Внутрішньоцехове електропостачання

Радіальні схеми - це схеми з таким розподілом електроенергії, при якому кожний електроприймач або зосереджена група електроприймачів живляться окремою лінією від того чи іншого пункту розподілу електроенергії.

В радіальних схемах проміжними пунктами розподілу електроенергії можуть бути силові розподільні шафи, силові розподільні пункти або силові збірки, тобто пристрої з обмеженою кількістю приєднань, у тому числі шини низької напруги цехової трансформаторної підстанції.

Переваги радіальних схем електропостачання: висока надійність; простота експлуатації; зручність автоматизації та захисту.

Недоліки радіальних схем: необхідність розвинутого розподільного пристрою низької напруги цехової трансформаторної підстанції, який займає велику площу і має багато електроапаратів (комутаційних і захисних); велика кількість ліній, що відходять від розподільного пристрою низької напруги цехової трансформаторної підстанції, знижує економічність через підвищені витрати провідникового матеріалу; обмежена гнучкість мережі при переміщенні виробничого устаткування, пов'язаного зі зміною технологічного процесу.

Радіальні схеми застосовуються для: відповідальних електроприймачів; зосереджених навантажень великої потужності; груп електроприймачів невеликої потужності, які живляться від пункту розподілу електроенергії; електроприймачів, які знаходяться у вибухонебезпечних і пожежнонебезпечних приміщеннях.

Магістральна схема - це така мережа, вздовж якої в будь-якій точці можуть бути приєднані споживачі електроенергії.

В даних схемах окремі електроприймачі та пункти розподілу електроенергії приєднуються до магістралей, якими є розподільні шинопроводи, силові розподільні шафи і модульні проводки, а для пунктів розподілу електроенергії - шинопровід або кабельні лінії, приєднані до розподільного пристрою низької напруги цехової трансформаторної підстанції.

Допускається як виняток приєднувати в «ланцюжок» до трьох електроприймачів одного технологічного призначення при невеликій їх потужності, якщо: в пункті розподілу електроенергії мало приєднань; електроприймачі розміщені поблизу один від одного, але значно віддалені від пункту розподілу електроенергії. Однофазні і трифазні електроприймачі в спільний «ланцюжок» не з'єднують [8].

Переваги магістральних схем: забезпечення найкоротшого шляху від джерела живлення до електроприймачів, що сприяє зменшенню втрат електроенергії; спрощення розподільного пристрою низької напруги цехової трансформаторної підстанції (менша кількість електроапаратів); гнучкість та універсальність мережі при виконанні її шинопроводами, так як можна переміщувати чи приєднувати нове устаткування без зміни мережі (при зміні технологічного процесу); використання уніфікованих елементів індустріального виготовлення для монтажу конструкцій.

Недоліки магістральних схем: менша надійність ніж у радіальних (одночасно вимикаються всі електроприймачі, які приєднані до ушкодженої магістралі); деяка перевитрата кольорового металу через застосування шинопроводів і модульної проводки постійного перерізу.

Магістральні схеми застосовуються для живлення: рівномірно розподіленого по площі цеху навантаження; технологічно пов'язаних електроприймачів; симетрично розташованих механізмів.

Якщо наведені вище умови дозволяють виконати мережу за радіальною чи магістральною схемами, то перевагу надають магістральній схемі.

Зазвичай цехова силова електрична мережа виконується за змішаною схемою, яка поєднує в собі елементи магістральної і радіальної - частина електроприймачів одержує живлення від магістралей (розподільних шинопроводів), частина - від силових розподільних шаф, які, в свою чергу, живляться від розподільного пристрою низької напруги цехової трансформаторної підстанції або від розподільного шинопроводу. Таке сполучення дозволяє більш повно використовувати переваги обох схем в реальних умовах розміщення електроприймачів по цеху.

Обов'язковою умовою є те, що за будь-яких схем живлення пристрій розподілу електроенергії слід так розміщувати так, щоб звести до мінімуму довжину живильної та розподільної цехової електричної мережі.

Для живлення рухомих підйомно-транспортних пристроїв (кранів, тельферів, візків) доцільно застосовати тролейні лінії, схеми живлення яких можуть бути: від одного джерела живлення для одного чи двох кранів; від двох джерел живлення для кранів, які належать до споживачів І-ї категорії надійності електропостачання. Живлення тролейної лінії здійснюється окремою лінією від шин низької напруги цехової трансформаторної підстанції, магістрального шинопроводу або від найближчого силової розподільної шафи чи розподільного шинопроводу.

Живлення електричного освітлення, як правило, здійснюється від спільних для силових та освітлювальних навантажень трансформаторів окремими лініями. Якщо в цеху є навантаження, які істотно погіршують показники якості електроенергії, їх живлення та освітлення здійснюють від різних трансформаторів.

В схемі електричного освітлення необхідно передбачити роздільне живлення робочого і аварійного освітлення. В цехах, де встановлено декілька трансформаторів, дані види освітлення живлять від різних трансформаторів, приєднаних до незалежних джерел. Якщо встановлений один трансформатор, живлення робочого та аварійного освітлення здійснюють окремими лініями.

2.2 Конструктивне виконання живильної і розподільної цехової силової мережі

Особливістю цехових силових мереж низької напруги є їх достатньо велика довжина та доступність, тому від їх устрою залежить безпека людей [5-8].

В трифазних мережах напругою до 1 кВ розрізняють мережі з ізольованою нейтраллю (трипровідні) і з глухозаземленою нейтраллю (чотирипровідні).

В мережах низької напруги найчастіше застосовуються такі співвідношення лінійних та фазних напруг: 0,38/0,22 та 0,66/0,38 кВ.

Система напруг 0,38/0,22 кВ є основною і застосовується для живлення від спільних трансформаторів електродвигунів потужністю від 0,1 до 350 кВт, різних однофазних електроприймачів та електричного освітлення.

Система 0,66/0,38 кВ застосовується, якщо це надає суттєві техніко-економічні переваги порівняно з напругою 0,38/0,22 кВ, але необхідно зважати на те, що на дану напругу виробляється дуже обмежений асортимент електрообладнання.

В цехових мережах застосовуються й інші напруги до 1 кВ.

Напруга 12 В (змінного чи постійного струму) застосовується лише за особливо несприятливих умов щодо безпеки людей.

