Построение трансформаторной подстанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Характеристика объекта проектирования

1.1 Характеристика производственной зоны и средств механизации на объекте проектирования

1.2 Оценка уровня электрификации, автоматизации на объекте проектирования

2. Электроснабжение объекта проектирования

2.1 Расчет электрических нагрузок

2.2 Расчет компенсационного устройства

2.3 Расчет трансформаторной подстанции

2.4 Расчет токов короткого замыкания

2.5 Выбор пускорегулирующая аппаратура (ПЗА) проводов и кабелей

2.6 Расчет заземляющего устройства

3. Охрана труда



Введение

Электроснабжение является одной из составных частей обеспечения народного хозяйства страны. Без электроснабжения в настоящее время не обходится ни одна промышленность, город и т.д. Одной из задач электроснабжения является обеспечение электроэнергией какого-либо объекта для нормальной работы и жизнедеятельности. Основными потребителями электрической энергии являются промышленные предприятия. Они расходуют более половины всей энергии, вырабатывающейся в нашей стране. Поэтому, электроснабжение промышленных предприятиях должно основываться на использовании современного, конкурентоспособного, электротехнического оборудования, надежных экономичных аппаратах, прогрессивных конструкциях схем питания, широком применении автоматизации.



1. Характеристика объекта проектирования

1.1 Характеристика производственной зоны и средств механизаций на объекте проектирования

Цех по ремонту и обслуживанию сварочного оборудования предназначен для ремонта или замены вышедшего из строя оборудования.

Цех предусматривает вспомогательные, служебные и бытовые помещения. электрификация автоматизация трансформаторный подстанция

Грунт в районе цеха - глина, пол - бетонные плиты. Каркас здания сооружен из блоков-секций длинной 8 м каждый.

Размеры участка А х В х Н = 70 х 80 х 6 м.

Перечень ЭО участка механосборочного цеха дан в таблице 1.

Мощность электропотребления (Р_эп) указана для одного электроприемника.

Количество рабочих смен - 3.

1.2 Оценка уровня электрификации, автоматизации на объекте проектирования

Цех получает электроснабжение от собственной цеховой трансформаторной подстанции. Первичное напряжение на обмотке трансформатора 10 кВ.

В цеху расположены электроприемники: 1-фазные с напряжением питания 220В, 3-фазные-380В.

Потребители электрической энергий относятся к 3 категории надежности электроснабжения.



Таблица 1. Перечень ЭО цеха. 1

№	Наименование	Кол-во	Рном; кВт	Ки	cos?	tg?	№ на плане
1	Фрезерный станок	2	10	0,13	0,5	1,73	1
2	Наждачный станок	2	1	0,12	0,5	1,73	2
3	Вентиляция приточная	1	10	0,6	0,8	0,75	3
4	Вентиляция вытяжная	1	10	0,6	0,8	0,75	4
5	Резьбонарезной станок	1	5	0,14	0,5	1,73	5
6	Сварочная машина	5	120	0,25	0,6	1,33	6



2. Электроснабжение объекта проектирования

2.1 Расчет электрических нагрузок

Для примера расчёта электрических нагрузок возьмём РП1. Определяем суммарую мощность УР_ном подключенных к РП. В таблицах находим значения: Ки, cos?, tg? для каждого ЭП. Для каждого ЭП определяем среднюю активную нагрузку:

Р_см=К_и*Р_ном (1)

P_см - средняя активная нагрузка за смену, кВт.

К_и - коэффициент использования электроприёмников.

P_{см.фрез.ст}=0,13*20=2,6 кВт.

Р_{см.нажд.ст}=0,12*2=0,24 кВт.

Р_{см.вент.приточ.}=0,6*10=6 кВт.

Р_{см.вент.вытяж}=0,6*10=6 кВт.

Р_{см.резьбонарез.ст.}=0,14*5=0,7 кВт.

После чего определяем среднюю реактивную нагрузку:

Q_см=Р_см*tg? (2)

Q_см - средняя реактивная нагрузка за смену, квар.

