Разработка надежной схемы электроснабжения электромеханического цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

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

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

Мероприятия по обеспечению качества электроэнергии должны решаться комплексно и базироваться на рациональной технологии и режиме производства, а также на экономических критериях. При выборе оборудования необходимо стремиться к унификации и ориентироваться на применение комплексных устройств (КРУ, КСО и др.) различных напряжений, мощности и назначения, что повышает качество электроустановки, надежность, удобство и безопасность ее обслуживания.

Главной задачей проектирования предприятий является разработка рационального электроснабжения с учетом новейших достижений науки и техники на основе технико-экономического обоснования решений, при которых обеспечивается оптимальная надежность снабжения потребителей электроэнергией в необходимых размерах, требуемого качества с наименьшим затратами.

Реализация данной задачи связана с рассмотрением ряда вопросов, возникающих на различных этапах проектирования. При технико-экономических сравнениях вариантов электроснабжения основными критериями выбора технического решения является его экономическая целесообразность, т.е. решающими факторами должны быть: стоимостные показатели, а именно приведенные затраты, учитывающие единовременные капитальные вложения и расчетные ежегодные издержки производства. Надежность системы электроснабжения в первую очередь определяется схемными и конструктивными построения системы, разумным объемом заложенных в нее резервов, а также надежностью входящего электрооборудования.

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

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

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

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

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

Целью моего РГЗ является разработка надежной схемы электроснабжения электромеханического цеха.



1. ЭСН и ЭО цеха обработки корпусных деталей

Краткая характеристика производства и потребителей ЭЭ

Цех обработки корпусных деталей (ЦОКД) предназначен для механической и антикоррозийной обработки изделий. Он содержит станочное отделение, гальванический и сварочный участки. Кроме того, имеются вспомогательные, бытовые и служебные помещения.

Цех получает ЭСН от ГПП. Расстояние от ГПП до цеховой ТП -- 0,8 км, а от энергосистемы до ГПП -- 16 км.

Низкое напряжение на ГПП -- 6 и 10 кВ. Количество рабочих смен -- 2. Потребители цеха относятся к 2 и 3 категории надежности ЭСН.

Грунт в районе цеха -- суглинок при температуре +5 °С. Каркас здания смонтирован из блоков-секций длиной 8 м каждый.

Размеры цеха

Все помещения, кроме станочного отделения, двухэтажные высотой 3,6 м.

Перечень ЭО цеха дан в таблице 3.6.

Мощность электропотребленияуказана для одного электроприемника.

Расположение основного ЭО цеха обработки корпусных деталей показано на плане.

Определение расчетных электрических нагрузок до 1000 В.

Расчет электрической нагрузки проектируемого цеха производится два этапа.

На первом этапе при предварительном расчете определяется общая нагрузка по цеху в целом.

По этой нагрузке выбирается число и мощность цеховых трансформаторов схема электроснабжения цеха.

На втором этапе, который ведется после выбора схемы электроснабжения цеха, расчет электрических нагрузок производится по узлам нагрузок - распределительным пунктам, распределительным шина проводом. Этот расчет необходим для выбора элементов системы электроснабжения; сетей шина проводов и коммутационно защитные аппаратуры напряжение ниже 1000 В.

Для представления электрических величин и коэффициентов, характеризующих электропотребления: показатели электропотребления индивидуальных ЭП-это мощность, обозначенная на заводской табличке или его паспорте.

Групповая номинальная активная мощность-это сумма номинальных активных мощностей группы ЭП.

,

где n-число ЭМ, входящих в группу.

Номинальная реактивная мощность одного ЭП-реактивная мощность, потребляемая из сети или отдаваемая в сеть, при номинальной активной мощности и номинальном напряжении, а для синхронных двигателей - при номинальном токе возбуждения.

Групповая номинальная реактивная мощность - алгебраическая сумма номинальных реактивных мощностей, входящих в группу ЭП.