Напруги 24, 36, 42 В (змінного та постійного струму) застосовуються в приміщеннях з підвищеною небезпекою для стаціонарного місцевого освітлення, ручних переносних світильників, переносного інструменту, живлення ланцюгів управління, сигналізації та автоматизації електроустановок.

Тип проводки та спосіб виконання цехової мережі залежить від умов навколишнього середовища, місця прокладання мережі, довжини окремих ділянок, розрахункового перерізу мережі та ін.

Конструктивно цехова живильна мережа виконується кабелями, шинопроводами, модульними проводками та рідше проводами.

В радіальних мережах при прокладанні кабелів всередині цехів застосовуються броньовані й частіше неброньовані без зовнішнього джутово-бітумного покриву (через пожежонебезпеку) кабелі марок АВВГ, АВРГ, АНРГ (чотирижильні для мереж з глухозаземленою нейтраллю або трижильні для мереж з ізольованою нейтраллю).

Кабельні лінії виконують так, щоб в процесі монтажу та експлуатації в кабелях не виникали небезпечні механічні напруги та пошкодження. Кабелі вкладають із запасом за довжиною, який достатній для компенсації теплових деформацій як самого кабелю при коливаннях струмового навантаження й температури навколишнього середовища, так і конструкцій, на яких кабель прокладений.

Спосіб прокладання кабелів вибирають залежно від кількості, наявності вибухонебезпечних газів та ін. рекомендується застосовувати відкрите прокладання кабелів. Бажано, щоб траса була прямолінійною та віддаленою від трубопроводів.

Кабелі розташовують на стінах, колонах, фермах, перекриттях, в лотках, в трубах, в коробах та в спеціальних кабельних каналах або тунелях.

Прокладання кабелів на стінах і перекриттях виконують за допомогою скоб. При прокладанні декількох кабелів потрібно застосовувати підвісні конструкції, які значно полегшують монтаж (наприклад, полиці, лотки).

Електропроводки в трубах і коробах надійні, але трудомісткі і дорогі, тому рекомендується їх уникати. При необхідності захисту від механічних пошкоджень слід прокладувати кабелі в трубах на одних ділянках й відкрито - на інших.

Прокладення кабелів в каналах або тунелях доцільне в разі їх значної кількості. Всередині кабелі вкладають на типові збірні конструкції, встановлені на бокових стінах. Перевагою такого прокладання кабелів є їх захист від механічних пошкоджень, зручність огляду та ремонту, а недоліком - значні капітальні витрати.

Магістральні мережі конструктивно виконуються у вигляді магістралей з шинопроводів та модульних проводок.

В електричних мережах напругою до 1 кв здебільшого застосовують закриті шинопроводи, які виготовляються на електротехнічних підприємствах та називають комплектними. Вони поставляються окремими збірними секціями, які складаються з трьох або чотирьох шин з ізоляторами в оболонці та комутаційних апаратів.

Шинопроводи типу ШМА випускаються секціями різної конфігурації - прямими 0,75; 1,5; 3,0; 4,5 та 6,0 м, кутовими, трійниковими, вивідними та ін. Відгалуження виконуються глухими або з автоматичними повітряними вимикачами (автоматами), які встановлені у відгалужувальній коробці [8]. Магістральні шинопроводи зазвичай кріплять на висоті 3-4 м над підлогою на кронштейнах чи спеціальних стійках. Це забезпечує невелику довжину спусків до електроприймачів.

Розподільні шинопроводи типу ШРА також випускаються секціями різної конфігурації. Для штепсельного приєднання відгалужувальних коробок на бічних сторонах прямих секцій шинопроводу виконані вікна. Відгалужувальні коробки комплектуються рубильниками, запобіжниками або автоматами. Для штепсельного приєднання передбачені вікна зі шторками, що закриваються автоматично. При відкриванні кришки коробки живлення електроприймача припиняється, що гарантує безпечне приєднання коробок до шинопроводу, який перебуває під напругою в процесі експлуатації [8].

Кріплення розподільних шинопроводів здійснюється кронштейнами до стін і колон, тросами до ферм будівель і на стійках на висоті 1,5 м над підлогою. Лінії від штепсельних коробок до електроприймачів виконуються ізольованими проводами в трубах, коробах та металорукавах, а також шланговими кабелями на тросі.

Приєднання ШРА до ШМА здійснюється кабельною перемичкою, яка з'єднує ввідну коробку ШРА з відгалужувальною коробкою секції ШМА. Ввідна коробка ШРА встановлена на кінці секції або в місці з'єднання двох секцій.

Модульні проводки використовують для живлення електроприймачів невеликої потужності при струмах в магістралі до 100 А. Ці кабельні (провідні) магістралі виконують в трубах, прокладених в підлозі з визначеним кроком (відстанню між сусідніми магістралями). Крок модульного розведення визначається розташуванням устаткування (частіше 1, 3 і 6 м). Вздовж магістралі з кроком 1-6 м встановлюються відгалужувальні коробки на 2-4 електроприймачі з глухим або штепсельним приєднанням через запобіжники або автомати. Лінії, які відходять від колонок до електроприймачів, виконують кабелями або проводами в гнучких металорукавах.

Конструктивно розподільну мережу в основному виконують проводами відкрито на ізолюючих опорах, в трубах (металевих або пластмасових) або кабелем.

При прокладанні проводів всередині цехів здебільшого використовуються одножильні ізольовані проводи марок АПВ, АПРТО (рідше ПВ, ПРТО) [8].

В цеховій трифазній мережі напругою 0,38/0,22 кВ (чотирипроводні мережі з глухозаземленою нейтраллю) застосовується захисне занулення. Необхідний нульовий провідник одночасно виконує функцію робочого нульового провідника живлення однофазних електроприймачів і функцію нульового захисного провідника, тому для трифазних електроприймачів проводка в металевих трубах повинна мати три проводи (четвертим є труба), в пластмасових трубах - чотири проводи, а кабель повинен бути чотирижильним.

Відкрите прокладання ізольованих проводів допускається в усіх приміщеннях, за винятком приміщень з вибухонебезпечним середовищем.

Прокладання ізольованих проводів в сталевих водогазопровідних трубах рекомендується використовувати у вогких приміщеннях та приміщеннях з хімічно активним середовищем.

