-кратковременном и кратковременном режимах.

Таблица 1. Перечень ЭО участка кузнечно-прессового цеха

№ на плане	Наименование ЭО	Рэп, кВт	Ки	cosц	Примечание
1	2	3	4	5	6
1	Вентилятор вытяжной	40	0,65	0,8
2	Вентилятор приточный	60	0,65	0,8
3…5	Электротермические установки	15	0,7	0,35
6,17,36	Краны мостовые	25 кВ·А	0,06	0,5	ПВ=25%
7…16	Обдирочные станки типа РТ-503	21	0,25	0,65
18…20	Кривошипные КПМ	10	0,2	0,65
21…23	Фрикционные КПМ	4,5	0,2	0,65
24…35	Обдирочные станки типа РТ-21001	17	0,25	0,65



1.2 Характеристика окружающей среды производственных помещений кузнечно-прессового цеха

В кузнечно-прессовых цехах основными неблагоприятными факторами являются высокая температура воздуха (в теплый период года до 32°С), теплоизлучение, шум и вибрация. При применении в качестве топлива угля или нефтепродуктов в воздушную среду выделяются пыль, оксид углерода, сернистый газ, продукты термической деструкции топлива. В случае использования более прогрессивных видов нагрева металлических заготовок и деталей воздушная среда соответствует гигиеническим требованиям. Шум носит импульсный характер, уровень звука может достигать 120-130 дБ. Цех находится на территории Нижневартовского района.

Таблица 2. Характеристика окружающей среды производственных помещений кузнечно-прессового цеха

Наименование помещения	Условия окружающей среды
Трансформаторная	Нормальные условия окружающей среды относительная влажность воздуха ? 60%
Вентиляционная	Нормальные условия окружающей среды относительная влажность воздуха ? 60%
Станочное отделение	Нормальные условия окружающей среды относительная влажность воздуха ? 60%
Комната отдыха	Нормальные условия окружающей среды относительная влажность воздуха ? 60%
Контора	Нормальные условия окружающей среды относительная влажность воздуха ? 60%
Бытовка	Нормальные условия окружающей среды относительная влажность воздуха ? 60%
Инструментальная	Нормальные условия окружающей среды относительная влажность воздуха ? 60%
Склад	Нормальные условия окружающей среды относительная влажность воздуха ? 60%



2. Расчётно-конструкторская часть

2.1 Выбор схемы электроснабжения объекта

В моем курсовом проекте используется магистральная схема электроснабжения электроприёмников кузнечно-прессового цеха. Применяется комплектная трансформаторная подстанция (КТП) внутренней установки типа КТП-400 напряжением 10/0,4 с одним трансформатором . Трансформатор и основное оборудование установлены на фундаменте. Схема выполняется с 1 системой шин, секции шин по низшему напряжению взаиморезервируются с секционным выключателем. Вторичные цепи работают на оперативном, переменном и выпрямленном токе. Узлы коммерческого учёта установлены на вводах 10кВ и 0,4кВ трансформаторов. Система автоматической частотной разгрузки производится с согласованием с электроснабжающей организацией. Способ прокладки кабеля в каналах.

2.2 Расчёт электрических нагрузок по группам приёмников ЭЭ и по узлу в целом

Все электроприёмники должны быть приведены к ПВ 100%.

Порядок определения расчётных электрических нагрузок методом коэффициента заключается в следующем:

1. Все ЭП, присоединённые к узлам, разбивают на однородные по режиму работы группы с одинаковыми значениями коэффициентов использования и коэффициентов мощности. При наличии в расчётном узле ЭП с переменным и постоянным графиком нагрузки расчётные мощности этих ЭП определяются отдельно, а затем суммируются.

2. Подсчитывают количество ЭП в каждой группе и в целом по расчётному узлу присоединения.

3. В каждой группе ЭП и по узлу в целом находят пределы их номинальных мощностей и модуль сборки m

m = Pном max/Pном min (1.1)

где m - модуль сборки

Р ном max - максимальная номинальная мощность

Р ном min - минимальная номинальная мощность

4. Подсчитывают суммарную номинальную мощность всех ЭП узла Pном.