Tg? - коэффициент реактивной мощности.

Q_{см.фрез.ст}=2,6*1,73=4,5 квар.

Q_{см.нажд.ст}=0,24*1,73=0,42 квар.

Q_{см.вент.приточ}=6*0,75=4,5 квар.

Q_{см.вент.вытяж}=6*0,75=4,5 квар.

Q_{см.резьбонарез.ст}=0,7*1,73=1,2 квар.

Вычислим сумм активных мощностей:

Р_см.уз=УР_см (3)

P_см.уз=2,6+0,24+6+6+0,7=15,54 кВт.

Теперь необходимо вычислить сумму реактивных мощностей:

Q_см.уз=УQ_см (4)

Q_см.уз=4,5+0,42+4,5+4,5+1,2=15,1 квар.

Далее определяем средне взвешенное значение коэффициента использования узла:

К_и.уз= (5)

К_и.уз - средне взвешенное значение коэффициента использования узла.

К_и.уз==0,33

Определяем средне взвешенное значение tg?:

tg?_уз= (6)

tg?_уз==0,97

А по средне взвешенное значение tg? определяем средне взвешенное значение cos?:

cos?_уз=cos(arctg?_уз) (7)



cos?_уз= cos(arctg(0,97))=0,71

Определяем показатель силовой сборки в группе:

m= (8)

P_ном.max; P_ном.min - номинальные приведенные к длительному режиму активные мощности электроприёмников максимального и минимального в группе, кВт.

M==10

В зависимости от К_и.уз, m, и n определяем n_э. Определяем по таблице 1.5.2 Шеховцов В. П. n_э=7

n - фактическое число электроприёмников в группе.

N_э. - эффективное число электроприёмников.

Из таблицы найдём, чему равен коэффициент максимума активной нагрузки.

К_m=1,76

Определяем расчётную максимальную нагрузку узла:

P_P=K_m*P_см.уз (9)

K_m - коэффициент максимума активной нагрузки, определяется по таблице Шеховцов В. П.

Р_P=1,76*15,54=27,4 кВт.

Определяем расчётную реактивную мощность:

Q_P=K'_m*Q_см.уз (10)

K'_m - коэффициент максимума реактивной нагрузки

K'_m=1,1 при n_э10 ; K'_m=1 при n_э10.

N_э10, следовательно коэффициент максимума реактивной нагрузки будет равен К'_m=1,1

Q_р=1,1*15,1=16,61 квар.

Определяем полную расчётную мощность:

S_p= (11)

S_р==32 кВ*А

Определим расчётный ток узла:

I_P = (12)

I_P= =48,6 А

Для остальных распределительных пунктов расчет производиться аналогично

2.2 Расчет компенсационного устройства

Для расчёта компенсационного устройства, для начала найдём расчётную мощность КУ.

Q_к.р=б*Р_р*(tg?-tg?_к) (13)

б- коэффициент учитывающий повышение коэффициента мощности, естественным способом. Б=0,9

tg? -коэффициент реактивной мощности (6). Tg?=1,3

tg?_к-коэффициент реактивной мощности после компенсаций. Tg?_к=0,32

Q_к.р=0,9*296,8*(1,3-0,32)=238 квар

Зная Q_к.р и напряжение выберем стандартную компенсирующую установку, близкую по мощности.

Q_к.ст=200 квар. КУ - 1УК2-0,38-00У3 (snta1006 серии)

После выбора стандартного КУ определяется фактическое значение сos?_ф, через tg?_ф.

tg?_ф=tg?-() (14)

tg?_ф=1,3-=0,48

сos?_ф=cos(arctg?_ф) (15)

сos?_ф=cos(arctg(0,48))=0,95

Определим компенсационную реактивную мощность.