Застосування пластмасових труб дозволяє економити сталеві труби та знизити трудоміскість трубних електропроводок. Застосування пластмасових труб заборонене у вибухонебезпечних і пожежонебезпечних приміщеннях та рекомендоване для схованої прокладки в вогких, курних, з хімічно активним середовищем приміщеннях.

Трубні проводки зазвичай виконують в підлозі перед заливанням його бетоном. Максимально можливий переріз проводів, що затягуються в трубу, залежить від її діаиетра, довжини і кількості вигинів, тому лінії роблять можливо короткими.

Кабельну лінію від пункту розподілу електроенергії до окремого електроприймача прокладають відкрито на стінах, фермах, а в місцях можливого механічного впливу захищають металевою трубою або коробом.

Для електричних мереж рухомих електроприймачів застосовують тролеї, для яких використовують комплектний тролейний шинопровід, кутову чи смугову сталь, неізольовані круглі чи профільовані сталеві або мідні провідники. Надійність прокладання сталевих тролеїв забезпечується їх механічною міцністю та жорстким кріпленням, що особливо важливо для кранів з великими швидкостями пересування.

Тролеї прокладаються вздовж підкранового шляху на ізоляторах встановлених на спеціальних конструкціях.

Якщо через несприятливі умови середовища або небезпеку ураження струмом в разі недостатньої висоти застосувати тролейні лінії неможливо, живлення рухомого електроприймача виконують гнучкими кабелями або проводами, які намотуються на барабан чи підвішуються до сталевого дроту за допомогою кілець або роликів.

Для живлення приводів машин і маніпуляторів, які рухаються по рейкам, тролеї монтуються в закритих каналах з щілиною, через яку проходить кронштейн зі струмоприймачами.

Навантаження, які створюються дуговим чи контактним електричним зварюванням, характеризується великим споживанням реативної потужності, через що необхідно застосовувати мережі з малою величиною індуктивного опору - мережі, які виконані багатожильними кабелями, закритими шинопроводами з розташуванням шин за схемами спарених фаз.

Застосування вільної прокладки одножильних проводів у трубах для живлення зварювального навантаження не рекомендується, бо змінний характер навантаження створює електродинамічні зусилля між проводами, які переміщуються один відносно одного й порушують ізоляцію. Тому частіше використовують гнучкі кабелі.

Якщо необхідна велика пропускна здатність кабелів (великі струми та мала напруга близько 16-80 В), то застосовують спеціальний шестижильний кабель з прямими і зворотніми жилами й малим індуктивним опором [8].

Цехові мережі електричного освітлення повинні відповідами всім вимогам ПУЭ до мереж напругою до 1 кВ та ще специфічним вимогам. Це обумовлено їх значною довжиною та доступністю, необхідністю забезпечення нормального ходу технологічного процесу, безпеки людей та пожежної безпеки.

Для виробничих приміщень використовують загальне, а також комбіноване (загальне та місцеве) освітлення.

На промислових підприємствах застосовують три види освітлення - робоче, аварійне та евакуаційне. Робоче освітлення виконується в усіх приміщеннях для створення на робочих поверхнях нормованої освітленості. Аварійне освітлення застосовується у випадках, коли при раптовому вимиканні робочого освітлення можливе виникнення вибуху або пожежі, масового травматизму, тривалого розладу технологічного процесу та ін. В аварійному режимі на робочих місцях повинна бути освітленість 5% від робочої, але не менше 2 лк. Евакуаційне освітлення необхідне для безпечної евакуації людей з приміщень в разі аварійного вимикання робочого освітлення і повинне становити не менше 0,5 лк [5]. Світильники аварійного та евакуаційного освітлення приєднуються окремими лініями до незалежного джерела живлення. Мережі від джерела живлення до групових щитків освітлення називаються живильними, а від групових щитків до світильників - груповими. Живильні мережі виконуються три- і чотирипровідними. Групові лінії залежно від довжини і потужності можуть бути дво-, три- і чотирипровідними.

Живильні мережі виконуються за магістральною або радіально-магістральною схемою. Рекомендується живити від однієї лінії не бідьше чотирьох-п'яти щитків.

В мережах освітлення промислових підприємств застосовують відкриті електропроводки на ізолюючих опорах, в трубах і безтрубні. Найбільш раціональними у виробничих приміщеннях цехів є тросові та струнні проводки, освітлювальні шинопроводи.

Для електричного освітлення виробничих приміщень використовуються лампи розжарювання, люмінісцентні лампи низького тиску та високого тиску типу ДРЛ (дугова ртутна лампа) і металогалогенні типу ДРІ.

Для аварійного освітлення слід застосовувати лампи розжарювання. Допустимо використовувати люмінісцентні лампи при мінімальній температурі в приміщенні не нижче 10С тепла, і напрузі на лампах не менше ніж 90% номінальної [4].

2.3 Розрахунок електричних навантажень цехової силової мережі

В даному підрозділі курсового проекту необхідно розрахувати електричні навантаження цехової силової мережі.

На даний час основним методом розрахунку електричних навантажень промислових підприємств є метод впорядкованих діаграм, рекомендований керівними матеріалами [9]. Метод може бути застосованим при відомих номінальних даних всіх електроприймачів та їх розташування на плані цеху.

Розрахункове навантаження споживача або елемента електричної мережі (активне , реактивне , повне , струм ) приймається рівним математичному сподіванню максимального навантаження за 30 хвилин і використовується: для вибору перерізів струмопровідних частин (кабелів, шинопроводів, проводів, тролеїв), номінального струму електроапаратури, потужності силових трансформаторів, пристроїв компенсації реактивної потужності та перетворювачів; визначення втрат і відхилень напруги, втрат потужності та електроенергії в цехових мережах. Середні за максимально завантажену зміну активне , реактивне і повне навантаження являють собою можливий нижній рівень групового навантаження, обумовлений неоднаковим завантаженням в даний момент часу окремих електроприймачів.

Фактичне значення розрахункового навантаження залежно від кількості електроприймачів у групі та їх режиму роботи перевищує середне, якщо розглядаються лише електроприймачі, або буде нижчим від середнього, якщо враховується імовірність одночасної роботи всього технологічного устаткування, тобто залежить від рівня в системі електропостачання, на якому визначається навантаження. Тому величину середнього навантаження за максимально завантажену зміну використовують для визначення розрахункового навантаження.