5. По значениям cos с помощью тригонометрических таблиц определяют tg.

6. Для каждой группы однородных ЭП определяют среднюю активную Рсм , кВт, и реактивную Qсм, кВАр, нагрузки за наиболее загруженную смену:

Рсм = Ки · Pном (1.2)

Qсм = Рсм · tg (1.3)

где Рсм - сумма номинальных мощностей ЭП группы, кВт

Ки - коэффициент использования

7. Для узла присоединения суммируют активные и реактивные составляющие мощностей по группам разнородных ЭП

Рсм. уз = Рсм Qсм. уз =Qсм

8. Определяют средневзвешенное значение коэффициента использования узла



Ки = Рсм. уз / (1.4)

9. Средневзвешенное значение tg уз:

tg уз = Qсм. уз/ Рсм. уз (1.5)

По tg уз определяют cos уз - средневзвешенное значение коэффициента мощности мощности узла присоединения.

10. Определяют эффективное число электроприёмников nэ:

(1.6)

11. В зависимости от Ки ср и nэ определяют коэффициент максимума Км.

Для ЭП с постоянным графиком нагрузки Км=1

12. Определяют расчётную активную мощность

Рр =Км · Рсм уз (1.7)

13. Определяют расчетную реактивную мощность Qр, кВАр.

При Ки уз < 0,2 и nэ ? 100, а также при Ки уз ? 0,2, и nэ ? коэффициент Км'=1,1. Во всех остальных случаях можно принять Км'=1.

Qр = Км'· Qсм. уз (1.8)



14.Определяют полную мощность Sр

(1.9)

15. Определяют расчётный ток Iр, А

Iр=Sр/(Uном) (1.10)

где Uном - номинальное напряжение электроприёмника, кВ

Наименование РУ ЭП	Нагрузка установленная	Нагрузка средняя за смену	Нагрузка максимальная
	Рн (КВт)	n	Рн	Ки	cos	tg	m	Рсм	Qсм	Sсм	nэ	Км	Км'	Рр	Qр	Sр	Iр
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Электротермические установки	15	3	45	0,7	0,35	2,6	-	31,5	81,8	-	-	-	-	-	-	-	-
Кран мостовой ПВ=25%	25/12,5	3	37,5	0,06	0,5	1,73	-	2,25	3,99	-	-	-	-	-	-	-	-
Кривошипные КМП	10	3	30	0,2	0,65	1,16	-	6	6,86	-	-	-	-	-	-	-	-
Обдирочные станки типа РТ-503	21	10	210	0,25	0,65	1,16	-	52,5	60,8	-	-	-	-	-	-	-	-
ШРА 1	10ч21	19	332,5	0,28	0,51	1,6	2,1	92,2	153	179	19	1,61	1	148	153	213	365
Фрикционные КМП	4,5	3	13,5	0,2	0,65	1,16	-	2,7	3,13	-	-	-	-	-	-	-	-
Обдирочные станки типа РТ-21001	17	12	204	0,25	0,65	1,16	-	51	59,1	-	-	-	-	-	-	-	-
ИТОГ~ГН	4,5ч17	15	217,5	0,24	0,65	1,16	3,7	53,7	62,3	82	8,4	1,99	1	106	62,9	123	-
Вентилятор приточный	60	1	60	0,65	0,8	0,75	-	39	29,1	-	-	-	-	-	-	-	-
Вентилятор вытяжной	40	1	40	0,65	0,8	0,75	-	26	19,5	-	-	-	-	-	-	-	-
ИТОГ - ГН	40ч60	2	100	0,65	0,8	0,75	1,5	65	48,7	81	2	1	1,1	65	53,6	84,2	-
ШРА 2	4,5ч60	17	317,5	0,37	0,73	0,93	13	118	111	162	-	-	-	171	116	208	346
ШМА	4,5ч60	36	640	0,32	0,62	1,25	13	210	264	341	-	-	-	320	270	421	702

2.3 Расчёт силовой распределительной и питающей сети при напряжении 380В с выбором сечений проводов, кабелей и аппаратов защиты

В эксплуатации электрических сетей возможны нарушения нормального режима работы (перегрузки, короткие замыкания), при которых ток в проводниках резко возрастает. Поэтому цеховые электрические сети должны быть надежно защищены.