,

где - паспортное или справочное значение коэффициента реактивной мощности.

При расчете электрических нагрузок до 1000 В производятся в табличной форме. В графиках записывается построение величины , , и . В итоговой строке определяется групповой коэффициент, используемый для данного узла питания, графа 5 итоговой строки.



,

Определяется групповой коэффициент мощности для данного узла питания графа 6 итоговой строки.

,

Эффективное число ЭП - это такое число однородных по режиму работы ЭП одинаковой мощности, которое обуславливает те же значения расчетной нагрузки, что и данная группа ЭП различной мощности.

Для последующего определения эффективного числа определяется для каждой характеристики группы ЭП одинаковой мощности величины nв итоговой строке их суммарное значение. При определении эффективного числа ЭП для итоговой строки определяется по выражению:

,

Найденное значение определяется до ближайшего меньшего числа. Определяется коэффициент расчетной нагрузки в зависимости от коэффициента использования эффективного числа ЭП от таблицы, и заносятся в графу 2 итоговой строки.

Расчетная активная мощность группы ЭП напряжением до 1 кВ, подключенных к узлу питания определяется по формуле:

,

Расчетная активная мощность группы ЭМ определяется следующим образом:

Для питающих сетей напряжением до 1 кВ в зависимости от:

При ?10

При ?10

Значение токовой расчетной нагрузки, по которому выбирается сечение линии по допустимому нагреву, определяется по выражению:

,

Где

- полная расчетная мощность узла.

Предварительный выбор числа и мощности трансформаторов.

На основании нагрузок по цехам предприятия, требований к надежности электроснабжения ЭП производится выбор числа и мощности цеховых трансформаторов и размещении их по территории цеха.

.

.

Предварительно выбираем 2 трансформатора =160 (кВА)

Определяем коэффициент загрузки трансформаторов в нормальном и в аварийном режимах работы.

Загрузка трансформаторов в номинальном режиме:

?

=1.4

,

где n-количество трансформаторов

В аварийном режиме при отключении одного из трансформаторов, загрузка трансформатора будет:

,

Выбираю 2хТСЗ-160/10

Вт	700
%	5,5
Вт	2700
%	4

Условие выполняется, выбираем 2 трансформатора с номинальной мощностью 160 кВА. Выбрано 2 трансформатора марки ТСЗ-160/10

1.1 Выбор числа и мощности цеховых трансформаторов с учетом компенсации реактивной мощности

При выборе числа и мощности цеховых трансформаторов одновременно должен решатся вопрос об экономически целесообразной величине реактивной мощности, передаваемой через трансформаторы в сеть напряжением до 1 кВ.

Минимальное число цеховых трансформаторов одинаковой мощности , предназначенных для питания технологически связанных нагрузок, определяется по формуле:



,

где - средняя активная мощность

,

Экономически оптимальное число трансформаторов определяется удельными затратами на передачу реактивной мощности и отличается от

+m=1+1=2

где m - дополнительно установленные трансформаторы.

1.2 Компенсация реактивной мощности

Для ограничения потерь активной мощности и напряжения в сети, связанных с передачей значительной реактивной мощности, а также для увеличения пропускной способности линии и трансформаторов предусматривается установка в сети потребителей компенсирующих устройств (КУ).

Наибольшую реактивную мощность, которую целесообразно передать через трансформаторы в сеть, напряжением до 1000 В определяется по формуле:

= =172,82 кВАр

Суммарная мощность конденсаторных батарей на напряжение до 1000 В составляет:



-= 156,91-172,82= -16 = 0

где - суммарная средняя реактивная мощность

Если в расчетах окажется, что <0, то установка батарей конденсаторов при выборе оптимального числа трансформаторов не требуется ( составляющая будет равна нулю).

Дополнительная мощность для данной группы трансформаторов, определяется по формуле:

- - j

где j = 0.75 - расчетный коэффициент

Если в расчетах окажется, что <0, то реактивная мощность принимается равной нулю.

