Проектирование системы электроснабжения промышленного предприятия

3

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ФГБОУ ВО «АмГУ»)

Факультет Энергетический

Кафедра Энергетики

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: Проектирование системы электроснабжения промышленного предприятия

по дисциплине «Электроснабжение промышленных предприятий»

Благовещенск 2017



ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Исходные данные:

Схема механического цеха тяжелого машиностроения представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - План механического цеха

Наименование ЭП и его характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Наименование ЭП и их характеристики

№ на плане	Наименование ЭП	n, шт	Pэп, кВт
1-5	Шлифовальные станки	5	50
6,16,18-20	Обдирочные станки РТ-341	5	18
17	Кран мостовой	1	40
21-23, 29-31	Обдирочные станки РТ-250	6	35
24-28, 34-36	Анодно-механические станки МЭ-31	8	18,4
7-15	Анодно-механические станки МЭ-12	8	10
32	Вентилятор вытяжной	1	18
33	Вентилятор приточный	1	20

РЕФЕРАТ

Курсовой проект содержит 49 с., 6 рисунков, 63 формул, 1 таблиц, 9 использованных источников, 7рисунков, 1 приложение.

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА,

ХАРАКТЕРНАЯ ГРУППА ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОВ, КАБЕЛЬНАЯ ЛИНИЯ, ШИНОПРОВОД, РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ПУНКТ, АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ, ПЛАВКАЯ ВСТАВКА, КАРТА СЕЛЕКТИВНОСТИ.

В данной курсовой работе была спроектирована схема электроснабжения промышленного предприятия.

Цель работы - разработать наиболее экономичный и гибкий, с точки зрения эксплуатации, вариант, в котором возможно применить перспективу развития промышленного предприятия.

Основу данного проектирования составляют следующие задачи: разработка схемы электроснабжения промышленного предприятия, выбор необходимого высоковольтного и низковольтного оборудования, провезти технико-экономическое сравнение двух вариантов, выбор уставокРЗиА, а так же построение карту селективности.



ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

электроснабжение высоковольтный кабель трансформатор

АВ - автоматический выключатель;

ВН - высокое напряжение;

КЗ - короткое замыкание;

КРУ - комплектное распределительное устройство;

НН - низкое напряжение;

РП - распределительный пункт;

Руб. - рубли

ТП - трансформаторная подстанция;

ТТ - трансформатор тока;

Тыс. руб. - тысячи рублей

Чел. - человек;

ЭП - электроприёмник;

КТП - комплектная трансформаторная подстанция;

КРМ - компенсация реактивной мощности;

ЦЭН - центр электрических нагрузок

ВВЕДЕНИЕ

Промышленные предприятия являются основными потребителями электроэнергии, так как они расходуют около двух третей всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии. Ежедневно возрастают мощности, потребляемые предприятиями и отдельными электроприемниками. В связи с этим усложняются задачи рационального построения схем распределения электроэнергии. Повышаются требования к надежности, экономичности, к удобству и безопасности эксплуатации и к качеству электроэнергии.

Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения бесперебойного и надежного питания электроэнергией промышленных приемников и установок, к которым относятся электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, электрическая сварка, осветительные установки и др.

Проектирование системы внутреннего электроснабжения основывается на общих принципах построения схем внутризаводского распределения электроэнергии. Характерной особенностью схем внутризаводского распределения электроэнергии является большая разветвленность сети и наличие большого количества коммутационно-защитной аппаратуры, что оказывает значительное влияние на технико-экономические показатели и на надежность системы электроснабжения.

Цель данного курсового проекта заключается в разработке системы внутреннего (цехового) электроснабжения промышленного предприятия.

Основной задачей проекта является спроектировать систему электроснабжения механического цеха, таким образом, чтобы она была надежна, удобна и безопасна в обслуживании, обеспечивала необходимое качество энергии и бесперебойность электроснабжения в нормальном и послеаварийном режимах.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

В цехе тяжелого машиностроения производят металлургическое, энергетическое, подъемно-транспортное и др. оборудование и машины обычно больших габаритов и веса, это обусловливает размещение производственных в зданиях с крупными пролетами и мостовыми кранами грузоподъемностью до 250 т и более, располагаемыми нередко в два и даже три яруса.

Предприятия машиностроения иногда классифицируют по весовому признаку выпускаемой продукции. В этом случае к з-дам тяжелого машиностроения относят такие предприятия, в которых сборочные цехи обслуживаются мостовыми кранами грузоподъемностью более 50 т (заводы прокатного оборудования, тяжелого станкостроения, тяжелого электрооборудования и т. п.).

Выпуск продукции предприятиями тяжелого машиностроения преимущественно мелкосерийный,единичный. Номенклатура изделий состоит из большого количества типоразмеров и видов. Эти предприятия гл. обр. комплексные и имеют в своем составе обрабатывающие, сборочные, заготовительные и вспомогательные цехи.

Окружающая среда в цехе нормальная, температура не превышает 200- 300С. Для удаления технологической пыли, газа и паров, образованные во время производственного процесса и способные нарушить нормальную работу оборудования, в цехе используются три вентиляционных установок одинаковой мощности.

Также в цехе имеется нагрузка вентиляционных установок, предназначенных для удаления производственной пыли.

