Объект коммунального хозяйства: использование сухих силовых трансформаторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Объект коммунального хозяйства: использование сухих силовых трансформаторов



Содержание

Введение

1.Расчётно - техническая часть

1.1 Общая часть

1.2 Расчет электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм

1.3 Компенсация реактивной мощности

1.4 Выбор числа и мощности трансформаторов цеховой подстанции. Выбор типа подстанции

1.5 Расчет потерь мощности в трансформаторе

1.6 Расчёт и выбор сетей напряжением выше 1 кВ

1.7 Расчёт и выбор питающих сетей напряжением до 1 кВ

1.8 Расчет токов короткого замыкания

1.9 Выбор элекрооборудования и проверка его на действие токов короткого замыкания

1.10 Релейная защита отдельных элементов электрической цепи

1.11 Расчет заземляющих устройств

2. Специальная часть. Электрооборудование насосной установки

2.1 Исходные даные

2.2 Общая характеристика объекта. Требования к электрооборудованию

2.3 Расчёт мощности и выбор двигателя

2.4 Расчёт и построение механической характеристики двигателя

2.5 Разработка принципиальной схемы управления

2.6 Выбор электрических аппаратов управления

2.7 Компоновка шкафа

2.8 Разработка монтажной схемы

2.9 Выбор марки и сечения проводов и кабелей. Способ прокладки проводов и кабелей

2.10 Техника безопасности при эксплуатации электрооборудования насосов

3. Экономическая часть

3.1 Спецификация электрооборудования и комплектных устройств

3.2 Смета затрат на электромонтажные работы

3.2.1 Пояснительная записка к смете

3.2.2 Локальная смета на электромонтажные работы

3.3 Объём работ поручаемых бригаде в сметной стоимости в натуральных показателях

3.4 Калькуляция трудовых затрат и заработной платы на электромонтажные работы

3.5 Расчет фонда оплаты труда

3.6 Расчет численного и квалификационного состава бригады

3.7 Лимитно-заборная карта основных и вспомогательных материалов

3.8 Расчет стоимости эксплуатации машин и механизмов на электромонтажные работы

3.9 Плановые затраты на производство электромонтажных работ

3.10 Плановое задание бригады

3.11 Технико-экономические показатели проекта

Заключение

Список литературы

Введение

реактивный трансформатор мощность

Время не стоит на месте, создаются новые технологии, совершенствуются старые, вводятся новые материалы в производство. Все это повышает надежность, окупаемость, простоту эксплуатации продукции, снижает ее размеры и стоимость по сравнению с более ранними образцами.

Проектируемый объект предназначен для получения горячей воды, отопления помещений сельской местности. Вода нагревается в отопительных котлах, которые топятся углем. Для разгрузки угля и проведения ремонтных работ установлен мостовой кран. Уголь транспортируется по конвейеру. Для измельчения угля установлены дробилки. Для стабильной работы котлов установлены приточные вентиляторы. Вода в системе циркулирует при помощи насосов. Для вентиляции помещения установлены вытяжные вентиляторы. Так же, для проведения ремонтных работ установлены сварочные трансформаторы.

Так как объект является объектом коммунального хозяйства и его остановка может создать неблагоприятные условия для проживания населения, то по надежности электроснабжения электроприемники относятся к I категории.

В данном дипломном проекте используются сухие силовые трансформаторы, автоматический вакуумный выключатель установлен в новом комплектном распределительном устройстве



1. Расчётно - техническая часть

1.1 Общая часть

При выборе номинального напряжения внешнего участка сети принимаются во внимание существующие напряжения возможных источников питания энергосистемы, расстояние от этих источников до предприятия и нагрузка предприятия в целом.

В питающих и распределительных сетях небольших и средних предпри-ятий и городов применяются номинальные напряжения 6 и 10 кВ. Как правило, следует применять напряжение 10 кВ как более экономичное, чем напряжение 6 кВ. Напряжение 6 кВ применяется при преобладании на объекте электроприемников с напряжением 6 кВ. В данном дипломном проекте напряжение питания трансформаторной подстанции принято U = 10 кВ.

Напряжение 660 В как внутрицеховое целесообразно на тех предприятиях, на которых по условиям расположения цехового технологического оборудования или окружающей среды нельзя или затруднительно приблизить цеховые трансформаторные подстанции к питаемым ими электроприемникам. Напряжение 660 В целесообразно также на предприятиях с большой удельной плотностью электрических нагрузок и концентрацией мощностей. Необходимо учитывать, что при применении на-пряжения 660 В возникает необходимость и в сетях напряжением 380 В для питания небольших электродвигателей, светотехнических установок, ручного инструмента. Наиболее широко применяется и является основным напряжение 380/220 В.

По роду тока электроприемники могут быть разделены на три группы: работающие от сети переменного тока промышленной частоты 50Гц; от сети переменного тока повышенной или пониженной частоты; от сети постоянного тока. Применение переменного тока промышленной частоты наиболее экономически выгодно, так как в основном электростанции вырабатывают трехфазный переменный ток частотой 50 Гц, и преобразование его в постоянный род связанно с достаточно крупными экономическими затратами.

Потребители данного объекта - асинхронные двигатели с короткозамкну-тым ротором, сварочные аппараты, осветительная аппаратура Все электропри-емники питаются от трехфазной сети переменного тока промышленной частоты, напряжением 380 В, следовательно, принимаем величину напряжения питающей сети с низкой стороны силового трансформатора с учетом потерь U = 0,4 кВ.

Под питающей сетью понимают кабельные линии и магистрали, отходящие от распределительных устройств подстанций для питания цеховых распределительных магистралей, пунктов и щитков, а также кабельные линии, отходящие от цеховых распределительных магистралей, пунктов и щитков к другим цеховым распределительным магистралям, пунктам и щиткам.

Под распределительной сетью понимают линии, отходящие от распределительных устройств подстанций, от питающих магистралей, распределительных магистралей, пунктов и щитов непосредственно к электроприемникам.

Питающие и распределительные сети имеют три вида схем: магистральные; радиальные; смешанные (магистральные и радиальные).