Для защиты внутренних сетей помещений цеха на напряжение 380В применяются плавкие предохранители и автоматические выключатели.

Ток нагрузки Iр А, определяется для большинства трехфазных ЭП по общей формуле:

(2.1)

где Iр - ток нагрузки

Рном - номинальная активная мощность электроприёмника, кВт;

Uном - номинальное напряжение электроприёмника, кВ;

cos - номинальный коэффициент мощности нагрузки;

ном - номинальный КПД

Алгоритм расчёта по нагреву

- выбирается марка проводника в зависимости от характеристики среды помещения, его конфигурации и способа прокладки сети;

- по формуле 2.1 определяют расчетный ток. За расчётный ток одиночного ЭП принимается его номинальный ток;

- выбирается сечение проводника по условию нагрева длительно допустимым током



(2.2)

где Iд.д. - длительно допустимый ток по нагреву

Выбор автоматических выключателей с комбинированными расцепителями производится по следующим расчетным выражениям:

Iсраб.т.р. ?1,25Iрасч (2.3)

где Iсраб.т.р - ток срабатывания теплового расцепителя;

Iрасч - длительный (расчетный) ток линии, А,

Iо = 1,2Iпуск (2.4)

где Iо - ток срабатывания электромагнитного расцепителя мгновенного действия (отсечки);

Iпуск - пусковой ток элекродвигателя;

Пусковой ток электродвигателя определяется по выражению:

Iпуск = КпускIном (2.5)

где Кпуск - кратность пускового тока, принимается для АД Кпуск=6ч7

После выбора аппарата защиты должна быть выполнена проверка выбранного сечения проводника на соответствие защитному аппарату:

Iд.д. ? кз· Iс.з.а (2.6)

где кз - коэффициент защиты, принимается кз=1;

Iс.з.а - ток срабатывания защитного аппатата, А

Для группы электродвигателей расчётный ток находится по формуле:

(2.7)

где Кс - коэффициент спроса Кс = 0,7

Iсраб т.р. ? 1,1Iрасч (2.8)

Iо ? 1,25Iпик (2.9)

где Iпик - пиковый ток, А

Пиковый ток из двух - пяти электродвигателей определяется по выражению

(2.10)

где Iпуск - наибольший пусковой ток одного электродвигателя, входящего в группу, А;

- суммарный номинальный ток группы ЭП без учета номинального тока наибольшего по мощности электродвигателя, А

Таблица 3

Линия	Iр, А	Автоматический выключатель	Тип провода
		Iс.з.а А	Iн.а, А	Тип	Iд.д, А	Марка и сечение
Электротермические установки	72,4	63	100	ВА 52-32	75	АВВГ (4 х 16)
Краны мостовые, ПВ=25%	42,8	40	100	ВА 51-31	46	АВВГ (4 х 8)
Обдирочные станки типа РТ-503	55,2	63	100	ВА 51-31	75	АВВГ (4 х 16)
Кривошипные КМП	26,3	25	25	ВА 51-25	28	АВВГ (4 х 3)
Фрикционные КМП	11,8	12,5	25	ВА 51-25	14	АВВГ (4 х 1)
Обдирочные станки типа РТ-21001	44,7	40	100	ВА 51-31	46	АВВГ (4 х 8)
Вентилятор приточный	128,2	125	160	ВА 51-33	135	АВВГ (4 х 50)
Вентилятор вытяжной	85,4	80	100	ВА 51-31	90	АВВГ (4 х 25)

2.4 Выбор средств компенсации реактивной мощности с определением их типа и места подключения

Большая часть промышленных приёмников в процессе работы потребляет из сети помимо активной мощности реактивную. Основными потребителями реактивной мощности являются: асинхронные двигатели (60-65% общего потребления реактивной мощности), трансформаторы (20-25%), воздушные электрические сети, реакторы, преобразователи и другие установки (около 10%).