Суммарная мощность цеха составит:

- = 0 + 0 = 0

т.е. компенсация реактивной мощности не требуется.



2. Выбор и обоснования рациональной схемы электроснабжения цеха

Более 80% выработанной электроэнергии используется приемниками на напряжение до 1000 В. Схема электроснабжения ЭП электроэнергии промышленных предприятий зависят от мощности отдельных приемников, их количества, распределение по территории и других факторов и должны отвечать следующим требованиям:

1. Обеспечить необходимую надежность;

2. Иметь оптимальные технико-экономические показатели по капитальным затратам;

3. Быть удобным в эксплуатации;

4. Допускать применение индустриальных и скоростных методов (возможность реконструировать в дальнейшем).

Схема цеховой сети делится на:

1. Магистральные

2. Радиальные

Магистральные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения, обладают универсальностью и гибкостью, позволяет заменить технологические оборудования без особых изменений электрической сети. Поэтому их применение рекомендовано во всех случаях, если этому не препятствует территориальное расположение нагрузки, условия среды и технико-экономические показатели.

Стоимость магистральных сетей - ниже, по сравнению с радиальными схемами. В магистральных сетях по сравнению с радиальными больше максимальные токи к.з., но потеря напряжения и мощности меньше.

Радиальные схемы ЭС - представляют собой линии цеховой сети отходящих от низкого напряжения трансформаторной подстанции и предназначенных для питания небольших групп приемников электрической энергии, расположенных на различных участках цеха.

Радиальные схемы ЭС - обеспечивают высокую надежность ЭС, однако они требуют больших затрат на электрооборудования и монтаж, чем магистральные схемы ЭС. Применение радиальных схем следует ограничивать цехами, в которых прокладка магистралей невозможна или нецелесообразна.

Основной целью расчета сетей низкого напряжения является выбор марки проводов, кабелей, комплектных шинопроводов и определение целесообразного сечения. Расчет сетей включает в себя следующие этапы:

· выбор марки проводов, кабелей и шинопроводов по условиям окружающей среды;

· выбор сечения по длительному нагреву расчетным (рабочим) током;

· выбор сечения по потере напряжения.

Выбор марки проводов и кабелей

Электропроводка должна соответствовать условиям окружающей среды, назначению и ценности сооружений, их конструктивным и архитектурным особенностям.

При выборе вида электропроводки и способа прокладки проводов и кабелей следует руководствоваться главой 2.1 ПУЭ.

2.1 Выбор сечения по длительному нагреву расчетным током

Нагрев проводников при протекании расчетного тока не должен превышать предельных значений длительно допустимой температуры.

Исходя из допустимой температуры для расчетных проводников и нормальных условий прокладки, составлены таблицы допустимых значений токов на провода, шнуры и кабели.

Нормальными условиями при открытой прокладке проводов, кабелей и шинопроводов в воздухе считается температура +25С, причем расстояние в свету между соседними кабелями при прокладке их внутри и вне здания должно быть не менее 35 мм и при прокладке в канале не менее 50 мм. Нормальной температурой при прокладке кабелей в земле или в воде считается +15С. трансформатор электроснабжение кабель напряжение

2.2 Выбор сечения проводов и кабелей по потере напряжения

Выбранное сечение проводников должно соответствовать как экономическим требованиям, так и условиям обеспечения потребителей качественной электроэнергией. С этой целью электрическая сеть проверяется по потере напряжения.

Выбранное сечение по допустимому току проверяется по потере напряжения следующим образом:

,

где и - расчетное и допустимое значение потери напряжения. Для каждого участка сети расчетное значение определяется так:

,

где l - длина участка, м;

r0, x0 - удельное активное и индуктивное сопротивления линии, .

Допустимое значение потери напряжения определяется исходя из следующихтребований:

· обеспечение требований производства, например, требуемый момент для запуска асинхронных двигателей;

· соблюдение допустимых отклонений напряжения на зажимах приемниках электроэнергии.