Магистральные схемы имеют несколько меньшую надежность в подаче питания, чем радиальные схемы, так как при повреждении магистрали одновременно отключаются все подключенные к ней распределительные магистрали, пункты, щиты и отдельные мощные электроприемники, что нежелательно.

При радиальных схемах питающей сети подстанции выполняются с большими низковольтными распределительными устройствами, предназначенными для распределения всей мощности подстанции. К положительным качествам радиальных схем можно отнести большую надежность питания, так как авария на одной линии не отражается на работе электроприемников, питающихся от других радиальных линий.

Для распределения электроэнергии по цеху применить магистральные и радиальные схемы в чистом виде не всегда возможно и в таких случаях находят применение смешанные схемы.

В данном дипломном проекте принята радиальная схема распределения электроэнергии, что обусловлено спецификой технологического процесса, расположением технологического оборудования в цехе, а также категорией по надежности электроснабжения.

1.2 Расчет электрических нагрузок методом упорядоченных диаграмм

При расчете силовых нагрузок важное значение имеет правильное определение электрической нагрузки во всех элементах силовой цепи. Завышение ожидаемых нагрузок приводит к удорожанию строительства, перерасходу проводникового материала сетей и неоправданному увеличению мощности трансформаторов и прочего электрооборудования занижение может привести к уменьшению пропускной способности электрической сети, к лишним потерям мощности, перегреву проводов, кабелей и трансформаторов, а, следовательно, к сокращению срока их службы.

В данном дипломном проекте расчет электрических нагрузок выполняется методом упорядоченных диаграмм по узлам питания. Исходные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Исходные данные для расчета электрических нагрузок

Наименование электроприемника	№ по плану	Pн, кВт/ кВт	n,шт	Ки	cos ц	tg ц
ШР1
Вытяжка	1	1,2	1	0,75	0,82	0,69
Дымосос	2	12,0	1	0,75	0,82	0,69
Мостовой кран, ПВ = 40%	3	16,0/10,12	1	0,10	0,50	1,73
Смеситель АС-1	4	9,0	1	0,83	0,80	0,75
Насос сырой воды	5	3,5	1	0,75	0,82	0,69
ШР2
Грохот	6,7	13,0	2	0,57	0,64	1,21
Дробилка винтовая	8	50,0	1	0,80	0,84	0,65
Сварочный аппарат	9,10	22,0	2	0,25	0,37	2,51
ШР3
Вытяжка	11	1,2	1	0,75	0,82	0,69
Дымосос	12	12,0	1	0,75	0,82	0,69
Подъемник	13	21,0	1	0,50	0,85	0,62
Смеситель АС-1	14	9,0	1	0,83	0,80	0,75
Вентилятор	15,16	2,8	2	0,78	0,83	0,67
Насос сетевой воды	17	22,0	1	0,78	0,85	0,62
Конвейер	18	45,0	1	0,60	0,78	0,80
ШР4
Вытяжка	19	1,2	1	0,75	0,82	0,69
Вентилятор	20	2,8	1	0,78	0,83	0,67
Дутьевой вентилятор	21	5,5	1	0,78	0,84	0,65
Подъемник шлакоудалителя	22	11,0	1	0,26	0,82	0,69
Насос дозатора раствора нитратов	23	10,0	1	0,67	0,81	0,72

Рассчитываем суммарную номинальную активную мощность, потребляемую электроприемниками шкафа ШР1 кВт, по формуле

,

где - активная номинальная мощность одного электроприемника, кВт;

- число электроприемников, шт.

Пересчитываем мощность мостового крана, приводя её к продолжитель-ному режиму работы по формуле

где ПВ - продолжительность включения в относительных единицах.

кВт,

кВт.

Определяем суммарную активную сменную мощность, потребляемую электроприемниками шкафа ШР1 кВт

,

где - коэффициент использования,принимаем по каталогу [1, таблица 2.1]

кВт.

Групповой коэффициент использования К_и определяем по формуле

Находим показатель силовой сборки m по формуле

где () -номинальная активная максимальная (минимальная) мощность одного электроприемника в подгруппе соответственно, кВт.

Так как ; n = 5шт 5; , то эффективное число электроприемников , шт определяем по формуле

По справочнику [2, таблица 2.13] находим коэффициент максимума

К_мах = 1,41.

Максимальная активная мощность электроприемников шкафа ШР1Р_{мах шр1}, кВт, рассчитывается по формуле

,

кВт.

Находим реактивную сменную мощность электроприемников шкафа ШР1

кВАр по формуле

,

где - коэффициент реактивной мощности, соответствующий коэффициенту реактивной мощности.

кВАр.

Находим максимальную реактивную мощность электроприемников шкафа ШР1, кВАр

,

где К - поправочный коэффициент, принимаем К=1,1, так как

кВАр.

Определяем максимальную полную мощность электроприемников шкафа ШР1 , кВА

кВА.

Рассчитываем максимальную силу тока, создаваемую электроприемниками шкафа ШР1 , А, по формуле

где - номинальное напряжение сети, кВ.

Аналогично выполняем расчет шкафа ШР2

кВт,

Так как ; n = 5 шт; , то эффективное число электроприемников , шт определяем по формуле

По каталогу [3, таблица 9.1] находим коэффициент максимума

К_мах = 1,41,

кВт,

кВАр,

кВАр,

кВА,

Определяем нагрузку электроприемников на I секцию шин.

Определим максимальную активную мощность электроприемников I секции шин с учетом дополнительной нагрузки , кВт

кВт.

Определим максимальную реактивную мощность электроприемников I секции шин , кВт

,

где - реактивная мощность дополнительной нагрузки, кВАр,

,

кВАр,

кВАр,

кВА,

Находим коэффициенты активной () и реактивной мощности () мощности данного узла питания

Аналогично рассчитываем нагрузку электроприемников II секции шин для шкафа ШР3

кВт,

кВт,

Так как ; n = 8шт 5; , то эффективное число электроприемников , шт определяем по формуле

По справочнику [2, таблица 2.13] находим коэффициент максимума

К_мах1,26.

кВт.