Q'_p=Q_p-Q_к.ст (16)

Q'_p=214,6-200=14,6 квар

Далее полную мощность после компенсаций:

S'_p= (17)

S'_p==270,2 кВ*А

И определим ток после компенсаций:

I'_p= (18)



I'_p==410,5

2.3 Расчет трансформаторной подстанции

Для выбора мощности силового трансформатора необходимо определить категорию надежности электроснабжения цеха. По категорий надёжности необходимо выбрать коэффициент загрузки трансформатора. Цех относится к 3 категорий надежности электроснабжения, следовательно:

К_з=0,8

Теперь определим номинальную мощность трансформатора:

S_ном.тр= (19)

S'_p-полная мощность после компенсаций (17). S'_р=270,2 кВ*А

n-количество трансформаторов. N=1

S_ном.тр==337,75 кВ

Цех потребляет 344,7 кВ*А, поэтому выберем трансформатор на 400 кВ*А. Трансформатор ТМГ-400 на напряжение 10 кВ.

Характеристики трансформатора ТМГ-400:

S_ном.тр=400 кВ*А

Р_хх=0,83 кВт

Р_кз=5,4 кВт

U_кз=4,5%

I_хх=2%

Определим потери реактивной мощности на холостом ходу:

Q_хх=S_ном.тр* (20)



S_ном.тр-номинальная мощность трансформатора.

I_хх-ток холостого хода.

Q_хх=400*=8 квар

И коротком замыканий:

Q_кз=S_ном.тр* (21)

U_кз-напряжение короткого замыкания.

Q_кз=400*=18 квар

Далее определяем приведенные потери активной мощности в режимах холостого хода:

Р'_хх=Р_хх+К_ип*Q_хх (22)

Р_хх-потери холостого хода.

К_ип-коэффициент изменения потерь

К_ип=0,15 кВт/квар

Р'_хх=0,83+0,15*8=2,03 кВт

И короткого замыкания:

Р'_кз=Р_кз+К_ип*Q_кз (23)

Р_кз-потери короткого замыкания.

Р'_кз=5,4+0,15*18=8,1 кВт

Найдём коэффициент загрузки:

К_з= (24)



S'_р-полная мощность после компенсаций (17).

S'_р=270,2 кВ*А

n-коэффициент загрузки трансформатора.

К_з==0,68

Определяем мощность потерь в трансформаторе:

Р'=Р'_хх+К_з²*Р'_кз (25)

Р'=2,03+0,68²*8,1=5,78 кВт

2.4 Расчет токов короткого замыкания

Для определения токов короткого замыкания, нужно определить сопротивление всех элементов и намечаются точки для расчёта токов короткого замыкания.

R_q1=0,2 мОм

Сопротивление трансформатора ТМ-400/10:

Х_т=17,1 мОм

R_т=5,5 мОм

Сопротивление предохранителя:

ПН2-600:

Х_1sf=0,13 мОм

R_1sf=11,12 мОм

Сопротивление автоматических выключателей:

МС150131:

Х_sf1=4,5 мОм

R_sf1=5,5 мОм

МС150131:

Х_sf2=4,5 мОм

R_sf2=5,5 мОм

Сопротивление ступеней распределения:

R_c1=15 мОм

R_c2=20 мОм

Сопротивление кабельных линий:

АНРГ 4*300:

R_кл=r₀*L_кл (26)

r₀-активное удельное сопротивление кабеля.

L_кл-длинна кабельной линий.

R_кл=0,1*25=2,5 мОм

Х_кл=х₀*L_кл (27)

х₀-индуктивное удельное сопротивление кабеля.

Х_кл=0,075*25=1,9 мОм

ВВГ 4*10:

R_кл1=1,84*20=36,8 мОм

Х_кл1=0,073*20=1,46 мОм

ВВГ 4*10:

R_кл2=1,84*30=55,2 мОм

Х_кл2=0,073*30=2,2 мОм

Далее упрощается схема замещения, вычисляются эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ:

R_э1=R_q1+R_т+R_кл+R_1sf+R_c1 (28)

R_т-активное сопротивление трансформатора.

R_кл-активное сопротивление кабельных линий.

R_sf-активное сопротивление предохранителя ПН2-600.