Выбор шинопроводов

Условия выбора

Iр<Iдоп

,

Расчетные данные ШРА 1

Iр=64,86 А

l=26 м

,

Для ШРА-1 выбираем шинопровод типа ШРА-73

Параметры ШРА 73

Iном=250 А

r0=0.21мОм/м

x0=0.21мОм/м

,

,

Для ШРА-2 выбираем шинопровод типа ШРА-73

Параметры ШРА 73

Iном=250 А

r0=0.21мОм/м

x0=0.21мОм/м



,

Расчетные данные СП-1:

Iр=144,6 А

Число отходящих линий: 4

Токи потребителей подключенных к СП-1:

,

Для СП-1 выбираем силовой пункт типа СПУ 62 5/1

Параметры СПУ 62 5/1:

8х60

Iн=280 А

высота 1715 мм

ширина 700 мм

глубина 380 мм

Расчетные данные СП-2:

Iр=85,6 А

Число отходящих линий: 7

Токи потребителей подключенных к СП-2:

,

Для СП-2 выбираем силовой пункт типа СПУ 62 5/1

Параметры СПУ 62 5/1:

8х60

Iн=280 А

высота 1715 мм

ширина 700 мм

глубина 380 мм

Выбор кабелей.

Выбор кабеля от ТП до ШРА

= 64,86 А

,

Выбираем кабель АВРГ. Iдоп=250 А S=95мм2

=0,329 мОм/м, =0,0602 мОм/м

,

Выбор кабеля от ТП до СП-1

= 144,6 А

,

Выбираем кабель АВРГ Iдоп=165 А S=50мм2

=0,625мОм/м, =0,0625мОм/м

,

Выбор кабеля от ТП до СП-2

= 85,6 А

,

Выбираем кабель АВРГ Iдоп=105 А S=25мм2

=1,25 мОм/м, =0,062 мОм/м



,

Выбор кабелей от ШРА до ЭП 12 (продольно фрезерные станки )

Pн=33 кВт

,

,

Выбираем кабель АВРГ(3*50+1*35) Iдоп=110 А S=50мм2

=0,625 мОм/м, =0,073 мОм/м

,

Выбор кабелей от СП-2 до ЭП 9 (гальванический участок )

Pн=28 кВт

,

Выбираем кабель АВРГ(3*35+1*25) Iдоп=95 А S=35мм2

=0,89 мОм/м, =0,0025 мОм/м

,

Выбор кабелей от СП-1 до ЭП 1 (сварочный аппарат )

Pн=37,5 кВт

,

Выбираем кабель АВРГ(3*50+1*35) Iдоп=115 А S=50мм2

=0,329 мОм/м, =0,00612 мОм/м

,

2.3 Расчет трехфазного тока короткого замыкания в сети до 1000 В

Сети промышленных предприятий напряжением до 1 кВ характеризуется большой протяженностью и наличием большого количества коммутационно-защитной аппаратуры. При напряжении до 1кВ даже небольшое сопротивление оказывает существенное влияние на ток К.З. Поэтому в расчетах учитывают все сопротивления короткозамкнутой цепи , как индуктивные , так и активные.

Ток КЗ в точке К-1



,

,

,

,

,

,

,

,

Ток КЗ в точке К-2

,

,

,

,

,

,

,

,

Ток КЗ в точке К-3

,

,

,



,

,

,

,

,

Вид тока
В точка К-1
В точка К-2
В точка К-3



3. Выбор коммутационно-защитной аппаратуры

В процессе эксплуатации цеховых сетей и электрооборудования требуется отключение и включение сети источника питания, а также надежная защита от аварийных режимов. Такую функцию осуществляют коммутационно-защитные аппараты цеховой сети.

В цеховой сети могут возникать следующие ненормальные по току режимы работы:

· увеличение тока вследствие перегрузки;

· увеличение тока вследствие К.З;

· увеличение тока в момент пуска или самозапуска электродвигателей низкого напряжения.