Пусковий та піковий струми необхідні для вибору уставок автоматів та плавких вставок запобіжників, визначення розмаху зміни напруги для оцінки допустимості коливань напруги та перевірки можливості самозапуску електродвигунів.

Кожен електроприймач характеризується номінальними параметрами, які гарантують безвідмовну його роботу протягом гарантованого строку та забезпечують йому найбільший коефіціент корисної дії.

Вихідними даними для розрахунку електричних навантажень цеху є наступні: номінальна напруга; коефіціент потужності; режим роботи; коефіціент використання активної потужності; фазність (трифазний або однофазний); спосіб приєднання однофазного електроприймача (на фазну або на лінійну напругу).

Для електроприймачів повторно-короткочасного режиму паспортна потужність повторно-короткочасного режиму повинна бути приведеною до номінальної потужності тривалого режиму.

В цехових системах електропостачання при розрахунку навантажень виділяють три рівні за характером формування навантажень [8].

Перший рівень електропостачання - це електричні мережі напругою до 1 кВ, які приєднують окремі електроприймачі до пункту розподілу електроенергії (шинопроводу, силової розподільної шафи, силового розподільного пункту).

Другий рівнень електропостачання - це електричні мережі напругою до 1 кВ, які приєднують розподільні шинопроводи, силові розподільні шафи, силові пункти та збірки до збірних шин низької напруги цехової трансформаторної підстанції або до магістральних шинопроводів.

Третій рівень електропостачання - це збірні шини низької напруги цехової трансформаторної підстанції та магістральні шинопроводи.

У розрахунку навантажень прийнято позначати малими літерами величини, які стосуються індивідуального електроприймача і великими - групового навантаження.

Силові навантаження на першому рівні електропостачання цеху є вихідними даними для обчислення силових навантажень на другому і третьому рівнях.

На першому рівні електропостачання навантаження на лінію (провід, кабель) створюється одним електроприймачем, тому для всіх таких приєднань при відомому фактичному коефіціенті завантаження електроприймача розрахункові активні і реактивні навантаження, а також повне навантаження і розрахунковий струм визначаються за наступними формулами:

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

де - відповідає паспортному значенню коефіціента потужності , яке характерне для даного електроприймача;

- номінальна напруга електричної мережі, кВ.

Якщо фактичний коефіціент завантаження електроприймача невідомий, то при проектуванні приймається рівним одиниці. Таким чином, за розрахункове активне навантаження приймається номінальна потужність електроприймача при тривалому режимі роботи (ТВ = 1).

Номінальний струм електродвигуна визначається як

, (2.5)

де - номінальна активна потужність електродвигуна;

- номінальний коефіціент потужності електродвигуна;

- номінальний коефіціент корисної дії електродвигуна.

Величини та визначаються за каталогами заводів-виробників або за відповідними довідниками. В разі відсутності паспортних даних двигунів їх коефіціент потужності можна прийняти за даними таблиці В.1 та [8], а номінальний коефіціент корисної дії прийняти рівним одиниці.

Доцільно для кожного електроприймача обчислити його пусковий струм

(2.6)

де - коефіціент пуску;

- номінальний струм електроприймача.

Для конкретних електроприймачів коефіціенти пуску приймають за паспортними даними. В разі їх відсутності величина пускового струму приймається: для асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором та синхронних двигунів - ; для асинхронних двигунів з фазним ротором та двигунів постійного струму - ; для зварювальних і пічних трансформаторів, машин контактного зварюваня - .

Отримані результати для всіх електроприймачів цеху заносяться до таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 - Розрахункове силове навантаження на першому рівні електропостачання

№ за планом	Найменування електроприймача	, кВт		Розрахункові дані
				кВт	квар	, кВА	, А	, А
1
...
n

На другому рівні електропостачання навантаження на лінію живлення створюється групою електроприймачів, які приєднані до пункту розподілу електроенергії. Оскільки всі електроприймачі не працюють з максимальним навантаженням одночасно, то результуюче навантаження завжди менше від суми їх номінальних потужностей і буде не меншим від середнього навантаження за максимально завантажену зміну, що характризується коефіціентами розрахункових активних та реактивних навантажень.

Коефіціент розрахункових активних навантажень залежить від ефективного числа електроприймачів , середньовиваженого коефіціенту використання активної потужності та сталої часу нагрівання електричної мережі , яка на другому рівні електропостачання приймається рівною 10 хвилинам (розрахунковий інтервал часу = 30 хв).

Ефективне число електроприймачів - це така умовна кількість однорідних за режимом роботи електроприймачів однакової потужності, яка обумовлює те саме значення розрахункового навантаження, як і група електроприймачів різних за режимом роботи і потужністю.

, (2.7)

де - кількість працюючих електроприймачів в групі;

- номінальна активна потужність і-го електроприймача при ТВ = 1.

Знайдені значення округляються до найближчого меншого цілого числа.

Число ефективних електроприймачів приймається рівним дійсному числу електроприймачів , якщо відношення активних потужностей найбільшого електроприймача групи до найменшого не перевищує трьох.

Для груп різних електроприймачів різної потужності та різного режиму роботи середньовиважений коефіціент використання активної потужності:

, (2.8)

де - кількість характериних груп електроприймачів;

- середня активна потужність за максимально завантажену зміну і-ї групи;

- номінальна активна потужність і-ї групи електроприймачів.

Середнє активне навантаження за максимально завантажену зміну і-ї групи:

, (2.9)

де - кількість електроприймачів в групі;

- коефіціент використання активної потужності і-го електроприймача;

- номінальна активна потужність і-го електроприймача при ТВ = 1.

Коефіціенти використання активної потужності наводяться в таблиці В.1, а також у відповідній довідковій літературі [7, 8].

Якщо у довідкових матерілах наведені інтервальні значення коефіціентів, то для розрахунку приймають їх найбільше значення.

Числові значення коефіціентів розрахункових активних навантажень на другому рівні електропостачання наводяться в таблиці В.2 та [8, 9].

На другому рівні електропостачання для електроприймачів в групі розрахункові силові навантаження: активне та реактивне визначаються наступним чином:

, (2.10)

, (2.11)

де - відповідно середні активна та реактивна потужності за максимально завантажену зміну і-го електроприймача;

- відповідає номінальному значенню коефіціента потужності .