R_с1-активное сопротивление ступеней распределения.

R_э1=0,2+5,5+2,5+11,12+15=34,32 мОм

Х_э1=Х_т+Х_кл+Х_1sf (29)

Х_т-индуктивное сопротивление трансформатора.

Х_кл- индуктивное сопротивление кабельных линий.

Х_sf- индуктивное сопротивление предохранителя ПН2-600.

Х_э1=17,1+1,9+0,13=19,13 мОм

R_э2=R_sf1+R_кл1+R_c2 (30)

R_э2=5,5+36,8+20=62,3 мОм

Х_э2=Х_sf1+Х_кл1 (31)

Х_э2=4,5+1,46=5,96 мОм

R_э3=R_sf2+R_кл2 (32)

R_э3=5,5+55,2=60,7 мОм

Х_э3=Х_sf2+Х_кл2 (33)

Х_э3=4,5+2,2=6,7 мОм

Вычисляем сопротивления до каждой точки КЗ:

R_к1=R_э1 (34)



R_э-эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ.

R_к1=34,32 мОм

Х_к1=Х_э1 (35)

Х_э-эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ.

Х_к1=19,13 мОм

Z_к1= (36)

Z_к1==39,3 мОм

R_к2=R_э2+R_э1 (37)

R_к2=62,3+34,32=96,64 мОм

X_к2=Х_э2+Х_э1 (38)

Х_к2=5,96+19,13=25,09 мОм

Z_к2= (39)

Z_к2==99,8 мОм

R_к3=R_э3+R_э2+R_э1 (40)

R_к3=60,7+62,3+34,32=157,32 мОм



X_к3=Х_э3+Х_э2+Х_э1 (41)

Х_к3=6,7+5,96+19,13=31,79

Z_к3= (42)

Z_к3==160,5 мОм

Определим 3-фазные и 2-фазные токи:

I_к⁽³⁾= (43)

Z_к-сопротивления точек КЗ.

I_к1⁽³⁾==5,9 кА

I_к2⁽³⁾==2,2 кА

I_к3⁽³⁾==1,4 кА

I_к⁽²⁾= (44)

I_к1⁽²⁾==5,1 кА

I_к2⁽²⁾==1,9 кА

I_к3⁽²⁾==1,2 кА



2.5 Выбор пускорегулирующая аппаратура (ПЗА) проводов и кабелей

Чрезмерно высокая температура, приводит к преждевременному износу изоляций, ухудшения контактных соединений и пожарной опасности. Поэтому рассчитаем, какие кабеля нужны, чтоб они не перегревались.

От трансформатора до РУ протекает ток 410,5 А, поэтому выберем кабель АНРГ 4*240 мм², с допустимым током 630 А.

От РУ до РП протекает ток 48,6 А, там будет кабель ВВГ 4*10 мм², с допустимым током 50 А.

От трансформатора до сварочных машин протекает ток 604 А, следовательно выберем шинопровод распределительный марки У5062УЗ Секция прямая, с допустимым током 630 А.

От РП до фрезерного станка протекает ток:

I_фрез.= (45)

P_ном.фр-номинальная мощность фрезерного станка. P_ном.фр=10 кВт.

З-коэффициент полезного действия фрезерного станка. з=0,71

сos?-коэффициент активной мощности фрезерного станка. сos?=0,5

I_фрез==42,8 А

Значит выберем кабель ВВГ 4*10 мм², с допустимым током 50 А.

Теперь определим потери напряжения трансформатора до РУ:

U_%=(*I'_p*L_р*(r₀*сos?+x₀*sin?) )) *10^-3 (46)

I'_p-ток после компенсаций, протекающий от трансформатора до РУ.

I_p=523,7 А

L_р-длина кабеля. L_p=25 м.

r₀;x₀-удельное сопротивление кабелей при температуре 20°С.