Для защиты проводов и кабелей от ненормальных режимов в сетях напряжением до 1000 В устанавливаются предохранители и автоматы.

В качестве аппаратов защиты электрических сетей и установок промпредприятии следует широко применять предохранители , не допуская необоснованного применения автоматических выключателей.

Автоматические выключатели следует применять в случаях :

· необходимости автоматизации управления , так как некоторые типы автоматов выполняются с приводами дистанционного управления .

· необходимости обеспечения более скорого по сравнению с предохранителями восстановления питания и если при этом не имеют решающего значения вероятность неселективных отключении отсутствие эффекта ограничения тока к.з.

· частых аварийных отключении.

Размещение КЗА производится таким образом, чтобы все элементы и участки сети были защищены от воздействия токов к.з. и длительных перегрузок. Для этого аппараты защиты устанавливаются во всех точках сети , где сечение проводка уменьшается , а где это необходимо по условиям соблюдения. Аппараты защиты устанавливаются непосредственно в местах присоединения защищаемых участков сети к шинам подстанции ли к питающей линии , соответственно сечению защищаемого элемента. Этот участок должен быть защищен от механических повреждении.

В отдельных случаях для ответвлении, выполняемых в труднодоступных местах, аппараты защиты допускаются устанавливать на расстоянии до 60 м от точки ответвления в месте удобном для обслуживания, надежно защищая проводки с негорючей от механических повреждении.

Выбор предохранителей.

Условия выбора предохранителей.

Наименьшая плавкая вставка , способная в данном режиме работы защищаемого элемента сети обеспечить бесперебойною эксплуатацию должна удовлетворять следующим условиям:

1) Номинальное напряжение предохранителя должно быть больше или равно номинальному напряжению сети.

2) Предохранитель в условиях нормальной эксплуатации не должна перегреться сверх допустимых для него температур , для этого необходимо соблюдать :

,

где -номинальные токи предохранителя и плавкой вставки ;

КН -коэффициент надежности , зависящий от рода нагрузки ;

В расчетах ориентировочно можно принимать:

КН=1,1-1,2-для постоянных нагрузок (электроосвещение, электронагрев и т.д.)

КН=1,2- для сварочных аппаратов.

КН=2-2,5- для электродвигателей , пускаемых напрямую.

- расчетный ток линии , приведенный к ПВ-100%

3) Предохранитель не должен отключать линию при перегрузках нормальной эксплуатации ( пусковые токи ). Для выполнения этого условия ток плавкой вставки выбирать упрощенным методом:

- при легком пуске ;

- при среднем пуске ;

- при тяжелом пуске ;

4) Отключающая способность . Отключаемый ток к.з. должен быть меньше чем предельно отключаемый ток .

5) Селективность. Предохранитель должен отключать линию при появлении опасных для нее токов к.з. в минимальное время , но по возможности селективно так, чтобы в первую очередь отключать дефектное ответвление, где произошло повреждение, ф неповрежденная линия оставалась в работе, т.е. фактическое время отключения предохранителя большим номинальным током, защищающего основное ответвление, должно быть больше фактического времени срабатывания предохранителя с меньшим током защищающего ответвления.

Параметры в точке К-3:

Сварочный аппарат.

Iр= 158А

IК3=6,47 кА

iуд=9,16 кА

,

,

,

,

,

.



По данным условиям мы выбрали предохранитель марки ПН-2-400

Номинальные данные предохранителя:

Uн=380 В

Iпр=400 А

Iвс=400 А

Iпр=100 кА

Параметры в точке К-3:

Вентиляторы.

Iр=18,99А

IК3=6,47 кА

iуд=9,16 кА

,

,

,

,

,

,

По данным условиям мы выбрали предохранитель марки ПН-2-100

Номинальные данные предохранителя:

Uн=380 В

Iпр=100 А

Iвс=40 А

Iпр=100 кА

Параметры в точке К-3:

Продольно-фрезервный станок.