Коефіціент розрахункових реактивних навантажень при числі ефективних електроприймачів приймається , а при приймається .

У випадках, коли розрахункове активне навантаження групи електроприймачів менше за номінальну потужність найбільш потужного електроприймача групи, слід приймати .

Якщо до вузла приєднано до трьох електроприймачів включно, то розрахункове навантаження приймається рівним сумі їх номінальних потужностей:

, (2.12)

, (2.13)

Розрахункове силове повне навантаження на другому рівні електропостачання:

(2.14)

Розрахунковий струм:

. (2.15)

де - номінальна напруга електричної мережі до 1 кВ.

Визначення розрахункового навантаження споживачів електроенергії доцільно виконувати за єдиною формою (таблиця 2.2). Перед заповненням таблиці необхідно:

- накреслити схему живлення з вузлами навантажень;

- записати в таблицю вихідні дані електроприймачів кожного вузла, які слід розглядати в послідовності їх приєднання за схемою електропостачання.

Електричні навантаження електроприймачів напругою до 1 кВ визначають для кожного пункту розподілу електроенергії (розподільного шинопроводу, силової розподільної шафи та ін.). При магістральній схемі розрахунок починається від останнього пункту розподілу електроенергії і при розрахунку наступних пунктів розподілу електроенергії враховуються навантаження попередніх пунктів.

До граф 1-4 таблиці 2.2 вносяться вихідні дані (згідно завдання), до граф 5, 6 - значення коефіціентів використання та потужності ( і ) для індивідуальних електроприймачів. При цьому всі електроприймачі групуються за характерними категоріями з однаковими і . В кожному окремому рядку зазначаються електроприймачі однакової потужності.

В графах 2 і 4 наводяться дані тільки робочих електроприймачів. Резервні та ремонтні електроприймачі, а також електроприймачі, які працюють короткочасно (засувки, вентилі, пожежні насоси та т.і.), не враховують при визначенні розрахункової потужності (за винятком випадків, коли протипожежні електроприймачі визначають вибір елементів мережі).

Номінальна потужність електродвигунів з повторно-короткочасним режимом роботи до тривалого режиму (ТВ = 1) не приводиться.

Однофазний електроприймач враховується в графі 3 як еквівалентний трифазний електроприймач з номінальною потужністю:

- при вмиканні на фазну напругу

, , (2.16)

- при вмиканні на міжфазну напругу

, , (2.17)

де - відповідно номінальна активна і реактивна потужності однофазного електроприймача.

Всі електроприймачі групуються рядками за характерними категоріями незалежно від потужності, а в підсумковому рядку графи 3 зазначаються максимальна і мінімальна потужнсті електроприймачів даного вузла живлення.

В графах 7 та 8 відповідно записуються рядками величини групової середньої активної потужності за максимально завантажену зміну і-ї групи електроприймачів та групової середньої реактивної потужності за максимально завантажену зміну , а в підсумковому рядку визначається сума цих величин.

Таблиця 2.2 - Визначення розрахункового навантаження споживачів електроенергії на другому і третьому рівнях електропостачання

Вихідні дані	Довідкові дані	Розрахункові дані			Розрахункові навантаження
Найменування вузлів живлення та груп електроприймачів
	од.	кВт	кВт			кВт	квар			кВт	квар	кВА	А
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14

Для кожного вузла живлення визначається середньовиважений коефіціент використання активної потужності за формулою (2.8) і заноситься до підсумкового рядку графи 5.

В графі 9 наводиться величина ефективного числа електроприймачів .

Залежно від середньовиваженого коефіціенту використання активної потужності , ефективного числа електроприймачів визначається коефіціент розрахункових активних навантажень з таблиці В.2 або [8, 9] та заноситься в чисельник дробу графи 10. Залежно від ефективного числа електроприймачів визначається коефіціент розрахункових реактивних навантажень і заноситься в знаменник дробу графи 10.

Розрахункове активне навантаження для приєднаних до вузла живлення електроприймачів напругою до 1 кВ визначається за (2.12) та заноситься до графи 11, а розрахункове реактивне навантаження - за (2.13) до графи 12.

Повне розрахункове навантаження силового устаткування для кожного вузла живлення заноситься до графи 13, а розрахунковий струм на стороні 0,38 кВ заноситься до графи 14.

На третьому рівні електропостачання результуюче навантаження завжди менше від суми їх номінальних потужностей та буде відрізнятись від середнього навантаження за максимально завантажену зміну, що характеризується коефіціентами розрахункових активних навантажень та розрахункових реактивних навантажень [9].

На цьому рівні електропостачання коефіціент розрахункових активних навантажень залежить від ефективного числа електроприймачів , середньо-виваженого коефіціента використання активної потужності та сталої часу нагрівання мережі, яка на даному рівні електропостачання приймається = 2,5 год.

На третьому рівні електропостачання через значну кількість електроприймачів допускається величину ефективного числа електроприймачів визначати за наступною спрощеною формулою:

, (2.18)

де - всі електроприймачі (без резервних), які живляться від шин низької напруги цехової трансформаторної підстанції або магістрального шинопроводу;

- номінальна активна потужність найбільш потужного електро-приймача з усієї групи електроприймачів, яка розглядається.

Значення округляється до найближчого меншого цілого числа. Якщо знайдене значення , то приймається .

Середньовиважений коефіціент використання активної потужності визначається для всіх працюючих електроприймачів.

. (2.19)

Числові значення коефіціентів розрахункових активних навантажень наводяться в таблиці В.3 та у відповідній літературі [8, 9].

На третьому рівні електропостачання розрахункове силове активне навантаження:

. (2.20)

На третьому рівні електропостачання коефіціенти розрахункових активних та реактивних навантажень приймаються рівними (), тому розрахункове реактивне навантаження:

, (2.21)

де відповідає середньовиваженому коефіціенту потужності .

Розрахункове силове повне навантаження цеху на третьому рівні електропостачання:

. (2.22)

Розрахунковий струм:

, (2.23)

де - номінальна напруга електричної мережі до 1 кВ.

Вихідні дані та результати розрахунку силового навантаження на третьому рівні електропостачання окремими рядками заносяться в таблицю 2.2.