Для выбора компенсирующего устройства необходимо знать:

- расчётную реактивную мощность КУ;

- тип компенсирующего устройства;

- напряжение КУ.

Расчётную реактивную мощность КУ можно определить из соотношения

Qк.у = Рм(tgtgк) (3.1)

где Qк.у - расчетная мощность КУ, кВар;

- коэффициент, учитывающий повышение cos естественным способом, принимается = 0,9%

tg, tgк - коэффициенты реактивной мощности до и после компенсации

Компенсацию реактивной мощности по опыту эксплуатации производят до получения значения cosк = 0,92…0,95.

Задавшись cosк из этого промежутка, определяют tgк.

Значение Рр, tg выбирают по результатам расчёта нагрузок из «Сводной ведомости нагрузок».

Задавшись типом КУ, зная Qк.у и напряжение, выбирают стандартную компенсирующую установку, близкую по мощности.

Применяются комплектные конденсаторные установки или конденсаторы, предназначенные для этой цели.

Выбираем две низковольтные конденсаторные установки серии:

УКМ 58-04-100-33,3 УЗ напряжением 0,4 кВ, номинальной мощностью 100 кВар, массой 110 кг; УКМ 58-04-150-30 УЗ напряжением 0,4 кВ, номинальной мощностью 150 кВар, массой 132 кг.

Определяют полную мощность с КУ:

После выбора стандартного КУ определяется фактическое значение tgф

(3.2)

где Qк.ст - стандартное значение мощности выбранного КУ, кВар

По tgф определяют cosф:



cosф = cos( arctgф). (3.3)

Находим потери активной и реактивной мощности DР, кВт и DQ, кВар;

DР = 0,02·Sм.уз; (3.4)

DQ = 0,1· Sм.уз (3.5)

Находим полную нагрузку с компенсирующим устройством и потерями:

(3.6)

Данные расчёта занесены в таблицу 4.

Таблица 4. Сводная ведомость нагрузок

Параметр	cos	tg	Рм.уз	Qм.уз	Sм.уз
Всего на НН без КУ	0,62	1,25	320,3	270,17	421,7
КУ	-	-	-	1х150 1х100	-
Всего на НН с КУ	0,39	0,91	320,3	20,17	320,3
Потери	-	-	6,4	32,03	-
Всего на ВН с КУ	-	-	326,7	52,2	328,77

2.5 Выбор числа и мощности силовых трансформаторов

Правильный выбор числа и мощности трансформаторов имеет существенное значение для рационального построения СЭС. Число трансформаторов, как и число питающих линий, определяется в зависимости от категорий потребителей. Наиболее просты и дешёвы однотрансформаторные подстанции. При наличии складского резерва или связей на вторичном напряжении эти подстанции обеспечивают надёжное электроснабжение потребителей 2-й и 3-й категорий. На промыслах однотрансформаторные подстанции применяют для глубиннонасосных установок с резервированным устройством перемычек между магистралями, питающимися от разных подстанций.

При выборе мощности трансформаторов необходимо исходить их экономической нагрузки, допустимой перегрузки, числа часов использования максимума нагрузки, темпа роста нагрузки, расчётной нагрузки. Но так как к моменту проектирования все указанные факторы нельзя определить, то мощность трансформаторов выбирается так, чтобы обеспечить питание полной нагрузки при работе трансформаторов в нормальных условиях с коэффициентом загрузки 0,7-0,75.

При наличии графика нагрузки мощность трансформатора выбирается по его перегрузочной способности.