кВАр,

кВАр,

кВА,

Рассчитаем нагрузку шкафа ШР4

кВт,

кВт,

Так как ; n = 5 шт 5; , то эффективное число электроприемников , шт определяем по формуле

По справочнику [2, таблица 2.13] находим коэффициент максимума

К_мах 1,41,

кВт,

кВАр,

кВАр,

кВА,

Определим полную нагрузку, создаваемую электроприемниками II секции шин с учетом дополнительной нагрузки

кВт,

кВАр,

кВАр,

кВА,

Максимальная активная мощность по предприятию , кВт, составляет

кВт.

Максимальная реактивная мощность по предприятию , кВАр, составляет

,

кВАр,

кВА,

В результате расчетов электрических нагрузок были определены следующие параметры: полная максимальная мощность, необходимая для выбора числа и мощности питающих трансформаторов, ток в сетях цеха напряжением Uн ? 1кВ, необходимый для выбора защитной аппаратуры и сечения сетей такого напряжения, значения средневзвешенных коэффициентов, позволяют решить вопрос о необходимости компенсации реактивной мощности.

Все полученные в ходе расчетов параметры сведены в таблицу 2.



1.3 Компенсация реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности, или повышение коэффициента мощности электроустановок имеет большое народнохозяйственное значение и является частью общей проблемы повышения коэффициента полезного действия работы систем электроснабжения и улучшения качества отпускаемой потребителям электроэнергии.

Реактивная мощность, потребляемая электроприемниками производственных предприятий распределяется между отдельными видами электроприемников следующим образом: 65-70% приходится на асинхронные двигатели, 20-25% - трансформаторы и около 10% - воздушные электросети и другие электроприемники. Увеличение потребления реактивной мощности электроустановкой вызовет рост тока в проводниках любого звена системы электроснабжения и снижение величины коэффициента мощности электроустановки.

Повышение коэффициента мощности зависит от снижения потребления реактивной мощности.

В результате расчёта электрических нагрузок максимальная реактивная мощность, потребляемая электроприёмниками цеха, составила

при средневзвешенном коэффициенте мощности ().

Так как данный коэффициент мощности не отвечает требованиям энергосистемы (),то выполняем компенсацию реактивной мощности путём установки конденсаторных батарей (КБ).

Так как электроприёмники проектируемого объекта относятся к первой категории по надёжности электроснабжения, то согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ) [3, пункты 1.2.17, 1.2.18] принимаем двухсекционную схему распределения электрической энергии, согласно рисунку 1.

Рисунок 1 - Упрощённая однолинейная схема

Определяем реактивную мощность, подлежащую компенсации,

кВАр

кВАр.

Принимаем к предварительной установке две КБ типа УКБН-0,38-135Т3 по справочнику [4, таблица 2.192].

Рассчитываем максимальную реактивную мощность после компенсации , кВАр, по формуле

где мощность, генерируемая одной КБ, кВАр;

число конденсаторных батарей, шт.

кВАр.

Определяем полную максимальную мощность после компенсации , кВА



кВА.

Находим коэффициенты активной и реактивной ( мощности после компенсации

Итак, так как полученные значения не превышают требуемого коэффициента реактивной мощности энергосистемы, то КБ принимаем к окончательной установке, все полученные данные сводим в таблицу 3.

Таблица 3 - Компенсация реактивной мощности

До компенсации	После компенсации
Pmахпредпр, кВт	Qmах предпр, кВар	Smах предпр, кВА	cosц	tgц	Pmахпредпр?, кВт	Qmах предпр?, кВар	Smах предпр?, кВА	cosц?	tgц?
387,95	388,85	582,98	0,71	1,00	441	102,36	453,06	0,94	0.36

Таким образом, в результате установки двух КБ, с мощностью по Q_КБ = =135 кВАр получили снижение полной максимальной мощности на величину 143,53 кВА, что позволяет выбирать трансформатор меньшей мощности и питающие сети высокого напряжения меньшего сечения. Увеличение коэффициента активной мощности дает снижение потерь активной мощности при транспортировании электроэнергии.

1.4 Выбор числа и мощности трансформаторов цеховой подстанции. Выбор типа подстанции

Однотрансформаторные цеховые подстанции напряжением 6/10 кВ можно применять при наличии складского резерва для потребителей всех категорий по надёжности электроснабжения, даже для потребителей первой категории, если величина их не превышает 15-20% общей нагрузки и их быстрое резервирование обеспечено при помощи автоматически включаемых резервных перемычек на вторичном напряжении.

Двухтрансформаторные подстанции применяются в тех случаях, когда большинство электроприёмников относится к первой или второй категориям. Также эти подстанции целесообразно применять при неравномерном графике нагрузки.

Применение подстанций с числом трансформаторов более двух экономически невыгодно.

Мощности трансформаторов и их количество зависит от: величины и ха-рактера графика нагрузки; длительности нарастания нагрузки по годам; числа часов работы объекта электроснабжения; стоимости энергии и других факторов.

В результате компенсации реактивной мощности в сетях низкого напряжения полная мощность цеха составила кВА. Так как электроприёмники данного цеха относятся к первой категории по надёжности электроснабжения то согласно справочнику [3, пункты 1.2.17, 1.2.18] принимаем к установке два силовых трансформатора с полной номинальной мощностью S_н = =400 кВА по каталогу [6, приложение 12].

Проверяем выбранные трансформаторы по коэффициенту загрузки в номинальном режиме работы

где - число трансформаторов в цеховой подстанции, шт.

Проверяем выбранный трансформатор по коэффициенту загрузки в аварийном режиме работы

Так как коэффициент загрузки не превышает рекомендуемых правилами эксплуатации значений, то принимаем трансформаторы к окончательной установке, его технические параметры сводим в таблицу 4.