Iр=100,276А

IК3=6,47 кА

iуд=9,16 кА

,

,

,

,

,

,

По данным условиям мы выбрали предохранитель марки ПН-2-250

Номинальные данные предохранителя:

Uн=380 В

Iпр=250 А

Iвс=250А

Iпр=100 кА

Выбор автоматических выключателей

Выключатели автоматические (ВА) бывают установочного и подстанционного типа. Установочные ВА выпускаются с номинальным током до 630 А, а подстанционные - свыше 630 А.

Эти аппараты защищают от перегрузки и коротких замыкании.

В зависимости от назначения и вида защиты ВА могут иметь электромагнитный, тепловой или комбинированный расцепители.

ВА выбираются по следующим условиям:

1) По напряжению

Где - номинальные напряжения ВА и сети.

2) По расчетному рабочему току

,



,

,

Где - номинальные токи ВА , теплового и электромагнитного расцепителей .

3) По пиковому току ( пусковому ):

,

,

,

,

,

Где - фактическое время срабатывания теплового расцепителя при прохождении пикового ( пускового ) тока;

- продолжительность пикового ( пускового ) тока;

4) По току к.з.

,

,

Где - допустимая величина отключаемого тока к.з. автоматом;

- допустимое и расчетное значение ударного тока к.з.

По селективности

У ВА, имеющих тепловые расцепители, селективность может быть обеспечена при условии

номинальные токи наибольшего и наименьшего по величине тока автоматов. Обеспечить избирательность действия выключателей, имеющих электромагнитные расцепители, очень трудно, а селективность ВА замедленного действия (при протекании тока к.з.) обеспечивается подбором выдержки времени.

Выбранные сечения проводников и уставки расцепителей КЗА необходимо согласовать. В сетях, защищенных от к.з (не требуемых защиты от перегрузки), за исключением протяженных сетей например, сельских, коммунальных, допускается не выполнять расчетную проверку кратности тока к.з, если обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым током нагрузкам проводников аппараты защиты имели кратность.

Параметры в точке К-2:

Iр=64,86 А

IК2=9,98кА

iуд=14,11кА

,

,

,

,

,

,

,

Выбираю ВА 52Г-31

Номинальные данные ВА

,

,

,

,

3.1 Построение карты селективности защит

По карте селективности проверяется в работе защитных аппаратов. Обычно карты селективности строятся для той точки цепочки , где установлены аппараты защиты с наибольшими номинальными данными.

Исходными данными для построения карты селективности являются :

1. Пиковые нагрузки и токи к.з. в интересующих точках

2. Номинальные данные аппаратов защиты, подлежащие проверке на селективность

3. Время-токовые ( защитные ) характеристики аппаратов защиты ( в справочных данных )

4. Миллиметровая бумага с логарифмическим масштабом, так как время-токовые характеристики соответствующих аппаратов защиты приведены в справочниках в логарифмическом масштабе.

Порядок построения карты селективности следующий:

1. На миллиметровой бумаге наносится время-токовая характеристика наиболее удаленного аппарата защиты от источника питания, так как такой аппарат имеет наименьшие номинальные данные , чем аппарат, установленный в вышележащей ступени;

2. Указываются токи пиковые и к.з. Определяется время срабатывания при протекании тока к.з.

3. Наносится защитная характеристика аппарата, установленного на след.ступени;

4. Проверяется селективность в работе этих аппаратов при протекании тока к.з.

На карте селективности, кроме защитных характеристик , должны быть указаны:

а) электрическая цепь, для которой построена карта селективности;

б) тип аппарата защиты и номинальные данные.

При построении карты селективности необходимо учитывать, что не должны быть пересечения защитных характеристик. Пересечение характеристик свидетельствует о неселективном срабатывании аппаратов.

Размещено на Allbest.ru

...