Характеристика электроприемников представлена в таблице 2.



Таблица 2 - Наименование ЭП и их характеристики

№ на плане	Наименование ЭП	n, шт	Pэп, кВт	Ku	tg?
1-5	Шлифовальные станки	5	50	0,14	1,73
6,16,18-20	Обдирочные станки РТ-341	5	18	0,17	1,33
17	Кран мостовой ПВ=25%	1	40	0,10	1,73
21-23, 29-31	Обдирочные станки РТ-250	6	35	0,17	1,33
24-28, 34-36	Анодно-механические станки МЭ-31	8	18,4	0,17	1,17
7-15	Анодно-механические станки МЭ-12	8	10	0,17	1,17
32	Вентилятор вытяжной	1	18	0,6	0,75
33	Вентилятор приточный	1	20	0,6	0,75

2. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

2.1 Расчет трехфазных электрических нагрузок по первому этапу

Расчет электрических нагрузок, работающих в продолжительном и повторно-кратковременном режимах

Определение электрических нагрузок в системе электроснабжения (СЭС) промышленного предприятия выполняют для характерных мест присоединения приёмников электроэнергии. При этом отдельно рассматривают сети напряжением до 1 кВ и выше.

Номинальная (установленная) активная мощность приёмника электроэнергии - это мощность, указанная на заводской табличке или паспорте приёмника электроэнергии, при которой приёмник электроэнергии должен работать.

Для электроприемников (ЭП) работающих в длительном (продолжительном) режиме работы - это паспортная мощность.

Для ЭП в повторно-кратковременном режиме (ПКР) - это мощность, приведённая к номинальной длительной мощности.

Для электродвигателей:

, (2.1)

где ПВ - паспортная продолжительность включения.

Для мостового крана:

кВт.

Номинальную мощность (активную Pном и реактивную Qном) группы электроприемников (ЭП) определяют как алгебраическую сумму номинальных мощностей отдельных приёмников, приведённых к продолжительности включения ПВ = 1.

Групповая номинальная (установленная) активная мощность:

, (2.2)

гдеn - число электроприемников.

Групповая номинальная реактивная мощность:

(2.3)

Средние активные и реактивные мощности характерной группы ЭП:

, (2.4)

(2.5)

Результаты расчета нагрузок ЭП не разбитых на категории приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Расчет электрических нагрузок

Характерные категории ЭП	Кол-во ЭП	Номинальная установленная мощность	Коэф. Исп.	Коэф. Реак. Мощ.	Средняя мощность группы ЭП
	n шт.	PMAX кВт	кВт	Ки	tgц	Pc кВт	Qc квар
1 категория
1-5	5	50	250	0,14	1,73	35,00	60,55
6,16,18-20	5	45	225	0,17	1,33	38,25	50,87
21-23, 29-31	6	35	210	0,17	1,33	35,7	47,48
24-28, 34-36	8	18,4	147,2	0,17	1,17	25,02	29,27
7-15	8	10	80	0,17	1,17	13,6	15,91
Итого	32		912,2	0,162		147,57	204,09
2 категория
17	1	20	20	0,1	1,73	2,00	3,46
3 категория
32	1	18	18	0,6	0,75	10,80	8,10
33	1	20	20	0,6	0,75	12,00	9,00
Итого	2		38	0,6		22,80	17,10

На данном цехе промышленного предприятия можно выделить 5 характерные группы ЭП, отличающиеся между собой по режиму работы, симметричности и роду тока:

Производственные станки с Ku=0,17;

ЭП с повторно-кратковременным режимом работы;

Вентиляторы.

Для каждой характерной категории определяем номинальную суммарную мощность, среднюю суммарную мощность, средневзвешенный коэффициент использования, tgф, эффективное число ЭП, расчетные мощности и расчетный ток.

Суммарные значения средней активной и реактивной мощности группы ЭП:

,(2.6)

, (2.7)

где m - число характерных категорий ЭП.

Определяется средневзвешенный коэффициент использования группы ЭП:

. (2.8)

Определяется эффективное число ЭП:

, (2.9)

В зависимости от средневзвешенного коэффициента использования и эффективного числа ЭП по кривым определяется коэффициент расчетной нагрузки , [12].

Расчетная активная мощность групп ЭП напряжением до 1 кВ:

,(2.10)

Расчетная реактивная мощность:

(2.11)

Результаты расчета нагрузок по 1 этапу фиксируются в таблице 4, а сам расчет приведен в приложении А.

Таблица 4 - Характерные категории ЭП

Катег.	кВт	кВт	кВар			nЭП	Кр	кВт	кВт
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Произ. станки с Ku<0,2	912,2	147,57	204,09	0,162	1,38	40	1,86	274,49	379,61
Кран	20	2,00	3,46	0,1	1,73	15	8,0	16,00	27,68
Венти-ляторы	38	22,80	17,10	0,6	0,75	3	1,12	25,54	19,15

Расчет осветительной нагрузки.

Освещение любого промышленного объекта приходится примерно 10 % нагрузки от суммарной, на которую подключаются ЭП.