Таблица 4 - Выбор силового трансформатора

Тип трансформатора	Sном, кВА	Uв.н., кВ	Uн.н., кВ	Pк.з., кВт	Uк.з., %	Iх.х., %	Pх.х., кВт	Kз.н	Kз.ав
ТСЗ-400	400	10	0,4	5,4	5,5	3,0	1,3	0,51	1,01

Выбираемая компоновка электрооборудования должна обеспечить: пожаробезопасность и взрывобезопасность, условия окружающей среды, безопасность обслуживания оборудования в нормальном режиме работы установки, максимальную экономию площади, возможность удобного транспортирования оборудования, безопасный осмотр, смену, ремонт аппаратов, со снятием напряжения не нарушив нормальной работы аппаратов под напряжением. Так как расположение технологического электрооборудования не позволяет применить внутрицеховую подстанцию, то принимаем к установке двухтрансформаторную комплектную подстанцию пристроенного типа.

1.5 Расчет потерь мощности в трансформаторе

Потери мощности в трансформаторах состоят из потерь активной и реактивной мощности. Потери активной мощности состоят из двух составляющих: потерь, идущих на нагрев обмоток трансформатора, зависящих от тока нагрузки и потерь, идущих на нагревание стали, зависящих от тока нагрузки.

Потери реактивной мощности состоят из двух составляющих: потерь, вызванных рассеянием магнитного потока в трансформаторе, зависящих от квадрата тока нагрузки и потерь, идущих на намагничивание трансформатора, независящих от тока нагрузки, которые определяются током холостого хода.

Расчёт потерь мощности в трансформаторе необходим для более точного выбора сетей высокого напряжения, а также для определения стоимости электроэнергии.

Определяем потери активной мощности в трансформаторе ДP, кВт, по формуле

где - потери активной мощности при проведении опыта короткого замыкания (К.З.), кВт;

- потери активной мощности при работе трансформатора на холостом ходу (Х.Х.), кВт.

Рассчитываем потери реактивной мощности в трансформаторе ДQ, кВАр



где - напряжение короткого замыкания, в процентах от номинального;

-ток холостого хода в процентах от номинального.

кВА.

Рассчитываем потери полной мощности в трансформаторе ДS, кВА, по формуле

кВА.

Полученные результаты заносим в таблицу 5.

Таблица 5 - Расчет потерь мощности в трансформаторе

Тип трансформатора	Sm, кВА	Uв.н., кВ	Uн.н., кВ	ДP, кВт	ДQ, кВАр	ДS, кВА
ТСЗ-400	400	10	0,4	2,7	17,72	17,92

Итак, потери мощности в трансформаторе будут зависеть от коэффициента загрузки трансформатора, от его конструктивного исполнения и полной номинальной мощности. Для уменьшения потерь необходимо правильно выбрать трансформатор и оптимально загрузить его.

1.6 Расчет и выбор сетей напряжением выше 1 кВ

Согласно ПУЭ [3, пункт 1.3.28] сети напряжением выше 1 кВ подлежат проверке по экономической плотности тока. При данной проверке учитывается число часов максимума нагрузки в год. Предварительно выбранная воздушная линия проверяется по потерям напряжения и на термическую стойкость к токам короткого замыкания.

Рассчитываем максимальную активную мощность, проходящую по высоковольтной воздушной линии , кВт, с учетом потерь мощности в трансформаторе

кВт.

Находим максимальную реактивную мощность высоковольтной линии , кВАр

кВАр.

Определяем полную максимальную мощность воздушной линии напряжением U=10кВS_{мах (10)}, кВА

Рассчитываем ток, протекающий по высоковольтной воздушной линии I_{мах (10)}, А

Учитывая, что число часов использования максимума нагрузки в год составляет T_max = 3000 - 5000 час/год, принимая к прокладке провод воздушной линии марки АС по справочнику [3, таблица 1.3.36] определяем экономическую плотность тока J_эк=1,1 А/мм².

Находим экономически целесообразное сечение провода воздушной линииF_эк, мм², по формуле

Принимаем к прокладке провод воздушной линии ближайшего стандартного сечения 25 мм², то есть АС 25 с допустимым током I_д, А, определяемым по справочнику [4, таблица 1.3.16].

I_д= 142 А.

По справочнику [4, таблица П2.2] определяем активное (r₀) и реактивное (х₀) сопротивления провода воздушной линии, Ом/км

r₀=1,176 Ом/км,

х₀=0,400 Ом/км.

Проверяем провод по потере напряжения ДU,%, которая согласно ГОСТ [7] не должна превышать 5%

где - длина воздушной линии, км,принимаем

Так как ?U < ?U_доп, то предварительно провод воздушной линии выбран верно. Окончательное решение будет принято после проверки его на термическую стойкость к токам короткого замыкания. Полученные данные сводим в таблицу 6.

Таблица 6 - Расчет и выбор сетей напряжением U>1кВ

Uн,кВ	Im(10), А	Марка и сечение провода	Iд?, А	r0, Ом/км	x0, Ом/км	l, км	ДU, %
10	26,43	АС 25	142	1,176	0,4	3,7	1,05

1.7 Расчет и выбор питающих сетей напряжением до 1 кВ

Согласно ПУЭ, [3, пункт 1.3.20] проверке по экономической плотности тока не подлежат: сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1 кВ при числе использования максимума нагрузки предприятий до 4000-5000; сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых распределительных устройств всех напряжений; ответвления к отдельным электроприёмникам напряжением до 1 кВ, а также осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий.

Так как шины не входят в перечень [3, пункт 1.3.28], то выбор осуществляем по току с условием, что I_д?I_{mахпредпр} с проверкой по потере напряжения и на действие токов короткого замыкания.

В результате расчёта электрических нагрузок максимальный ток I_{mахпредпр}=885,28 А.

Так как ток проходящий по одной секции I_{mах I} =442,64 А, то принимаем к предварительной установке шину алюминиевую сечением 40Ч5 с I_д =540 А по каталогу [6, таблица 1.3.31].

Согласно ПУЭ [3, пункт 1.3.23 и таблица 1.3.3.1] при расположении шин плашмя ток, указанный в справочнике, должен быть уменьшен на 5 %, если ширина шины до 60 мм и на 8 %, если ширина шины больше 60 мм.

По справочнику [6, таблица 4-80]

r = 0,173 Ом/км;

х = 0,145 Ом/км.