R0=0,13 мОм/м

x0=0,0587 мОм/м

U_%=*410,5*25*(0,13*0,61+0,0587*0,79)*10^-3=0,59

Потери напряжения от РУ до РП:

U_%=*I_pп*L_рп*(r₀*сos?+x₀*sin?)^10^-3 (47)

I_pп-ток протекающий от РУ до РП. I_рп=48,6 А

L_рп=20 м.

r₀;x₀-удельное сопротивление кабелей при температуре 20°С.

R0=1,88 мОм/м

x0=0,099 мОм/м

U_%=*48,6*20*(1,88*0,71+0,099*0,7)*10^-3=0,62

Потери от РП до фрезерного станка:

U_%=*I_фрез*L_фрез*(r₀*сos?+x₀*sin?)*10^-3 (48)

I_фрез-ток протекающий от РУ до РП. I_рп=42,8 А

L_фрез=30 м.

r₀;x₀-удельное сопротивление кабелей при температуре 20°С.

R0=1,88 мОм/м

x0=0,099 мОм/м

U_%=*42,8*30*(1,88*0,5+0,099*0,866)*10^-3=0,6

Выберем аппараты защиты. Согласно ПУЭ от перегрузок необходимо защищать силовые и осветительные сети, силовые сети в которых могут возникать длительные перегрузки. Предохранители будем выбирать по протекающему току на данном участке.

Выберем автоматический выключатель для участка трансформатор - РУ. Для этого определим на этом участке ток.

I_т= (49)

S_тр-напряжение трансформатора.

I_т==578 А

По полученному току выберем автоматический выключатель ПН2-600:

I_ном=630 А

P_p=85 Вт

I_отк=40 кА

Аналогично рассчитываем автоматические выключатели на участках РУ - РП, РП - станки и предохранитель для шинопровода.

I_рп= (50)

S_м.рп-полное напряжение на РП

I_рп==48,7 А

На участке РУ - РП, автоматический выключатель MC150131 (3-х полюсный автоматический выключатель МС1, с тепловым и магнитным расцепителем, баз. Откл. Способность 25 кА, ном.ток 50 А):

I_ном=50 А

I_расц.=400 А

I_отк=25 кА

I_д= (51)



Р_д- номинальная мощность фрезерного станка. P_д=10 кВт.

З-коэффициент полезного действия фрезерного станка. з=0,71

сos?-коэффициент активной мощности фрезерного станка. сos?=0,5

I_д==42,8 А

На участке РП - фрезерный станок, автоматический выключатель МС150131:

I_ном=50 А

I_расц=400 А

I_отк=25 кА

I_ш= (52)

S_ш-полное напряжение на участке трансформатор - сварочные машины.

I_ш==604,8 А

На участке трансформатор - сварочные машины, автоматический выключатель МС463232:

I_ном=630 А

I_расц=5000 А

I_отк=50 кА

2.6 Расчет заземляющего устройства

Для расчёта заземляющего устройства нам нужно:

А*В=70*80 м

р=40 Ом*м (глина)

Климатическая зона - 4, вид заземлителя вертикальный К_сез.в=F(верт.4)=1,3 горизонтальный К_сез.г=F(гориз.4)=1,8

Глубина заложения t=0,7 м

Вертикальный электрод L_в=3 м d_прут=16 мм

Горизонтальный электрод (40*4)

Так как контурное ЗУ закладывается на расстояний не менее 1 м, то длина по периметру закладки равна:

L_п=(А+2)*2+(В+2)*2 (53)

А-длина цеха.

В-ширина цеха.

L_п=5*(5-1)=20 м

Определим расчётное сопротивление одного вертикального электрода:

R_в=0,27*К_сез.в*р (54)

К_сез.в-коэффициент сезонности, вертикальный.

Р-удельное сопротивление грунта.

R_в=0,27*1,3*40=14,04 Ом

Далее определим количество вертикальных электродов, без учёта экранирования:

N_в.р`= (55)

R_в-расчётное сопротивление одного вертикального электрода.

R_з-предельное сопротивление совмещенного ЗУ. R_з=4 Ом

N_в.р'==3,51 Принимается N_в.р'=4

С учётом экранирования:

N_в.р= (56)



N_в.р'-количество вертикальных электродов, без учёта экранирования.