График 1. Кривые кратности допустимых перегрузок трансформаторов

Для этого по графику нагрузки определяются продолжительность максимума нагрузки t и коэффициент заполнения графика, равный:

Кз.г =Iс.р / Iм или Кз.г = Sср / Sм (4.1)

Кз.г = 341,7 / 421,7 = 0,81

где Iс.р - средняя сила тока;

Sср - средняя мощность трансформатора;

Iм - максимальная сила тока;

Sм - максимальная мощность трансформатора

По значениям t=2 и Кз.г=0,8 по кривым кратностей перегрузок силовых трансформаторов с масляным охлаждением (график 1) определяется коэффициент допустимой перегрузки Кд.п=1,11

Определяется номинальная мощность трансформатора(кВ·А):

Sн = Sм / Кд.п · n (4.2)

Sн = 421,7 / 1,11·1

Намечаем два возможных варианта мощности трансформатора:

I вариант - трансформатор мощностью 400 кВ·А;

II вариант -трансформатор мощностью 620 кВ·А.

Расчеты по определению технико-экономических показателей проведем для I варианта.

Определяем коэффициент загрузки в нормальном режиме:

Кз.н = Sм / 2Sн.т (4.3)

Кз.н = 421,7 /2·400 = 0,52

Определяем коэффициент загрузки в послеаварийном режиме:

Кз.ав = Sм / Sн.т· Кд.п (4.4)



Кз.ав = 421,7 / 400·1,11 = 0,94

Определяем потери активной энергии в год (кВт·ч):

(4.5)

Определяем стоимость потерь электроэнергии (тыс. руб.):

Сп = Со DЭтр (4.6)

Сп = 1,681·14671 = 24,66

Определяем амортизационные отчисления (тыс. руб.):

Са = 0,063·К (4.7)

Са = 0,063·3,38 =0,21

Определяем приведённые затраты(тыс. руб.):

З = 0,15К+С (4.8)

З = 0,15·3,38+24,87 = 25,37

Таблица 5. Технические данные трансформатора

Тип трансформатора	Номинальная мощность	Напряжение, кВ	Потери, кВт	Цена
		первичное	вторичное	DРх	DРн
ТМ-400/10	400	10; 6	0,4; 0,69	1,05	5,5	3,38



2.6 Выбор конструкции распределительного устройства высшего и низшего напряжений

Комплектные малогабаритные распределительные устройства серии КМ-1Ф

Устройства малогабаритные комплектные распределительные серии КМ-1Ф предназначены для приёма и распределения электрической энергии трёхфазного переменного тока при номинальном напряжении 6 - 10 кВ промышленной частоты 50 Гц и 60 Гц для систем с изолированной нейтралью и рассчитаны для общепромышленных поставок. Соответствует ТУ 3414-004-231 208 18-04, сертификат соответствия № РОСС RU. АЯ 27. В 10352.

Конструктивные особенности

Размещение кабельного отсека внизу, отсека сборных шин - вверху возможность исполнения с двусторонним обслуживанием. Имеется полный комплект схем главных цепей и цепей вторичной коммутации. В шкафах предусмотрены механические и электрические блокировки, обеспечивающие защиту обслуживающего персонала от случайного прикосновения к токоведущим частям и защиты схемы от ошибочных оперативных переключений.

Таблица 6. Основные технические параметры КМ-1Ф

Номинальное напряжение, кВ	6; 10
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	7,2; 12
Номинальный ток главных цепей шкафов КРУ, А	630; 1000; 1600; 2000; 2500; 3150
Номинальный ток сборных шин, А	630; 1000; 1600; 2000; 2500; 3150
Ток термической стойкости главных цепей ячеек КРУ, кА	20; 31,5
Ток электродинамической стойкости главных цепей	51:81
Номинальный ток отключения выключателя, встроенного в КРУ, кА	20; 31,5



2.7 Расчёт токов короткого замыкания

Расчёт трёхфазного короткого замыкания в системе электроснабжения промышленных предприятий производится упрощенным способом с рядом допущений:

- питание объекта от источника неограниченной мощности; трёхфазная система является симметричной;

- не учитывается насыщение магнитных систем, т.е. индуктивные сопротивления в процессе к.з. не изменяются;

- напряжение на шинах источника неизменное, так как точки к.з. обычно удалены от источника.