Осветительная нагрузка сборочного цеха будет определяться следующему выражению:

(2.12)

кВт

где , ? ширина и длина цеха;

? удельная мощность осветительной нагрузки, Вт/м2

Суммарная расчётная нагрузка равна сумме расчётных нагрузок каждой из групп:

(2.13)

кВт;

. (2.14)

кВар.

Суммарная нагрузка для цеха определяется как:

(2.15)

кВт;

(2.16)

Полная нагрузка цеха и расчётный ток:



(2.17)

кВА;

Таким образом, были рассчитаны нагрузки механического цеха.



3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЭН, ПОСТРОЕНИЕ КАРТОГРАММЫ НАГРУЗОК

Выбор места расположения КТП производится на основании картограммы электрических нагрузок и координат условного центра электрических нагрузок (ЦЭН). На картограмме нанесены ЭП и в виде окружностей их мощности. Площадь окружности пропорциональна мощности ЭП:

. (3.1)

Данный алгоритм расчета реализован в программе OfficeExcel 2010, по которой и был произведен расчет. Исходные данные для расчета сведены в таблицу 5.

Таблица 5 -Исходные данные к расчету ЦЭН

Наименование электроприемника	№ на плане	Pi, кВт	Xi, см	Yi, см	ri, см
Шлифовальные станки	1-5	250	6,3	7,9	2,8
Станки МЭ-31	7-15	165,6	5,9	6,2	2,3
Станки МЭ-31	24-28	92,0	4,0	2,9	1,7
Станки МЭ-31	34-36	55,2	5,2	1,2	1,3
Кран мостовой	17	20	1,3	4,6	0,8
Станки РТ-341	6, 16	90	13	8,2	1,7
Станки РТ-341	18-20	135	10,4	4,8	2,1
Станки РТ-250	21-23, 29-31	210	10,4	3,5	2,6
Вентиляторы	32, 33	38	13,6	3,1	1,1

Координаты эллипса ЦЭН находятся как центр тяжести плоской фигуры:

; (3.2)

Хцен

, (3.3)

Yцен

Yцен

где - мощность ЭП;

xi, yi? координаты ЭП или группы однотипных ЭП.

В результате расчета были получены следующие данные:

Центр электрических нагрузок ЦЭН - х = 10,12 м, у = 11,84 м;

Рисунок 2 - Определение центра электрических нагрузок

4.ВЫБОР ЧИСЛА И МОЩНОСТИ ЦЕХОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ С УЧЕТОМ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Правильное определение числа и мощности цеховых трансформаторов возможно только путем технико-экономических расчетов с учетом следующих факторов:

1) категории надежности электроснабжения потребителей; компенсации реактивных нагрузок на напряжении до 1 кВ;

2) перегрузочной способности трансформаторов в нормальных и аварийных режимах;

3) шага стандартных мощностей;

4) экономичных режимов работы трансформаторов в зависимости от графика нагрузки.

Количество цеховых ТП непосредственно влияет на затраты на распределительные устройства напряжением 10 кВ внутризаводские и цеховые электрические сети.

Выбор числа и мощности трансформаторов КТП осуществляется только по активной мощности.

Расчетная мощность трансформатора КТП определенного цеха определяется как:

, (4.1)

где - суммарная активная мощность цеха;

- оптимальный коэффициент загрузки трансформатора (при наличии 1-ой категории равен 0,7);

- число силовых трансформаторов.

Рассмотрим 2 варианта КТП - одно- и двухтрансформаторную.

Выбираем мощность двухтрансформаторной КТП:

кВА.

К установке принимаем трансформатор ТМ-250/10.

Выбираем мощность трансформатора, при использовании на КТП одного трансформатора:

кВА.

Принимаем однотрансформаторную КТП 400/10 кВА с силовым трансформатором типа ТМ-400/10.

Наибольшая реактивная мощность, которую целесообразно передать из сети ВН в сеть НН через силовой трансформатор КТП определяется по формуле:

(4.2)

Для двухтрансформаторной КТП:

кВар

для однотрансформаторной КТП:

кВар.

Определяется суммарная мощность НКУ:

(4.3)

Для двухтрансформаторной КТП:

кВар.

Для однотрансформаторной КТП:

Определяется дополнительная мощность НКУ, обеспечивающая снижение потерь в электроэнергии в СЭС промышленного предприятия:

, (4.4)

где ? расчетный коэффициент, определяемы в зависимости от схемы питания и дополнительных показателей и ;

? зависит от стоимости потерь электроэнергии, количества рабочих смен на предприятии и электрической системы.

? расчетный коэффициент, определяемый сечением линий и их длиной.

Для данного случая , и , [12].

Для двухтрансформаторной КТП:

Определим суммарную мощность НКУ:

(4.5)

К установке на КТП принимаем НКУ марки УКМ58 - 0,4 - 270 - 30 У3.

Для однотрансформаторной КТП:

кВар.

Определим суммарную мощность НКУ:

К установке на КТП принимаем НКУ маркиУКМ58 - 0,4 - 300 - 30 У3.

В результате технико-экономического сравнения обоих вариантов к установке принимаем двухтрансформаторную КТП. Обоснование данного выбора приведено в приложении.