Проверяем шины по потере напряжения ДU,%, принимая длину шин

= 5 м

Так как то шины принимаем к предварительной установке. Окончательное решение будет принято после проверки их на термическую и динамическую стойкость к токам короткого замыкания.

В результате расчета электрических нагрузок Рассчитываем ток расцепителя автоматического выключателя , А по формуле

где - поправочный коэффициент, учитывающий неточность калибровки расцепителя, принимаем

По справочнику [8] принимаем к установке автоматический выключатель типа ВА5131-29.

По справочнику [4, таблица 1.3.7] принимаем к прокладке кабель

АВВГ 4х25 с

Проверяем кабель на установленную защитную аппаратуру по условию

где - ток защиты, равный току расцепителя, А;

- коэффициент защиты, для сетей, не требующих защиты от перегрузки, защищаемых автоматическим выключателем с нерегулируемой обратно зависимой от тока характеристикой согласно справочнику [2, таблица 2,10]

По справочнику [6, таблица 7-49]

r = 1,2500 Ом/км,

х = 0,0662 Ом/км.

Проверяем кабель по потере напряжения ДU,%, которая согласно ГОСТ [7] не должна превышать 5%

где - длина кабеля, км,принимаем км.

Так как то выбранный кабель принимаем к окончательной прокладке.

Аналогично рассчитываем оставшиеся узлы питания, все параметры сводим в таблицу 7.

Рассчитываем ток, создаваемый двигателем вытяжки, , А

где - коэффициент полезного действия, в относительных единицах.

Рассчитываем ток расцепителя автоматического выключателя , А по формуле

где - поправочный коэффициент, учитывающий неточность калибровки расцепителя,принимаем

По справочнику [8] принимаем к установке автоматический выключатель типа ВА 13-25.

По справочнику [4, таблица 1.3.7] принимаем к прокладке кабель

АВВГ 4х2,5 с

Проверяем кабель на установленную защитную аппаратуру

По справочнику [6, таблица7-49]

r = 12,5 Ом/км,

х = 0,104 Ом/км.

Проверяем кабель по потере напряжения ДU,%, при длине кабеля

Так как то выбранный кабель принимаем к окончательной прокладке.

Аналогично рассчитываем оставшиеся электроприемники, полученные данные сводим в таблицу 8. Кабель КГ был выбран по справочнику [4, таблица 1.3.6].

1.8 Расчет токов короткого замыкания

В электрических установках могут возникать различные виды коротких замыканий, сопровождающихся резким увеличением тока. Короткое замыкание может привести к прекращению питания потребителей, присоединенных к точкам в которых произошло короткое замыкание; нарушению нормальной работы других потребителей, подключенных к неповрежденным участкам сети изза понижения напряжения на этих участках; нарушениям нормального режима работы энергосистемы. Для того, что бы, избежать вышеперечисленных последствий, необходимо проверить установленную защитную аппаратуру и питающие сети на динамическое и термическое действие токов короткого замыкания, а что бы осуществить эти проверки необходимо рассчитать токи короткого замыкания.

До начала расчетов токов короткого замыкания строим упрощенную однолинейную схему согласно рисунку 2, по ней - схему замещения согласно рисунку 3. На схеме замещения намечаем точки наиболее вероятных коротких замыканий. Расчет ведем в именованных единицах.

Рисунок 2 - Упрощенная однолинейная схема

Рисунок 3 - Схема замещения



Пересчитываем удельные сопротивления в мОм

Определяем ток периодической составляющей тока короткого замыкания в начальный момент времени кА

где - среднее напряжение в точке расчета короткого замыкания, В;

- полное сопротивление цепи в точке расчетов короткого замыкания, мОм.

Определяем отношение индуктивного сопротивления к активному

По справочнику [4, рисунок 7.4] определяем ударный коэффициент

К_у=1,01.

Рассчитываем ударный ток кА по формуле

Аналогично рассчитываем сопротивления всех остальных участков цепи.

Рассчитаем сопротивления трансформатора

По максимальному току первой секции I_{mах I}=467,19 А выбираем выключатель с низкой стороны трансформатора по каталогу [10] ВА 62 По справочнику [6, таблица 2-22] определяем сопротивления катушек автоматического выключателя

х_а = 0,094 мОм,

r_а = 0,12 мОм.

По справочнику [6, таблица 2-23] находим переходные сопротивления контактов автоматического выключателя r_к = 0,25 мОм.

Пересчитываем сопротивления шины 40Ч5, мОм

r_ш? = 0,173 • 5 = 0,865 мОм,

x_ш? = 0,145 • 5 = 0,725 мОм.

Находим сопротивление кабельной линии, идущей к шкафу ШР1, мОм

Определяем сопротивление кабельной линии, идущей к вытяжке, мОм

Принимаем, что напряжение на шинах U=10 кВ при возникновении тока короткого замыкания остаётся неизменным и сопротивление энергосистемы не учитываем.

Аналогично точке К-1 выполняем расчет токов короткого замыкания в остальных намеченных точках.



1.9 Выбор электрооборудования и проверка аппаратов на действие токов короткого замыкания

Токи короткого замыкания имеют большие значения, и при прохождении через токоведущие части вызывают их значительный нагрев. Чрезмерное повышение температуры может привести к выжиганию изоляции, разрушению контактов и даже их расплавлению, несмотря на кратковременность процесса короткого замыкания (КЗ).

Проверка аппаратов на термическую стойкость производится по току термической стойкости I_т и времени термической стойкости t_т. Аппарат термически стоек, если тепловой импульс.

Выбранные шины или кабель проходят проверку по термической стойкости, если принятое сечение больше минимального F_min, то есть

При коротком замыкании по токоведущим частям проходят токи переходного режима, вызывая сложные усилия в шинных конструкциях и аппаратах электроустановок. Эти усилия изменяются во времени и имеют колебательный характер и при возникновении в шинах могут привести к их повреждению. Что бы избежать вышеуказанных последствий, необходимо проверить выбранные шины на динамическую стойкость. Проверка осуществляется по условию

Проверка аппаратов по электродинамической стойкости производится по условию

где - предельный сквозной ток, указанный заводом-изготовителем.