Расчёт токов к.з. ЭУ напряжением выше 1000 В ведется в относительных единицах.

Алгоритм расчёта трехфазного короткого замыкания в электрических сетях напряжением выше 1000 В

Составляем расчётную схему по схеме электроснабжения с нанесением исходных данных, которая включает в себя: систему электроснабжения, питающие линии, трансформаторы, генераторы, электродвигатели, шины с номинальным напряжением, технические данные электрооборудования, необходимые для расчёта.

Составляем схему замещения по расчетной схеме и намечаем точки к.з. Схема содержит активные и индуктивные сопротивления (трансформаторов, линий, электродвигателей), выраженные в относительных единицах, порядковые номера этих сопротивлений, базисные напряжения (ряд базисных напряжений: 6,3; 10,5; 37; 115 кВ), точки к.з. Рекомендуемыми точками к.з. являются:

- шины высокого и низкого напряжений трансформаторов;

- наиболее удаленные точки от системы;

- точки за аппаратами и установками, которые необходимо проверить на действие токов к.з.

Рассчитываем сопротивления схемы замещения в относительных единицах по формулам:

а) для воздушной линии, Ом

(5.1)

где Sб - базисная мощность, МВ·А;

Uб - базисное напряжение;

Х0 - удельное сопротивление линии, Ом / км;

l - длинна линии км;

б) для трансформатора, Ом

(5.2)

в) для кабельной линии, Ом

- индуктивное:

- активное:



(5.3)

где r0 - удельное сопротивление линии, Ом / км;

в) для трансформатора, Ом

Определяем суммарное сопротивление до точки к.з. (К1), Ом:

(5.4)

где Хрез - суммарное индуктивное сопротивление до намеченной точки к.з. с учётом схемы замещения;

rрез - суммарное активное сопротивление до намеченной точки к.з. с учётом схемы замещения;

Определяем начальное значение периодической составляющей тока к.з., в точке К1, кА

(5.5)



Определяем ударный ток замыкания для точки К1, кА

где Ку - ударный коэффициент;

Определяем суммарное сопротивление до точки к.з. (К2), Ом:

Определяем начальное значение периодической составляющей тока к.з. в точке К2, кА

Определяем ударный ток замыкания для точки К2, кА

Данные расчёта занесены в таблицу 7.

Таблица 7

Характеристика точки к.з.	Хр, Ом	Rр, Ом	Zр, Ом	Iк.з., кА	Iуд, кА	Куд
К1	20,07	2,14	24,64	0,22	0,42	1,369
К2	20,11	0	20,11	2,73	5,28	1,369

2.8 Выбор электрооборудования, токоведущих частей и проверка их на действие токов короткого замыкания

Электрические аппараты, изоляторы и токоведущие устройства работают в условиях эксплуатации в трёх основных режимах: длительном перегрузки (с повышенной нагрузкой, которая для некоторых аппаратов достигает значения до 1,4 номинальной) и короткого замыкания.

В длительном режиме надёжная работа аппаратов, изоляторов и токоведущих устройств обеспечивается правильным выбором их по номинальному напряжению и току.

В режиме перегрузки надёжная работа аппаратов и других устройств электротермических установок обеспечивается ограничением значения и длительности повышения напряжения или тока в таких пределах, при которых ещё гарантируется нормальная работа электрических установок за счёт запаса прочности.

В режиме короткого замыкания надёжная работа аппаратов, изоляторов и токоведущих частей обеспечивается соответствием выбранных параметров устройств условиями термической стойкости. Для выключателей и предохранителей добавляется условие их выбора по отключающей способности. Данные выбора оборудования приведены в таблице 8.

Выбор высоковольтных выключателей

При выборе типа выключателя следует руководствоваться ниже перечисленными требованиями:

В закрытых РУ всех напряжений устанавливаются воздушные, элегазовые, вакуумные, маломасляные выключатели и др.