5. ВЫБОР ДВУХ ВАРИАНТОВ СХЕМЫ НИЗКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Цеховые сети распределения электроэнергии должны:

1) обеспечивать необходимую надежность электроснабжения ЭП в зависимости от их категории;

2) быть удобными и безопасными в эксплуатации;

3) иметь оптимальные технико-экономические показатели (минимум приведенных затрат);

4) иметь конструктивное исполнение, обеспечивающее применение индустриальных и скоростных методов монтажа.

Схемы цеховых сетей бывают магистральные и радиальные.

Магистральные схемы обеспечивают высокую надежность электроснабжения, обладают универсальностью и гибкостью (позволяют заменять технологическое оборудование без особых изменений электрической сети). Поэтому их применение рекомендуется во всех случаях, если этому не препятствуют территориальное расположение нагрузок, условия среды и технико-экономические показатели.

Радиальная схема электроснабжения представляет собой совокупность линий цеховой электрической сети, отходящих от РУ низшего напряжения ТП и предназначенных для питания небольших групп приемников электроэнергии, расположенных в различных местах цеха. Радиальные схемы электроснабжения применяют в тех случаях, когда невозможно применить магистральные схемы. По сути они обеспечивают высокую надежность электроснабжения, но требуют больших затрат на электрооборудование и монтаж, чем магистральные.

В данном проекте предложено два возможных варианта цеховой электрической сети:

1) вариант основан на применение радиальной схемы при помощи установки трех распределительных шинопроводов типа ШРА 73. Данный вариант целесообразен, так как цеховая трансформаторная подстанция имеет РУ НН, приемники электроэнергии расположены упорядоченно вдоль цеха.

В месте присоединения шинопровода к распределительному устройству установлен автоматический выключатель. Непосредственно питание станков осуществляется при помощи кабеля, присоединенного к шинопроводу через предохранитель. Даная схема показана на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема цеха выполненная шинопроводами

2) вариант выполнен с использованием силовых пунктов, в данном случае типа ШРС.

Питание силовых пунктов осуществляется при помощи кабелей, присоединенных к РУ НН через автоматический выключатель. Питание ЭП от СП выполнено кабельными линиями. Для защиты ЭП применены предохранители типа ПН2. Даная схема показана на рисунке 4.

Рисунок 4 - Схема цеха, выполненная с использованием СП

Далее произведем капитальный расчет и выберем наиболее целесообразный вариант схемы цеха, который будет соответствовать всем возможным критериям.

6. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ДЛЯ НИЗКОВОЛЬТНОЙ СЕТИ ПО ВТОРОМУ ЭТАПУ

6.1 Расчёт электрических нагрузок для варианта, выполненного шинопроводами

Алгоритм расчёта:

1) При разбиении ЭП на характерные категории учитывается схема низковольтной сети. В данном случае ЭП подключённые к одному ШРА, является одной характерной категорией. Результаты расчета приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Выбор шинопроводов для первого варианта сети

№ гр.	Наим. ЭО	кВт	кВт	кВар
ШРА1	1 - 16, 20	465	71,55	106,99	0,154	1,495	4	2,89	206,78 309,19
ШРА2	17 - 19, 21 - 36	467,2	78,02	100,57	1,067	1,29	4	1,91	149,026 192,085
ШОС	-	-	-	-	-	-	-	1	20,16 17,71

Рассчитаем токовую нагрузку и выберем по ней марку нужного шинопровода по формулам (16) и (17).

Для первой характерной категории:

кВА.

Токовая расчетная нагрузка для выбора ШРА1:



А.

Выбираем ШРА 74У3-630 на номинальный ток 630 А.

Для второй характерной категории:

кВА.

Токовая расчетная нагрузка для выбора ШРА2:

А.

Выбираем ШРА 74У3-400 на номинальный ток 400 А.

Для осветительной категории:

кВА.

Токовая расчетная нагрузка для выбора ШРА2:

А.

Выбираем ШОС-67-УЗ -63 на номинальный ток 63 А.



6.2Расчёт электрических нагрузок для варианта, выполненного с использованием силовых пунктов и кабелей

Алгоритм расчёта:

Для примера рассмотрим группу СП1.

1) Определяем среднюю мощность для каждого типа ЭП и по характерной группе в целом по формулам (6-12):

Определяем суммарную среднюю активную и реактивную мощности ЭП, подключенных к СП1:

; (6.1)

кВт;

;(6.2)

кВар.

2) Определяем средневзвешенные значения и по формулам:

;

.

3) Определяем эффективное число ЭП:

шт.(6.3)

4) Определяем коэффициент расчётной нагрузки:



.

5) Определяем расчётные нагрузки по формулам:

кВт;

кВар.

6) Определяем расчетный ток

;(6.4)

кА.

Для остальных групп значения расчёта покажем в таблице 8.

Таблица 7 ? Характерные группы ЭП

№	Наименование ЭО	, кВт	,кВт	кВар					Iр, кА
СП1	5, 6, 15, 16,19,20	240	39,30	54,80	0,164 1,394	10	1,84	72,31 100,83	179,09
СП2	3, 4, 11, 12-14, 18	185	28,45	42,35	0,154 1,489	4	3,11	88,48 131,71	229,02
СП3	1, 2, 7-10	140	23,8	37,37	0,170 1,570	3	3,11	74,02 116,21	198,87
СП4	22, 23, 30-33	178	46,6	48,75	0,262 1,046	3	2,14	99,72 104,33	208,32
СП5	21, 27-29, 35, 36	143,6	24,41	30,47	0,170 1,248	4	2,64	64,49 80,43	148,76
СП6	34-37, 32	93,6	14,51	18,10	0,155 1,247	9	2,2	31,93 39,82	73,67

Далее следует полная проверка обоих вариантов и выбор сечения проводников.