Загальне електричне освітлення виробничих приміщень виконується світильниками, які розподіляють рівномірно між фазами трифазної електричної мережі, тому електричне освітлення можна розглядати як трифазне навантаження.

Розрахункове навантаження загального електричного освітлення виробничого цеху промислового підприємства визначається, як правило, за методом коефіціента попиту [6-10], для цього слід врахувати встановлене (номінальне) навантаження загального освітлення цеху, яке більш точно можна визначити тільки після проведення світлотехнічного розрахунку. У попередніх розрахунках встановлене (номінальне) навантаження загального освітлення:

, кВт, (2.24)

де - коефіціент, який враховує потужність пускових приладів залежно від джерела світла (для ламп розжарювання ; для ламп типу ДРЛ ; для люмінісцентних ламп низького тиску стартерних , безстартерних ) [8];

- питома встановлена потужність загального освітлення цеху, Вт/м²;

- площа цеху, яка підлягає освітленню, м².

Орієнтовні величини наведені в таблиці В.4 та [8].

При виборі джерела світла для загального внутрішнього освітлення слід використовувати переважно газорозрядні лампи з найбільшою світловою віддачею.

Розрахункове активне навантаження загального освітлення цеху:

, (2.25)

де - коефіціент попиту загального освітлення.

Для виробничих будівель, з окремих приміщень , для окремих великих прогонів - , для невеликих виробничих будівель - .

Розрахункове реактивне навантаження загального освітлення цеху:

, (2.26)

де відповідає значенню коефіціента потужності .

Для ламп розжарювання , для люмінісцентних ламп низького тиску , для люмінісцентних ламп високого тиску типу ДРЛ .

Розрахункове повне навантаження загального освітлення цеху:

(2.27)

Розрахунковий струм:

, (2.28)

де - номінальна напруга електричної мережі до 1 кВ.

Розрахункове навантаження аварійного освітлення цеху приймається 10% від робочого.

Результати розрахунку окремими рядками заносяться до таблиці 2.2.

Загальне розрахункове активне навантаження цехової підстанції:

. (2.29)

Загальне розрахункове реактивне навантаження цехової підстанції:

. (2.30)

Розрахункові активне та реактивне навантаження сусіднього цеху (ділянки цеху) приймається відповідно до завдання на курсове проектування.

Розрахункове повне навантаження цехової трансформаторної підстанції:

. (2.31)

Розрахунковий струм:

. (2.32)

де - номінальна напруга електричної мережі до 1 кВ.

Результати розрахунку сумарного навантаження окремим рядком заноситься до таблиці 2.2.

2.4 Вибір числа, коефіціента завантаженості та потужності трансформаторів цехової підстанції з урахуванням компенсації реактивної потужності

В даному підрозділі курсового проекту необхідно здійснити вибір кількості, коефіціента завантаження та потужності трансформаторів цехової підстанції з урахуванням компенсації реактивної потужності, а також визначити потужності конденсаторних установок з номінальною напругою 0,4 кВ і здійснити їх розподіл.

Кількість трансформаторів цехової трансформаторної підстанції визначається заданим рівнем надійності електропостачання та потужністю електроприймачів.

Однотрансформаторні цехові підстанції, як правило, застосовують в разі навантажень, які допускають перерви живлення на час доставки складського резерву (електроприймачі 3-ї категорії надійності) та при можливості резервування на вторинній напрузі. В останньму випадку, коли переважають електроприймачі 3-ї категорії та є електроприймачі 2-ї категорії, доцільно здійснювати взаємне резервування на стороні низької напруги між найближчими сусідніми цеховими трансформаторними підстанціями [5-8].

Двотрансформаторні цехові підстанції застосовують: в разі наявності більшості електроприймачів 1-ї та 2-ї категорій надійності, а також електроприймачів особливої групи; великого навантаження (великої питомої густини навантаження більше 0,5-0,7 кВА/м²); нерівномірних добових графіках навантаження; економічних перевагах порівняно з однотрансформаторними.

Для двотрансформаторних цехових підстанцій також потрібен складський резерв на випадок тривалого ремонту одного з трансформаторів.

Коефіціент завантаження треба вибирати відповідно до умов необхідного резервування з урахуванням перевантажувальної спроможності [5-8].

Рекомендуються наступні коефіціенти завантаження трансформаторів:

а) для двотрансформаторних підстанцій, які живлять переважно електроприймачі 1-ї категорії надійності - = 0,65-0,7;

б) для однотрансформаторних підстанцій, які живлять переважно електроприймачі 2-ї категорії надійності, при взаємному резервуванні на стороні низької напруги - =0,7-0,8;

в) для однотрансформаторних підстанцій, які живлять переважно електроприймачі 2-ї категорії надійності, за наявності складського резерву, а також для електроприймачів 3-ї категорії надійності - =0,9-0,95.

Крім того, нині для живлення електроприймачів 2-ї категорії надійності або електроприймачів 2-ї та 3-ї категорій надійності застосовують двотрансформаторні підстанції. При коефіціентах завантаження цих трансформаторів 0,7 у випадку вимикання одного з трансформаторів з урахуванням допустимого перевантаження трансформаторів вимикають частину електроприймачів 3-ї категорії надійності.

При виборі потужності трансформаторів цехової підстанції слід враховувати їх навантажувальну здатність. Потужність трансформаторів вибирають за розрахунковим навантаженням. Оскільки воно на шинах 0,38 кВ належить до 3-го рівня електропостачання і визначається за середньозмінним навантаженням за найбільш завантажену зміну, то ця умова виконується, так як потроєна стала часу трансформатора (3= 32,5 = 7,5 год) порівняна з тривалістю зміни.

Потужність трансформатора вибирають з урахуванням необхідного резервування всіх електроприймачів 1-ї категорії надійності та основних електроприймачів 2-ї категорії в результаті роботи автоматичного вмикання резерву на секційному автоматі або вмикання резервної перемички від сусідньої підстанції.

Мінімальна потужність трансформаторів буде, коли через них реактивна потужність не передається, а повністю компенсується на стороні до 1 кВ. Це базовий варіант, при якому розрахункове реактивне навантаження цехової підстанції дорівнює всій встановленій потужності низьковольтних конденсаторів .