В комплектных РУ 6-10 кВ тип выключателя принимается в соответствии с выбранной серией КРУ или КРУН.

В настоящее время предпочтение отдается вакуумным и элегазовым выключателям.

Вакуумные выключатели имеют значительные преимущества по сравнению с масляными: простота конструкции, высокая надёжность, высокая коммутационная износостойкость, малые размеры, пожаро- и взрывобезопасность, отсутствие шума при операциях, отсутствие загрязнённости окружающей среды, малые эксплуатационные расходы.

Выбор разъединителей

При выборе типа разъединителя обращается внимание на необходимое количество заземляющих ножей и место их установки. Заземляющие ножи используются во время ремонтных работ для заземления отключённого участка электроустановки. В схеме должно быть предусмотрено такое количество заземляющих ножей, чтобы исключалась необходимость использования переносных заземлителей. Для этой цели в разъединителях предусматриваются один или два заземляющих ножа.

Выбор высоковольтных предохранителей

Плавкие предохранители широко применяются для защиты силовых трансформаторов небольшой мощности, в частности, трансформаторов собственных нужд подстанций, распределительных сетей, трансформаторов напряжения.

Рекомендуется к установке предохранители ПК, ПКТ и др.

Таблица 8. Выбор и проверка аппаратов

Условия выбора	Uуст?Uн	Iрас?Iн	Iп.о?Iн.откл	Iiу?iпр.скв	Вк
Расчётные нагрузки	10 кВ	24,34	0,22	0,42	0,19
Выключатель нагрузки	ВНП У10 400-10	400	25 кА	10	0,19
Разъединитель	РВ-10/400 УЗ	400	-	-	7,4
Разрядник	РТФ 10-0,2-1УХЛ1	-	0,5	-	-
Предохранитель	ПКТ-101-10-31,5-125У3	31,5	12,5	-	-
Автоматический выключатель	АВМ ЧС	400	20	-	-

Выбор кабеля

1. Определяем расчётный ток установки, А:

(6.1)



где Iр - расчётный ток установки

Sр - расчётная мощность

Uном - номинальная мощность

2. Определяем сечение кабеля по экономической плотности тока для питающей линии:

(6.2)

где - экономическая плотность тока,

3. Проверяем кабель на термическую стойкость, тепловой импульс короткого замыкания определяется по формуле, кА·с:

(6.3)

где Вк - тепловой импульс

Iк1 - ток короткого замыкания в точке К1

4. Определяем минимальное допустимое сечение, по условию нагрева током к.з.:

(6.4)



Условия термической стойкости gmin?gдоп.ном не выполняются поэтому выбираем кобель с допустимым током Iдоп = 75 А

5. Проверяем кабель по потере напряжения

(6.5)

(6.6)

DU% = (6.7)

DU% =

Окончательно принимаем к укладке кабель с с допустимым током Iдоп = 75 А.

Выбор сечения шин

Выбор сечения шин производится по нагреву. При этом учитываются не только нормальные, но и последовательные режимы, а также режимы в период ремонтов и возможность не равномерного распределения между секциями шин

1. Определяем расчётный ток установки, А:



Выбираем шины размерами 50х5 мм, с допустимым током Iдоп = 665 A

2. Проверяем шины на термическую стойкость:

Шины термически стойки, так как

3. Определяем наибольшее удельное усилие при трёхфазном КЗ, Н/м:

(6.8)

4. Определяем изгибающий момент шин:

(6.9)

5. Определяем сопротивление шин при положении их плашмя и расположении в одной плоскости

(6.10)

6. Определяем расчётное напряжение в материале шин, МПа:

(6.11)

Окончательно принимаем алюминиевые шины однополюсные , с допустимым током Iдоп = 665 A

2.9 Конструктивное исполнение сети заземления и расчёт заземляющего устройства

Устройство заземления и зануления.