6.3Выбор сечения кабелей

Выбранный тип провода или кабеля должен соответствовать его назначению, характеру среды, способу прокладки.

Сечения проводов и жил кабелей цеховой сети на напряжение до 1 кВ выбирают по нагреву расчетным током по формуле:

, (6.5)

где - расчетный ток линии, питающей группу приемников (для линии, питающей единичный приемник, вместо Ip принимают номинальный ток приемника );

- поправочный коэффициент, учитывающий отличие температуры в цехе от температуры, при которой заданы в ПУЭ;

- поправочный коэффициент, учитывающий снижение допустимой токовой нагрузки для проводов и кабелей при их многослойной прокладке в коробах.

Расчетный ток определяется по формуле:

; (6.6)

Номинальный ток ЭП определяется по формуле:

; (6.7)

Приведем пример выбора кабеля СП1-5:

А.

Выбираем кабель марки АВВГ с сечением 35 мм2 с длительно допустимым током Iдоп=151 А.

Кабель марки АВВГ- это силовой кабель с алюминиевой токопроводящей жилой, изоляция и оболочка из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката, без защитного покрова.

Таблица 8 - Выбор сечений жил кабелей к ЭП

№ ЭП	Марка кабеля	IP, А	F, мм2	Iдоп, А
1-5	АВВГ	144,34	35	151
6, 16, 18-20	АВВГ	108,25	25	122
17	АВВГ	57,74	10	69
21-23, 29-31	АВВГ	84,20	16	93
24-28, 34-36	АВВГ	40,86	6	51
7-15	АВВГ	22,21	2,5	30
32	АВВГ	32,48	4	40
33	АВВГ	36,08	4	40

Выберем кабели между силовыми пунктами.

Приведем пример расчета для КТП-СП4:

IКТП-СП4=Iр.СП4+Iр.СП5+Iр.СП6=208,32+148,76+73,67=430,75А.(6.8)

Выбираем кабель марки АВВГ с сечением 185 мм2.

Выбор сечения кабелей к силовым пунктам (СП) производится аналогично, результаты сведены в таблицу 9.

Таблица 9 - Выбор сечений жил кабелей к СП

№ СП	Маркакабеля	IP, А	F, мм2	Iдоп, А
КТП-СП4	АВВГ	430,75	185	436
КТП-СП1	АВВГ	606,98	300	607
СП1-СП2	АВВГ	427,89	185	436
СП2-СП3	АВВГ	198,87	70	233
СП4-СП5	АВВГ	222,43	70	233
СП5-СП6	АВВГ	73,66	16	93



7.ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА СХЕМЫ НИЗКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Выбор оптимального варианта осуществляется по минимуму капитальных затрат, эксплуатационных издержек, амортизационных отчислений и минимуму потерь электроэнергии.

Капитальные затраты определяются по формуле:

, (7.1)

где - укрупненные показатели стоимости i-го оборудования, руб.;

- коэффициент инфляции.

Затраты на эксплуатацию и ремонт электрооборудования, определяются по выражению:

, (7.2)

где - ежегодные нормы отчислений на ремонт и обслуживание элементов сети, %;

Издержки на амортизацию электрооборудования определяются по формуле:

, (7.3)

где - срок службы, лет.

Стоимость суммарных потерь электроэнергии:

, (7.4)

где - удельная стоимость потерь электроэнергии 1,4 руб/кВтч [5];

Потери электроэнергии в кабелях и шинопроводах определяются по следующей формуле:

,(7.5)

(7.6)

где - время работы цеха, =4140ч/год.

Сведем в таблицу 10 и 11 результаты расчета по варианту с шинопроводами и силовыми пунктами.

Таблица 10 - Результаты экономического расчета с шинопроводами

, руб.	, руб.	, руб.	, руб.	, кВТ·ч	, кВТ·ч	З , руб.
414600	4597	15325	68167	25627	23060	178236

Таблица 11 - Результаты экономического расчета с силовыми пунктами

, руб.	, руб.	, руб.	, руб.	, кВТ·ч	, кВТ·ч	З , руб
111900	3567	4211	64937	23827	22557	127432

Подробный расчет приведен в приложении А.

Для дальнейшего расчёта, не смотря на значительные капиталовложения, принимается схема варианта с шинопроводами. Так как этот вариант является технически выгодным, исходя из наименьших потерь на его эксплуатацию и потерь электроэнергии.



8.ПРОВЕРКА ВЫБРАННЫХ СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ, КАБЕЛЕЙ, ШИНОПРОВОДОВ

8.1 Проверка шинопроводов и кабелей

Применение распределительных шинопроводов дает возможность быстрого и безопасного присоединения новых и отсоединения убираемых электроприемников без снятия напряжения с шинопровода (без перерыва в работе остальных электроприемников). Крепление шинопроводов типа ШРА выполняем на стойках на высоте 1,5 м над полом, на тросах к фермам здания.