Номінальну потужність трансформаторів вибирають за розрахунковим активним навантаженням з урахуванням прийнятого коефіціенту завантаження трансформатора за наступною формулою [8]:

, кВА, (2.33)

де - повна номінальна розрахункова потужність трансфрматора;

- сумарне розрахункове активне навантаження підстанції;

- кількість трансформаторів на підстанції.

Вибирається найближча більша стандартна номінальна потужність трансформатора за даними таблиці В.5 або [8].

В більшості випадків , тому через трансформатори 6-10/0,4 кВ доцільно передавати реактивну потужність від її джерел 6-10 кВ у мережу напругою до 1 кВ для забезпечення бажаного коефіціента завантаження .

Ця реактивна потужність визначається:

, квар. (2.34)

Якщо величина під коренем зі знаком мінус, то приймають .

Потужність низьковольтних конденсаторів з номінальною напругою 0,4 кВ:

, квар. (2.35)

Якщо потужність низьковольтних конденсаторів , то встановлювати конденсатори з номінальною напругою 0,4 кВ не потрібно.

Якщо цехова живильна мережа виконується тільки кабелями, то комплектні конденсаторні установки рекомендується приєднувати до шин розподільного пристрою низької напруги цехової трансформаторної підстанції.

Для застосування приймається найближча стандартна величина потужності комплектної конденсаторної установки , яка вибирається з каталогів заводів-виробників та з таблиці В.6 або [8].

При двох трансформаторах на підстанції кількість комплектних конденсаторних установок має бути парною.

Якщо при встановленні низьковольтних конденсаторних установок залишається некомпенсована реактивна потужність, то її компенсують за допомогою додаткових високовольтних конденсаторних установок напругою 6,3 або 10,5 кВ, які встановлені на шинах цехової трансформаторної підстанції або головної понижувальної підстанції.

Величина цієї некомпенсованої реактивної потужності для кожної цехової трансформаторної підстанції незначна, що обумовлено достатньо близьким кроком стандартних величин потужності комплектних конденсаторних установок, але в разі наявності на підприємстві великої кількості цехових підстанцій частка її зростає.

Некомпенсовану реактивну потужність визначають за формулою:

, квар (2.36)

Критерієм доцільності розподілу низьковольтних конденсаторних установок в електричних мережах напругою до 1 кВ є додаткове зниження втрат потужності та електроенергії від реактивних навантажень з урахуванням компенсації та технічних можливостей їх приєднання.

Досить часто в цехових мережах сучасних промислових підприємств використовуються магістральні схеми (особливо схема «трансформатор-магістраль»).

При живленні від одного силового трансформатора одного магістрального шинопроводу слід передбачати встановлення не більше двох близьких за потужністю низковольтних конденсаторних установок.

Якщо основні реактивні навантаження приєднані до другої половини магістрального шинопроводу, то слід встановлювати лише одну низьковольтну конденсаторну установку.

Точка її приєднання визначається за умовою:

, (2.37)

де - найбільше реактивне навантаження, квар, магістрального шинопроводу відповідно перед вузлом h та після нього.

В разі приєднання до магістрального шинопроводу двох низьковольтних конденсаторних установок точка їх приєднання визначається за умов:

- точка f приєднання дальньої низьковольтної конденсаторної установки

(2.38)

- точка f приєднання ближньої низьковольтної конденсаторної установки

. (2.39)

В разі живлення від одного трансформатора двох або більше магістральних шинопроводів до кожного з них приєднують лише одну низьковольтну конденсаторну установку.

Загальна розрахункова потужність розподіляється між шинопроводами пропорційно їх сумарного реактивного навантаження.

Для схем з магістральними шинопроводами комплектні конденсаторні установки одиничною потужністю до 400 квар приєднуються до мережі без додаткового комутаційного апарату, бо він є в комплекті, а при потужності більше 400 квар - через комутаційни апарат з дотриманням вимог ПУЭ.

Сугубо радіальні схеми в живильних цехових мережах застосовуються рідко. При виборі цехових низьковольних конденсаторних установок прагнуть, щоб їх потужність була максимально близькою до реактивних навантажень цехових силових розподільних шаф, до яких приєднуться низьковольтні конденсаторні установки.

Величина , яка приєднується до силової розподільної шафи 1:

, (2.40)

де - сумарна реактивна потужність, яка розподіляється;

- еквівалентний опір мережі;

- опір радіальної лінії, яка живить дану силову розподільну шафу.

Еквівалентний опір мережі:

. (2.41)

Аналогічно визначаються низьковольтні конденсаторні установки для всіх інших силових розподільних шаф.

2.5 Вибір перерізу ліній живлення цехової трансформаторної підстанції

В даному підрозділі курсового проекту необхідно розрахувати параметри і вибрати кабельну лінію, яка з'єднує трансформатори цехової підстанції з головною понижувальною підстанцією підприємства.

Вибір перерізу кабельної лінії напругою 10 (6) кВ здійснюється за нормальним режимом навантаження, а перевірка вибраного перерізу - за максимальним режимом навантаження і на стійкість за аварійним режимом. Перевірку за умовами корони та на механічну міцність жил кабелів робити не потрібно, бо мінімальний переріз алюмінієвої жили 2,5 мм², мідної - 1,5 мм², що відповідає мінімальному перерізу.

При виборі перерізу кабелю, який живить цехову трансформаторну підстанцію, як струм нормального режиму незалежно від числа трансформаторів (один або два) приймається номінальний первинний струм трансформатора з таблиці В.5 або з відповідного каталога чи з [8]:

, А, (2.42)

де - номінальна потужність трансформатора, кВА;

- номінальна первинна напруга трансформатора, кВ.

Економічно вигідний переріз кабелів визначається як:

, мм², (2.43)

- нормоване значення економічно вигідної густини струму, А/мм², визначається з таблиці В.7 або [4, 8].

Розрахунковий економічно вигідний переріз округляється до найближчого стандартного перерізу , мм².

В режимі максимального навантаження кабелів допустимий для даного кабелю струм з урахуванням умови прокладки та відхилення параметрів середовища від стандартних умов та коефіціентів допустимого перевантаження , які наводяться в таблиці В.8 та В.9, а також у [4, 8], порівнюють зі струмом його форсованого режиму з урахуванням коефіціента резервування :

, А, (2.44)

В курсовому проекті залежно від прийнятого графіка навантаження можна обчислити коефіціент попереднього навантаження для визначення коефіціента допустимого перевантаження .