Так как электроприемники проектируемого объекта относятся к первой категории по надежности электроснабжения, поэтому, для защиты трансформатора с высокой стороны устанавливаем автоматический выключатель, установленный в сборной камере одностороннего обслуживания (КСО).

По справочнику [11, таблица 1] принимаем к предварительной установке вакуумный выключатель серии ВВ/TEL-10-20/630-У2-41, его параметры сводим в таблицу 9.

Таблица 9 - Параметры вакуумного выключателя ВВ/TEL-10-20/630-У2-41

Расчетные данные	сравнение	Справочные данные
U = 10 кВ	=	UH = 10 кВ
Im(10) = 24,53 А	<	Iн = 630 А
Iп.о = 1,32 кА	<	Iн.откл= 20 кА
iу = 1,88 кА	<	iдин = 20 кА
Вк = 961,7 кА2 • с	<	It2 • tt = 202 • 3 = 1200 кА2 •с

Определяем время отключения короткого замыкания , с

,

где - полное время отключения выключателя, с, принимаем = 0,025 с;

- время действия основоной защиты, с, принимаем = 0,5 с.

с.

Находим время затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания Т_a, с по формуле

Определяем тепловой импульс В_к, с

А² · с.

Так как расчётные данные не превышают справочные, то вакуумный выключатель ВВ/TEL-10-20/630-У2-41 принимаем к окончательной установке.

Для видимого разрыва цепи выбираем разъединитель внутренней установки с заземляющими ножами типа РВЗ-10/400I по справочнику [12, таблица 5.5], его параметры сводим в таблицу 10.



Таблица 10 - Параметры разъединителя РВЗ-10/400I

Расчетные данные	сравнение	Справочные данные
U = 10 кВ	=	UH = 10 кВ
Im(10) = 24,53 А	<	Iн.раз = 400 А
iу = 1,88 кА	<	iдин = 16 кА
Вк = 961,7 кА2 • с	<	It2 • tt = 162 • 4 = 1024 кА2 •с

Для подключения катушек измерительных приборов выбираем по справочнику [12, таблица 5.9] трансформатор тока проходной с литой изоляцией для КРУ типа РВЗ-10/400Iс классом точности 0,5, с номинальным током вторичной обмотки I_н2 = 5 А, с номинальной нагрузкой в классе точности 0,5 R_н0,5 = 0,4 Ом. Характеристики принятого трансформатора тока сведем в таблицу 11.

Таблица 11 -Параметры трансформатора тока РВЗ-10/400I

Расчетные данные	сравнение	Справочные данные
U = 10 кВ	=	UH = 10 кВ
Im(10) = 24,53 А	<	Iн = 30 А
iу = 1,88 кА	<	iдин = 7,5 кА
Вк = 961,7 кА2 • с	<	It2 • tt = 1,352 • 4 = 7290 кА2 •с

Для подключения катушек измерительных приборов и релейной защиты выбираем для установки, по справочник [9, таблица 5-13] на каждую фазу однофазный трансформатор напряжения с естественным масляным охлаждением типа НОМ - 10 с номинальным напряжением первичной обмотки U_H = 10 кВ, номинальным напряжением вторичной обмотки U_2н = 100 В, с номинальной мощностью в классе точности 0,5 S_н0,5 = 75 ВА.

Для защиты трансформатора напряжения от короткого замыкания выбираем предохранитель типа ПКТН-10У1 с U=12кВ ? U_н = 10 кВ.

Так как трансформатор напряжения защищен предохранителем, то, согласно ПУЭ [3, пункт 1.4.3] его не проверяем на термическую и динамическую стойкость к токам короткого замыкания.

Выбранное оборудование изображаем на рисунке 4.

Рисунок 4 - Упрощенная однолинейная схема

Проверяем провод воздушной линии АС 25 на термическое действие токов КЗ.

Определяем минимальное сечение провода , мм²

где - коэффициент, зависящий от допустимой температуры при коротком замыкании и материала проводника, принимаем G_т = 85: для воздушной линии U=10 кВ, выполненной стальным проводом в алюминиевой оплетке.

Так как условие выполняется, то принимаем к окончательной установке провод воздушной линии АС 25.

Проверяем шину алюминиевую с размерами 40Ч5 на термическое действие токов короткого замыкания.

А² · с,

Так как расчётные данные не превышают принятых, то шина термически стойка.

Проверяем шину алюминиевую сечением 40Ч5 на динамическое действие токов короткого замыкания.

Определяем максимальное усилие на шинную конструкцию F⁽³⁾, Н

где l - расстояние между изоляторами, м, принимаем l = 0,9 м;

а - расстояние между фазами, м, принимаем а = 0,06 м.

Определяем изгибающий момент М, Н · м

Определяем момент сопротивления сечения шины при расположении шины плашмя , см³

где b и h - размеры поперечного сечения шины, см

Находим напряжение в материале шин от изгиба , Мпа

Так как выполняется условие то шину сечением 40Ч5 принимаем к окончательной установке.

1.10 Релейная защита отдельных элементов электрической цепи

В процессе эксплуатации системы электроснабжения возникают повреждения отдельных ее элементов. Наиболее опасными и частыми видами повреждений являются короткое замыкание между фазами и однофазные КЗ на землю. В электрических машинах и трансформаторах наряду с междуфазными КЗ и замыканиями на землю имеют место витковые замыкания. Вследствие возникновения КЗ нарушается нормальная работа системы электроснабжения, что создает ущерб для промышленного предприятия.

При протекании тока КЗ элементы системы электроснабжения подвергаются термическому и динамическому воздействию. Для уменьшения размеров повреждения и предотвращения развития аварии устанавливают совокупность автоматических устройств, называемых релейной защитой и обеспечивающих с заданной степенью быстродействия отключение поврежденного элемента или сети.

Защита воздушных линий напряжением более 1 кВ осуществляется при помощи максимальной токовой защиты, токовой отсечки, защиты от перенапряжений, а так же защиты от замыкания на землю.