Шинопроводы и кабели выбирают по расчетному току из условия:

, (8.1)

где ? номинальный ток шинопровода (кабеля).

Выбранное сечение проверяется по потере напряжения, при этом отклонение напряжения у наиболее удаленного потребителя не должно превышать 5% в нормальном режиме, и 10% в аварийном режиме.

Потери напряжения определяется по следующей формуле:

,(8.2)

где , ? удельное активное и индуктивное сопротивление;

? длина питающей или распределительной линии, м.

Потери мощности (электроэнергии) в элементах сети определяются по следующей формуле:



,(8.3)

где ? расчетный ток участка, А;

Энергия, теряемая на участке линии, определяется по следующей формуле:

,(8.4)

где ? время потерь, час.

Время потерь определяется по формуле:

,(8.5)

где ? число часов использования максимума нагрузки, для сборочного цеха Тм=5000 часов в год.

Произведем расчет на примере ШРА1:

%.

кВт;

ч;

кВтч.

Результаты расчета сведены в таблицу12.



Таблица 12- Проверка шинопроводов и кабелей

Наим. элем.	Марка	l, м	Iр, А	R0, Ом/км	X0, Ом/км	ДР, кВт	ДW, кВт·час	ДU, %
ШРА-1	ШРА 74У3-630	48	536,88	0,095	0,15	3,94	13439	2,29
ШРА-2	ШРА 74У3-400	48	350,91	0,15	0,17	2,66	9072	2,33

Т.к. отклонения напряжения и мощности в шинопроводах и кабельных линиях не превышают допустимого в пределах ± 5 % номинального, следовательно, они выбраны верно.

8.2 Проверка проводов, питающих ЭП

Проверка производится аналогично проверке кабелей, питающих силовые пункты. Результаты расчетной проверки для электропроводки 0,4 кВ представлены в таблице 13.

Таблица 13 - Проверка проводов 0,4 кВ

Наименование элемента	Марка	l, м	Iр, А	R0, Ом/км	X0, Ом/км	ДР, кВт	ДW, кВт·час	ДU, %
1-5	АВВГ(4х35)	1,5	144,3	0,894	0,088	0,09	381,14	0,09
6, 16, 18-20	АВВГ(4х25)	10,3	108,2	1,25	0,091	0,49	2010,0	0,65
17	АВВГ(4х10)	7,4	57,74	3,12	0,099	0,24	986,17	0,59
21-23, 29-31	АВВГ(4х16)	10,3	84,20	1,95	0,1	0,45	1859,0	0,77
24-28, 34-36	АВВГ(4х6)	1,5	40,86	5,21	0,1	0,04	165,15	0,14
7-15	АВВГ (4х2,5)	1,8	22,21	12,5	0,116	0,03	139,07	0,22
32	АВВГ(4х4)	1,8	32,48	7,81	0,107	0,16	665,77	0,20
33	АВВГ(4х4)	5,2	36,08	7,81	0,107	0,16	665,77	0,64

Выбор провода для питания станочного оборудования проходят проверку по потерям напряжения и по потерям мощности.



9. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

9.1 Расчет трехфазных токов КЗ

Сети промышленных предприятий напряжением до 1 кВ характеризуются большой протяженностью и наличием большого количества коммутационно-защитной аппаратуры. При напряжении до 1 кВ даже небольшое сопротивление оказывает существенное влияние на ток КЗ. Поэтому в расчетах учитывают все сопротивления короткозамкнутой цепи, как индуктивные, так и активные. Кроме того, учитывают активные сопротивления всех переходных контактов в этой цепи.

Вычислим сопротивление системы. Для этого определим сечение питающей линии:

, (9.1)

где - напряжение системы, в данном случае равно 10,5 кВ;

- мощность трансформатора, в данном случае равна250 кВА;

Выбираем ВЛ АС-3х10/1,8

Удельные активное и реактивное сопротивление соответственно равны , .

Вычислим сопротивления системы:

(9.2)

где -длина линии,

- напряжение низкой стороны (0,4 кВ)

(9.3)

Сопротивления цехового трансформатора определяются по формулам:

, (9.4)

(9.5)

Для трансформатора ТМ-250/10: кВт, кВт и %.

Сопротивления шинопроводов и кабелей определяются по формуле:

(9.6)

(9.7)

Сопротивления трансформатора тока, автоматических выключателей и контактов берется из справочных данных.

Ток трехфазного КЗ определяется по формуле:

(9.8)

Составляем схемы замещения для выбранного варианта сети.

Рисунок 5 - Схема замещения для расчета 3-фазных КЗ

Произведем расчет тока трехфазного КЗ для точки К1.

кА

Аналогично рассчитываем токи для остальных точек,полный расчет представлен в Приложение Б, а его результаты сведены в таблицу 14.