Якщо графік навантаження не задається, то можна прийняти = 1.

Допустимий тривалий струм для силових кабелів в електричних мережах напругою 10 (6) кВ з урахуванням умов прокладення та величин відхилення реальних параметрів навколишнього середовища від стандартних умов при тривалому характері даних відхилень визначається наступним чином:

, А, (2.45)

де - поправковий коефіціент на температуру навколишнього середовища, якщо вона відмінна від стандартної (таблиця В.10, [4, 8]);

- поправковий коефіціент на кількість кабелів, що лежать поруч в землі (таблиця В.11 або довідкові дані з [4, 8]);

- допустимий тривалий струм провідника стандартного перерізу для стандартних умов (для однієї окремої лінії при стандартних температурах для землі і води 15С та 25С для повітря) залежно від матеріалу жил, їх ізоляції, способу прокладання, А (наводиться в таблицях В.12, В.13, а також [4, 8]).

Поправковий коефіціент на температуру середовища можна обчислити:

, (2.46)

де - нормовані тривало допустимі температури жили та сережовища;

- фактична температура навколишнього середовища ( в курсовому проекті приймається залежно від реальних даних або задається керівником).

Допустимі температури нагрівання провідників залежать від їх конструкції, а також від режиму та наведені в таблиці В.14.

Струм форсованого режиму для двотрансформаторних підстанцій виникає через аварію в одному з трансформаторів або кабелів, які їх живлять, а також під час ремонту одного з трансформаторів. В цих випадках приймається коефіціент резервування =1,4. для однотрансформаторних підстанцій з резервуванням між сусідніми підстанціями за допомогою кабельних перемичок при напрузі до 1 кВ приймається =1,3, при резервуванні за допомогою шинних перемичок низької напруги - =1,4, без резервування - коефіціент систематичного перевантаження або =1,0 за відсутності даних [8].

В разі невиконання умови, зазначеної у формулі (2.44), необхідно прийняти нове значення найближчого стандартного перерізу кабелю, зробити нові розрахунки та впевнитись, що умова виконується.

При напрузі понад 1 кВ кабелі, які захищаються запобіжниками, на термічну стійкість при короткому замиканні не перевіряються.

Термічна здатність може бути оцінена найменшим перерізом кабелю (мм²), термостійким до струмів короткого замикання, наступним чином:

, мм², (2.47)

де - тепловий імпульс струму короткого замикання, А²с;

- температурний коефіціент, який враховує обмеження допустимої температури кабелю (наводиться в таблиці В.15, довідниках та [8]), Ас^1/2/мм²;

- початкове значення періодичної складової струму трифазного короткого замикання, А;

- дійсний час вимикання короткого замикання, с.

В курсовому проекті величина початкового значення періодичної складової струму трифазного короткого замикання на шинах джерела живлення приймається залежно від реальних даних або надається керівником у вихідних даних.

Величина дійсного часу вимикання короткого замикання складається з часу дії основного релейного захисту , часу вимикання вимикача (0,05 с) і сталої часу аперіодичної складової струму короткого замикання (= 0,05 с)

, с. (2.48)

На лініях до цехових трансформаторних підстанцій, які відходять від головної понижувальної підстанції, застосовується двоступеневий релейний захист, який складається зі струмової відсічки і максимального струмового захисту.

Основним захистом для радіальних схем живлення цехової трансформаторної підстанції без електроапаратів на вводі (глухий ввід) при коротких лініях, що характерно для промислових підприємств, є струмова відсічка. В цьому випадку дійсний час вимикання короткого замикання можна прийняти = 0,2 с.

Основним захистом для магістральних схем живлення цехової трансформаторної підстанції є максимальний струмовий захист. для одноступеневої схеми при магістральному живленні цехової трансформаторної підстанції дійсний час вимикання короткого замикання можна прийняти = 0,6 с.

Для двоступеневої радіальної схеми при магістральному живленні цехової трансформаторної підстанції рід шин розподільного пристрою (другий ступінь) дійсний час вимикання можна також прийняти = 0,6 с, а при магістральному живленні цехової підстанції від шин джерела живлення (перший ступінь) дійсний час вимикання короткого замикання - = 0,9 с.

Якщо після розрахунку за формулою (2.47) виконується умова , то залишається стандартний переріз кабелю. Якщо в результаті розрахунку , то необхідно прийняти нове найближче більше значення стандартного перерізу кабелю.

Для остаточно вибраного кабелю записується його марка, напруга, кількість жил і переріз жили, довжина, наприклад, ААШв-10(325), 100 м. Кабель марки ААШв застосовують досить часто. Він має алюмінієві жили, паперову просочену маслоканіфольну та нестікаючу масами ізоляцію, алюмінієву оболонку, шланг поверхневий полівінілхлоридний.

2.6 Вибір перерізу провідників живильної та розподільної мережі до 1 кВ

В даному підрозділі курсового проекту необхідно вибрати переріз кабелів і шинопроводів живильної (другий рівень електропостачання), а також кабелів та проводів розподільної (перший рівень електропостачання) мережі напругою до 1 кВ.

Основною умовою вибору перерізу провідників є величина їх нагрівання електричним струмом у нормальному, форсованому та аварійному режимах. Якщо температура нагрівання перевищить допустиму, то незалежно від величини перевищення й тривалості часу елемент може бути пошкоджений, що спричинить порушення нормальної роботи системи, а в гіршому випадку (загорання ізоляції) може призвести до пожежі. Тому для всіх видів провідників та умов їх застосування головним у виборі перерізу є нагрівання, яке визначається двома ефектами теплового впливу: максимально допустимою температурою та тепловим зносом ізоляції для даного режиму й класу ізоляції.

Як критерій допустимості того чи іншого режиму за нагріванням використовують сумарний вплив на строк служби провідника максимальної температури й тривалості зносу ізоляції за розглянутий період. При різких піках навантаження більшу небезпеку становить можливість перевищення максимально допустимої температури, якщо графік навантаження рівномірний, більшу увагу слід приділяти складовій теплового зносу ізоляції. Гранично допустима температура нагрівання провідників наведена в таблиці В.14.

...