Защита силовых трансформаторов должна или обеспечить его отключение при междуфазных, витковых КЗ и КЗ на землю, или подавать сигнал о ненормальном режиме работы (перегрузка, повышение температуры масла).

Защита трансформатора марки ТСЗ осуществляется при помощи блока контроля температур обмотки низкого напряжения (трех фаз) и магнитопровода. Блок выполняет следующие функции:

а) измерение температуры трех обмоток и магнитопровода трансформатора;

б) сравнение измеренной температуры по каждому каналу с тремя заданными уровнями: «Охлаждение», «Предупреждение», «Перегрев»;

в) установка по каждому уровню компарирования;

г) циклическую индикацию в цифровом виде значения температуры по каждому каналу измерения и условного обозначения контролируемого канала;

д) контроль обрыва и короткого замыкания датчиков температуры, контроль наличия питания с формированием сигнала;

е) формирование и передачу в систему телесигнализации сигналов.

Защита от однофазных КЗ на землю и междуфазных КЗ на низкой стороне осуществляется автоматическим выключателем с максимальным расцепителем. В трансформаторах так же применяется дифференциальная защита, действующая при междуфазных и межвитковых КЗ.

Защита электрических двигателей от коротких замыканий осуществляется при помощи автоматических выключателей, предохранителей, устройств защитного отключения, дифференциальной защиты. Защита двигателей от перегрузки осуществляется при помощи теплового реле.

Конденсаторные батареи защищаются от коротких замыканий при помощи автоматического выключателя.



1.11 Расчет заземляющего устройства

Согласно ПУЭ [3, пункт 1.7.70] для заземления электроустановок в первую очередь рекомендуется использовать естественные заземлители. В их качестве рекомендуется использовать водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей; обсадные трубы скважин; металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящихся в соприкосновении с землей и другое.

В данном дипломном проекте в качестве естественного заземлителя принимаем железобетонный фундамент здания.

Согласно ПУЭ [3, п. 1.7.62] сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали трансформаторов и генераторов в любое время года не должно превышать 4 Ом при напряжении 380 В.

Определяем сопротивление растеканию тока, через арматуру железобетонного фундамента здания , Ом

где с - удельное сопротивление грунта с учётом коэффициента сезонности, определяемое по формуле

где - рекомендуемое справочное значение удельного сопротивления грунта, Ом •м, принимаем с_спр = 300 Ом•м - для суглинка [13, таблица 6-4];

- коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта, принимаем k_сез = 1,45 [13, таблица 6-5].

с = 300 • 1,45 = 435 Ом • м.

- площадь, ограниченная периметром здания на уровне поверхности земли, м² , = 1800 м².

Так как расчетное сопротивление растеканию тока через арматуру железобетонного фундамента больше допустимого, то дополнительно производим расчет сопротивления растеканию тока через трубы холодного водоснабжения , Ом, по формуле

где - длина трубы, м, принимаем = 5000 м;

- глубина залегания труб, м, принимаем = 1,5 м;

d - диаметр трубы, м, принимаем d = 0,2 м.

Определяем полное сопротивление заземляющих устройств , Ом, при условии параллельного электрического заземления арматуры фундамента и труб холодного водоснабжения

Так как= 1,24 Ом <R = 4 Ом, что соответствует ПУЭ [3, пункт 1.7.62], то выбранный тип естественного заземлителя принимаем к предварительной установке. Окончательное решение будет принято после проведения реальных технико-эксплуатационных замеров.



2. Специальная часть. Электрооборудование насосной установки

2.1 Исходные данные

В данной части дипломного проекта необходимо рассчитать мощность и выбрать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором для привода насосной установки: рассчитать и выбрать пусковую, защитную аппаратуру управления; рассчитать и построить механическую характеристику двигателя. Рассчитать и выбрать питающий и распределительные кабели, и способы их прокладки: разработать электрическую схему управления, компоновку щита, монтажную схему; рассмотреть мероприятия по технике безопасности при эксплуатации насосной установки.

Исходные данные. Насосная установка с двумя насосами (рабочим и резервным) с электроприводами от нереверсивного двигателя с короткозамкнутым ротором. Пуск лёгкий. Режим работы ручной и автоматический от датчиков уровня жидкости в баке. Предусмотреть защиту от короткого замыкания и перегрузки. Среда влажная.

Технические данные:

Q=0,06 м³/с - производительность насоса;

Н=20м - напор;

з_в=0,75 - коэффициент полезного действия насоса;

з_п=0,93 - коэффициент полезного действия передачи;

К_з=1,2 - коэффициент запаса.

2.2 Общая характеристика объекта. Требования к электрооборудованию

Насос - это машина, в которой происходит преобразование механической энергии привода в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости, благодаря чему осуществляется поток её. Насосы используются в составе насосного агрегата, состоящего из одного или нескольких насосов и приводящего двигателя, соединённых между собой.

Устройство, состоящее из насоса, двигателя, соединительной муфты (или вариатора частоты вращения) и измерительных приборов, называется агрегатом или насосной установкой.

В состав насосной установки в зависимости от назначения может быть включена дополнительная запорно-регулирующая арматура, предохранительные устройства, приборы для измерений гидравлических и электрических параметров. Схема насосной установки приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема насосной установки

Жидкая среда из приёмного резервуара 1 по подводящему трубопроводу 2 подводится в насос 3, который посредством муфты соединён с приводным электродвигателем 4. Получив приращение энергии в насосе, жидкость по напорному трубопроводу 6 подаётся в напорный резервуар 8. На напорном трубопроводе установлены запорно-регулирующая задвижка 5 и сужающее устройство 7. Для защиты насоса от обратного тока жидкости при случайном отключении двигателя на напорном трубопроводе может быть установлен обратный клапан. Приёмный резервуар может располагаться как выше насоса, так и ниже оси его (позиция 9).

В первом случае на подводящем трубопроводе перед насосом ставится задвижка; во втором случае на нижнем конце подводящей трубы располагают приёмный клапан. В обоих случаях для предотвращения попадания в насос твёрдых частиц вход в подводящий трубопровод защищают сеткой.

По способу действия насосы разделяются напоршневые и центробежные, их устройство подобно устройству поршневых и центробежных компрессоров.