Таблица 14 - Расчет трехфазных токов КЗ для проектируемой сети

Точка КЗ	Iпо, кА	Iуд, кА
К-1	5,52	7,81
К-2	5,52	7,81
К-3	3,33	4,7
К-4	2,72	3,85
К-5	3,33	4,7
К-6	2,74	3,88

9.2 Расчет однофазных токов КЗ

В качестве несимметричного короткого замыкания рассчитаем однофазное КЗ. Принцип расчёта остаётся тот же, однако при несимметричных коротких замыканиях изменяется сопротивление некоторых элементов схемы. Ток однофазного КЗ определяется по формуле:

, (9.9)

где- суммарное активное сопротивление схемы замещения для расчета 1-фазных токов КЗ;

- суммарное реактивное сопротивление схемы замещения для расчета 1-фазных токов КЗ;

Составим схему замещения для расчета 1-фазных КЗ

- сопротивление трансформатора в схеме замещения для расчета 1-фазных токов КЗ

Рисунок 6 - Схема замещения для расчета 1-фазных КЗ

Для определения сопротивления шинопроводов используются удельные сопротивления нулевой последовательности. Удельное реактивное сопротивление кабеля принимается равным 0,15 мОм, а активное равным 2яr0.

Произведем расчет тока однофазного КЗ для точки К1, который для обоих вариантов совпадает.

мОм;

мОм;

кА

Аналогично рассчитываются токи для остальных точек.

Таблица 15- Расчет однофазных токов КЗ для первого варианта

Точка КЗ	I(1)i, кА
К-1	1,94
К-2	1,94
К-3	1,48
К-4	1,21
К-5	1,51
К-6	1,25

Подробный расчет приведен в приложении Б.

10.ВЫБОР И ПРОВЕРКА ЗАЩИТНЫХ АППАРАТОВ

Согласно ПУЭ от перегрузок необходимо защищать силовые и осветительные сети, выполненные внутри помещений, в том числе и силовые сети, когда по условиям технологического процесса или режима их работы могут возникнуть длительные перегрузки.

В сетях напряжением до 1 кВ защиту элементов системы электроснабжения осуществляют плавкими вставками предохранителей и расцепителями автоматических выключателей.

Выбор аппаратов защиты производится с учетом следующих основных требований:

Номинальный ток и напряжение аппарата защиты должны соответствовать расчетному длительному току и напряжению электрической цепи. Номинальные токи расцепителей автоматических выключателей и плавких вставок предохранителей нужно выбирать по возможности меньшими по расчетным токам защищаемых участков сети или по номинальным токам отдельных ЭП в зависимости от места установки аппарата защиты.

Время действия аппаратов защиты должно быть по возможности меньшим и должна быть обеспечена селективность действия защиты соответствующим подбором аппаратов защиты и его защитной характеристики.

Аппараты защиты не должны отключать установку при перегрузках, возникающих в условиях нормальной эксплуатации, например при рабочих пиках технологических нагрузок, и т.п.

Аппараты защиты должны обеспечивать надежное отключение в конце защищаемого участка двух и трехфазных КЗ при всех видах режима работы нейтрали сети, а также однофазных КЗ в сетях с глухозаземленной нейтралью.

В курсовом проекте защита шинопроводов и КЛ, питающих СП, выполняется автоматическими выключателями, защита электроприемников осуществляется плавкими вставками предохранителей.

10.1 Выбор плавких предохранителей

Условия выбора плавкого предохранителя:

1) Номинальное напряжение предохранителя должно быть равно или больше номинального напряжения электрической сети:

;(10.1)

2) Номинальный ток плавкой вставки выбирают по расчётному току защищаемой цепи и отстраивают от токов кратковременной перегрузки:

;(10.2)

, (10.3)

где Iном.вст - номинальный ток плавкой вставки, А ;

Iном.ЭП - номинальный ток отдельного ЭП, А;

? пиковый ток ЭП, А.

, (10.4)

где КП - кратность пуска.

Выбор плавкой вставки рассмотрим на примере токовой нагрузки шлифовального станка (1-5).

,

,

Выбираем плавкую вставку по кривым [12] на ток и предохранитель ПН2-250.

Расчет выбора предохранителей для всех электроприемников произведен в программе Exel 2016.

Данные предохранителей ЭП представлены в таблице9.1.

Таблица 16 ? Расчёт пусковых токов для выбора предохранителей

№ на плане	Наименование ЭО	Iном, А	Iп.вст, А	Iн.пр, А	Маркировка
1-5	Шлифовальные станки	144,3	288,7	160	ПН2-250
6, 16, 18-20	Обдирочные станки типа РТ-341	108,2	216,5	125	ПН2-250
17	Кран мостовой	57,74	115,5	80	ПН2-100
21-23, 29-31	Обдирочные станки типа РТ-250	84,20	168,4	100	ПН2-100
24-28, 34-36	Анодно-механические станки типа МЭ-31	40,86	81.7	50	ПН2-100
7-15	Анодно-механические станки типа МЭ-12	22,21	44.4	31	ПН2-100
32	Вентилятор вытяжной	32,48	64,96	40	ПН2-100
33	Вентилятор приточный	36,08	72,16	50	ПН2-100

10.2 Выбор и проверка автоматических выключателей

Автоматические выключатели предназначены для проведения тока в нормальном режиме и отключения тока при коротких замыканиях, перегрузках или недопустимых снижениях напряжения, а также для нечастых оперативных включений и отключений электрических цепей.