В качестве заземлителей следует в первую очередь использовать так называемые естественные заземлители. К ним относят водопроводные и другие металлические трубопроводы без антикоррозионного покрытия, за исключением трубопроводов с горючими жидкостями и взрывчатыми газами, свинцовые оболочки кабелей, металлические конструкции и арматура железобетонных зданий и сооружений, имеющих соединение с землёй, фундаменты, металлические шпуны, обсадные трубы и т.д. Алюминевые оболочки кабелей и голые алюминиевые проводники использовать в качестве заземлителей не разрешается.

В тех случаях, когда естественные заземлители отсутствуют или их сопротивление превышает требуемое значение, устраиваются искусственные заземлители, состоящие из отрезков угловой стали (размерами 50Х50Х4 мм) длинной 2,5 - 3 м, некондиционных стальных труб диаметром 50 мм той же длины с толщиной стенки не менее 3,5 мм, отрезков круглой стали диаметром 12-14 мм, длинной до 5 м и более.

Указанные отрезки (электроды) погружаются в грунт на расстоянии друг от друга примерно 3 м и соединяются между собой стальной полосой размером обычно 40Х4 мм.

Верхние концы электродов должны быть на глубине 0,6-0,7 м от поверхности. Соединительная полоса прокладывается в траншее глубиной 0,6-0,7 м. Все соединения осуществляются сваркой.

Количество электродов зависит от их размеров, удельного сопротивления грунта, глубины промерзания и некоторых других факторов, и определяется на основании специального расчёта.

В качестве заземляющих и нулевых защитных проводников в электроустановках до 1000 В могут быть использованы металлические конструкции зданий (если обеспечивается надёжное соединение звеньев всей цепи), стальные трубы электропроводок, алюминиевые оболочки кабелей, металлические трубопроводы (кроме трубопроводов с горючими и взрывоопасными смесями, канализации, центрального отопления), металлические кожухи шинопроводов, металлические короба и лотки, нулевые рабочие провода электрической сети. Не разрешается использовать в качестве заземляющих и нулевых защитных проводников тонкие металлические оболочки трубчатых проводов и свинцовые оболочки кабелей (АТПРФ, АСРГ и т.д.).

В ЭУ до 1000 В с глухим заземлением нейтрали нулевые защитные проводники должны быть выбраны таким образом, чтобы при однофазном замыкании на корпус или на нулевой проводник происходило быстрое отключение защитой дефектного участка. ПУЭ требует, чтобы при этом ток однофазного к.з. в наиболее удаленной точке цепи превышал не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или номинальный ток комбинированного или теплового расцепителя автоматического выключателя.

Защитное зануление и заземление не всегда обеспечивают необходимые условия безопасности людей, соприкасающихся с электроустановками, так как даже при токе однофазного к.з., превышающем в 3 раза номинальный ток, плавкой вставки предохранителя или расцепителя автомата, срабатывание защиты происходит с некоторой выдержкой времени (иногда в несколько минут). В этих случаях целесообразно, особенно в помещениях с повышенной опасностью, дополнительно к занулению применять защитное отключение.

1. Определяется расчётное сопротивление одного вертикального элемента:

(7.1)

2. Определяется расчётное сопротивление совмещенных ЗУ подстанции:

(7.2)

(7.3)



Rзу2 = 4 Ом, для сети НН, но допустимое при данном грунте определяется:

(7.4)

Следовательно, для расчёта принимается Rзу = 4 Ом

4. Определяем количество вертикальных электродов расчётное

- без учёта экранирования

(7.5)

- с учётом экранирования

(7.6)

5. Размещаем ЗУ на плане

Так как выбрано то

Минимальное расстояние от объекта - 1м



(7.7)

6. Определяются уточненные значения вертикальных и горизонтальных электродов:

(7.8)

в = F(контурное,1,20)= 0,47; г = F(контурное,1,20)= 0,27

(7.9)

7. Определяем фактическое сопротивление ЗУ:

(7.10)

(4) Rзу.доп Rзу.ф (3.4), следовательно ЗУ будет эффективным.

Размещено на Allbest.ru

...