N_в-коэффициент использования электродов, вертикальный.

N_в=F(;N_в.р')=0,88

N_в.р==4,54 Принимается N_в.р=5

Определяются уточненные значения сопротивлений вертикальных и горизонтальных электродов:

R_г=*р*К_сез.г*lg (57)

L_п-длина по периметру закладки ЗУ.

N_г-коэффициент использования электродов, горизонтальный.

N_г=0,92

р-удельное сопротивление грунта.

К_сез.г-коэффициент сезонности, горизонтальный.

t-глубина заложения.

R_г=*40*1,8*lg=7,1 Ом

R_в'= (58)

R_в'==3,2 Ом

Определяется фактическое сопротивление ЗУ:

R_зу.ф= (59)

R_г-уточненное значение сопротивления, горизонтального электрода

R_зу.ф==2,2 Ом

R_зу.ф(2,2) R_з(4)

ЗУ объекта состоит:

N_в.р=5;

L_в=3 м;

L_п=308 м полоса - 40*4 мм;

R_зу.ф=2,2 Ом



3. Охрана труда

При проведений ремонтных работ на каждом технологическом участке должны соблюдаться как общие, так и специальные меры безопасности. Ремонтные работы связаны с проведенем большого числа подъемно-транспортных операций. Поэтому при демонтаже и монтаже оборудования и металлоконструкций нельзя допускать пребывания людей в зоне подъема и перемещения грузов. Ремонтные работы на высоте выполняют, используя постоянные площадки. В случае их отсутствия устанавливают прочные и устойчивые подмостки, оборудованные перилами н бортами снизу высотой 200 мм.

Огнеопасные материалы для чистки оборудования применяют только по специальному разрешению начальника цеха или его заместителя. Все работы с огнеопасными материалами производят под руководством инженерно-технического работника с соблюдением всех мер пожарной безопасности.

1. К работе на токарных, фрезерных, сверлильных станках и сварочных аппаратов допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие специальное обучение и получившие удостоверение, прошедшие проверку знаний и медицинский осмотр, а также прошедшие инструктажи по охране труда: вводный и на рабочем месте.

К электросварочным работам в закрытых емкостях женщины не допускаются.

2. Опасные и вредные производственные факторы:

подвижные части производственного оборудования и обрабатываемого материала;

повышенная температура деталей;

повышенное напряжение;

острые кромки, заусенцы и шероховатость поверхности заготовок и инструментов,

повышенный уровень шума.

Опасное состояние сварочных машин, оборудования, среды:

- отсутствие заземления корпуса сварочною аппарата;

- наличие в воздухе рабочей зоны химических соединений и газов, выделяющихся при сварке;

выделение лучистой и тепловой энергии электрической дуги;

брызги расплавленного металла; повышенная температура свариваемых изделий,

- появление напряжения на корпусе сварочного аппарата, электрододержателе и спариваемых узлах.

3. Во время работы применяйте средства индивидуальной защиты:

костюм брезентовый (ТУ 17-08-123 или ТУ 17-08-69);

рукавицы брезентовые(ГОСТ 12.4.10);

ботинки кожаные (ГОСТ 12.4.032). В зимнее время дополнительно:

ватную куртку (ГОСТ 12.4.084);

- брюки ватные (ГОСТ 12.4.084); -валенки ГОСТ (17.724).

3.1. Для предохранения глаз и кожного покрова лица от вредного воздействия видимых и невидимых лучей сварочной дуги, а также от искр и брызг расплавленного металла (шлака) применяйте щиток защитный (ГОСТ 12.4.035) или очки ЗНР1 (ГОСТ 12.4.013) со специальными светофильтрами марок С-4, С-5, С-6, С-7, С-8, С-9, С-10. Для вспомогательных рабочих очки защитные 02 (ГОСТ 12.4.013) со светофильтрами В-1, В-2, ВЗ

Размещено на Allbest.ru

...