Выбор типа автоматических выключателей определяется: электрическими характеристиками электроустановки, условиями эксплуатации, нагрузками и необходимостью дистанционного управления, вместе с типом предусматриваемой в будущем телекоммуникационной системы.

Рассмотрим выбор автоматического выключателя на примере выбора выключателя QF1. Этот автоматический выключатель расположен на КТП и защищает силовой трансформатор и энергосистему, поэтому должен отличаться высокой надёжностью работы.

Примем для установки АВ ВНК-41:

; ; ; tоткл. =0,03 с

Номинальное напряжение автомата - это напряжение, на которое рассчитан сам автомат. Не зависимо от места установки напряжение автомата АВ должно быть равным или большим номинальному напряжению сети:

; (10.5)

0,4 = 0,4 кВ - условие выполняется.

Соответствие номинального тока выключателя расчётному току цепи:

;(10.6)

1000 ? 887,8 А - условие выполняется.

Определяем пиковый ток:

Для магистрали:

,(10.7)

где - наибольший пусковой ток ЭП в группе,

- номинальный ток i-ого нормально работающего ЭП.

Для питающей линии:

(10.8)

где ? расчетный максимальный ток всех ЭП, питающихся от данной линии;

? коэффициент использования запускаемого ЭП;

? номинальный ток ЭП с наибольшим пусковым током.

Выбранный выключатель нагрузки должен соответствовать условию:

(10.9)

1000 ? 985,8 А - условие выполняется.

Ток срабатывания электромагнитного расцепителя должен соответствовать данному условию:

(10.10)

А - условие выполняется.

Проверка по согласованию с тепловым расцепителем:



(10.11)

кА - условие выполняется.

(10.12)

кА - условие выполняется.

(10.13)

кА - условие выполняется.

Выключатель QF1 выбран правильно.

Расчет других АВ производится аналогично и выполнен в программе Excel 2013.

Результаты выбора сведены в таблицу 17.

Таблица 17 - Выбор автоматических выключателей

Название элемента	Расчетный ток, А	Пиковый ток, А	Ток расцепителя	Тип АВ	Место установки
QF1	887,79	985,8	1000	ВНК-41	КТП1
QF 2	887,79	985,8	1000	ВНК-41	КТП2
QF 3	536,88	634,89	630	ВНК-39	к ШРА1
QF 4	350,91	448,92	630	ВНК-39	к ШРА2

Таким образом, были выбраны предохранители для ЭП и автоматические выключатели для питающих их линий.

11.СОГЛАСОВАНИЕ УСТАВОК ЗАЩИТНЫХ АППАРАТОВ С ВЫБРАННЫМИ СЕЧЕНИЯМИ

Согласование производится по следующему условию:

, (11.1)

? длительно допустимый ток проводника;

= 0,33 - для сетей, где защита от перегрузки не требуется.

Таблица 18 ? Согласование выбранных предохранителей с сечениями кабелей

№ ЭП на плане	IДОП, А	IЗ.(вст), А	, А	Маркировка
1-5	151	160	52,8	ПН2-250
6, 16, 18-20	122	125	41,25	ПН2-250
17	69	80	26,4	ПН2-100
21-23, 29-31	93	100	33	ПН2-100
24-28, 34-36	51	50	16,5	ПН2-100
7-15	30	31	10,23	ПН2-100
32	40	40	13,2	ПН2-100
33	40	50	16,5	ПН2-100

Таким образом сечения проводов и кабелей защищаемых предохранителями увеличивать не надо

12. КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ НИЗКОВОЛЬТНОЙ СЕТИ

Схема электроснабжения цеха выполнена с помощью распределительных шинопроводов и кабелей, запитывающих ЭП. Данное конструктивное исполнение является наиболее выгодным вариантом выполнения схемы, т.к является удобной и гибкой в эксплуатации и надёжной. Шинопроводы представляют собой жесткий, составленный из комплектных секций,токопровод.

Для выполнения прямых участков служат прямые секции, для поворотов - угловые, для разветвлений - тройниковые и крестовые, для ответвлений - ответвительные, для присоединений - присоединительные, для компенсации изменения длины при температурных удлинениях - компенсационные и для подгонки - подгоночные. Соединение секций на месте их монтажа выполняют сваркой, болтовыми и штепсельными креплениями.

Отдельные приемники подключаются к ШРА через ответвительные коробки проводом, проложенным вдоль конструкций, и по стенам. В месте подключения к станкам провод проложен в гибких гофрированных металлорукавах, во избежание механических повреждений. На каждой секции ШРА длиной 3 метра имеется восемь ответвительных коробок (по четыре с каждой стороны) с предохранителями марки НПН и ПН2. Распределительные шинопроводы выполнены на номинальный ток 400 и 630 Амарки ШРА 73.

Присоединение ШРА осуществляется на прямою от КТП. Вводная коробка ШРА установлена в середине шинопровода, что обеспечивает удобство реализации схемы, и наименьшее падение напряжения. Распределительный шинопровод расположен на специальных стойках на высоте 3 м от уровня пола. Провод, питающий отдельные ЭП от силовых пунктов, проложен в каналах, в полу помещения, в местах подключения к ЭП он проложен в гибких металлорукавах.

Освещение цеха выполнено с помощью осветительн...