Поршневые насосы применяются для перекачивания воды при больших высотах всасывания (до 5-6 м). Ввиду возвратно-поступательного движения поршня для таких насосов, как и для поршневых компрессоров, характерны неравномерность хода и пульсация нагрузки на валу (при всасывании жидкости имеет место холостой ход, при сжатии - рабочий ход).

Работа поршневых насосов сопровождается поэтому неравномерным течением жидкости в напорном трубопроводе, для сглаживания пульсаций, нагрузки и повышения равномерности хода применяют в одном насосе несколько рабочих цилиндров, а на валу устанавливают маховик.

Поршневые насосы пускаются при открытой задвижке на напорном трубопроводе, иначе может произойти авария. Если насос работает на магистраль, где поддерживается постоянный напор H, то поршню при каждом ходе приходится преодолевать постоянное среднее усилие независимо от скорости перемещения. Среднее значение мощности на валу насоса Р_cp=СНQ, но так как H=const, то Р_ср=С₁Q=С₂щ. Следовательно, среднее значение момента на валу насоса при постоянном противодавлении не зависит от угловой скорости вала:

М_ср=Р_cp/щ= С₂щ/щ= const.

Таким образом, поршневой насос пускается в ход под нагрузкой, и от приводного двигателя требуется повышенный пусковой момент.

Принцип работы центробежного насоса, приведенного на рисунке 6, заключается в следующем.

Рисунок 6 - Принципиальные схемы центробежного (а) и осевого (б) лопастного насосов

Жидкость из подводящего трубопровода через входной патрубок диаметром d_вх попадает в подводящее устройство 1, которое на схеме показано в виде конфузорного патрубка корпуса.

Далее жидкость поступает во входное отверстие рабочего колеса 2 диаметром D₀ , а затем в межлопастные каналы, вращающиеся с угловой скоростью щ. В результате взаимодействия потока жидкости с вращающейся системой лопастей проявляется действие центробежных сил и сил Кориолиса и происходит изменение момента количества движения масс жидкости, определяемое треугольниками скоростей на диаметрах D₁ и D₂. В насосах обычных конструкций закрутка на входе в колесо незначительна, т.е. б₁=90^о, а угол б₂ между окружной и абсолютной скоростями на выходе не превышает 15^о.

Следует заметить, что углы установки лопасти на входе и выходе выбираются примерно равными углам потока. На выходе лопасти загнуты против направления вращения (загнуты назад), т.е. на угол в₂<90^о.

Покидая рабочее колесо, частички жидкости движутся примерно по спиральным траекториям, определяемым углом наклона б₃?б₂. Это навело на мысль выполнять стенки отводящего устройства 3 в виде спирали. В этом случае потери в отводе будут минимальными. В рабочем колесе происходит увеличение скорости движения жидкости. Если направить жидкость с большой скоростью в напорный трубопровод, то это приведёт к большим потерям энергии. Поэтому для уменьшения потерь и превращения значительной части кинетической энергии жидкости в энергию в энергию давления к спиральному отводу присоединяют прямоосный диффузор с постепенным переходом от выходного сечения спирали до круглого сечения напорного патрубка.

Давления в отводе за рабочим колесом выше, чем на входе. Поэтому через пространства (пазухи) между вращающимся рабочим колесом и неподвижным корпусом из отводящей спирали на всас рабочего колеса протекает определённое количество жидкости, уменьшающее подачу насоса. Для уменьшения этих утечек выполняют специальные цилиндрические уплотнения с малым радиальным зазором.

Вал в местах входа из корпуса уплотняется контактным или бесконтактным концевым уплотнением 4 и вращается в опорных подшипниках, расположенных в опорной стойке 5.

При работе насоса в подшипниках и концевых уплотнениях (сальниках) имеют место потери энергии. Кроме того, внутри насоса проявляются потери, обусловленные трением наружных поверхностей дисков рабочего колеса о жидкость.

Перед пуском центробежный насос нужно заполнить жидкостью. Насос может находиться как ниже, так и выше уровня жидкости, подлежащей подъему или перекачке. Если он расположен ниже уровня жидкости, то для его заливки достаточно открыть вентиль, Если же насос находится выше уровня перекачиваемой жидкости, то для заливки требуется создать разрежение внутри корпуса насоса при помощи специального вакуум-насоса, в качестве которых обычно применяют поршневые насосы. В последнее время для заливки таких насосов стали применять аккумуляторные баки. Такой бак устанавливается выше уровня насоса, через него проходит всасывающий трубопровод, и после остановки насос оказывается залитым жидкостью, как если бы он находился ниже заборного резервуара. После заливки корпуса насоса может быть включен приводной двигатель.

Применяют три способа пуска центробежных насосов:

а) пуск при закрытой напорной задвижке, при котором плавно повышается давление в напорном трубопроводе и исключается гидравлический удар в системе. От двигателя не требуется повышенный пусковой момент, так как пуск происходит практически вхолостую (момент М_ср на валу двигателя составляет 10- 20% М_ном в начале пуска и 30 - 40% в конце), но дополнительно тратится время на последующее открывание задвижки;

б) пуск при открытой напорной задвижке удобен, если насос расположен ниже уровня жидкости в заборном резервуаре и имеется обратный клапан . В этом случае не тратится время на открывание задвижки, и общее время пуска агрегата меньше, хотя пуск самого двигателя более длителен из-за увеличения М_с,п;

в) пуск с одновременным включением привода открывания напорной задвижки насоса можно рассматривать как частные случаи первого и второго способов в зависимости от соотношения времени открывания задвижки и пуска насоса.

При остановке насоса надо вначале медленно - во избежание гидравлического удара - закрыть напорную задвижку, а затем отключить двигатель насоса.

Предварительное закрывание задвижки до остановки насоса необходимо при отсутствии обратного клапана для предотвращения работы насоса в качестве гидротурбины под напором жидкости, находящейся в системе. Такой режим может привести к аварии насосного агрегата.

Для центробежного насоса особо важен правильный выбор угловой Н, момент Ми мощность Рна валу двигателя...